專利名稱：一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定技術。
背景技術：
神經(jīng)功能受損會給病人帶來巨大痛苦，目前很難利用生物學方法治愈絕大部分的 神經(jīng)系統(tǒng)損傷。隨著微電子技術和神經(jīng)生物學相關領域技術的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了一個嶄新 的跨學科研究領域，即利用神經(jīng)通路受損后存活神經(jīng)元的功能，通過植入電極、功能集成電 路以完成生物信息獲取、處理和再生激勵的功能，從而達到神經(jīng)系統(tǒng)功能修復與重建的目 的。神經(jīng)功能修復的最終目標是研制出神經(jīng)微電極與功能恢復集成電路完全集成或混合集 成的、可植入人體內(nèi)的系統(tǒng)芯片，以實現(xiàn)神經(jīng)功能的修復。從神經(jīng)功能信息傳導通路的角度看，神經(jīng)功能修復可以在感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng) 中樞、傳出神經(jīng)及效應器等層次展開。大腦皮層是最高級的神經(jīng)中樞，是神經(jīng)修復效果最 好的神經(jīng)假體方法。皮層電刺激方法，根據(jù)刺激電極植入的位置，第一種是硬腦膜外電刺 激(Epidural Microstimulation, EMS)，將電極陣列植入到硬腦膜外，損傷較小，第二種是 皮層下電刺激假體(Intracortical Microstimulation, ICMS)，將電極陣列插入皮層內(nèi)進 行刺激，損傷較大。由于硬腦膜外電刺激(Epidural Microstimulation, EMS)損傷較小，近 年來EMS在皮層神經(jīng)假體的研究報道較多。硬腦膜外皮層假體技術具有優(yōu)勢一是微創(chuàng)性。 開顱手術對腦造成微創(chuàng)傷。二是腦組織保持完整。由于微電極、功能集成電路植入的位置 是硬腦膜外，所以使腦組織得以保持完整。三是感染風險小。由于微電極、功能集成電路植 入的位置在硬腦膜外，因此不存在腦脊液泄露引起的感染。硬腦膜外電刺激視皮層的視覺修復的基本原理是主要是將微電極、功能集成電 路植入人體硬腦膜的特定區(qū)域，通過對該特定區(qū)域正下方的視皮層進行電刺激來激活視皮 層靶區(qū)域的神經(jīng)元，使原先由于病理原因導致阻斷的神經(jīng)通路再次激活，從而修復視皮層 靶區(qū)域對應的神經(jīng)功能。在硬腦膜外電刺激視皮層假體方面，國內(nèi)的專利比較少。(200710078520.4)提出
一種視皮層刺激裝置及刺激方法。申請者經(jīng)長期的研究發(fā)現(xiàn)，植入電極芯片與所植入硬腦膜的連接不牢固，植入電 極芯片所受到的機械牽拉會影響記錄/刺激電信號。因此，已有皮層神經(jīng)假體接口的有效 工作時間有很大的局限性，電極芯片所植入的位置，在動物顱頂上所開出的骨窗內(nèi)，電極芯 片與骨窗內(nèi)硬腦膜緊密接觸，這些特性為設計新的皮層神經(jīng)假體固定方法提供了可能，從 而提高皮層神經(jīng)刺激裝置工作的長效性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體 的調(diào)壓固定裝置及方法，以使微電極陣列芯片與骨窗內(nèi)硬腦膜之間的壓力可調(diào)，避免機械壓力對硬腦膜的異常刺激，減小電極芯片對硬腦膜組織的機械傷害，提高電極芯片記錄信 號的真實性、準確性，增強皮層神經(jīng)假體電極芯片工作的長效性。本發(fā)明的技術方案如下一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的固定裝置，所述裝置由微電極陣列芯片、 瓊脂蓋片、調(diào)壓板和立體定位架組成；所述微電極陣列芯片放置于骨窗內(nèi)，瓊脂蓋片通過調(diào) 壓板壓在微電極陣列芯片上，調(diào)壓板的兩端通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，中央設置 調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘壓在調(diào)壓板上，通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)穆菥鄟韺崿F(xiàn)對微電極陣列芯片的壓力 調(diào)節(jié)。微電極陣列芯片通過引線與轉接口的一端相連，外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生器/多 通道生理信號記錄儀經(jīng)引線與轉接口的另一端相連。引線靠近轉接口的一段固定在支架的 頂端。立體定位架由調(diào)節(jié)支架，橫梁和主架構成，主架通過橫梁連接調(diào)節(jié)支架上端，調(diào)節(jié) 支架與橫梁之間采用可滑動連接，使調(diào)節(jié)支架沿橫梁水平滑動，由于轉接口固定在調(diào)節(jié)支 架的下端，可調(diào)節(jié)轉接口的空間位置，從而調(diào)節(jié)微電極陣列芯片的引線應力，通過調(diào)節(jié)微電 極陣列芯片與骨窗內(nèi)硬腦膜的緊密接觸程度，從而提高電信號在微電極陣列芯片與外界神 經(jīng)電刺激信號發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。本發(fā)明同時提出一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定方法，所述方法 是采用由微電極陣列芯片、瓊脂蓋片、調(diào)壓板和立體定位架組成的調(diào)壓固定裝置，將微電極 陣列芯片植入骨窗內(nèi)，將微電極陣列芯片由瓊脂蓋片通過調(diào)壓板壓緊在骨窗內(nèi)，調(diào)壓板通 過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，并通過調(diào)節(jié)螺釘壓在瓊脂蓋片上，通過調(diào)節(jié)平底螺釘?shù)?螺距來實現(xiàn)對微電極陣列芯片的壓力調(diào)節(jié)；所述微電極陣列芯片實現(xiàn)和視皮層上方硬腦膜 組織接口，其刺激電信號由外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生器發(fā)出，經(jīng)引線、轉接口輸入給微電極 陣列芯片，再經(jīng)微電極陣列芯片傳導到視皮層上方的硬腦膜組織，通過腦脊液傳導，最終傳 遞到視皮層神經(jīng)元，以產(chǎn)生需要的神經(jīng)興奮。為檢測神經(jīng)電刺激效果，所述微電極陣列芯片 實現(xiàn)和視皮層上方硬腦膜組織接口，被刺激視皮層的神經(jīng)興奮信號，通過腦脊液傳導，傳遞 到視皮層上方的硬腦膜組織，再經(jīng)微電極陣列芯片采集到，經(jīng)引線、轉接口(8)輸入為多通 道生理信號記錄儀上，供后續(xù)分析。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的技術效果該裝置和方法將微電極陣列芯片用瓊脂壓住、塑形，并在微電極陣列芯片2所在 骨窗的顱骨邊緣上，采用調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)微電極陣列芯片與骨窗內(nèi)硬腦膜之間的壓力，能有 效地固定硬腦膜外電刺激皮層假體，并且有效調(diào)節(jié)微電極陣列芯片與硬腦膜之間的壓力， 從而確保微電極陣列芯片刺激信號與記錄電壓信號的準確性、真實性及穩(wěn)定性。并能避免 機械壓力對硬腦膜的異常刺激，減小微電極陣列芯片對硬腦膜組織的機械傷害。通過立體 定位架調(diào)節(jié)轉接口的空間位置，降低微電極陣列的引線應力，調(diào)節(jié)微電極陣列芯片與骨窗 內(nèi)硬腦膜的緊密接觸程度，從而提高電信號在微電極陣列芯片2與外界神經(jīng)電刺激信號發(fā) 生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞


圖1硬腦膜外電刺激視皮層假體調(diào)壓固定裝置的使用狀態(tài)示意圖
圖2硬腦膜外電刺激視皮層假體調(diào)壓固定裝置的調(diào)壓部分的工作示意3硬腦膜外電刺激視皮層假體的調(diào)壓板結構示意4立體定位架的結構示意圖
具體實施例方式如圖1和圖2所示，硬腦膜外電刺激皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定裝置由微電極陣列 芯片2、瓊脂蓋片3、調(diào)壓板4和立體定位架組成。圖中1為視皮層區(qū)域的骨窗外側顱骨、5 為視皮層區(qū)域的顱骨下硬腦膜層，6為視皮層區(qū)域硬腦膜下方的腦脊液層，7為視皮層區(qū)域 的軟腦膜及皮層，8為轉接口，轉接口 8的一端經(jīng)引線12與微電極陣列芯片2相連，轉接口 的另一端經(jīng)引線12與外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀相連。微電極陣 列芯片2用于實現(xiàn)和視皮層上方硬腦膜組織接口，一方面可以將刺激電信號傳導到視皮層 上方的硬腦膜組織，通過腦脊液傳導，最終傳遞到視皮層神經(jīng)元，以產(chǎn)生需要的神經(jīng)興奮， 另一方面，微電極陣列芯片2也可采集經(jīng)視皮層產(chǎn)生后經(jīng)腦脊液傳導傳遞到視皮層上方硬 腦膜的視皮層神經(jīng)興奮信號，經(jīng)轉接口 8和引線13輸入為多通道生理信號記錄儀上，供后 續(xù)分析。骨窗外側顱骨1用于調(diào)壓板4兩側四顆小尺寸螺釘13的固定。瓊脂蓋片3是微 電極陣列芯片2的基底層，所有外界機械應力等接觸先通過瓊脂蓋片3才能傳遞到微電極 陣列芯片2，瓊脂蓋片3起到保護微電極陣列芯片2的作用。調(diào)壓板4通過兩側共四顆小尺 寸螺釘13固定在骨窗的外側顱骨上，中央大尺寸平底螺釘作為調(diào)節(jié)螺釘14，通過調(diào)節(jié)螺距 來實現(xiàn)對微電極陣列芯片2的壓力調(diào)節(jié)。本裝置設計了立體定位架，其由調(diào)節(jié)支架9、橫梁10和主架11構成。引線12靠近 轉接口 8的一段固定在支架9的頂端。調(diào)節(jié)支架9和橫梁10之間可以滑動，從而調(diào)節(jié)轉接 口 8空間位置，通過調(diào)節(jié)微電極陣列芯片的引線12應力，從而調(diào)節(jié)微電極陣列芯片2與骨 窗內(nèi)硬腦膜的緊密接觸程度，最終提高電信號在微電極陣列芯片2與外界神經(jīng)電刺激信號 發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。經(jīng)過植入骨窗內(nèi)的微電極陣列芯片2，將 電刺信號傳遞給骨窗內(nèi)暴露的硬腦膜5組織，經(jīng)過該硬腦膜區(qū)域下方的腦脊液的傳遞，外 界電刺激神經(jīng)信號最終傳遞到軟腦膜及皮層7組織上，從而使靶區(qū)域的皮層組織興奮，以 達到修復特定神經(jīng)功能的目的。參見圖3，本發(fā)明的調(diào)壓板實現(xiàn)微電極陣列芯片2與骨窗內(nèi)硬腦膜之間的接口，精 細調(diào)節(jié)微電極陣列芯片2與所植入的硬腦膜區(qū)域的壓力，以提高神經(jīng)電刺激信號對硬腦膜 等神經(jīng)組織的有效性。調(diào)壓板采用鋁材，中央為一個大尺寸螺口，兩端分別有兩個線性排列 的小尺寸螺口。兩端的螺口，采用小尺寸螺釘13旋進去，使調(diào)壓裝置固定在顱骨上。調(diào)壓 板4中央的螺口，采用大尺寸平底螺釘14旋進去，螺釘末端與調(diào)壓裝置下方骨窗內(nèi)植入電 極陣列上端的固態(tài)瓊脂13接觸，通過旋轉大尺寸螺釘精細調(diào)節(jié)調(diào)壓板4與微電極陣列芯片 2的距離，從而調(diào)節(jié)植入電極陣列與硬腦膜的精確壓力。利用上述的視皮層神經(jīng)固定裝置實現(xiàn)視皮層神經(jīng)刺激的方法如下首先，以液態(tài)瓊脂為原材料，覆蓋在微電極陣列芯片的導電電極陣列的背面，厚度 5mm，待瓊脂凝固后，用刀片沿著微電極陣列芯片的外形切出矩形體的瓊脂蓋片。然后，剪開動物頭部皮膚，暴露顱骨，準確定位微電極陣列芯片植入的位置，后沿 此區(qū)域開出骨窗，此區(qū)域即為芯片植入?yún)^(qū)域，待硬腦膜完全暴露后。
再次，將調(diào)壓板放置在骨窗位置，在骨窗外側顱骨上用鉛筆畫出調(diào)壓板上b、c、d、e 四顆螺釘?shù)奈恢?，使用骨鉆在顱骨上打出四個螺紋。將微電極陣列芯片的電極導電一側平 整放置在骨窗內(nèi)硬腦膜上，將微電極陣列芯片的焊盤引線端放置在骨窗的外側顱骨上。將 b、c、d、e四顆螺釘旋進骨窗外側顱骨的對應螺紋里，從而將調(diào)壓板固定在骨窗位置。通過 調(diào)節(jié)調(diào)壓板中央的平底螺釘a，保證芯片穩(wěn)定放置于硬腦膜與調(diào)壓板之間。通過立體定位架 調(diào)節(jié)轉接口 8的空間位置，經(jīng)調(diào)節(jié)微電極陣列芯片引線12的應力，從而調(diào)節(jié)微電極陣列芯 片2與骨窗內(nèi)硬腦膜的緊密接觸程度，最終提高電信號在微電極陣列芯片2與外界神經(jīng)電 刺激信號發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。
權利要求
一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定裝置，所述裝置由微電極陣列芯片(2)、瓊脂蓋片(3)、調(diào)壓板(4)和立體定位架組成；其特征在于所述微電極陣列芯片(2)放置于骨窗內(nèi)，瓊脂蓋片(3)通過調(diào)壓板(4)壓在微電極陣列芯片(2)上，調(diào)壓板(4)的兩端通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，中央設置調(diào)節(jié)螺釘(14)，調(diào)節(jié)螺釘(14)壓在調(diào)壓板(4)上，通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)穆菥鄟韺崿F(xiàn)對微電極陣列芯片(2)的壓力調(diào)節(jié)；所述微電極陣列芯片(2)經(jīng)引線(12)通過轉接口(8)與外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀連接；所述立體定位架由調(diào)節(jié)支架(9)、橫梁(10)和主架(11)構成，主架(11)通過橫梁(10)連接調(diào)節(jié)支架(9)上端，轉接口(8)固定在調(diào)節(jié)支架(9)的下端；調(diào)節(jié)支架(9)與橫梁(10)之間采用可滑動連接，使調(diào)節(jié)支架(9)沿橫梁(10)水平滑動，由此通過調(diào)節(jié)支架(9)調(diào)節(jié)轉接口(8)的空間位置，從而調(diào)節(jié)微電極陣列芯片(2)的引線(12)應力，調(diào)節(jié)微電極陣列芯片(2)與骨窗內(nèi)硬腦膜的緊密接觸程度，提高電信號在微電極陣列芯片(2)與外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。
2.一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定方法，所述方法是采用由微電極陣 列芯片(2)、瓊脂蓋片(3)、調(diào)壓板(4)和立體定位架組成的調(diào)壓固定裝置，將微電極陣列 芯片⑵植入骨窗內(nèi)，將微電極陣列芯片(2)由瓊脂蓋片(3)通過調(diào)壓板⑷壓緊在骨窗 內(nèi)，調(diào)壓板⑷通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，并通過調(diào)節(jié)螺釘(14)壓在瓊脂蓋片(3) 上，通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)穆菥鄟韺崿F(xiàn)對微電極陣列芯片(2)的壓力調(diào)節(jié)；所述微電極陣列芯片 (2)實現(xiàn)和視皮層上方硬腦膜組織接口，一方面，其刺激電信號由外界神經(jīng)電刺激信號發(fā)生 器發(fā)出，經(jīng)轉接口⑶和引線(12)輸入給微電極陣列芯片(2)，再經(jīng)微電極陣列芯片⑵傳 導到視皮層上方的硬腦膜組織，通過腦脊液傳導，最終傳遞到視皮層神經(jīng)元，以產(chǎn)生需要的 神經(jīng)興奮；另一方面，也可用于采集視皮層的神經(jīng)興奮信號，通過腦脊液傳導，傳遞到視皮 層上方的硬腦膜組織，再經(jīng)微電極陣列芯片(2)采集到，經(jīng)轉接口(8)和引線(13)輸入為 多通道生理信號記錄儀上，供后續(xù)分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬腦膜外電刺激視皮層神經(jīng)假體的調(diào)壓固定方法及裝置，該裝置由調(diào)壓板、調(diào)壓螺釘、立體定位架組成。調(diào)壓板實現(xiàn)微電極陣列芯片與骨窗內(nèi)硬腦膜之間的接口，通過調(diào)壓螺釘可精細調(diào)節(jié)微電極陣列芯片與所植入的硬腦膜區(qū)域的壓力，通過立體定位架的橫梁調(diào)節(jié)支架及轉接口的水平距離，以提高神經(jīng)電刺激信號在硬腦膜等神經(jīng)組織的有效傳遞、記錄信號的有效性。該裝置能有效地固定硬腦膜外電刺激視皮層假體，并且有效調(diào)節(jié)微電極陣列芯片與硬腦膜之間的壓力，從而確保微電極陣列芯片刺激信號與記錄電壓信號的準確性、真實性及穩(wěn)定性。
文檔編號A61F2/02GK101904776SQ20101022005
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者侯文生, 姚軍平, 王星, 石衛(wèi)衛(wèi), 鄭小林, 郭冰冰, 陰正勤 申請人:重慶大學