可植入式前庭假體的制作方法
【專利說明】
[0001] 本發(fā)明申請是國際申請日為2011年1月12日、國際申請?zhí)枮?PCT/ US2011/021005"、國家申請?zhí)枮?201180013482. 9"、發(fā)明名稱為"可植入式前庭假體"的發(fā) 明專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2010年1月12日提交的美國臨時申請第61/294, 291號、2010年2 月4日提交的美國臨時申請第61/301，401號和2010年11月4日提交的美國臨時申請第 61410, 107號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。
[0004] 本發(fā)明是在由健康與公共事業(yè)部、國立衛(wèi)生研宄院授予的資助第R01DC9255號、 第K08DC6216號和第5F32DC009917號的政府支持的情況下進行的。美國政府具有本發(fā)明 的特定權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明的當前要求保護的實施方式的領(lǐng)域涉及用于刺激神經(jīng)的系統(tǒng)和元件，并且 更特別地涉及下述系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以外科手術(shù)的方式可植入式前庭假體和用于以外科手 術(shù)的方式可植入式前庭假體的元件、算法、刺激協(xié)議以及方法。
【背景技術(shù)】
[0006] 在正常的個體中，兩個內(nèi)耳迷路調(diào)節(jié)每個前庭神經(jīng)分支內(nèi)部的傳入纖維上的活 動，以便給中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS)提供由于重力和平移運動（術(shù)語稱作重力慣性加速度）兩 者造成的旋轉(zhuǎn)的頭部運動和線加速度的感知。每個迷路包含三個互相正交的半規(guī)管（SCC) 以感測頭部旋轉(zhuǎn)。每個SCC用關(guān)于繞著那個SCC的軸的三維（3D)頭部角速度的元件來 基本及時地調(diào)節(jié)其前庭神經(jīng)的分支上的活動。（參見圖1。）每個SCC與相對的耳朵中的 SCC是近似共面的，并且每個SCC的共面對有效地充當一對反平行的角速率傳感器。沿著 水平軸線方向、左前右后（LARP)軸線方向以及右前左后（RALP)軸線方向定向的SCC負責 用于沿著這些各個軸線的方向感測角速度，并且兩個耳石末梢器官（橢圓囊和球囊）負 責用于感測重力慣性的（平移的）加速度。這些感知的輸入驅(qū)動了使凝視和姿勢穩(wěn)定的 補償反射以便在頭部運動期間使視覺的清晰度達到最大值并且以便于防止跌倒。在兩個 迷路中都失去前庭聽毛細胞功能的患者可能遭受視覺靈敏度和平衡的變?nèi)醯膿p失，這是 因為他們的CNS不再接收正常的頭部運動信息或者重力定向提示。雖然視覺的和本體感 受的輸入的補償使用可以部分地代替失去的迷路的輸入，但這種策略在高頻率、高加速、 瞬時的頭部運動期間失敗，例如在步行的時候經(jīng)歷那些情況（Carey，J. P.和C. C. Delia Santina. Principles of applied vestibular physiology. Otolaryngology-Head&Neck Surgery. 2005)。大約0.1 %的美國成人報告了符合嚴重的雙邊前庭的機能減退的癥狀的 群集，對應(yīng)于僅在美國就超過了 250, 000個個體（Delia Santina，C. C，A.A. Migliaccio, R. Hayden, T. A. Melvin, G. Y. Fridman, B. Chiangj N. S. Davidovicsj C. Daij J. P. Carey, L. B. Minor, I. C. W. Anderson, H. Park, S. Lyford-Pikej 和 S. Tang. Current and future management of bilateral loss of vestibular sensation-an update on the Johns Hopkins multichannel vestibular prosthesis project. Cochlear Implants International. 2010)。對于那些沒能通過康復(fù)練習(xí)來補償?shù)娜耍淮嬖诔浞钟行У闹?療。如果基于運動傳感器輸入來直接調(diào)節(jié)依然健在的前庭傳入的活動的多通道前庭假 體有效地恢復(fù)了頭部運動和重力的定向的感知，則該多通道前庭假體可以改善前庭缺陷 個體的生活質(zhì)量（上述的 Delia Santina 等人，Wall，C，D. M. Merfeld，S. D. Rauch，和 F.0. Black. Vestibular prostheses:The engineering and biomedical issues. Journal of Vestibular Research-Equilibrium&Orientation· 12:2002)〇
[0007] Gong和Merfeld在2000年首次描述了頭戴式前庭假體（Gong，W. S.和 D.Μ· Merfeld. Prototype neural semicircular canal prosthesis using patterned electrical stimulation. Annals of Biomedical Engineering. 28:2000 ； Gong,W. S.和 D.M. Merfeld. System design and performance of a unilateral horizontal semicircular canal prosthesis.IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 49:2002 ;Merfeld等人的美國專利第6, 546, 291B2號）。該裝置能夠感測 繞著一個軸的頭部旋轉(zhuǎn)并且經(jīng)由意圖對刺激一個SCC的壺腹神經(jīng)中的傳入進行激活的一 對電極對前庭神經(jīng)進行電刺激。使用該裝置，Gong，Merfeld等人能夠部分地恢復(fù)松鼠猴 和豚鼠的繞著一個軸的前庭眼反射（VOR)。他們描述了在假體的誘發(fā)V0R、姿勢的效果以 及對側(cè)部SCC的同時的、雙邊的刺激的反應(yīng)方面的長期變化（Gong，W. S.，C. Haburcakova 和 D. Μ· Merfeld. Vestibulo-Ocular Responses Evoked Via Bilateral Electrical Stimulation of the Lateral Semicircular Canals. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 55:2008 ；Gong,W. S.和 D. M. Merfeld. Prototype neural semicircular canal prosthesis using patterned electrical stimulation. Annals of Biomedical Engineering. 28:2000 ；Gong, W. S.和 D. M. Merfeld System design and performance of a unilateral horizontal semicircular canal prosthesis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 49: 2002 ；Lewis, R. F. , W. S. Gong, M. Ramsey, L. Minor, R. Boyle 和 D. M. Merfeld Vestibular adaptation studied with a prosthetic semicircular canal.Journal of Vestibular Research-Equilibrium&Orientation. 12:2002 ； Lewis，R. F.，D. M. Merfeld 和 W. S. Gong. Cross-axis vestibular adaptation produced by patterned electrical stimulation.Neurology. 56:2001 ；Merfeld, D. M. , W. S. Gong，J. Morrissey，M. Saginaw，C. Haburcakova 和 R. F. Lewis. Acclimation to chronic constant-rate peripheral stimulation provided by a vestibular prosthesis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 53:2006 ；Merfeld, D. M. , C. Haburcakovaj W. Gong 和 R. F. Lewis.Chronic vestibulo-ocular reflexes evoked by a vestibular prosthesis.IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54:2007)〇
[0008] Delia Santina 等人（Delia Santina，C. C，A. A. Migliaccio 和 A. H. Patel. Electrical stimulation to restore vestibular function-development of a 3-D vestibular prosthesis. 27th Annual IEEE Engineering in Medicine and Biology.2005 ；Delia Santinaj C. Cj A. A. Migliaccio 和 A.H. Patel. A multichannel semicircular canal neural prosthesis using electrical stimulation to restore 3-D vestibular sensation. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54:2007) 描述了下述多通道前庭假體（在本文用MVPl表示，多通道前庭假體，版本I)，該多通道前 庭假體能夠感測繞著三個正交軸的角速度并且異步地刺激單一迷路的三個壺腹神經(jīng)中的 每個，使繞著任何軸的頭部旋轉(zhuǎn)的VOR反應(yīng)部分地恢復(fù)。增加刺激電極的數(shù)目和電流幅 值導(dǎo)致了空間電流在植入的迷路之內(nèi)擴布，限制了選擇性地刺激適當?shù)那巴魅氲氖?能力。增加電流幅值最初增加了 VOR量級且沒有改變預(yù)期的旋轉(zhuǎn)軸，但是在較高的幅值 處，眼旋轉(zhuǎn)軸偏離了理想的用于目標SCC的旋轉(zhuǎn)軸，因為電流傳播至其他的前庭傳入的束。 Delia Santina等人的后來的研究使用MVPl去研究刺激編碼策略、最小化3D未對準誤差 的坐標系正交化手段、聽覺上前庭電極植入的效果以及在長期的假體的刺激期間3D VOR 對準的改變的最優(yōu)化（Delia Santina，C. C，A. A. Migliaccio, R. Hayden，T. A. Melvin，G. Y. Fridman, B. Chiangj N. S. Davidovicsj C. Daij J. P. Carey, L. B. Minor, I. C. W. Anderson, H. Park，S. Lyford-Pike和S. Tang. Current and future management of bilateral loss of vestibular sensation-an update on the Johns Hopkins multichannel vestibular prosthesis project. Cochlear Implants International. 2010 ；Chiang,B.,G. Y. Fridman 和 C. C.