[发明专利]脊髓神经信号长期探测与激励电极的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于脊椎动物脊髓神经信号探测或激励电极的定位方法。尤其是一种脊髓神经信号长期探测与激励的简单灵活的电极定位及固定方法。

背景技术

神经电极作为神经信号的检测器和激励器，作为生物信息系统和电子信息系统的接口，在生命科学研究和神经功能重建等方面具有重要的科学意义和广泛的应用价值，是十分重要的元件。

目前商用的阵列电极有卡肤(cuff)电极和犹他(Utah)电极等。卡肤(cuff)电极属于平面型神经外电极，电极点做在柔性无毒的聚酰亚胺表面，做成后自然形成有一条开缝的卷筒。植入时位于卷筒内壁的电极阵列面贴近神经外膜。优点在于，电极不破坏神经外膜和神经纤维束膜，对神经系统侵入性较小。缺点在于：1)检测的信号成分复杂，为神经组织内所有神经元信号的总和，信噪比差；2)电极的通道选择性差，在需要激励特定位置的神经元或神经纤维时，不可避免地将同时激励所有神经元或神经纤维；3)功能电激励电压通常需要5V以上，与生物集成电路要求的低电压和低功耗不相适应，采用3.3V电压的集成电路会产生激励不足的问题。并且难以对待探测和激励的神经通道进行精细定位，激励电压过高会对生物组织造成损伤。4)植入电极时手术创伤大，需要将1cm多长的神经组织完全分离出来才能将卡肤电极安装上。也就是当卡肤电极用于脊髓神经信号的探测或激励时，需要将脊髓神经完全分离开来，这将不可避免地截断脊髓的部分后根和前根，从而中断部分感觉信号和运动信号的传输。

犹他电极是以发明该类电极的犹他大学命名的，特点是以硅芯片为衬底，在上面形成针状的电极阵列，已成功应用于记录大脑皮层的神经信号。其优点是：1)可实现多点同时探测或刺激；2)选择性好。但存在以下几个缺点：1)电极材料主体为半导体硅，而不是良导体金属，电极与神经束接触阻抗高，激励出动作电位所需要的电压幅度高于金属的针灸针电极；2)阵列位置与针的高度固定，无法实现“对症下针”；3)植入时同样需要椎板切除术才能放置电极，手术创伤还是太大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脊髓神经信号长期探测与激励电极的定位及固定方法，本发明方法创伤小，操作简单，使用灵活且能实现任意要求的三维电极阵列，并使电极得以牢固的固定，安全可靠。

本发明采用如下技术方案：

一种脊髓神经信号长期探测与激励电极的定位方法：

步骤a：采用专用的骨钻在脊椎骨上钻出按要求分布的孔，

步骤b：利用微电极推进器将针灸电极通过开孔插至待探测或激励的脊髓神经上，

步骤c：在插入了针灸电极的孔中再插入圆锥形的牙胶尖，使针灸电极得到固定。

针灸电极以医用针灸针为基础进行加工，保留尖端一点及0.5厘米针柄导电，其余均被绝缘层覆盖，并且保证绝缘层具有良好的生物相容性。针灸针的直径为工艺许可的最小直径，一是为了增加神经信号的选择性；二是为了减少对神经组织的损伤。

为了达到“对症下针”效果，本发明采用新的电极形式。作为电极的承载体，本发明电极利用动物的脊椎骨以代替卡肤(cuff)电极的柔性聚酰亚胺和犹他电极的硅芯片，保证了生物相容性。根据灵活形成电极阵列的需要，并且根据医学上最小创伤的原则，形成阵列的过程需要专用骨钻。钻头直径约是针灸电极直径的2-3倍。直径过大，创口大，电极也不易固定；直径过小，电极不便插入。孔阵列不像现有的电极按固定阵列整齐排布，而是根据需要探测或激励的位置现场确定。每个孔中利用微电极推进器插入针灸电极至待探测或激励的脊髓神经上。

由于生物胶或牙科水泥凝固时间太长，实验还表明若用生物胶或牙科水泥粘接后在外力作用下可靠性并不高。故本发明采用圆锥形的牙胶尖(牙根管塞尖)针灸电极。牙胶尖是口腔内科临床常规应用于牙齿根管充填治疗术的固体根管填充材料，其主要成分为古塔胶、氧化锌、硫酸钡和增韧剂，具有良好的生物相容性，可以长期留置人体内。按照ISO标准，根据顶部的颜色识别不同型号。牙胶尖便于剪截、填充和X线阻射，易于确认充填效果，坚硬且有柔韧性，左右拨动30度不断裂。且牙胶尖尖部采用弧形，不易损伤脊髓。

本发明具有以下优点：

1)采用专用骨钻钻孔定位，达到最小创伤的目的，对脊髓损伤小。

2)可以形成三维电极分布，使“对症下针”成为可能。

3)承载电极的材料为实验动物自身的脊椎骨，绝对保证了其生物相容性。

4)本发明中的电极采用针尖和针尾暴露的、针体经生物相容性的绝缘材料涂敷的针灸针，该电极只有针尖极小部分与神经接触，因此在作为激励电极时，神经纤维的选择性好，需要的刺激阈值小，对神经组织损伤小。