[发明专利]神经植入电极模拟测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及神经工程，是一种生物医学工程技术领域的新型设计，具体涉及一种对脑部环境与脑部微动模拟，并对神经植入电极的工作性能，包括强度、寿命等进行模拟测试的测试系统。

背景技术

神经系统是一个开放的复杂巨系统，对于神经系统的深入研究是人类最富挑战的探索。几个世纪以来人类一直在努力探索神经系统的奥秘，寻求治疗神经疾患的有效手段。随着人们对神经科学研究的深入，衍生了神经工程这样一门学科，它是神经科学、材料科学、微电子技术以及信息科学的交叉学科，在揭示神经系统的工作机理以及神经疾病的治疗和神经康复等方面具有重要意义。神经假体设备，如深部脑刺激器，应用神经微电极来作为神经系统与外部设备的接触界面。深部脑刺激是一种神经外科学治疗方案，即用电子信号来刺激大脑，多年以来，它已变成了一个非常成功的治疗方法用来治疗一些难治性疾病，例如慢性疼痛，帕金森病，震颤和肌张力障碍。

在神经工程系统中，最关键的部件就是神经-电子接口即神经电极。它的功能主要表现为两种形式：一种是将神经活动转换为电信号被记录下来进行分析研究；另一种是利用电信号激励或抑制神经活动以实现功能性电刺激。

神经植入电极模拟测试系统是用于测试神经植入电极的工作性能，而为了使测试的结果真实可信，测试系统的环境必须能真实模拟生物组织的环境(对于本课题而言，面向的是植入人体大脑的神经植入电极，所以这个环境就是人体脑组织的生物环境)。脑组织的生物环境有很大的特殊性，作为人体的内环境的一部分，组织液的腐蚀、体内细胞组织对外来物体的攻击是不可避免的。而神经植入电极的工作失效还有一个非常重要的因素，就是脑组织的微动。脑组织的微动来源很多，其振幅、频率都很复杂，长期的作用很容易对神经植入电极造成疲劳等机械损伤，表现为神经纤维变细，出现神经纤维稀疏区，同时诱导纤维结缔组织包裹，导致微电极的刺激和记录性能下降，限制了微电极在人体周围神经中长期留置。因此神经植入电极必须具备良好的力学性能才能够维持长期的正常工作状态。鉴于此，有必要建立一套模拟测试系统对神经植入电极的力学性能进行测试，而这套测试系统必须至少有两项功能，即模拟脑部的环境和模拟脑组织的复杂的微动。

经对现有技术文献的检索发现，D.Stewart在《Aircraft Engineering》1966(4)：p30-35撰文″A Platform with Six Degrees of Freedom″(“六自由度工作台”)。该文提出了一种经典的六自由度微振动平台，即Stewart平台(但在此之前V E Gough也提出过，所以有时也称为Gough/Stewart平台)。Stewart平台的主要特点就是有基座和载物台两部分，二者通过六个可以伸缩的连杆相连接，连杆与基座和载物台之间通过有特定自由度的铰链相连接，通过控制六个连杆的长度的变化，就可以实现载物台的六个自由度的运动。由于脑组织特殊的物理性能(如脑组织的弹性模量、密度、惯性等)和化学性能(如酸碱度、各种离子、化合物的浓度等)，需要特殊的模块来模拟脑部环境。此外，脑组织微动的频率具有不确定性，微动的振幅十分微小，对模拟测试系统精度和稳定性的要求非常高，这是Stewart平台所不能达到的。

因此，本发明在Stewart平台的基础上进行改进设计，发明出了一种可以模拟脑部环境和模拟脑组织的复杂微动的神经植入电极模拟测试系统。

发明内容

本发明的目的是为了实现对脑部物理化学环境和脑部复杂形式微动的模拟，以及对神经植入电极工作性能的检测评价，提出一种神经植入电极模拟测试系统，该系统可以提供脑部物理化学环境的模拟，并检测神经植入电极在此环境下的工作性能。

本发明具体通过以下技术方案实现的：

一种神经植入电极模拟测试系统，其特点在于该系统包括脑部环境模拟模块、微振动平台模块和控制模块：

所述的脑部环境模拟模块由与脑组织具有相似物理化学性能的材料构成；