專利名稱：一種硬腦膜外電刺激視皮層神經假體的調壓固定方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種皮層神經假體的調壓固定技術。
背景技術：
神經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 神經系統損傷。隨著微電子技術和神經生物學相關領域技術的迅猛發展，產生了一個嶄新 的跨學科研究領域，即利用神經通路受損后存活神經元的功能，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，從而達到神經系統功能修復與重建的目 的。神經功能修復的最終目標是研制出神經微電極與功能恢復集成電路完全集成或混合集 成的、可植入人體內的系統芯片，以實現神經功能的修復。從神經功能信息傳導通路的角度看，神經功能修復可以在感受器、傳入神經、神經 中樞、傳出神經及效應器等層次展開。大腦皮層是最高級的神經中樞，是神經修復效果最 好的神經假體方法。皮層電刺激方法，根據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在皮層神經假體的研究報道較多。硬腦膜外皮層假體技術具有優勢一是微創性。 開顱手術對腦造成微創傷。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域，通過對該特定區域正下方的視皮層進行電刺激來激活視皮 層靶區域的神經元，使原先由于病理原因導致阻斷的神經通路再次激活，從而修復視皮層 靶區域對應的神經功能。在硬腦膜外電刺激視皮層假體方面，國內的專利比較少。(200710078520.4)提出
一種視皮層刺激裝置及刺激方法。申請者經長期的研究發現，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，電極芯 片與骨窗內硬腦膜緊密接觸，這些特性為設計新的皮層神經假體固定方法提供了可能，從 而提高皮層神經刺激裝置工作的長效性。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種硬腦膜外電刺激視皮層神經假體 的調壓固定裝置及方法，以使微電極陣列芯片與骨窗內硬腦膜之間的壓力可調，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，增強皮層神經假體電極芯片工作的長效性。本發明的技術方案如下一種硬腦膜外電刺激視皮層神經假體的固定裝置，所述裝置由微電極陣列芯片、 瓊脂蓋片、調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，瓊脂蓋片通過調 壓板壓在微電極陣列芯片上，調壓板的兩端通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，中央設置 調節螺釘，調節螺釘壓在調壓板上，通過調節螺釘的螺距來實現對微電極陣列芯片的壓力 調節。微電極陣列芯片通過引線與轉接口的一端相連，外界神經電刺激信號發生器/多 通道生理信號記錄儀經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。立體定位架由調節支架，橫梁和主架構成，主架通過橫梁連接調節支架上端，調節 支架與橫梁之間采用可滑動連接，使調節支架沿橫梁水平滑動，由于轉接口固定在調節支 架的下端，可調節轉接口的空間位置，從而調節微電極陣列芯片的引線應力，通過調節微電 極陣列芯片與骨窗內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 經電刺激信號發生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。本發明同時提出一種硬腦膜外電刺激視皮層神經假體的調壓固定方法，所述方法 是采用由微電極陣列芯片、瓊脂蓋片、調壓板和立體定位架組成的調壓固定裝置，將微電極 陣列芯片植入骨窗內，將微電極陣列芯片由瓊脂蓋片通過調壓板壓緊在骨窗內，調壓板通 過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，并通過調節螺釘壓在瓊脂蓋片上，通過調節平底螺釘的 螺距來實現對微電極陣列芯片的壓力調節；所述微電極陣列芯片實現和視皮層上方硬腦膜 組織接口，其刺激電信號由外界神經電刺激信號發生器發出，經引線、轉接口輸入給微電極 陣列芯片，再經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 遞到視皮層神經元，以產生需要的神經興奮。為檢測神經電刺激效果，所述微電極陣列芯片 實現和視皮層上方硬腦膜組織接口，被刺激視皮層的神經興奮信號，通過腦脊液傳導，傳遞 到視皮層上方的硬腦膜組織，再經微電極陣列芯片采集到，經引線、轉接口(8)輸入為多通 道生理信號記錄儀上，供后續分析。本發明與現有技術相比，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，采用調壓裝置調節微電極陣列芯片與骨窗內硬腦膜之間的壓力，能有 效地固定硬腦膜外電刺激皮層假體，并且有效調節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 定位架調節轉接口的空間位置，降低微電極陣列的引線應力，調節微電極陣列芯片與骨窗 內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與外界神經電刺激信號發 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壓固定裝置的使用狀態示意圖
圖2硬腦膜外電刺激視皮層假體調壓固定裝置的調壓部分的工作示意3硬腦膜外電刺激視皮層假體的調壓板結構示意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假體的調壓固定裝置由微電極陣列 芯片2、瓊脂蓋片3、調壓板4和立體定位架組成。圖中1為視皮層區域的骨窗外側顱骨、5 為視皮層區域的顱骨下硬腦膜層，6為視皮層區域硬腦膜下方的腦脊液層，7為視皮層區域 的軟腦膜及皮層，8為轉接口，轉接口 8的一端經引線12與微電極陣列芯片2相連，轉接口 的另一端經引線12與外界神經電刺激信號發生器/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元，以產生需要的神經興奮， 另一方面，微電極陣列芯片2也可采集經視皮層產生后經腦脊液傳導傳遞到視皮層上方硬 腦膜的視皮層神經興奮信號，經轉接口 8和引線13輸入為多通道生理信號記錄儀上，供后 續分析。骨窗外側顱骨1用于調壓板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節螺釘14，通過調節螺距 來實現對微電極陣列芯片2的壓力調節。本裝置設計了立體定位架，其由調節支架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。調節支架9和橫梁10之間可以滑動，從而調節轉接 口 8空間位置，通過調節微電極陣列芯片的引線12應力，從而調節微電極陣列芯片2與骨 窗內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與外界神經電刺激信號 發生器/多通道生理信號記錄儀之間的準確傳遞。經過植入骨窗內的微電極陣列芯片2，將 電刺信號傳遞給骨窗內暴露的硬腦膜5組織，經過該硬腦膜區域下方的腦脊液的傳遞，外 界電刺激神經信號最終傳遞到軟腦膜及皮層7組織上，從而使靶區域的皮層組織興奮，以 達到修復特定神經功能的目的。參見圖3，本發明的調壓板實現微電極陣列芯片2與骨窗內硬腦膜之間的接口，精 細調節微電極陣列芯片2與所植入的硬腦膜區域的壓力，以提高神經電刺激信號對硬腦膜 等神經組織的有效性。調壓板采用鋁材，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，使調壓裝置固定在顱骨上。調壓 板4中央的螺口，采用大尺寸平底螺釘14旋進去，螺釘末端與調壓裝置下方骨窗內植入電 極陣列上端的固態瓊脂13接觸，通過旋轉大尺寸螺釘精細調節調壓板4與微電極陣列芯片 2的距離，從而調節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固定裝置實現視皮層神經刺激的方法如下首先，以液態瓊脂為原材料，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 此區域開出骨窗，此區域即為芯片植入區域，待硬腦膜完全暴露后。
再次，將調壓板放置在骨窗位置，在骨窗外側顱骨上用鉛筆畫出調壓板上b、c、d、e 四顆螺釘的位置，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，從而將調壓板固定在骨窗位置。通過 調節調壓板中央的平底螺釘a，保證芯片穩定放置于硬腦膜與調壓板之間。通過立體定位架 調節轉接口 8的空間位置，經調節微電極陣列芯片引線12的應力，從而調節微電極陣列芯 片2與骨窗內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與外界神經電 刺激信號發生器/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假體的調壓固定裝置，所述裝置由微電極陣列芯片(2)、瓊脂蓋片(3)、調壓板(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，瓊脂蓋片(3)通過調壓板(4)壓在微電極陣列芯片(2)上，調壓板(4)的兩端通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，中央設置調節螺釘(14)，調節螺釘(14)壓在調壓板(4)上，通過調節螺釘的螺距來實現對微電極陣列芯片(2)的壓力調節；所述微電極陣列芯片(2)經引線(12)通過轉接口(8)與外界神經電刺激信號發生器/多通道生理信號記錄儀連接；所述立體定位架由調節支架(9)、橫梁(10)和主架(11)構成，主架(11)通過橫梁(10)連接調節支架(9)上端，轉接口(8)固定在調節支架(9)的下端；調節支架(9)與橫梁(10)之間采用可滑動連接，使調節支架(9)沿橫梁(10)水平滑動，由此通過調節支架(9)調節轉接口(8)的空間位置，從而調節微電極陣列芯片(2)的引線(12)應力，調節微電極陣列芯片(2)與骨窗內硬腦膜的緊密接觸程度，提高電信號在微電極陣列芯片(2)與外界神經電刺激信號發生器/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假體的調壓固定方法，所述方法是采用由微電極陣 列芯片(2)、瓊脂蓋片(3)、調壓板(4)和立體定位架組成的調壓固定裝置，將微電極陣列 芯片⑵植入骨窗內，將微電極陣列芯片(2)由瓊脂蓋片(3)通過調壓板⑷壓緊在骨窗 內，調壓板⑷通過螺釘固定在骨窗的外側顱骨上，并通過調節螺釘(14)壓在瓊脂蓋片(3) 上，通過調節螺釘的螺距來實現對微電極陣列芯片(2)的壓力調節；所述微電極陣列芯片 (2)實現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電刺激信號發生 器發出，經轉接口⑶和引線(12)輸入給微電極陣列芯片(2)，再經微電極陣列芯片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元，以產生需要的 神經興奮；另一方面，也可用于采集視皮層的神經興奮信號，通過腦脊液傳導，傳遞到視皮 層上方的硬腦膜組織，再經微電極陣列芯片(2)采集到，經轉接口(8)和引線(13)輸入為 多通道生理信號記錄儀上，供后續分析。
全文摘要
本發明涉及一種硬腦膜外電刺激視皮層神經假體的調壓固定方法及裝置，該裝置由調壓板、調壓螺釘、立體定位架組成。調壓板實現微電極陣列芯片與骨窗內硬腦膜之間的接口，通過調壓螺釘可精細調節微電極陣列芯片與所植入的硬腦膜區域的壓力，通過立體定位架的橫梁調節支架及轉接口的水平距離，以提高神經電刺激信號在硬腦膜等神經組織的有效傳遞、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，并且有效調節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 優先權日2010年7月7日
發明者侯文生, 姚軍平, 王星, 石衛衛, 鄭小林, 郭冰冰, 陰正勤 申請人:重慶大學