Многоканальный электрод с независимым перемещением микропроводников в пучке


 


Владельцы патента RU 2421253:

Бобровников Леонид Вячеславович (RU)

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам нейрофизиологического назначения для прецизионной электростимуляции и регистрации биоэлектрической активности одновременно большого числа нейронов головного мозга человека и животных. Многоканальный электрод состоит из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю. В центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие концы зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя максимальна. Использование изобретения позволит повысить уровень эффективности нейрофизиологического тестирования за счет увеличения одновременно регистрируемых нейронов головного мозга, появления возможности одновременной микроточечной стимуляции мозга в области локализации функционально маркированных нервных клеток и за счет снижения уровня травматичности мозговой ткани в ходе нейрохирургического вмешательства. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к области производства приборов нейрофизиологического назначения для прецизионной электростимуляции и регистрации биоэлектрической активности одновременно большого числа нейронов головного мозга человека и животных.

Уровень техники

Аналогом изобретения является устройство для стимуляции и отведения разрядной активности больших групп нервных клеток (так называемый, «нейроинтерфейс»), состоящее из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю [1, 2].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю».

Недостатком аналога является его малая эффективность, поскольку отводящие поверхности лишь части микропроводников такого пучка (по разным данным от 15% до 40%) после его введения в ткань мозга оказываются в области локализации той или иной нервной клетки. Только эти каналы электрода в дальнейшем и могут использоваться для электростимуляции и регистрации нейронной активности. Замена же их индивидуально подвижными проводниками большого диаметра (с последующей заточкой и покрытием каждого из них слоем изоляции) [3] неизбежно приводит к возникновению множественных микротравм ткани мозга и, как следствие, нарушению нормального его функционирования в зоне отведения.

Прототипом изобретения является «модульный многоканальный микроэлектрод» [4] (J.Hetke, D.Pellinen, D.Anderson. Modular multichannel microelectrode array and methods of making same // Patent USA. WO 2007/042999 A3 (2007)).

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «из держателя и пучка покрытых изоляцией металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю».

Недостатком прототипа также является его малая эффективность, а именно невозможность получения на выходе каждого из каналов усилителя биоэлектрического сигнала максимальной амплитуды.

Устранение недостатка может быть достигнуто за счет того, что в центральном канале держателя устанавливается подвижная игла, к которой прикрепляют одни из концов микропроводников пучка, а другие их концы фиксируют внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя оказывается максимальной.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание многоканального электрода для эффективной регистрации биоэлектрической активности больших групп нервных клеток и их электростимуляции.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие результаты:

А. Увеличение числа одновременно регистрируемых нейронов головного мозга человека и животных и, как следствие, значительное повышение уровня эффективности нейрофизиологического тестирования.

Б. Появление возможности одновременной микроточечной стимуляции мозга в области локализации функционально маркированных нервных клеток.

С. Снижение уровня травматичности мозговой ткани в ходе нейрохирургических операций, связанных с необходимостью локальной стимуляции отдельных нейронов и регистрации их биоэлектрической активности.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя максимальна.

Признаки, отличающие изобретение от наиболее близкого аналога, выражаются следующей совокупностью признаков: «в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга».

С целью повышения эффективности регистрации и стимуляции нейронной активности предусмотрена возможность независимого перемещения микроэлектродов относительно друг друга и поднятия каждого из них до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя оказывается максимальной.

Таким образом, задача изобретения решена.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Определение эффективности предлагаемого устройства проводилось в рамках нейрофизиологического анализа биоэлектрической активности нейронов сенсомоторной области коры кроликов, находящихся в условиях свободного поведения.

На чертеже изображена схема многоканального электрода, который использовался для регистрации нейронной активности.

Схема содержит изготовленный из диэлектрического материала (фторопласта) держатель 1, в центральном канале которого находится подвижная игла из вольфрама 2, а в боковых наклонных отверстиях с помощью винтов 3 укреплены микропроводники. Каждый из них представляет собой микропровод 4 в стеклянной изоляции (диаметр токопроводящей жилы 1-3 мкм, толщина изолирующего ее стеклянного покрытия 5-7 мкм), верхнюю часть которого после удаления слоя стекла во фтористоводородной кислоте фиксируют токопроводящим клеем внутри металлического стержня 5 (отрезок инъекционной иглы). Нижние концы всех микропроводников 4 с помощью раствора сахарозы приклеивают к центральной игле 2. Ближние к центру держателя 1 концы токосъемников 6 (ламели микроразъема РГ1Н-1-5) припаяны к микрокабелю, подключенному к входам многоканального усилителя.

Устройство работает следующим образом. После трепанации кости черепа над областью регистрации и удаления участка твердой мозговой оболочки в ткань мозга плавно погружают многоканальный электрод и жидкой пластмассой (Норакрил-100) скрепляют держатель 1 с костью черепа. Спустя 15-20 минут, которые необходимы для растворения сахарозы в ткани мозга, иглу 2 вынимают из центрального отверстия и подключают каждый микропроводник через токосъемник 6 к одному из входов многоканального усилителя. Затем, используя (в зависимости от вида биологического объекта) либо стереотаксический аппарат, либо микроманипулятор, последовательно поднимают каждый из стержней 5 в канале держателя 1 до уровня, обеспечивающего наибольшую амплитуду активного биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя. В этом положении каждый стержень окончательно фиксируют микровинтом 3 в канале держателя 1.

Возможность осуществления изобретения с реализацией указанного назначения подтверждается известностью средств и методов получения устройств.

Таким образом, подтверждена возможность осуществления изобретения.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня эффективности нейрофизиологического тестирования за счет увеличения одновременно регистрируемых нейронов головного мозга, появления возможности одновременной микроточечной стимуляции мозга в области локализации функционально маркированных нервных клеток и за счет снижения уровня травматичности мозговой ткани в ходе нейрохирургического вмешательства.

Источники информации

1. V.Tsytsarev, M.Taketani, F.Schottler, Shigeru Tanaka and Masahiko Hara. A new planar multielectrode array: recording from a rat auditory cortex// J. Neural Eng. 3 (2006). 293-298.

2. Justin С.Williams, Robert L. Rennaker, Daryl R. Kipke. Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. Brain Research Protocols. 4 (1999). 303-313.

3. Steven J. Eliades, Xiaoqin Wang. Chronic multi-electrode neural recording in free-roaming monkeys// Journal of Neuroscience Methods. 172 (2008). 201-214.

4. J.Hetke, D.Pellinen, D.Anderson. Modular multichannel microelectrode array and methods of making same// Patent USA. WO 2007/042999 A3 (19.04.2007).

Многоканальный электрод для регистрации биоэлектрической активности больших групп нервных клеток и их электростимуляции, состоящий из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю, отличающийся тем, что в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие концы зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя максимальна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветеринарии. .
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу изготовления биполярных концентрических электродов. .
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может применяться для стимуляции заживления и профилактики грубого рубцевания роговицы глаза. .

Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии. .

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для пропускания тока через тело живого организма. .

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для разработки суставов и укрепления связок и мышц. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электродным устройствам, и может быть использовано для электродиагностики нервных структур в лечений больных со спинальной патологией в нейрохирургии.

Изобретение относится к медицине, а именно - к урологии, физиотерапии

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к матрицам для датчиков и имплантируемых устройств

Изобретение относится к медицине, а именно к урологии, и касается проведения внутриорганного лекарственного электрофореза мочевого пузыря
Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии, эндокринологии

Изобретение относится к медицине, в частности к электротерапии, и может использоваться при лечении гинекологических заболеваний

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для подавления болезнетворных микробов

Изобретение относится к устройству и способу лечения бактериальных заболеваний. Устройство включает троакар, перфоратор, толкатель, серебряный электрод, временный электрод, иглу, изготовленную из биологически совместимого материала, имеющего отрицательный электрический потенциал относительно серебра, один или более вторых электродов из того же материала, что и игла, внешний источник постоянного напряжения и измеритель электропроводности. Способ с использованием устройства включает этапы сверления отверстия в инфицированной кости или в пределах инфицированной области, имплантирования в него небольшого серебряного электрода, размещения временного электрода в отверстии поверх серебряного электрода в плотном контакте с ним, электрического соединения временного электрода с первым зажимом измерителя электропроводности, электрического соединения иглы со вторым зажимом измерителя электропроводности, касания поверхности кожи иглой в точке вблизи отверстия и измерения электропроводности пути от серебряного электрода до иглы, повторения шага касания в различных местах на поверхности кожи до тех пор, пока не будет найден путь, имеющий самую высокую электропроводность, и маркировки соответствующего местоположения иглы, отсоединения измерителя электропроводности от временного электрода и удаления измерителя электропроводности и иглы, введения под кожу второго электрода, в маркированном местоположении, электрического соединения одного зажима источника постоянного напряжения с временным электродом и его второго зажима с вторым электродом и пропускания тока менее 0,5 мА в течение 5-120 с между серебряным электродом и вторым электродом, отсоединения второго зажима источника постоянного напряжения от второго электрода, удаления временного электрода и источника постоянного напряжения. Использование изобретения обеспечивает долговременный антибактериальный эффект, который будет оказывать профилактическое действие и после завершения курса лечения инфекции. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии. Электротерапию осуществляют низковольтным статическим электрическим полем напряжением 3-9 В. Электроды устанавливают вблизи тела пациента без электрического контакта, при этом используют электроды, изготовленные из алюминия или железа. Для нормостенического телосложения толщина электродов составляет 0,1 мм, для гиперстенического телосложения 0,12 мм, для гипостенического телосложения 0,085 мм. По сравнению с гальванизацией предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: возможно применение электротерапии при повреждениях кожного покрова; высокая эффективность при лечении костной и хрящевой тканей; возможно более длительное воздействие без риска повреждения тканей; отсутствие нагрева тканей. 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к медицинской технике. Конструкция электрода для снятия кардиограммы содержит «грушу» с присоской и электроды. Внутри присоски размещен магнитоэлектрический датчик, устанавливаемый параллельно поверхности тела пациента, включающий корпус из немагнитного материала, внутри которого установлен магнитоэлектрический элемент, выполненный из обладающего магнитоэлектрическим эффектом материала и закрепленный в корпусе при помощи держателей, и постоянный магнит. Из корпуса датчика наружу выведены два электрода для подачи сигнала о потенциалах электромагнитных колебаний сердца на усилительное и фиксирующие устройства. Присоска выполнена из металла или диэлектрика. Технический результат состоит в снижении трудоемкости при проведении обследования пациентов за счет использования бесконтактного электрода для снятия кардиограммы. 2 ил.
Наверх