CN101516437A - 可植入的多电极装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可植入的多电极装置(300)以及相关方法和设备。在一个实施例中，本发明包括可植入装置(300)，其包括：组件块(320)；以及从组件块(320)发散的多个导线(340...348)，所述多个导线(340...348)中的每个含有至少一个电极(342A)，以便电极分布在三维空间内，其中，所述组件块(320)包括倒钩(350)，用于将组件块(350)紧固到所植入的组织内部。
Description
技术领域
本发明通常涉及电极装置，更特别地涉及可植入的多电极装置，以及用于其密封和植入的装置。
背景技术
许多神经疾病和病状在它们的症状中包括颤抖。常常，利用药物治疗仅仅是部分地可治疗上述颤抖。在其它情况下，随着疾病或者病状的发展，药物治疗的影响减少。在某些情况下，诸如，严重的帕金森症，药物治疗对控制上述颤抖是无效的。
目前对具有耐药性颤抖的病人可用的一个治疗方法是脑手术，在所述脑手术中，在认为引起颤抖的脑区域中形成损害。然而，虽然已经示出了提供某些减轻颤抖症状的上述手术，但是上述治疗方法的不可逆性存在较多的缺点。例如，如果确定手术没有减轻颤抖症状和/或导致正常脑运动的非预期损伤，病人没有得到医治。
对于耐药性颤抖的另一个治疗方法包括电刺激引起颤抖症状的脑区域。这些区域包括丘脑底核(STN)，苍白球内部(GPi)和丘脑的腹中间核(VIM)。例如，参考图1，个人100的脑110目标区域112经由一个或者多个由导线120携带的电极122电刺激，所述导线120由外科手术植入脑110中。因此，上述治疗方法通常被称为深脑部刺激术(DBS)。电脉冲典型地使用植入个人胸腔的起搏样神经刺激器130供给给所植入电极122，所述电极122和所述神经刺激器130通过个人皮肤下面的信号线128连接。
虽然DBS通常是可逆的(即，电极可以用手术去除和/或重新定位)，但是目前使用的电极在受刺激电极周围的脑容积方面提供很少的改变。即，由已知电极刺激的容积包括直接围绕电极的通常圆柱容积。图2示出了安装有三个电极222、224、226的已知导线220的简化视图。同时，电极222、224和226能够刺激与导线220相邻的脑容积240。如图2中所看出，容积240基本上是圆柱形的。在脑目标区域212位于容积240外部的情况下，很难或者不可能使用例如图2中所示电极的已知电极来刺激目标区域212。增加施加到电极上的电信号振幅将增加容积240，但是仍然不可能到达目标区域212，除非目标区域212很接近导线220。另外，电信号振幅可能增加到的大小由与导线220相邻的组织损伤的开始来限制。
在该程度上，需要存在用于治疗具有颤抖症状的个人的方法和装置，所述方法和装置不具有现有技术中已知的缺点。
发明内容
本发明提供一种可植入的多电极装置以及相关方法和设备。在一个实施例中，本发明包括可植入装置，其包括：组件块；以及从组件决发散的多个导线，多个导线中的每个含有至少一个电极，以便电极分布在三维空间内部，其中，组件块包括倒钩，用于将组件块紧固到所植入的组织内部。
本发明的第一方面提供一种用于将电刺激传递到个人的神经组织的方法，方法包括：在个人的神经组织中植入刺激物装置，其包括：组件块；以及从组件块伸出的多个导线，多个导线中的每个含有至少一个电极，以便电极分布在神经组织的目标容积内；以及使用至少一个电极增加神经组织的电刺激。
本发明的第二方面提供一种可植入的装置，其包括：组件块；以及从组件块发散的多个导线，多个导线中的每个含有至少一个电极，以便电极分布在三维空间内部。
本发明的第三方面提供一种用于植入可植入装置的系统，系统包括：可植入装置，其包括：组件块；以及从组件块发散的多个导线，多个导线中的每个含有至少一个电极，以便电极分布在三维空间内部；以及用于植入可植入装置的设备，其包括：外管；内管；以及与可植入装置表面上的特征相适应的内管表面上的配合特征，其中，外管的内径至少与内管的外径一样大，以便可植入装置可以经内管通过外管。
本发明的第四方面提供一种用于植入可植入装置的设备，其包括：外管；内管；以及与可植入装置表面上的特征相适应的内管表面上的配合特征，其中，外管的内径至少与内管的外径一样大，以便可植入装置可以经内管通过外管。
本发明的第五方面提供一种用于保护可植入装置的方法，方法包括：将密封物加到至少一部分可植入装置的表面上。
本发明的图示方面设计用于解决此处所描述的问题和其它没有讨论的问题，这些问题对本领域技术人员是可揭露的。
附图说明
根据本发明不同方面的以下详细描述连同描述本发明不同实施例的附图，将更易于理解本发明的这些和其他特征，其中：
图1示出了已知的深脑部刺激术(DBS)装置。
图2示出了图1装置的详细视图。
图3A示出了根据本发明的图示装置。
图3B-C示出了图3A装置的部分详细视图。
图4示出了根据本发明的图示密封装置。
图5A-C示出了根据本发明的密封物生物降解中的连续步骤。
图6A-C示出了根据本发明的装置和植入设备的大概的和详细的视图。
图7A-C示出了根据本发明的植入设备和装置的另一个实施例。
图8A-E示出了根据本发明使用植入设备植入根据本发明的装置的连续步骤。
需要指出的是，本发明的附图不是成比例的。附图旨在仅仅描述本发明的典型方面，且因此不应该认为限制本发明的范围，在附图中，附图间相同的数字代表相同的元件。
具体实施方式
如以上所显示，本发明提供一种可植入的多电极装置。图3A-C示出了根据本发明的图示装置的通常和详细视图。在图3A中，装置300包括组件块320，从所述组件块320伸出一个或者多个引线328和多个柔性导线340、342、344、346、348，多个导线分布在三维空间内。导线340、342、344、346、348可以具有比已知电极装置(见，例如，图1-2)更小的直径。优选地，每个导线340、342、344、346、348具有比大约2mm更小的直径，比大约40mm更小的高度，且足够硬，以在植入过程中刺入脑组织。
组件块320可以具有许多形式，图3A中所描述仅仅是图示性的。例如，组件决320可以包括多个导线通过的管子。可替换地，在一个优选实施例中，组件块320包括从引线328到一个或者多个导线340...348可操作地分布刺激的电子多工电路。在上述实施例中，可以减少引线328的数量，因为他们需要仅仅供给组件块320，而不是多个导线340...348的每一个。这提供了许多优点，包括由于引线更小和/或更柔性而更加容易植入，以及减小了从头骨传递到装置300的机械力。在上述实施例中，电子多工电路可以使用例如另外的引线或者射频遥感线路来控制。
通过在更加“成扇形展开”的三维分布中使用多个更小的导线，目标区域312的容积可以比可能使用已知装置更加精确地匹配。即，虽然本发明的多个更小导线能够传递与已知单导线装置近似相同的最大功率，但是多个导线更精确的放置允许使用更低的功率。另外，每个导线可以包括一个或者多个电极。例如，如图3B中所示，导线342包括与其远端相邻的单个电极342A。反之，图3C示出了包括沿其长度分布三个电极346A-C的导线346的详细视图。虽然，至今为止所描述为传递刺激信号，但是需要认识到，一个或者多个电极可以可替换地用来测量和/或记录植入电极的区域内神经刺激的水平。
如上所指出，因为本发明的某些电极更接近目标区域，所以刺激幅度(用于获得相同的临床效果)比用于已知电极装置的更小。这提供了许多优点。首先，使用具有较小幅度的刺激信号减少了与电极相邻的组织损伤的危险。第二，较小幅度信号和每个电极更加精确放置的结合减少了由脑中非目标区域刺激而引起的副作用。第三，使用较小幅度的刺激延长了电池供电的脉冲发生器(例如，图1中的起搏样神经刺激器130)的寿命。
装置300可以供给按照长度、数量和排列方向预布置的导线，以匹配已知的目标区域(例如，丘脑底核(STN)，苍白球内部(GPi)和丘脑的腹中间核(VIM))。可替换地，导线的布置可以根据使用图像装置(例如，核磁共振成像(MRI)装置，计算机化X线断层扫描术(CT)装置，等等)确定的目标区域来定制。类似地，假如确定在植入后仅仅一部分目标区域312需要刺激(例如，是颤抖症状的原因)，仅仅导线340，342，344，346，348子集的电极可以被触发。如以上所说明的，这可以通过使用例如含有电子多工电路的组件块来实现。
虽然脑目标区域的电刺激可能本身足以减少或者防止个人的颤抖症状，但是，在某些情况下，也可期望去增加个人的一个或者多个抗颤抖药物治疗。在上述情况下，抗颤抖药物治疗的剂量优选地低于没有同时发生脑目标区域刺激时药效的剂量。
如图3A中所示，组件块320可以任意地包括一个或者多个倒钩350，352，用于将组件块320紧固到个人的脑组织内部。在一个实施例中，一个或者多个倒钩可以适于在植入过程中叠靠或者包含在组件块320内部，且一旦装置300在适当位置，从组件块32突出。在另一个实施例中，一个或者多个倒钩352可以是可缩进的，以便可以容易地去除植入装置300。组件块320优选地包括凹口或者类似特征，用于在植入过程中控制和/或监测(即，确定)装置300的角取向和/或旋转。优选地，组件块320具有小于5mm的最大直径。
优选地，引线328包含在柔性绝缘金属线组件中，便于使从头骨(将最终固定有引线328)传递到脑组织的力最小化。这允许装置300自由移动。
虽然至今为止在治疗呈现颤抖症状的疾病或者疾患(例如，帕金森症)中认为是有用的，但是需要认识到，脑目标区域的电刺激在其他疾病和疾患的治疗中有效也是已知的。因此，本发明的装置和方法可适用于治疗现在已知或者以后认为使用电刺激脑目标区域是可治疗的的任何疾病或者疾患。目前，这些疾病或者疾患包括，例如忧郁症、双极性精神疾患、强迫性痉挛疾患、以及癫痫症。
正如本领域技术人员所认识到的，将任何装置植入个人脑组织中的行为可能引起所影响组织的某些损伤。因此，个人的免疫系统典型地将对上述损伤作出反应。特别地，在遭受损伤的区域中急性炎症反应通常是明显的。一旦急性炎症反应消退，密封组织层常常在所植入装置的周围形成。这可能对于装置的功能具有特别的负面影响，因为密封组织层阻塞、妨碍、或者用别的方法干扰装置和周围神经(例如，脑)组织之间的电耦合。
类似的，在装置本身的植入操作过程中，其可能由死细胞和/或组织污染。这更可能是在涂附有用于促进神经组织粘着到装置的粘着分子(例如，聚赖氨酸、昆布氨酸、细胞纤维连结蛋白，等等)的装置表面处。这些材料非常粘且在植入过程中可以绑到非预期材料上，由此减少了装置的功能。
另外，在植入操作过程中，通过接触植入用具或者神经组织，装置本身可能损伤。后者更可能是在包括诸如柱子等有助于促进设备电极和神经之间接触的精密地形结构的设备处。地形结构或者装置的任何“粗糙”表面也可能在植入过程中引起组织损伤的增加。
因此，可以预期的是，在植入之前用可生物降解的保护性材料涂附所植入装置。图4示出了与图3A的装置300相似的密封装置400。如图4中所看出的，装置400的整体由可生物降解的密封物470覆盖。适于在密封物470中使用的材料包括：例如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚对二氧环己酮(PDS)、聚乙二醇(PEG)、聚羟基丁酸脂(PHB)。其他合适的材料当然可以由本领域技术人员来认知。
密封物470可以适于使用任何已知的或者后来研发的方法或者技术。优选的方法包括注塑、喷涂和气相淀积。所选的特别方法当然将取决于包括待密封装置、密封物成分、以及所完成密封物的理想厚度等大量因素。
密封物470提供优于非密封装置的大量优点，包括：在植入过程中保护所密封装置免受机械损伤、保护所密封装置免受死细胞和/或组织的污染、保护附着分子、由于更光滑的表面易于植入，以及减少炎症反应。炎症反应可以通过并入密封物本身的一个或者多个抗炎成分来进一步减少。在上述实施例中，当密封物生物降解时，抗炎成分释放进入所植入装置周围的组织中。为了进一步增加神经组织和电极之间的粘着和耦合，促进蛋白质(营养因子)生长也可以增加到密封物。
如正图4中所示，当导线440...448包含在密封物470内部时，其可以具有基本上“非扇形的”分布，且一旦密封物470已经完全生物降解，采用导线440’...448’的“扇形”分布。
如以下将更详细的描述，密封物470可以任意地形成为锋利或者尖锐的前缘，以便密封物470本身可以用来在植入操作过程中贯穿组织，且助于将装置400推移到其预期的植入位置。
图5A-C示出了来自具有地形结构540，542的可植入装置500的密封物570的逐步生物降解。在图5A中，装置500完全密封，且相邻的神经细胞(例如，神经元)590接触密封物570。在图5B中，一部分密封物570已经生物降解，以便神经元590可以接触最上面的地形结构542。在图5C中，神经元570完全生物降解，且神经元590自由接触包括地形结构540的装置500的任何部分。
虽然本发明的密封物在密封用于脑组织中植入的多电极装置中认为是有用的，但是需要认识到，此处所描述的密封物可以类似地应用到任何可植入装置。本发明的密封物在要求与周围组织很好电接触的密封装置中是特别有用的。上述装置包括，例如，视网膜植入、深脑部刺激术(DBS)电极、用于例如控制假体的运动皮层的记录电极，以及用于刺激神经活动(例如，用于刺激体感皮层或者传递来自另外装置(例如，照相机)的输入)的装置。上述装置在2005年7月21日提交的美国临时专利申请No.60/701,337中和2006年7月11日提交的国际专利申请No.PCT/US2006/052348中进行了描述，每个申请作为参考并入与此。
如以上所指出的，根据本发明的装置可以任意地包括凹口或者类似特征，用于在植入过程中控制和/或监测(即，确定)装置的角取向和/或旋转。图6A-C示出了根据本发明与植入设备600相关联的装置300的可替换实施例。如图所示，植入设备600包括外管602和内管604，内管604具有小于或者等于外管602内径的外径，以便内管604可以在外管602内部滑动。如图6A所示，以及更详细地在图6B中所示，装置300包括与内管604配合特征603相适应的隆起物362，以便装置300可以如同内管604在外管602内部通过一样通过外管602。正如本领域技术人员将认识到的，优选的，至少装置300的一个角取向和旋转可以使用隆起物362和配合特征603来确定和/或控制。如图6A中可以看出的，以及在以下将更加详细的描述的，引线328可以贯穿内管604的内部空间。
图6C示出了本发明的可替换实施例，其中，装置300包括不同于如图6A-B中所示隆起物的凹口360。因此，内管604的配合特征605包括不同于如图6A-B中所示凹槽(grove)的隆起物。正如本领域技术人员将认识到的，对于装置300和内管604，还可以使用其他形状和特征组合。
如以上所指出，根据本发明的装置可能在植入过程中由死细胞和/或组织污染。类似的，在装置300的植入过程中，外管602的内部空间可能由细胞或者组织阻塞。因此，图7A-C示出了能够避免上述阻塞的植入设备600布置的说明性实施例。在图7A中，锋利的金属轴606设置在外管602的端头内部，其有效地封闭或者最小化外管602中的可用开口。另外，锋利的金属轴606必然可以用来在装置300的植入过程中穿透任何组织。在图7B中，布置各个导线340...348，以便使外管602中的任何开口最小。在图7C中，如上所述，一部分密封物已经在导线340...348的末端形成为锋利的边缘372。如锋利的金属轴606一样，除了封闭或者最小化外管602中的开口之外，锋利的边缘372必然可以用来在装置300的植入过程中穿透任何组织。
图8A-E依次示出了使用植入设备600将装置300植入操作的说明性步骤。在图8A中，含有装置300的植入设备600设置与脑目标区域312相邻。如图8B所示，当内管604向下运动时，导线340...348从内管602的内部移动进入目标区域。在图8C中，导线340...348完全延伸进入目标区域312。如以上所说明的，可以预布置(例如，按照长度、数量、相对位置)导线340...348，以便一旦完全延伸，它们的分布接近目标区域312的容积。在图8D中，内管604从外管604中部分地取出。如以上所指出，引线328贯穿内管604，以便内管604的取出使引线328和装置的剩余部分保持原样。最后，在图8E中，内管604和外管602已经完全取出，留下装置300，而导线340...348分布在目标区域312内部。假如在放置装置300后，倒钩350，352可操作地向外延伸，例如，例如当从装置300中取出外管602时，他们可以适于这么做。
出于图示和描述的目的，已经介绍了本发明不同方面的前述描述。这并不意味着是穷举的，且将本发明限制到所公开的精确形式，并且显而易见的是，许多修改和变化时可能的。对于本领域技术人员是显而易见的上述修改和改变旨在包括在由附加权利要求所限顶的本发明的范围内。
Claims (41)
1.一种用于将电刺激传递到个人的神经组织的方法，该方法包括：
在个人的神经组织中植入刺激装置(300)，其包括：
组件块(320)；以及
从组件块(320)伸出的多个导线(340...348)，多个导线(340...348)中的每个含有至少一个电极(342A)，以便电极分布在神经组织的目标容积(312)内；以及
使用至少一个电极(342A)对神经组织施加电刺激。
2.如权利要求1所述的方法，其中，组件块(320)包括至少一个倒钩(350)，用于将组件块(320)紧固到神经组织内部。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该至少一个倒钩(350)适于在第一位置朝向组件块(320)缩进，且在第二位置从组件块(320)伸出。
4.如权利要求1所述的方法，其中，多个导线(340...348)中的至少一个包括一个以上电极(342A)。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该装置(300)进一步包括：
可生物降解的密封物(470)，其用于在植入过程中保护所述装置(300)。
6.如权利要求5所述的方法，其中，当导线(340...348)包含在可生物降解的密封物(470)内部时，该电极(342A)适于呈现第一分布，以及在可生物降解的密封物(470)生物降解时呈现第二分布。
7.如权利要求5所述的方法，其中密封物(470)包括以下至少一个：聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚对二氧环己酮(PDS)、聚乙二醇(PEG)、和聚羟基丁酸酯(PHB)。
8.如权利要求1所述的方法，其中预布置多个导线(340...348)，以便电极(342A)的分布与神经组织的目标容积(312)相适应。
9.如权利要求1所述的方法，其中，施加包括：可以通过使用比包含在多个电极(340...348)内部更少的电极，将电刺激施加到小于最大容积的神经组织容积。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用至少一个电极(342A)记录神经组织的目标容积(312)内的神经活动。
11.如权利要求1所述的方法，其中，电刺激能够减少个人所遭受的颤抖。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：
向个人施加至少一种抗颤抖药物。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述个人患有以下的至少一种病症：帕金森症、抑郁症、双相型障碍、强迫性痉挛疾患、和癫痫症。
14.一种可植入的装置(300)，其包括：
组件块(320)；以及
从组件块(320)发散的多个导线(340...348)，所述多个导线(340...348)中的每个含有至少一个电极(342A)，使得所述电极分布在三维空间内。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述组件块(320)包括至少一个倒钩(350)，用于将组件块(350)紧固到所植入的组织内部。
16.如权利要求14所述的装置，进一步地包括：
至少一个引线(328)，其可操作地将刺激分布到组件块(320)上，
其中，该组件块(320)包括电子多工电路，其可操作地将刺激分布到至少一个电极(342A)上。
17.如权利要求16所述的装置，其中，该电子多工电路由以下至少一个控制：引线(328)和射频遥感线路。
18.如权利要求14所述的装置，其中，多个导线(340...348)中的至少一个包括一个以上电极(342A)。
19.如权利要求14所述的装置，其中，预布置所述多个导线(340...348)，使得电极的分布与所植入组织的目标容积(312)相适应。
20.如权利要求14所述的装置，进一步地包括：
可生物降解的密封物(470)，用于在植入过程中保护装置(300)的至少一部分。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述电极适于当导线(340...348)包含在可生物降解密封物(470)内时呈现第一分布，以及在可生物降解的密封物(470)生物降解时呈现第二分布。
22.如权利要求20所述的装置，其中，所述密封物(470)包括以下至少一种：聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚对二氧环己酮(PDS)、聚乙二醇(PEG)、和聚羟基丁酸酯(PHB)。
23.如权利要求14所述的装置，进一步包括：
用于在植入过程中确定该装置的角取向和旋转中至少一种的工具。
24.一种用于植入可植入装置的系统，系统包括：
可植入装置(300)，其包括：
组件块(320)；以及
从组件块(320)发散的多个导线(340...348)，所述多个导线(340...348)中的每个含有至少一个电极(342A)，使得该电极分布在三维空间内；以及
用于植入可植入装置(300)的设备(600)，其包括：
外管(602)；
内管(604)；以及
与可植入装置(300)表面上的特征(362)相适应的内管表面上的配合特征(603)，
其中，外管(602)的内径至少与内管(604)的外径一样大，以便可植入装置(300)可以经内管(604)移动穿过外管(602)。
25.如权利要求24所述的系统，其中，组件块(320)包括至少一个倒钩(350)，用于将组件块(320)紧固到所植入的组织内部。
26.如权利要求24所述的系统，其中，所述多个导线(340...348)中至少一个包括一个以上的电极(342A)。
27.如权利要求24所述的系统，其中，预布置所述多个导线(340...348)，使得电极的分布与植入组织的目标容积(312)相适应。
28.如权利要求24所述的系统，进一步包括：
可生物降解的密封物(470)，其用于在植入过程中保护所述装置(300)的至少一部分。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述电极适于当导线(340...348)包含在可生物降解的密封物(470)内时呈现第一分布，以及在可生物降解的密封物(470)生物降解时呈现第二分布。
30.如权利要求28所述的装置，其中，所述密封物(470)包括以下至少一种：聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚对二氧环己酮(PDS)、聚乙二醇(PEG)、和聚羟基丁酸酯(PHB)。
31.如权利要求28所述的系统，进一步包括：
用于在植入过程中确定装置(300)的角取向和旋转中至少一种的工具。
32.如权利要求24所述的系统，其中，所述植入设备(600)的内管(604)适于包含有可植入装置(300)的至少一个引线(328)。
33.一种用于植入可植入装置的设备(600)，其包括：
外管(602)；
内管(604)；以及
与可植入装置(300)表面上的特征(362)相适应的内管(604)表面上的配合特征(603)，
其中，外管(602)的内径至少与内管(604)的外径一样大，以便可植入装置(300)可以经内管(604)移动穿过外管(602)。
34.如权利要求33所述的设备，其中，可植入装置(300)的角取向和旋转中的至少一种可以通过操作该配合特征来控制。
35.如权利要求33所述的设备，其中，所述可植入装置(300)表面上的特征(362)包括以下中的至少一种：凹口或隆起。
36.如权利要求33所述的设备，其中，内管(604)适于包含可植入装置的至少一个引线(328)。
37.一种用于保护可植入装置(300)的方法，该方法包括：将密封物(470)施加到可植入装置(300)的至少一部分的表面。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述密封物(470)包括至少一种选自由聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚对二氧环己酮(PDS)、聚乙二醇(PEG)、和聚羟基丁酸酯(PHB)所构成的组的成分。
39.如权利要求37所述的方法，其中，施加包括注塑、喷涂和气相淀积中的至少一种。
40.如权利要求37所述的方法，其中，所述密封物(470)进一步包括当密封物生物降解时可操作地释放以下中的至少一种：抗炎症药物和生长促进蛋白质。
41.一种可植入装置(300)，其包括根据权利要求37方法施加的密封物。
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