CN103269745B - 用于神经刺激和记录的多通道柱形电极 - Google Patents

Abstract

描述了一种可植入多通道电极。具有柱形电极体的耳植入电极具有相反的顶端和底端表面。电极接触跨底端表面散布以提供与附近听觉神经组织的电相互作用。

Description

用于神经刺激和记录的多通道柱形电极

本申请要求2011年12月15日提交的美国临时专利申请61/423,181的优先权，其被并入这里作为参考。

技术领域

本发明涉及用于生物医学装置的可植入电极。

背景技术

如图1所示，正常的耳从外耳廓101穿过通常为柱形的耳道110引导声音，以振动鼓膜102(耳膜)，鼓膜102移动中耳103的骨骼以振动耳蜗104，耳蜗104继而用作换能器来生成到大脑的电脉冲，该电脉冲被解释为声音。另外，内耳也包括平衡传感前庭系统，其具有前庭迷路105和它的三个互连且相互正交的半圆管：上管106、后管107和水平管108(以及耳石器、小囊和球囊—未示出)。前庭迷路105的管和空间填充有相对于头部移动而移动的内淋巴液，由此激活毛细胞，其经由前庭神经111向大脑发送电平衡信号。

对于一些人，前庭系统被损坏或有缺陷，这造成平衡问题，诸如不稳定、眩晕和不稳固的视觉。前庭移植正在发展中，其挑战之一在于刺激前庭神经111的纤维，其嵌入于前庭迷路105周围的骨通道(bonychannel)的平坦中。这些神经纤维需要在多个不同具体位置处被刺激，从而建议使用多通道电极。

这种多通道电极的电极接触需要与神经纤维尽可能的近，但仍有一些距离，例如，离神经纤维几微米至几十微米。为了经由外科接近神经纤维，周围骨骼中的一些可以被钻去直到暴露膜状骨膜，从而在神经纤维平坦的正上方产生电极井。电极井由于球状钻孔毛刺而可能是圆锥形的，深度是100微米至1毫米或更大。或者电极井可以在一些横向方向上延伸，从而产生鞋盒形井。

一旦经由外科手术制备电极井，具有许多电极接触的多通道电极需要被放置在其中。可以使用平坦型电极，但可能要求它极其柔韧且足够坚固以适于电极井的形状。并且在平坦电极的情况下，在电极接触和电极井底部之间的连接可能小于最佳值。平坦电极在电极井中的放置也可能被将电极接触连接至植入刺激装置的电极引线妨碍。

发明内容

本发明的实施例涉及可植入多通道电极。具有柱形电极体的耳植入电极具有相反的顶端和底端表面。电极接触跨底端表面散布以提供与附近的听觉神经组织的电相互作用。

在具体实施例中，还可以存在围绕电极体的外周的至少一个接地电极，用于为电极接触提供电路参考。或者可以在底端表面中，例如，围绕外周存在接地电极。或者可以存在多个接地电极，例如，一个接地电极与相应一个电极接触邻近。

插入限制器可以位于电极体的外周上，用于限制电极体可以被相对于神经组织定位的接近程度。例如，插入限制器可以是围绕外周的至少一部分设置的多个插入突出。或者插入限制器可以是围绕外周的至少一部分延伸的裙突出结构。

可以存在连接到电极体并且比电极体小得多的电极引线，以提供电极接触到植入刺激装置的电连接刺激。电极引线可以被连接至电极体的顶端表面。或者电极体可以包括连接电极引线的柱形侧表面。具体地，柱形可以为圆柱形、椭圆柱形、或多叶状柱形。电极体适配在邻近于神经组织的制备的电极保持凹槽内。底端表面可以是平坦或者弯曲的。电极体可以由弹性有机硅材料制成。

本发明的实施例也包括具有根据前述中的任何一种可植入多通道电极的生物医学植入系统，诸如前庭植入系统。

附图说明

图1示出包括前庭系统结构的正常人耳的解剖模型。

图2示出当被定位以用于前庭植入系统中时的、根据本发明一个实施例的多通道植入电极的示例。

图3A-D示出具有接地电极的电极的实施例。

图4示出被植入到在制备的骨骼位置中的电极井中的电极。

图5A-C示出具有插入限制器结构的电极。

图6示出具有从侧面进入的电极引线的柱形电极。

图7A-C示出具有不同具体柱形的电极底端表面。

具体实施方式

本发明实施例涉及可植入多通道电极，其采用具有包括相反的顶端和底端表面的柱形电极体的耳植入电极形式。电极接触跨电极体的底端表面散布以提供与附近神经组织的电相互作用。这种小柱形多通道电极对刺激位于彼此非常近的小神经纤维是有用的。多通道耳植入电极也可以允许选择最靠近神经元的最佳电极接触以用于刺激。过去，在小前庭神经和单通道电极的情况下，这已被证明是非常困难的，其中电极与神经的相互作用基于电极到神经的接近度而命中或者未中，其中未中(miss)意味着不可能有刺激。

图2示出当被定位以用于前庭植入系统中时的、根据本发明一个实施例的多通道耳植入电极200的示例。柱形电极体201被植入为使得其底端表面203上的电极接触204被定位为在前庭神经111的神经纤维连接到前庭迷路处邻近于神经纤维。电极体201可以由弹性有机硅材料制成，其尺寸和形状特别适于合适地适配在钻出的电极井中。

直径比电极体201小得多的电极引线202被连接到电极体201的顶端表面205，并且提供电极接触204到植入刺激装置的电连接刺激。这种布置导致了电极体201上的低拉力。将电极引线202的连接定位于与电极接触204的底端表面203的相反端上的电极体201的顶端表面205处最小化了其对电极接触204和神经纤维的相互作用的影响。相反，如在传统的扁平电极的情况下，将电极引线202放置在电极体201的侧面将需要额外的插入空间，并且对于电极体201的植入放置而失稳。另一方面，图6示出具有进入电极体201侧面的电极引线202的柱形电极体201的实施例。这种实施例可能在例如具有紧靠大脑表面上的目标组织放置电极接触204的、穿过颅骨的经颅插件的应用中特别有用。

图7A示出耳植入电极200的具体实施例的底端表面203，其中电极体201是圆柱形，其中电极接触204朝向外周分布。图7B示出底端表面203，其中电极体201是椭圆柱形，并且电极接触204沿着椭圆轴的长度以直线分布。这种形状可以允许在插入点处移除较少的骨骼。图7C示出底端表面203，其中电极体201是在每个叶中具有电极接触204的多叶状柱形。在具体实施例中，底端表面203可以为平坦的、弯曲的，等等。

图3A示出耳植入电极200的底部透视图，其具有在底端表面203上方一定距离处围绕电极体201的外周的接地电极301。接地电极301为底面203上的电极接触204提供电路参考。以这种方式定位的接地电极301有助于将来自刺激信号的电场限制在围绕电极体201的柱形的区域内，并减少电流散布和不必要地刺激附近神经元。图3B示出另一实施例的示例，其中存在围绕底端表面203的外周的接地电极301。图3C示出具有分离的共用接地电极301的实施例。图3D示出对于每个刺激电极接触204存在独立接地电极301的实施例。这种邻近接触对的布置有助于最小化通道串扰—在诸如前庭植入的应用中，这是保持诸如眼睛的附近系统的合适功能性的重要考虑。

图4示出被植入到在制备的骨骼位置中的电极井401中的电极体201。电极体201的底端表面203紧靠地适配电极井401的井底403，以便使电极接触204邻接于神经纤维402的平面。在具体实施例中，电极体201可以仅适配在电极井401中，或者可以存在对电极体201的一定压迫以使其更紧地适配。

在图4所示的实施例中，电极接触204是球形的，而在图3A-D所示的实施例中，它们是平坦圆形的。在其它具体实施例中，电极接触204可以具有其它具体形状，例如线性线段、导线端等等。

这种耳植入电极200的具体实施例也可以包括一个或多个插入限制器结构，用来限制电极体相对于神经组织可以被定位的接近程度。例如，图5A示出耳植入电极200的实施例，其在底端表面203上方一定高度处具有围绕电极体201外周延伸的裙限制器501。插入裙501限制电极体201相对于神经组织可以被定位的接近程度。插入裙501也提供围绕柱形电极体201的锚固稳定。图5B示出围绕电极体201的外周的至少一部分设置的限制器突出502。图5C示出柱形多通道耳植入电极的实施例，其具有围绕电极体201的外周部分地延伸的部分限制插入裙503。这种实施例可以在外科手术插入期间提供更好的视野。

诸如上述的多通道柱形电极的实施例在实现为用于刺激诸如前庭神经的情况下的、被骨骼隐藏或掩盖的神经纤维的小型结构时非常有用。可以利用最接近的每个神经的最优接触独立地刺激上壶腹和外壶腹神经。除前庭系统应用之外，诸如一些脊髓应用中，当被连接到一个或多个刺激装置以靠近单个较大神经，特别是用以避免损坏硬脑膜和/或用于局部刺激时，多个柱形多通道电极的布置也可以是有用的。

尽管公开了本发明的多种示例性实施例，但对本领域技术人员显而易见的是，可以做出将获得本发明的某些优点的各种改变和修改，而不脱离本发明的真实范围。

Claims (17)

1.一种可植入多通道电极，包括：

耳植入电极，所述耳植入电极带有具有相反的顶端和底端表面的柱形电极体；以及

多个电极接触，所述多个电极接触仅跨所述柱形电极体的所述底端表面散布，并且提供与附近听觉神经组织的电相互作用。

2.根据权利要求1所述的电极，进一步包括：

至少一个接地电极，所述至少一个接地电极为所述电极接触提供电路参考。

3.根据权利要求2所述的电极，其中所述接地电极被定位为围绕所述电极体的外周。

4.根据权利要求2所述的电极，其中所述接地电极被定位于所述电极体的所述底端表面中。

5.根据权利要求2所述的电极，其中所述接地电极包括多个接地电极接触。

6.根据权利要求1所述的电极，进一步包括：

插入限制器，所述插入限制器位于所述电极体的外周上，用于限制所述电极体相对于神经组织可以被定位的接近程度。

7.根据权利要求6所述的电极，其中所述插入限制器是裙突出结构，所述裙突出结构围绕所述电极体的外周的至少一部分延伸。

8.根据权利要求6所述的电极，其中所述插入限制器是多个限制器突出，所述多个限制器突出围绕所述电极体的外周的至少一部分设置。

9.根据权利要求1所述的电极，进一步包括：

电极引线，所述电极引线被连接至所述电极体并且比所述电极体小得多，并且提供所述电极接触与植入刺激装置的电连接。

10.根据权利要求9所述的电极，其中所述电极引线被连接在所述电极体的所述顶端表面处。

11.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极体适于适配在邻近神经组织的制备的电极保持凹槽内。

12.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极体由弹性有机硅材料制成。

13.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极体具有圆柱形状。

14.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极体具有椭圆柱形状。

15.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极体具有多叶状柱形状。

16.根据权利要求1所述的电极，其中所述底端表面是平坦的。

17.根据权利要求1所述的电极，其中所述底端表面是弯曲的。