CN104382668A - 一种人工前庭器官原型及其对前庭神经核电刺激的研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工前庭器官的制作方法及其对前庭神经核电刺激的研究方法，研究通过脑干前庭神经核的电刺激来传递头部运动信息到中枢神经系统，研制一种新型的人工前庭器官，首先制作人工前庭器官，利用角速度传感器探测的水平方向的旋转信号来调制电脉冲的频率，用于电刺激实验动物支配水平半规管的前庭神经末梢，引起眼球在水平方向的转动，然后对已有的方法和装置进行改进，用于脑干前庭神经核电刺激的深入研究，为今后有关人工前庭器官的临床应用和基础研究奠定基础，具有高度的社会和经济效益。

Description

一种人工前庭器官原型及其对前庭神经核电刺激的研究方法

技术领域

本发明属于医学研究领域，尤其涉及一种人工前庭器官的制作方法及其对前庭神经核电刺激的研究方法。 

背景技术

当前有关人工前庭器官的研究主要集中在对前庭神经的电刺激。支配三个半规管的神经在手术中比较容易定位。自然状态下正常前庭器官的神经信息传递比较接近脉冲频率编码，所以这样制造的人工前庭器官比较接近正常器官，传入信息容易为中枢神经系统所接受。但如果病人的前庭神经因为各种原因(如手术切断等)已不存在，则这种方式的人工前庭器官就完全不适用。 

前庭医学是一个古老而年轻的学科，尤其是在中国，尚无人工前庭器官的研究报导。随着前庭功能障碍发病率逐年上升，并有年轻化趋势，加之我们的社会已步入老龄化这样的背景下，人工前庭器官的最终研制成功将直接使重度前庭功能障碍病人受益，改变目前临床上对重度双侧前庭功能障碍束手无策的局面。人工前庭器官装置的生产与手术植入将是一个规模可观的高科技与医疗产业链。有关人工前庭器官的研究目前只局限于欧美几个发达国家名牌大学和研究机构。 

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种人工前庭器官的制作方法及其对前庭神经核电刺激的研究方法，旨在解决当前有关人工前庭器官的研究主要集中在对前庭神经的电刺激，如果病人的前庭神经因为各种原因已不存在，则这种方式的人工前庭器官就完全不适用，我国人工前庭器官的研究还处于空白的问题。 

本发明实施例是这样实现的，一种人工前庭器官的制作方法包括： 

步骤一、制作用于动物实验的人工前庭器官装置； 

步骤二、通过无菌手术在豚鼠颅骨顶部用小螺钉和牙科水泥固定一颗螺栓状物，用于实验时稳定动物的头部； 

步骤三、制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经； 

步骤四、进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验。 

进一步，制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经的具体方法为： 

通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开颞骨，暴露水平半规管，然后在半规管接近壶腹部分钻一小孔；在75微米直径铂金丝一端剥去约100微米长绝缘层作为电极，把电极从刚钻出的小孔插入半规管，向壶腹嵴方向深入，使电极顶端接近支配水平半规管的前庭神经末梢；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在颞骨上；缝合肌肉和皮肤。 

进一步，进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验的具体方法为： 

等豚鼠从手术完全恢复后，把动物置于完全黑暗的小空间内，固定头部；把人工前庭器官装置的输出连接到植入到半规管的电极；用眼震电图仪或红外摄像机监测动物眼球的运动；用计算机同时记录电刺激信号和眼动信号。 

进一步，所述的人工前庭器官装置由角速度传感器、模拟信号放大器、低通滤波器、模拟数字转换器、微控制器、和脉冲恒流源组成，微控制器对数字化的转动信号进行高通滤波，用于模拟自然前庭器官的动力学特性，根据滤波后的信号控制输出脉冲的频率，用双相电荷平衡的恒流电脉冲刺激神经以避免对神经的损害，计算机通过RS232或USB接口与微控制器通讯，用于调制刺激参数 

一种人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法，具体步骤包括： 

步骤一、对制作的人工前庭器官装置进行改进，使其对输出电脉冲的编程更灵活，包括刺激脉宽、电流幅度、重复频率，信号调制在脉冲频率调制的基 础上增加电流幅度调制和脉宽调制，使其能够跟随计算机控制产生任意刺激波形，刺激输出通道由单道增加为多道，完成人工前庭器官的制作； 

步骤二、制作多通道电极，将多通道电极手术植入脑干前庭核； 

步骤三、电刺激前庭神经，记录前庭核信号，调整电极位置，电刺激前庭神经，记录前庭核信号； 

步骤四、电刺激前庭核，记录眼动信号，改变刺激参数和调制方式，电刺激前庭核，记录眼动信号， 

步骤五、根据眼动信号，筛选最佳电刺激方案。 

进一步，制作多通道电极，将多通道电极手术植入脑干前庭核的具体方法为：采用传统的多股铂金丝作或者采用半导体技术用硅芯片制作多通道电极，在脑立体定向仪定位下和外科无菌条件下，通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开枕骨，暴露脑干，将多通道电极插入到前庭神经核；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在枕骨上，缝合肌肉和皮肤；脑立体定向技术确保脑干前庭核解剖定位的准确性。 

进一步，脑干前庭核的神经电生理定位的方法为： 

电刺激植入半规管的电极，把植入前庭核的电极当做记录电极，由计算机同步记录电刺激信号、前庭核输出生物电信号、和眼动信号，利用神经电生理技术确保前庭核的电极位置的准确性。 

本发明研究通过脑干前庭神经核的电刺激来传递头部运动信息到中枢神经系统，研制一种新型的人工前庭器官，首先制作人工前庭器官，利用角速度传感器探测的水平方向的旋转信号来调制电脉冲的频率，用于电刺激实验动物支配水平半规管的前庭神经末梢，引起眼球在水平方向的转动，然后对已有的方法和装置进行改进，用于脑干前庭神经核电刺激的深入研究。为今后有关人工前庭器官的临床应用和基础研究奠定基础，具有高度的社会和经济效益。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的人工前庭器官的制作方法流程图； 

图2是本发明实施例提供的人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法流程图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 

图1示出了本发明的人工前庭器官的制作方法，如图所示，人工前庭器官的制作方法包括： 

S101、制作用于动物实验的人工前庭器官装置； 

S102、通过无菌手术在豚鼠颅骨顶部用小螺钉和牙科水泥固定一颗螺栓状物，用于实验时稳定动物的头部； 

S103、制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经； 

S104、进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验。 

进一步，S103所述的制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经的具体方法为： 

通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开颞骨，暴露水平半规管，然后在半规管接近壶腹部分钻一小孔；在75微米直径铂金丝一端剥去约100微米长绝缘层作为电极，把电极从刚钻出的小孔插入半规管，向壶腹嵴方向深入，使电极顶端接近支配水平半规管的前庭神经末梢；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在颞骨上；缝合肌肉和皮肤。 

进一步，S104所述的进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验的具体方法为： 

等豚鼠从手术完全恢复后，把动物置于完全黑暗的小空间内，固定头部； 把人工前庭器官装置的输出连接到植入到半规管的电极；用眼震电图仪或红外摄像机监测动物眼球的运动；用计算机同时记录电刺激信号和眼动信号。 

进一步，S101所述的人工前庭器官装置由角速度传感器、模拟信号放大器、低通滤波器、模拟数字转换器、微控制器、和脉冲恒流源组成，微控制器对数字化的转动信号进行高通滤波，用于模拟自然前庭器官的动力学特性，根据滤波后的信号控制输出脉冲的频率，用双相电荷平衡的恒流电脉冲刺激神经以避免对神经的损害，计算机通过RS232或USB接口与微控制器通讯，用于调制刺激参数 

一种人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法，具体步骤包括： 

S201、重新编程人工前庭器官装置； 

对制作的人工前庭器官装置进行改进，使其对输出电脉冲的编程更灵活，包括刺激脉宽、电流幅度、重复频率，信号调制在脉冲频率调制的基础上增加电流幅度调制和脉宽调制，使其能够跟随计算机控制产生任意刺激波形，刺激输出通道由单道增加为多道，完成人工前庭器官的制作； 

S202、制作多通道电极，采用传统的多股铂金丝作或者采用半导体技术用硅芯片制作多通道电极。 

S203、将多通道电极手术植入脑干前庭核； 

在脑立体定向仪定位下和外科无菌条件下，通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开枕骨，暴露脑干，将多通道电极插入到前庭神经核；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在枕骨上，缝合肌肉和皮肤；脑立体定向技术确保脑干前庭核解剖定位的准确性。 

S204、电刺激前庭神经，记录前庭核信号；调整电极位置，电刺激前庭神经，记录前庭核信号； 

S205、电刺激前庭核，记录眼动信号，改变刺激参数和调制方式，电刺激前庭核，记录眼动信号， 

S206、根据眼动信号，筛选最佳电刺激方案。 

进一步，脑干前庭核的神经电生理定位的方法为： 

电刺激植入半规管的电极，把植入前庭核的电极当做记录电极，由计算机同步记录电刺激信号、前庭核输出生物电信号、和眼动信号，利用神经电生理技术确保前庭核的电极位置的准确性。 

本发明研究通过脑干前庭神经核的电刺激来传递头部运动信息到中枢神经系统，研制一种新型的人工前庭器官，首先制作人工前庭器官，利用角速度传感器探测的水平方向的旋转信号来调制电脉冲的频率，用于电刺激实验动物支配水平半规管的前庭神经末梢，引起眼球在水平方向的转动，然后对已有的方法和装置进行改进，用于脑干前庭神经核电刺激的深入研究。为今后有关人工前庭器官的临床应用和基础研究奠定基础，具有高度的社会和经济效益。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种人工前庭器官的制作方法，其特征在于，所述的人工前庭器官的制作方法包括： 

步骤一、制作用于动物实验的人工前庭器官装置； 

步骤二、通过无菌手术在豚鼠颅骨顶部用小螺钉和牙科水泥固定一颗螺栓状物，用于实验时稳定动物的头部； 

步骤三、制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经； 

步骤四、进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验。 

2.如权利要求1所述的人工前庭器官的制作方法，其特征在于，制作单通道电极，将单通道电极手术植入外周前庭神经的具体方法为： 

通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开颞骨，暴露水平半规管，然后在半规管接近壶腹部分钻一小孔；在75微米直径铂金丝一端剥去约100微米长绝缘层作为电极，把电极从刚钻出的小孔插入半规管，向壶腹嵴方向深入，使电极顶端接近支配水平半规管的前庭神经末梢；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在颞骨上；缝合肌肉和皮肤。 

3.如权利要求1所述的人工前庭器官的制作方法，其特征在于，进行人工前庭器官装置诱发眼球运动的动物实验的具体方法为： 

等豚鼠从手术完全恢复后，把动物置于完全黑暗的小空间内，固定头部；把人工前庭器官装置的输出连接到植入到半规管的电极；用眼震电图仪或红外摄像机监测动物眼球的运动；用计算机同时记录电刺激信号和眼动信号。 

4.如权利要求1所述的人工前庭器官的制作方法，其特征在于，所述的人工前庭器官装置由角速度传感器、模拟信号放大器、低通滤波器、模拟数字转换器、微控制器、和脉冲恒流源组成，微控制器对数字化的转动信号进行高通滤波，用于模拟自然前庭器官的动力学特性，根据滤波后的信号控制输出脉冲的频率，用双相电荷平衡的恒流电脉冲刺激神经以避免对神经的损害，计算机 通过RS232或USB接口与微控制器通讯，用于调制刺激参数 。

5.一种人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法，其特征在于，具体步骤包括： 

步骤一、对制作的人工前庭器官装置进行改进，使其对输出电脉冲的编程更灵活，包括刺激脉宽、电流幅度、重复频率，信号调制在脉冲频率调制的基础上增加电流幅度调制和脉宽调制，使其能够跟随计算机控制产生任意刺激波形，刺激输出通道由单道增加为多道，完成人工前庭器官的制作； 

步骤二、制作多通道电极，将多通道电极手术植入脑干前庭核； 

步骤三、电刺激前庭神经，记录前庭核信号，调整电极位置，电刺激前庭神经，记录前庭核信号； 

步骤四、电刺激前庭核，记录眼动信号，改变刺激参数和调制方式，电刺激前庭核，记录眼动信号， 

步骤五、根据眼动信号，筛选最佳电刺激方案。 

6.如权利要求5所述的人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法，其特征在于，制作多通道电极，将多通道电极手术植入脑干前庭核的具体方法为：采用传统的多股铂金丝作或者采用半导体技术用硅芯片制作多通道电极，在脑立体定向仪定位下和外科无菌条件下，通过无菌手术在豚鼠耳廓后切开皮肤，钻开枕骨，暴露脑干，将多通道电极插入到前庭神经核；把另一根电极插入肌肉中，作为电刺激的参考电极；用小螺丝和牙科水泥把两根电极固定在枕骨上，缝合肌肉和皮肤；脑立体定向技术确保脑干前庭核解剖定位的准确性。 

7.如权利要求5所述的人工前庭器官对前庭神经核电刺激的研究方法，其特征在于，脑干前庭核的神经电生理定位的方法为： 

电刺激植入半规管的电极，把植入前庭核的电极当做记录电极，由计算机同步记录电刺激信号、前庭核输出生物电信号、和眼动信号，利用神经电生理技术确保前庭核的电极位置的准确性。