CN109069825A - 双向神经接口的原位组装 - Google Patents

Abstract

本公开的主题大体上涉及用于提供双向神经接口的系统，其具有构造成定位在神经上的电极；保持电极的基底；构造成在电极定位在神经上时电隔离电极的生物相容性绝缘体，其中生物相容性绝缘体绕着电极形成在适当的位置；以及脉冲发生器，其构造成将能量脉冲输送至电极。

Description

双向神经接口的原位组装

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月14日提交的美国临时申请No.62/308,009的优先权和权益，其全部公开由此通过引用并入。

技术领域

本文中公开的主题涉及可注射神经刺激器/记录装置，更具体地神经接口(例如，神经套箍)的原位组装，以及使用此类神经套箍从神经刺激和/或记录的方法。

背景技术

神经刺激用于治疗各种临床病情。例如，沿着脊髓的各个地点处的电刺激用于治疗慢性背痛。此类治疗可由周期性地生成电能的装置执行，该电能施加于组织以激活某些神经纤维，这继而可导致降低的疼痛感。在脊髓刺激的情况下，刺激电极大体上定位在硬膜外腔中，尽管脉冲发生器可稍微远离电极(例如，在腹部或臀部区域中)定位，但是经由导线或引线连接于电极。在其它实施方式中，深度脑刺激可用于刺激大脑的特定区域，以治疗运动障碍，并且刺激地点可由神经成像来引导。此类中枢神经系统刺激大体上以局部神经或脑细胞功能为目标。

外围神经刺激可比瞄准中枢神经系统的较大结构相对更具挑战性。随着外围神经向外延伸，神经束的大小减小。此外，小的外围神经纤维可控制周围组织的比较大的区段，这使得定位和瞄准用于神经刺激的此类神经相对具有挑战性。然而，外围神经系统支配体内的许多不同的器官结构，并且瞄准某些外围神经可为合乎需要的。

尽管可植入电刺激技术容许脉冲发生器电路和集成电极在无引线的集成装置(直接在神经上植入有控制电路)中的共同植入，但是此类装置对植入的系统提出挑战。集成的植入物必须以一方式稳定地定位在神经上，该方式不由于植入物移动而引起神经上的过度应力或对周围组织的损坏。然而，设计成接触神经的某些植入装置(如神经套箍)不可在没有神经的外科解剖的情况下定位和使用。

发明内容

本文中描述的是一种用于将可植入电极装置装固于其神经目标的神经套箍。可植入电极装置可为神经套箍的部分，该神经套箍在原位围绕神经制作或组装。在一个实施方式中，可植入电极装置(包含在针或手术器械内)首先使用手术镜或外部成像技术来与神经目标接触(或接近)。生物相容性粘合剂在其目标地点处围绕植入物注射，以使相对移动(和随后的组织损坏)最小化，并且使离神经表面的植入物距离固定。绝缘材料接着围绕粘附/固定的植入物注射，以电隔离神经-植入物接口。在其它实施例中，粘合剂可在定位可植入电极装置之前施加于期望的神经地点。在又一实施例中，可植入电极装置可具有预先施加的粘合剂层，使得粘合剂和电极同时定位在神经上。本文中还描述手术植入此类神经套箍的方法，以及用于测试套箍的正确放置和运行的方法。

存在关于使用可注射的或原位形成的神经套箍的许多优点，包括相对低侵入性(镜或图像引导)的手术植入，以及电隔离外围神经系统内的较小或较深神经(即，对于外科解剖和操纵而言太小的这些神经)的能力。可注射材料还可供应关于传统神经套箍不可能的附加功能。用于在组装(例如，注射)期间将可植入电极装置放置和固定至神经的粘合剂材料还可用于改变植入的电极和神经之间的离子传导。这继而可便于电极与神经之间的改进的联接以及改进的记录和/或刺激。粘合剂还可为可生物降解的，允许神经-电极接口的初始保护(在绝缘材料的注射和固化期间)，并且接着让位给可自然填充有液体或结缔组织的间隙或空间(后降解)。该材料还可包含专门的组分或添加剂(如用以减少局部炎症的药物)，并且可用于阻碍高阻抗组织形成。粘合剂和绝缘材料可替代需要将神经套箍缝合于神经的技术、从基于外科解剖的植入移动至低侵入性注射的主要挑战。

在一个实施例中，神经套箍(一旦注射和组装)包括注射在神经与植入装置之间的粘合剂层。该层可通过利用能够原位聚合的许多材料形成。这些材料还可选自目前在神经外科手术中利用的列表，并且已知具有少许神经毒性。该层首先用作锚固件，以将组装的神经套箍附连在离神经表面的固定距离处。植入物上的电极与神经之间的间隙间距可通过“共注射”手术镜或外部图像引导系统的使用在植入期间调节。一旦附连于神经，植入物就可通过第二可注射材料的注射而电绝缘。该材料可选自能够以最小免疫响应原位聚合的电绝缘体的列表。最终组件与神经套箍的功能架构紧密匹配，但是通过针(或手术工具)原位组装。

在一个实施例中，提供一种组装神经接口(例如，神经套箍)的方法，其包括将电极定位在神经近侧，使得电极在神经的外周近侧或绕着其部分地定位；将可注射的生物相容性粘合剂施加在电极与神经之间；以及将可注射的生物相容性绝缘体围绕生物相容性粘合剂、神经以及电极施加，以提供神经接口围绕神经的原位组装。

在另一实施例中，提供一种组装神经接口的方法，其包括将可植入电极装置(包括电极)定位在神经近侧，使得电极在神经的外周近侧或绕着其部分地定位，并且其中可植入电极装置包括电极的表面上的生物相容性粘合剂层，使得生物相容性粘合剂层在定位之后定位在电极与神经之间；以及将可注射的生物相容性绝缘体围绕生物相容性粘合剂层、神经以及电极施加，以提供神经接口围绕神经的原位组装。

在另一实施例中，提供一种用于将电极定位在神经上的套件。套件包括保持生物相容性粘合剂的第一施加器室、保持形成生物相容性绝缘体的液体或凝胶材料的第二施加器室；以及可植入电极装置，其定位在第一末端和第二末端近侧。套件可与手术镜或外部图像引导系统结合使用，用于神经植入物通过小切口的低侵入性植入。

在另一实施例中，植入物在不使用第一粘合剂材料的情况下定位，并且植入物本身在绝缘体材料的注射期间保护植入电极与神经之间的间隙。在该实施例中，绝缘材料还必须提供支承，以将植入物以小相对运动附连于神经，并且必须与直接神经接触兼容。

在另一实施例中，植入物在不使用第二绝缘材料的情况下定位，并且植入物本身(或可注射支承结构)提供将电流引导至神经的手段。在该实施例中，粘合剂材料必须提供支承，以将植入物以小相对运动附连于神经，并且必须与直接神经接触兼容。

最后，在一个实施例中，提供一种用于双向神经接口的系统。系统包括构造成定位在神经上的电极；保持电极的基底；生物相容性绝缘体，其构造成在电极定位在神经上时电隔离电极，其中生物相容性绝缘体绕着电极固化在适当的位置；以及脉冲发生器中的一个或更多个，其构造成将能量脉冲输送至电极或记录装置。例如，单独的感测电路可包含在系统内，其可利用电极作为接地和感测电极来记录对应于自然或受激神经活动的电信号。

附图说明

当参照附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其它的特征、方面和优点将变得更好理解，在该附图中，相似的标记遍及附图表示相似的部件，其中：

图1为描绘根据本公开的实施例的神经套箍的详细透视图，该神经套箍包括在注射和原位组装之后定位在神经上的可植入电极装置；

图1B为图1A的注射的神经套箍的截面；

图1C为根据本公开的备选实施例的注射的神经套箍的截面；

图2A为根据本公开的实施例的组装的神经套箍的正面，该组装的神经套箍包括在注射和原位组装之后定位在神经上的可植入电极装置；

图2B为使用不可降解粘合剂的套箍设计的实施例；

图2C示出使用可降解粘合剂的套箍设计的实施例；

图3A为组装的神经套箍的侧视透视图；

图3B为组装的神经套箍的侧视图；

图3C为穿过附接于神经或在该神经上就位的组装的神经套箍的纵向截面，其示出内部特征s；

图4A为示例性外围神经地点和两个手术切口的示意图，该两个手术切口用于接近神经，用于神经套箍的注射和手术镜的放置，

图4B为植入物注射装置和手术镜的插入之后的注射部位的视图，

图4C为提供用于植入物注射装置的定位的局部目标神经地点的图像的手术镜的视图；

图4D示出了在目标神经上的放置之前的液体神经粘合剂材料的促动；

图4E示出了注射并在神经粘合材料的聚合和固化之后固定在神经上的植入物；

图4F示出了围绕植入物/神经/神经粘合剂构造的电绝缘材料的第二次注射；

图4G示出了在电绝缘材料的聚合和固化之后的神经套箍的组装的完成；

图4H示出了注射过程通过植入物注射装置和镜的移除以及切口的缝合的完成；

图5A示出了神经套箍的实施例，其中接触神经的部分确定形状成像字母J，以增加接触的表面面积；

图5B示出了在神经上就位的图5A的神经套箍；

图5C示出了神经套箍的实施例，其中接触神经的部分为部分环，以增加接触的表面面积；

图5D示出了在神经上就位的图5C的神经套箍；

图6A示出了用于神经套箍的原位制作的注射装置的实施例，其中用于材料注射的通道具有指定用于两种材料组分的连续施加的几何形状；

图6B示出了用于神经套箍的原位制作的注射装置的实施例，其中材料在注射装置中按顺序预加载，用于两种材料组分的连续施加；

图6C示出了用于神经套箍的原位制作的注射装置的实施例，其中神经粘合剂围绕植入物预加载，并且电绝缘材料在装置内按顺序加载；

图7A示出了具有双极电极布置的组装的神经套箍的实施例；

图7B示出了具有三极电极布置的组装的神经套箍的实施例；

图7C示出了具有备选电极布置的组装的神经套箍的实施例；

图7D示出了具有电极阵列的组装的神经套箍的实施例；

图7E示出了组装的神经套箍的实施例，其中单个电极与神经接触，其中第二接地电极以一距离放置在周围组织中；

图7F示出了组装的神经套箍的实施例，其中无线电极构造能够供能和/或数据传输；

图8A示出了具有从注射针或器械突出的特征的注射装置的实施例；

图8B示出了在神经套箍的组装期间的图8A的注射装置；

图9示出了注射装置的实施例，其中从注射针或器械突出的特征为可移除的，并且在神经套箍的原位组装之后保持与植入物一起；

图10为根据本公开的实施例的可注射系统内的刺激神经装置的框图；

图11A描绘了定位在70um神经上的电极；

图11B描绘了定位在70um神经上的注射和组装的神经套箍；

图12A示出了在神经套箍构件的组装之前的动作电势的神经记录数据；

图12B示出了在神经套箍构件的注射和组装期间的动作电势的神经记录数据；以及

图12C示出了在神经套箍构件的组装之后的动作电势的神经记录数据。

具体实施方式

将在下面描述一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，实际实施方式的所有特征不在说明书中描述。应当认识到，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施方式变化到另一个实施方式。此外，应当认识到，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。

本技术涉及产生可注射的双向神经接口或神经套箍，其能够与外围神经对接，用于定向刺激和/或神经记录，而无需目标神经的完全外科解剖。具体而言，公开的双向神经接口通过在不需要将神经物理地缠绕在预制的神经套箍中的情况下实现锚定和电绝缘而容许呈可注射形式的刺激或记录能力中的一种或两者。技术还提供在不可由传统神经套箍技术接近的小外围神经处的双向神经接口的改进定位。在一个实施例中，神经结构可为外围神经。

用于产生双向神经接口/植入物的某些技术涉及神经的外科解剖，并且利用硅树脂鞘使神经物理地绝缘。这些神经接口称为神经套箍。然而，神经套箍在大小上难以按比例缩小以应用于较小的神经，因为应用涉及围绕暴露的神经物理地缠绕塑料绝缘鞘。此类大小限制阻止套箍在相对较小的外围神经中的使用。更简单接口开发用于单向或仅刺激神经接口，包括不与神经直接对接(但是在神经近侧注射)的可注射植入物。然而，这些“无套箍”可注射装置在刺激期间不将电流朝向神经集中(电流投射到任何地方并且不由绝缘套箍材料聚焦)，并且因此具有更高的电流和功率要求(并且可引起组织损坏)。此外，“无套箍”装置不可执行神经记录，因为电极不与源自包绕/非神经组织的信号绝缘。

本文中提供的是用于产生可注射的双向神经接口的技术。在一个实施例中，可植入电极装置与小的注射针对准并且定位在感兴趣的神经上。接着，施加少量的生物相容性粘合剂。该步骤将电极以正确的地点/距离附接于神经并且提供机械支承，而无需神经的完全外科解剖。生物相容性粘合剂可为凝胶或水凝胶，并且维持运输性质，其允许维持神经的健康并监测和/或刺激电活动所必需的离子和分子的移动。随后，生物相容性绝缘体)围绕电极/神经接口注射。这可利用相同的针(顺序注射)或利用可植入电极装置中的两个不同的针来完成。此外，针可确定形状成围绕神经配合，并且技术可提供用于使可注射材料成形并确保接口的封装的模具或支承件。神经可为相对小的，例如，小至1mm。

图1为组装的神经套箍100的示意图，组装的神经套箍100形成双向神经接口，其包括根据公开技术的定位在神经上的期望地点处的植入物。定位在神经上的植入物的期望定位和地点可选择成便于在期望的组织地点处的刺激和/或记录。应当理解的是，双向神经接口可包括定位在任何合适的神经地点，例如，外围神经，中枢神经处的电极。在一个实例中，神经地点可包括肋内神经、肋下神经、臂丛、腰丛、骶丛、股神经、坐骨神经、隐神经、胫神经、腓神经、尺神经、闭孔神经、生殖股神经、正中神经、髂腹下神经、桡神经、肌皮神经等。此外，神经上的定位可在由可达性和神经大小支持的任何合适的地点处。

图1A为在神经102上或近侧原位组装(例如，注射)之后就位的神经套箍100的实例。大体上，神经套箍100原位形成，以使组装的神经套箍100包含可注射的绝缘体110，其包绕可植入电极装置106，可植入电极装置106被锚定，并且在某些实施例中，由可注射神经粘合剂104保护。可植入电极装置106包含一个或更多个集成电极108，其在装置的表面(例如，基底107)上并且在神经102,108近侧或者用于记录神经活动。

如图1A中示出的，装置106植入成围绕神经部分地缠绕，以使电极108在利用绝缘材料110的注射和封装之前定位成紧邻于神经并且由神经粘合剂104保护。因为电极108可在神经102上或者与神经102稍微分离，所以相对紧密且稳定的定位还可通过容许使用相对较低的功率水平用于刺激来保护神经，这是由于电极的固定接近和由绝缘材料110提供的电流聚焦。如本文中提供的，在神经102近侧的电极108或可植入电极装置106可与神经102直接接触(完全或部分)或者与神经102分离但紧邻于神经102。例如，组装的神经套箍100中的电极108可与神经102间隔开小于5mm、3mm、1mm、100微米或50微米的距离。在另一实施例中，粘合剂104与神经104直接接触，而绝缘体110可不与神经102接触或者具有与神经102的有限接触。即，与接触的总表面面积相比，粘合剂104具有相对于绝缘体110的与神经102接触的更大表面面积。

与传统的缝合套箍相比，生物相容性粘合剂104的使用容许电极108与神经102之间的距离d₁的减小。典型地，在传统的套箍中，套箍与神经之间的空间填充有间质液，例如，以填充大约100微米的间隙。然而，在公开的实施例中，粘合剂材料的存在阻碍或减少间质液到电极108与神经102之间的空间中的迁移，并且允许神经102与电极108之间的间隙d₁的减小。关于其它技术的间隙的该减小容许改进的记录和/或刺激功能性。关于记录，记录电极可记录来自神经102的电活动加上来自肌肉/组织(多于神经)的不期望的电活动。生物相容性粘合剂104可为相对可透气的，具有容许离子传导沿着神经102传导电活动的孔隙大小，而聚合物材料本身可为相对绝缘的。相反，生物相容性绝缘体110在固化时具有比生物相容性粘合剂104小的孔隙大小。特定生物相容性粘合剂104和/或生物相容性绝缘体110的选择允许围绕神经102的电环境的定制。在一个实施例中，生物相容性粘合剂104能够比生物相容性绝缘体110更吸水。在另一实施例中，生物相容性绝缘体110比生物相容性粘合剂104相对更疏水。

现在参照图1B，绝缘体110包绕包括可植入电极装置106和神经102的空间。在一个实施例中，绝缘体110将可植入电极装置106封装在神经102上。在封装之前，装置106使用可注射粘合剂104锚定于神经。该粘合剂还通过填充间隙并因此在施加绝缘体110时禁止中间空间填充有绝缘体110的电绝缘材料来保护神经102与电极108之间的任何中间空间。这继而通过在还容许电极108与周围组织的电活动的绝缘时防止这些元件之间的绝缘(例如，以容许来自电极108的能量脉冲施加于神经102并且/或者容许神经电活动由电极108的记录)来增强电极-神经接触。在一个实施例中，可植入电极装置106为无线供能的并且包含微控制器，其用作脉冲发生器，以控制施加于神经102的电脉冲的数量、正时以及类型。在另一实施例中，可植入电极装置106的无线元件还用于传送数据。在该情况下，可植入电极装置106还可包含记录由神经产生的能量(或神经信号)所必需的电路。图1B示出了备选实施例，其中绝缘电引线112可从神经套箍100突出并且替代无线供能和通信。

图2A示出了原位组装之后的注射的神经套箍100的表面。一旦组装，绝缘体110就暴露并且形成神经套箍100的外层。可植入电极装置106完全地封装并且与周围组织屏蔽，除了在电极108与神经之间的间隙d₁处之外。在某些实施例中，间隙d₁可与由粘合剂104填充的、绝缘体110的开口109的边缘和神经102之间的间隙大致相同。即，神经102与电极108或绝缘体110之间的间隙可具有相似的大小。神经104与绝缘体110(或电极108)之间的间隙可沿着绝缘体的长度变化，这取决于绝缘体外壳的大体形式，其继而可受到注射参数的影响。在描绘的实施例中，绝缘体110形成具有一个或更多个开口109的圆柱形层，一个或更多个开口109容许间质液到由绝缘体110形成的部分包封的空间中的进入。间质液可流动到形成在粘合剂104中的孔隙中，或者可大体上由粘合剂104吸收。流体到部分包封的空间中的进入便于神经健康，并且还可增强来自电极108的能量的传导。与传统的神经套箍(其中电极与神经之间的间隙留空)不同，可选择粘合剂层，以提供特定的孔隙率和离子传导性。对于神经记录而言，可修整这些参数(即，沿着套箍的横向传导性)，以减少与周围组织的离子/电活动相关联的噪声信号。粘合剂层还可用于释放类固醇或其它分子，以控制局部炎症反应并且减少电极与神经之间的高阻抗组织的形成。植入物内的电和阻抗感测电路可用于在注射/植入期间或在随后的粘合剂降解或组织浸润期间监测可注射套箍的配合。

凝胶或其它生物相容性粘合剂104可便于植入装置106在神经102上的正确放置，并且在神经和/或相邻组织的自然移动期间维持适当的接触。例如，由于循环体积变化或组织移动，神经可在体内移动。在某些实施例中，公开的粘附和绝缘技术可容许植入装置106和神经的微动，而不影响电极放置的完整性。虽然传统的技术采用电极在适当的位置的缝合，以减少远离期望部位的迁移的机会，但是公开的技术实现目标电极放置，而没有缝合的附加程序步骤，其仍然难以在小的内部神经上执行。

如本文中在公开的实施例中提供的，生物相容性粘合剂104可为液体、泡沫或凝胶，其能够经由注射(即，可注射)施加或者预先施加于层中的电极。在某些实施例中，生物相容性粘合剂可原位固化，聚合，激活或形成。可选择生物相容性粘合剂104的材料，以具有期望的粘度或流动性质，以能够以期望的力(例如，通过施加末端或针的操作者或机械力)施加。在一个实施例中，生物相容性粘合剂104的、在25℃下测量的粘度在80-60000cP之间。在某些实施例中，生物相容性粘合剂104包括纤维蛋白、壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸纤维素/硝化纤维素或聚(甲基丙烯酸酯-异丁烯-单异丙基马来酸酯)，或丙烯酸酯或硅氧烷聚合物中的一种或更多种。

生物相容性粘合剂104可包括某些附加的防腐剂或改性组分，如溶剂形式的流变改性剂、非挥发性稀释剂，和/或挥发性稀释剂。合适的溶剂的实例包括二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、甘醇二甲醚，以及它们的组合。合适的非挥发性稀释剂的实例包括二甲基亚砜(DMSO)、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、聚乙二醇二乙酸酯、聚乙二醇二碳酸酯、二甲基异山梨醇，以及它们的组合。合适的挥发性稀释剂的实例包括烃、全氟烷烃、氢氟烷烃、二氧化碳，以及它们的组合。粘合剂还可包括一种或更多种稳定剂。实例包括抗氧化剂(例如，BHT和BHA)、水清除剂(例如，酰基和芳基卤化物，以及酸酐)、布朗斯台德酸等。在某些实施例中，生物相容性粘合剂104可为导电的，以容许来自电极的电信号通过粘合剂材料传导至神经。然而，在其中生物相容性粘合剂降解的实施例中，传导性质可变化。在某些实施例中，生物相容性粘合剂的电阻性质可导致改进的读数。

一旦施加，生物相容性粘合剂104就可固化或形成在适当的位置。即，材料经由施加器末端或针施加，并且可呈前体形式，其随后由时间、温度、能量施加，或附加化合物的添加来形成或固化。在某些实施例中，生物相容性粘合剂104的固化时间可选择为小于5分钟，以限制神经102在神经套箍的组装期间的暴露。

生物相容性绝缘体110可为硅树脂聚合物，其以前体液体或凝胶形式施加，并且硬化或固化在适当的位置，使得固化的绝缘体110比粘合剂104硬，在两者处于用于在神经套箍100中使用的最终形式时。例如，生物相容性绝缘体110可为Master Bond Mastersil 151密封剂，或Master Bond EP30DP，或可从Master Bond(Hackensack,NJ)获得的类似的聚合物封装物。生物相容性绝缘体110或其前体材料可具有与生物相容性粘合剂类似的流动性质，并且可能够注射(即，可注射)，具有容许经由施加器末端的施加并且围绕电极108流动以形成封装电极108的生物相容性绝缘体外壳的粘度。

图2B描绘了在使用稳定或不可降解的粘合剂111的植入之后的可注射神经套箍，其遍及植入物寿命保持完整。在植入期间，粘合剂111围绕可植入电极装置106流动，并且可使可植入电极装置106分离免于直接接触。不可降解的粘合剂111可限制神经套箍在神经上和下的运动，并且消除由于装置与神经之间的移动而产生的摩擦。粘合剂材料(例如，粘合剂104或不可降解的粘合剂111)和周围绝缘体110可选自一材料，其具有低刚度并且吸收由周围组织的移动产生的冲击，同时仍消除封装的神经的极端扭转应变。图2C示出了备选的实施例，其中粘合剂104为可降解的，并且在降解时使装置106和电极108悬浮在由绝缘体110形成的空间内。在该情况下，间隙d₁可填充有流体和/或结缔组织。

图3A和图3B示出了具有示例性尺寸h₁和l₁的组装的神经套箍100的透视图。在描绘的实施例中，沿着神经102的长度l₁可长于高度尺寸h₁。组装的神经套箍100的尺寸l₁和h₁取决于施加的粘合剂和绝缘体的体积，并且可取决于患者的生理学(例如，神经环境)和操作者施加技术而变化。无缝合神经套箍100可用于在小/内神经上(例如，经由小型化装置)植入神经记录和刺激装置。图3C描绘了包含机载电子设备116(如微控制器、天线，以及功率存储和刺激电路)的组装的神经套箍100的示例性截面示意图。

图4A为用于神经套箍的原位制作的注射过程的第一步骤的图示。图示使用坐骨神经作为示例性神经目标。两个切口在目标神经的两侧上制造，一个用于插入用于注射神经套箍/植入物的手术器械或注射装置120，并且另一个用于插入用于使植入物放置和神经套箍组装可视化的手术镜126。图4B示出手术工具和镜关于目标神经的插入。在另一实施例中，手术器械的插入可使用图像引导来执行，并且可消除用于手术镜的第二切口。

为了定位电极108，手术注射装置120接近患者的神经102，如图4C中示出的。注射装置120可确定形状成像针，以帮助朝向目标神经102的插入。包含在注射装置120的末端130处的可植入电极装置106定位在神经102上的期望地点处。注射装置120可包括施加器(用于推动和定位呈电极形式的植入物)；该定位可通过手术镜(或非侵入性成像模态)来观看。施加器可包含内部通道140,142，用于可注射粘合剂和绝缘材料，或可使用单独的针和注射器来注射的材料的施加。通道140,142可联接于可注射粘合剂和绝缘材料(例如，粘合剂104和绝缘体110)的相应贮存器。

一旦电极就位，生物相容性粘合剂10就经由定位成邻近于神经102的施加器末端13通过通道140直接施加于可植入电极装置106102，如图4D中示出的。生物相容性粘合剂10填充和/或形成电极108与神经102之间的间隙。以该方式，生物相容性粘合剂104定位在神经102与电极108之间。如图4E中示出的，生物相容性粘合剂104的施加力将生物相容性粘合剂104推动到适当的位置中，并且围绕电极108推动至神经。生物相容性粘合剂104(在就位时)可大致上包绕神经102和电极108两者，形成神经-电极-粘合剂复合物。在生物相容性粘合剂104被施加并且按需要固化之后，第二通道142用于将生物相容性绝缘体110施加于神经-电极-粘合剂复合物，如图4F中示出的。通道140,142包括相应的开口150,152，可注射材料通过相应的开口150,152推动和施加。生物相容性绝缘体110接着围绕电极108在适当的位置固化，交联或者硬化。

在操作中，通道140,142可填充有生物相容性粘合剂104或生物相容性绝缘体110，并且由例如注射器柱塞的促动来施加。施加还可由注射装置120的机器人或机械控制来完成。在一个实施例中，第二施加器末端68可定位成与第一施加末端对准，使得它们相应的出口端部远离电极大约相同的距离。在其中第二施加器末端由操作者定位的实例中，可植入电极装置可包括对准或引导特征，以便于第二施加器末端的出口端口以离电极108的适当距离的定位。

在神经套箍100原位组装之后，生物相容性粘合剂104和手术注射装置120被移除，如图4G中示出的，使组装的神经套箍100留在神经102上。图像装置126和注射装置120可经由接近部位移除，以完成组装程序。

图5A示出包括屈曲或钩形的电极108和基底107的可植入电极装置106的构造。钩形可用于捕获神经102。图5B为在神经102上就位的可植入电极装置的视图，图5C为另一实施例的视图，其中可植入电极装置106当在适当的位置时形成绕着神经102的部分环，如图5D中示出的。

注射装置120可包括一个或更多个通道(例如，通道140,142)，粘合剂104和/或绝缘体110通过该一个或更多个通道施加。通道可固定或形成在注射装置120内或者可为可移除的。此外，通道可联接于注射器，其保持适当的材料用于由操作者促动的施加。在某些实施例中，例如，如图6A中示出的，施加通道的通道开口位置可定位成便于粘合剂104和绝缘体110的连续放置。例如，与粘合剂通道140相关联的通道开口150可相对于通道开口152稍微凹进，生物相容性绝缘体110从通道开口152施加。以该方式，可促使粘合剂104在施加期间尽可能靠近神经。注射装置120通道140,142或对准。在备选的实施例中，注射装置120可联接于两个单独的施加器(例如，贮存器)，其可串联定位或使用。施加器可为注射器，其联接于注射装置的适当通道(例如，通道140,142)，或者可代替通道使用。例如，第一施加器可被使用，接着被移除，并且用第二施加器替代。在又一实施例中，如图6B中示出的，可使用具有串联室构造的单个施加器17。例如，定位成更靠近施加器末端130的第一室72保持生物相容性粘合剂，而更远侧地定位的第二室70保持生物相容性绝缘体110。室170,172由密封件74分离，可破坏密封件74，以释放第二室70的内容物(一旦第一室74为空的)，如图6C中示出的。以该方式，生物相容性粘合剂104和生物相容性绝缘体110两者可利用单次施加来施加，这可对于电极在较小的外围神经上的放置而言为有利的，其中可不存在用于两个施加器的空间。在另一实施例中，粘合剂材料可围绕植入物预先施加，并且放置在已经封装在粘合剂材料中的目标神经上。

电极108的各种布置根据本技术来设想。因此，电极108可以以任何合适的布置定位在神经上。图7A为双电极构造，图7B为三电极构造，图7C为四电极构造，并且图7D为包括微多电极阵列的神经套箍100的实例。此外，电极108可放置在基底上，该基底还包括电子设备116，例如，控制和功率电子设备以及无线通信电路，即，如图7F中的天线。图7E为单电极构造。公开的电极108可处于记录、刺激和/或接地电极的任何合适的布置。此外，公开的技术可用于将一个或更多个电极组件分离地放置在神经上。

图8A示出具有延伸部分200的注射装置，延伸部分200在就位时可部分地包绕神经102，如图8B中示出的。延伸臂200起作用以将注射材料(例如，生物相容性粘合剂104)的流引导至神经的区域和可植入电极装置106。图9示出了备选的实施例，其中延伸臂从注射装置20(例如，在划线的断裂点210处)脱离并且保持有组装的神经套箍100。

在一个实施例中，用于执行公开的技术的各种构件可作为套件提供给操作者。套件可作为一单元进行包装和销售，并且可包括适当的注射装置120，其可设成预先填充有生物相容性粘合剂104(或其前体材料)和生物相容性绝缘体110(或其前体材料)。如提到的，生物相容性粘合剂和/或生物相容性绝缘体110可经由暴露于交联剂或固化剂而在适当的位置形成，并且此类试剂还可作为套件的部分提供。套件可包括在注射装置120内或者与注射装置120分离的可植入电极装置106。套件还可包括成像装置126。

如图10中示出的，利用双向神经接口的系统300可包括脉冲发生器304，其适于生成能量脉冲，用于施加于患者的组织或神经。脉冲发生器304可为可植入的或者可集成到外部装置(如控制器306)中。控制器306包括用于控制装置的处理器308。软件代码典型地储存在存储器310中，用于由处理器308执行，以控制装置的各种构件。控制器306和/或脉冲发生器304可经由引线或无线地连接于电极108。

控制器306还包括关于输入/输出电路的用户接口312，其适于允许临床医生将选择输入或参数提供至或更多个刺激程序，以治疗患者的(多种)病症。各个刺激程序可包括一组或更多组刺激参数，其包括脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲频率等。脉冲发生器14响应于来自控制器装置16的控制信号修改其内部参数，以改变通过引线303传送给患者的刺激脉冲的刺激特性。可采用任何合适类型的脉冲发生电路，其包括恒定电流、恒定电压、多个独立的电流或电压源等。施加的能量随电流幅度和脉冲宽度变化。系统300还可包括记录装置，其能够操作成从根据本文中提供的技术定位的记录电极接收信号。

系统300可用于神经刺激或者记录以及确定电极是否正确地定位。例如，在脉冲发生器304施加能量脉冲时，评估刺激的效果，以确定电极是否在步骤处与神经正确接触。例如，记录电极处的信号可被评估并且与经验或估计的数据比较，以确定刺激发生。如果电极就位，则施加生物相容性粘合剂104和生物相容性绝缘体110，以将电极锚定在适当的位置。如果刺激不成功并且电极没有很好地定位，则电极可移动至神经上的第二位置。例如，神经上的第一位置可不成功，因为电极不足够靠近神经或者因为神经受损。第二地点或位置可改进刺激效果。第二位置可不同于第一位置，控制器可将用于校准的操作参数储存在存储器中，用于在校准或定位模式期间执行。

图11A示出用于在粘合剂和绝缘体组分的注射之前放置电极的针的图像，并且图11B为在粘合剂和绝缘体组分的注射之后的图像。用于绝缘的硅树脂材料示出成在注射之后完全地封装电极。图12A-C示出在刺激之前(图12A)、在粘合剂注射和电刺激动作电势响应之后(图12B)，以及在示出的绝缘体注射动作电势响应之后(图12C)的神经记录。

神经刺激

人类神经系统为在大脑和脊髓的中央以及在身体的各种神经的外围发现的神经细胞或神经元的复杂网络。神经元具有细胞体、树突以及轴突。神经为服务于身体的特定部分的一组神经元。神经可包含数百个神经元到数十万个神经元。神经通常包含传入神经元和传出神经元两者。传入神经元将信号运送回至中枢神经系统，并且传出神经元将信号运送至外围。一个地点中的一组神经元细胞体被称为神经节。电信号经由神经元和神经传导。神经元在与其它神经的突触(连接部)处释放神经递质，以允许电信号的持续和调制。在外围中，突触传递通常发生在神经节处。

神经元的电信号被称为动作电势。动作电势在横跨细胞膜的电压电势超过某个阈值时启动。该动作电势接着沿着神经元的长度传播。神经的动作电势为复杂的，并且代表其中的独立神经元的动作电势的总和。

可利用范围从连续到间歇的各种刺激模式。利用间歇性刺激，能量在信号开启时间期间以某一频率输送达一时间段。信号开启时间后接不具有能量输送的一时间段，其被称为信号关闭时间。

叠加在刺激模式上的是治疗参数、频率以及持续时间。治疗频率可为连续的或者在一天或一周内的不同时间段输送。治疗持续时间可持续短至几分钟到长至数小时。具有特定刺激模式的治疗持续时间可持续达一小时。刺激模式可包括脉冲宽度(单个脉冲的持续时间)和频率(相邻脉冲之间的间隔)的各种组合。可修整治疗持续时间和频率，以实现期望的结果。

用于电神经调制的脉冲发生使用脉冲发生器完成。脉冲发生器可使用常规微处理器和其它标准电子构件。用于该实施例的脉冲发生器可以以范围从近似0.5Hz到300Hz的频率、从近似10到1000微秒的脉冲宽度，以及具有幅度在近似0.1毫安到20毫安之间的恒定电流生成能量脉冲或能量信号。脉冲发生器可能够产生电流幅度的斜坡上升或倾斜上升。脉冲发生器可与外部编程器和/或监测器通信。

神经的双极刺激可利用多个电极组件完成，其中一个电极用作阳性节点，而另一个电极用作阴性节点。以该方式，神经激活可主要沿一个方向(单侧)指引，如传出地，或远离中枢神经系统。单极刺激也可执行。如本文中使用的，单极刺激意味着在引线(引线电极)上仅使用单个电极，而植入的脉冲发生器本身或接地电极基本上作用为远离第一电极的第二电极(远程电极)。利用单极刺激，产生更大的能量场，以便将引线上的电极与远程电极电耦合。这允许成功的神经刺激，其中单个电极放置成仅“一般接近”神经，这意味着电极与神经之间的分离可比双极刺激所需的“非常接近”大得多。电极与神经之间的可允许分离的量级将必然取决于操作者利用引线电极生成的能量场的实际量级，以便与远程电极耦合。因此，本技术可容许在其中先前仅使用单极、非相邻电极的区域中的刺激。

本文中提供的是用以在双向神经接口的背景下将电极定位在神经上的技术。在一个实施例中，电极可便于神经通路的调制，以产生治疗结果。调制可通过神经/神经通路(即，具有电极的植入的刺激装置)的直接电刺激发生。

本公开的技术效果包括用于神经刺激的改进的电极放置。例如，公开的技术容许电极与用于较小外围神经的神经直接接触的放置，而不使用更具损坏性的缝合技术或者不使用更难以放置的神经套箍。

以上描述的具体实施例经由实例示出，并且应当理解的是，这些实施例可易受各种改型和备选形式。还应当理解的是，权利要求不旨在限于公开的特定形式，而是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有改型、等同物以及备选方案。

Claims (33)

1.一种组装神经接口的方法，其包括：

将电极定位在神经近侧，使得所述电极在所述神经的外周近侧或绕着其部分地定位；

将可注射的生物相容性粘合剂施加在所述电极与所述神经之间；以及

将可注射的生物相容性绝缘体围绕所述生物相容性粘合剂、所述神经以及所述电极施加，以提供神经接口围绕所述神经的原位组装。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂在所述电极的所述定位之前施加。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂在所述电极的所述定位之后施加。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述生物相容性粘合剂包括在所述神经与所述电极之间形成间隙，所述间隙由所述生物相容性粘合剂至少部分地填充。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将第二电极定位成在所述神经近侧且与所述第一电极间隔开，并且其中施加所述生物相容性粘合剂包括将所述生物相容性粘合剂施加在所述神经与所述第二电极之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述生物相容性绝缘体围绕所述生物相容性粘合剂、所述神经以及所述电极施加包括将所述生物相容性绝缘体围绕所述第二电极施加。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可注射的生物相容性绝缘体或所述可注射的生物相容性绝缘体中的一种或两者经由注射装置施加。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂为凝胶、液体或泡沫中的一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂为纤维蛋白、壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸纤维素/硝化纤维素或聚(甲基丙烯酸酯-异丁烯-单异丙基马来酸酯)，或丙烯酸酯或硅氧烷聚合物中的一种或更多种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性绝缘体包括硅树脂或氰基丙烯酸酯聚合物。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述生物相容性绝缘体利用聚合剂来激活，以围绕所述生物相容性粘合剂聚合。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在将能量脉冲施加于所述电极之前允许所述生物相容性绝缘体在所述施加之后固化。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括使电信号在施加所述生物相容性绝缘体以确定粘附质量之前施加于所述电极，以刺激所述神经。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述粘附质量不导致来自所述电极或来自与所述电极间隔开的第二电极的接收信号时，使所述电极重新定位。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述神经接口为神经套箍。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极形成绕着所述神经的部分环。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂比所述生物相容性绝缘体更加多孔。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性粘合剂比所述生物相容性绝缘体更吸水。

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物相容性绝缘体在组装所述神经套箍并且固化所述生物相容性绝缘体之后，比所述生物相容性粘合剂硬。

20.一种组装神经接口的方法，其包括：

将包括电极的可植入电极装置定位在神经近侧，使得所述电极在所述神经的外周近侧或绕着其部分地定位，并且其中所述可植入电极装置包括所述电极的表面上的生物相容性粘合剂层，使得所述生物相容性粘合剂层在所述定位之后定位在所述电极与所述神经之间；以及

将可注射的生物相容性绝缘体围绕所述生物相容性粘合剂层、所述神经以及所述电极施加，以提供神经接口围绕所述神经的原位组装。

21.一种用于将电极定位在神经上的套件，所述套件包括：

第一施加器室，其保持生物相容性粘合剂并且包括第一末端，所述生物相容性粘合剂通过所述第一末端施加；

第二施加器室，其保持生物相容性绝缘体或形成生物相容性绝缘体的前体材料并且包括第二末端，所述生物相容性绝缘体或所述前体材料通过所述第二末端施加；以及

可植入电极装置，其定位在所述第一末端和所述第二末端近侧。

22.根据权利要求21所述的套件，其特征在于，所述套件包括激活剂，用于激活所述前体材料，以形成所述生物相容性绝缘体。

23.根据权利要求21所述的套件，其特征在于，所述第一施加器室和所述第二施加室位于单个注射装置内。

24.根据权利要求21所述的套件，其特征在于，所述第一施加器室为第一注射装置的部分，并且所述第二施加室为与所述第一注射装置分离的第二注射装置的部分。

25.根据权利要求21所述的套件，其特征在于，所述可植入电极装置包括刺激电极、记录电极以及接地电极。

26.一种用于提供双向神经接口的系统，其包括：

电极，其构造成定位在神经上；

基底，其保持所述电极；

生物相容性绝缘体，其构造成在所述电极定位在所述神经上时电隔离所述电极，其中所述生物相容性绝缘体绕着所述电极固化在适当的位置；以及

脉冲发生器中的一个或更多个，其构造成将能量脉冲输送至所述电极或记录装置。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述系统还包括生物相容性粘合剂，其构造成将所述电极粘附于所述神经。

28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述脉冲发生器包括控制器，所述控制器将多个操作模式储存在存储器中，并且所述多个操作模式由处理器执行。

29.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述系统包括与所述电极间隔开的记录电极，并且其中所述操作模式中的一种为校准模式，其构造成确定所述记录电极是否定位成检测所述神经经由所述电极的刺激。

30.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述电极位于可植入电极装置内，所述可植入电极装置包括彼此间隔开的多个电极。

31.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述电极为盘形的。

32.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述电极的至少一部分为屈曲或弯曲的，并且其中所述电极的所述屈曲或弯曲部分定位在所述神经上。

33.一种用于将电极定位在神经上的注射装置，其包括：

第一通道，其联接于保持生物相容性粘合剂的贮存器并且包括第一末端，所述生物相容性粘合剂通过所述第一末端施加；

第二通道，其联接于保持生物相容性绝缘体或形成生物相容性绝缘体的前体材料的贮存器并且包括第二末端，所述生物相容性绝缘体或所述前体材料通过所述第二末端施加；以及

可植入电极装置，其定位在所述第一末端和所述第二末端近侧。