EA017163B1 - Медицинский электрод, пучок электродов и массив из пучков электродов - Google Patents

Abstract

Медицинский микроэлектрод содержит части, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга, когда он имплантирован или вставлен в мягкую ткань, с обеспечением увеличения или уменьшения их длины вдоль электрода. Электрод, по меньшей мере, частично внедрен в по существу жесткую матрицу, которая растворима или разложима микроорганизмами в физиологической жидкости. Также раскрыты применение микроэлектрода; пучки микроэлектродов и массивы из пучков микроэлектродов и их применение; способы вставления или имплантирования микроэлектродов, пучков микроэлектродов и массивов из пучков микроэлектродов в мягкую ткань.

Description

Изобретение относится к медицинским электродам, в особенности медицинским микроэлектродам, к пучку таких электродов и к массиву из таких электродов и/или из пучков электродов. Медицинский электрод, пучок электродов и массив из электродов или из пучков электродов, выполненные в соответствии с изобретением, предназначены для введения в мягкую ткань, такую как головной мозг, спинной мозг, эндокринные органы, мышцы и соединительную ткань.

Предпосылки изобретения

Электроды, которые могут быть имплантированы в течение продолжительного времени в центральную нервную систему (ЦНС), имеют широкую область применения. В принципе, все ядра мозга могут быть снабжены информацией или могут стимулироваться такими электродами и их функции могут контролироваться. Особое значение имеет использование многоканальной конструкции при возбуждении ядер мозга. В такой конструкции группа электродов или даже отдельные электроды могут быть адресованы отдельно. Это обеспечивает возможность пользователю выбирать те электроды, возбуждение которых оказывает терапевтическое влияние, которое улучшено по сравнению с неселективным возбуждением. Возбуждение головного мозга или спинного мозга может иметь особенное значение в ситуациях, когда ядра мозга вырождаются или повреждены. Контроль мозговой активности может быть полезным, если он связан с доставкой лекарства или другими средствами, такими как электростимуляция. Электроды могут также использоваться для поражения определенных участков в ткани. В предшествующем уровне техники были разработаны и использовались различные формы имплантированных электродов для записи информации и стимуляции структур мозга. Чтобы добиться долговечного имплантирования электродов, важно зафиксировать электрод в ткани и свести к минимуму перемещение электрода относительно ткани. Из-за внутрисистемных движений, вызванных, например, дыханием и вентиляцией легких или другими движениями, такими как внезапное ускорение или торможение корпуса, важно, чтобы различные ткани, такие как мозг и череп и даже различные части одной и той же ткани, такие как различные участки в головном мозге или в спинном мозге, могли перемещаться друг относительно друга. Например, каждое сокращение сердца вызывает неоднородное или исходящее от сердца перемещение вокруг артерий. Когда прямой и неупругий провод проходит через эту область, которая перемещается неоднородно, провод будет иметь тенденцию скользить в ткани, вызывая, тем самым, механическое трение с окружающей тканью и/или измененную напряженность в пределах этой ткани, что, в свою очередь, может повредить ткань. Такие перемещения уменьшают качество записи/стимуляции, которое может быть получено с электродом, а также может вызвать реакцию ткани на электрод. Другое соображение, уместное в отношении настоящего изобретения, состоит в том, что фиксирующие свойства проволочного электрода в ткани являются чрезвычайно важными для оптимальной работы. Средства фиксации, выполненные около концевой части проволочных электродов в форме выступающих нитей (усов), известны. Перемещение ткани, которое воздействует на проволочный электрод, будут распространяться к средствам фиксации, приводя к риску повреждения смежной ткани.

Цель изобретения

Первая цель изобретения заключается в обеспечении электрода вышеупомянутого вида, который выполнен с возможностью перемещения с тканью, в которую он был вставлен или в которую он был имплантирован, без того, чтобы его можно было легко сместить.

Вторая цель изобретения заключается в обеспечении электрода вышеупомянутого вида, который не причиняет никакого вреда или причиняет лишь незначительный вред ткани, в которую он был вставлен или в которую он был имплантирован.

Третья цель изобретения заключается в обеспечении электрода вышеупомянутого вида, который может быть легко помещен в требуемую конфигурацию в требуемом местоположении в мягкой ткани.

Четвертая цель изобретения заключается в обеспечении пучка электродов, имеющих вышеупомянутые требуемые свойства.

Пятая цель изобретения заключается в обеспечении массива из электродов и/или из пучков электродов, имеющих вышеупомянутые требуемые свойства.

Дальнейшие цели изобретения станут очевидны из следующего описания сущности изобретения, некоторого числа предпочтительных вариантов выполнения, проиллюстрированных на чертежах, а также из приложенной формулы изобретения.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение основано на понимании того, что желательным является улучшение свободы перемещения различных частей медицинского электрода, в особенности медицинского микроэлектрода, имплантированного или вставленного в мягкую ткань, чтобы избежать отрицательных эффектов неоднородных перемещений окружающей ткани на электроде, в особенности эффектов, имеющих тенденцию смещать электрод и/или заставлять его перемещаться таким образом, который приводит к риску нанесения повреждения окружающей ткани. В частности, настоящее изобретение основано на понимании того, что такой электрод должен преимущественно содержать части, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга, чтобы увеличить или уменьшить их расстояние вдоль электрода. Изобретение также основано на понимании того, что для имплантации или вставления электродов, в осо

- 1 017163 бенности имплантации или вставления в требуемой конфигурации, электроду, выполненному в соответствии с изобретением, независимо от того, принадлежит ли он пучку электродов или массиву из пучков электродов или массиву из одного электрода и пучков электродов, необходима конфигурационная стабилизация. В этом изобретении термин конфигурация относится к трехмерным формам или состояниям, которые электрод, выполненный в соответствии с изобретением, может принимать или вынужден принять из-за его гибкости. В соответствии с изобретением конфигурационная стабилизация обеспечивается, по меньшей мере, частичным утоплением электрода в биологически совместимом материале основы, который может быть удален, как только электрод оказывается расположенным в требуемом местоположении в мягкой ткани. Для легкого удаления материала основы этот материал выполнен растворимым или разлагающимся в физиологических жидкостях, т.е. в водной среде, но также, если электрод вставлен в жировую ткань, и в обогащенной жиром среде. После растворения или разложения материал основы или соответственно продукты его разложения удаляются от участка вставления механизмами передвижения растворенных веществ, которые функционируют в живой ткани, и/или метаболизируются. Материал основы, выполненный в соответствии с изобретением, может быть таким, который должен быть разложен, чтобы стать растворимым или увеличить его растворимость в физиологических жидкостях; такое разложение осуществляется механизмами, функционирующими в живой ткани.

Один электрод.

В соответствии с изобретением предложен токопроводящий тонкий гибкий электрод для вставления или имплантации в мягкую ткань, который имеет первый конец и второй конец и конфигурацию, обеспечивающую увеличение и/или уменьшение расстояния от его первого конца до его второго конца, как только он имплантирован в ткань. В его первом конце электрод содержит основание для электрического подсоединения к электрическому устройству посредством гибкого контакта, прикрепленного к основанию. Основание может иметь любую форму, подходящую для этой цели. В своем втором конце электрод содержит концевую часть, в особенности такую, которая выполнена с возможностью вставления электрода в мягкую ткань и для дополнительной фиксации электрода в ткани. Корпус электрода, проходящий между концевой частью и основанием, является гибким, может быть упругогибким, или содержит гибкие части и, произвольно, упругогибкие части. Корпус электрода, который имеет предпочтительно почти круглое поперечное сечение, содержит электропроводящую или непроводящую сердцевину, электропроводящий слой, выполненный на сердцевине, если сердцевина является непроводящей, и изолирующий слой на электропроводящем слое или на сердцевине. Однако могут также использоваться другие поперечные сечения электрода, такие как прямоугольные или полигональные. В качестве альтернативы, корпус электрода содержит или состоит из непроводящей полимерной трубки, заполненной электропроводящим материалом. Непроводящая сердцевина предпочтительно выполнена из натуральной, полусинтетической или синтетической полимерной нити, такой как шелковая нить, вата, искусственный шелк (ацетат целлюлозы), полиэтилен, полипропилен, полиамид и т.д. Проводящая сердцевина представляет собой тонкий металлический провод из золота, платины, титана, сплава, стали или электропроводящего полимерного волокна. Электропроводящий слой на непроводящей сердцевине состоит из металла или содержит металл с высокой электропроводностью, такой как медь, серебро и золото или металлический сплав, например платина-иридий, нанесенный на сердцевину, например, с помощью ионного напыления или способов испарения. В случае слоя золота адгезия с сердцевиной может быть улучшена путем внедрения слоя хрома или вольфрама между слоем золота и сердцевиной. Такое внедрение также практически осуществимо со слоями других металлов. Толщина осажденного металлического проводящего слоя находится в диапазоне от 0,1 до приблизительно 100 мкм. В качестве альтернативы, электропроводящий слой может содержать электропроводящий полимер или состоять из него. Изолирующий слой содержит или предпочтительно состоит из электрически непроводящего полимера. В большинстве применений диаметр корпуса электрода находится в диапазоне от приблизительно 10^-7 до приблизительно 10^-4 м, предпочтительно меньше чем приблизительно 2,5-10^-5 м. Однако в некоторых применениях корпус электрода может иметь больший диаметр, в особенности если электрод предназначен для создания областей поражения в мягкой ткани.

Изолирующий слой корпуса электрода проходит предпочтительно от первого конца корпуса до второго конца корпуса, т.е. весь корпус электрода изолирован. Примерами материалов, подходящих для изоляции, являются стекло, поливинилформаль, силиконовый каучук или водоустойчивый лак. Однако вдоль корпуса электрода возможно обеспечить проходы через изолирующий слой к проводящей сердцевине, в особенности проходы, расположенные почти перпендикулярно сердцевине.

Если требуется провести электростимуляцию большего объема ткани, предпочтительно можно не выполнять изолирование части электрода, которая должна быть вставлена в целевую ткань. В качестве альтернативы, корпус электрода может содержать области, которые не изолированы, чтобы обеспечить стимуляцию/запись многочисленных участков внутри ткани.

Чтобы облегчить вставление в ткань, электрод, выполненный в соответствии с изобретением, по меньшей мере, частично внедрен в жесткое или по существу жесткое тело из биологически совместимого материала матрицы. Материал матрицы в соответствии с изобретением является предпочтительно макроскопически однородным. Внедрение включает по меньшей мере часть корпуса электрода, более пред

- 2 017163 почтительно концевую часть электрода и часть корпуса электрода, проходящую от концевой части. Термин по существу твердый указывает на то, что тело может быть только лишь слегка упругогибким. Тело матрицы содержит или состоит из твердого материала матрицы, который растворим или разлагаем микроорганизмами в физиологической жидкости, в особенности водной физиологической жидкости, но, в качестве альтернативы, также в той, которая обогащена жирами. Внедрение электрода в тело матрицы не только обеспечивает возможность вставления или имплантации электрода в ткань и расположения его там в требуемом месте, но также и в требуемой конфигурации. Электрод или по меньшей мере его часть конфигурационно заперты в матрице. После растворения или разложения матрицы электрод, в особенности корпус электрода, может сохранить свою начальную или первую конфигурацию в ткани или принять или попытаться принять вторую конфигурацию или неограниченное количество конфигураций. Под начальной конфигурацией понимается конфигурация электрода или корпуса электрода либо части корпуса электрода в матрице. Искривленная или другая непрямая форма корпуса электрода улучшает фиксацию электрода в ткани, так как клетки ткани будут расти близко к корпусу. В отличие от прямого корпуса электрода искривленный или другой непрямой корпус электрода в действительности улучшает способность электрода, выполненного в соответствии с изобретением, перемещаться без смещения, синхронно с неоднородными перемещениями ткани, в которую электрод имплантирован или вставлен.

Принятие корпусом электрода второй конфигурации может быть обеспечено несколькими средствами. Если корпус электрода является эластично гибким или содержит эластично гибкие части, он может быть внедрен в тело матрицы в сжатом или натянутом состоянии, так чтобы при растворении матрицы после имплантации электрода в мягкую ткань корпус электрода мог соответственно расшириться или сжаться.

В своей начальной конфигурации корпус электрода, проходя в целом в одном направлении, может содержать равномерные или неравномерные изгибы, спирали, петли, зигзагообразные части и т.д. Другими словами, в начальной конфигурации корпуса электрода его длина существенно больше, чем расстояние между его первым и вторым концами. Под термином существенно больше понимается такая длина, которая на 2% или более, в особенности на 5% или более, даже на 20% или более и до 50% или более больше расстояния между первым и вторым концами электрода. Концевая часть электрода, проходящая от второго конца, предпочтительно, однако, имеет прямую или слегка согнутую конфигурацию.

Дистальный конец или концевая часть электрода, которая не изолирована, может иметь любую подходящую форму. Острые концевые части предпочтительны, если электрод предназначен для целей записи. Если электрод предназначен для использования с целью стимуляции, то предпочтительно, чтобы концевая часть электрода не имела острых краев, а скорее имела гладкий контур, чтобы уменьшить эрозию концевой части. Произвольно, площадь поверхности концевой части электрода может быть увеличена путем придания ему шероховатости, чтобы увеличить контакт с окружающими клетками и уменьшить сопротивление электрода. Грубая поверхность может быть получена, например, путем покрытия электрода черной платиной или путем травления.

В своем основании электрод находится в электропроводящем контакте с электронным оборудованием через изолированный гибкий электрический провод.

На своей концевой части и/или своей части корпуса электрод, выполненный в соответствии с изобретением, может быть преимущественно снабжен средствами фиксации, такими как части грубой поверхности или части поверхности, имеющие клей или клейкие свойства, или свойства в отношении окружающей ткани. Они могут даже быть выполнены из, например, титана или иметь части, покрытые оксидом титана, обеспечивающие адгезию или врастание ткани. Тонкие проходящие вбок нити, присоединенные к концевой части, которые расположены в проксимальном направлении во время процедуры вставления, а затем разворачиваются при выдвижении электрода назад на короткое расстояние, известны (см. международную патентную публикацию № 2007/040442); электрод, выполненный в соответствии с изобретением, может быть снабжен такими нитями, чтобы еще лучше зафиксировать его в ткани. Предпочтительно эти тонкие проходящие вбок нити имеют диаметр, равный или предпочтительно меньший диаметра корпуса электрода, и/или имеют длину, которая обеспечивает возможность им выступать вбок от электрода на подходящее расстояние, такое как 50 мкм или больше и даже до 100 мкм или больше. Предпочтительно проходящие вбок нити могут дополнительно функционировать как электроды, в случае, когда по меньшей мере их концевая часть не изолирована. Также предпочтительно проходящие вбок нити содержат или состоят из электропроводящего материала электрода, причем этот материал составляет единое целое с материалом корпуса электрода. В объем изобретения, однако, входит также и то, что проходящие вбок нити выполнены из материала, отличающегося от материала, из которого выполнен электрод. Так как проходящие вбок нити не препятствуют вставлению в ткань внедренного в матрицу электрода, они могут проходить от электрода в любом направлении, таком как дистальное, радиальное или проксимальное направление. Электрод также может содержать большое количество проходящих вбок нитей, причем эти нити могут проходить от электрода в одном или нескольких направлениях. Аналогично, предпочтительно сердцевина или поддерживающая трубка электрода выполнена из того же самого материала, что и концевая часть, чтобы представлять вместе с ней одну целую часть. При вынимании электрода, концевая часть которого снабжена выступающими элементами, выступающие элементы

- 3 017163 могут зафиксироваться в ткани и вызвать сопротивление выниманию электрода. Толкая электрод с подходящей конструкцией концевой части, такой как концевая часть, согнутая или наклоненная от продольной оси корпуса электрода, ограниченной прямой линией, соединяющей его первый и второй концы, далее в ткань, может привести к тому, что концевая часть будет отклоняться вбок от направления продольной оси.

Тело матрицы, выполненное в соответствии с изобретением, выполнено из биологически совместимого материала, который растворяется или разлагается в физиологической жидкости, в особенности в водной среде, но, в качестве альтернативы, также и в среде, обогащенной жиром. Разложение может активизироваться ферментами, присутствующими в физиологической жидкости в контакте с матрицей, в особенности в водной физиологической жидкости или в телесном жире. До растворения или разложения тело матрицы может расширяться или нет. Тело матрицы предпочтительно продолговато в дистальном направлении, т.е. образует переднюю часть внедренного в матрицу электрода, который сначала введен в ткань. Он может иметь форму, например, в виде стержня, с длиной, по меньшей мере равной расстоянию между первым и вторым концами электрода в его начальной конфигурации. Тело матрицы предпочтительно сужается в направлении своего дистального конца. Ее дистальная часть выполнена предпочтительно конической, чтобы облегчить вставление в мягкую ткань. Ее дистальная концевая часть может иметь острую или тупую форму. Тупая форма минимизирует риск разрыва сосудов во время вставления, тогда как острая концевая часть уменьшает сопротивление ткани к вставлению. Форма тела матрицы обеспечивает возможность следования по прямой линии траектории вставления при вставлении электрода глубоко в мягкую ткань и, таким образом, обеспечивает возможность пользователю точно помещать электрод в ткань. Подходящие материалы матрицы включают биологически совместимые, основанные на углеводородах или белках клеевые материалы, известные в уровне техники. Другие полезные известные биологически совместимые материалы матрицы включают полигликолевую кислоту, карбоксивиниловый полимер, полиакрилат натрия, карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу натрия, пуллулан, поливинилпиролидон, камедь карайи, ксантановую камедь, аравийскую камедь, гуаровую камедь, камедь Кассия Тора, камедь Гхатти и другие натуральные камеди, пектин, трагакант, альгиновую кислоту.

Произвольно, тело матрицы содержит две или большее количество частей материалов матрицы, отличающихся по скорости их растворения или разложения в физиологической жидкости, в особенности в водной среде, но даже и в среде, обогащенной жиром. Например, в определенных применениях тело матрицы преимущественно содержит или состоит из двух частей - проксимальной части и дистальной части, причем скорость растворения материала дистальной части существенно более высокая, чем скорость растворения материала проксимальной части, чтобы сократить время растворения дистальной части на время, равное от 20 с до 10 мин. Эта конструкция обеспечивает возможность вставления электрода, выполненного в соответствии с изобретением, близко к целевой ткани с незатронутыми обеими частями матрицы; после растворения дистальной части материала матрицы, в которую внедрена дистальная или вторая концевая часть корпуса электрода и/или концевой части, электрод может быть вытащен из ткани на короткое расстояние или вдвинут дальше в ткань на короткое расстояние. Также в объеме изобретения тело матрицы содержит средства усиления растворения, такие как каналы, которые могут быть пропитаны физиологической жидкостью. Таким образом, тело матрицы или его часть может иметь непористую или пористую структуру. Замедление растворения или разложения материала матрицы может быть достигнуто при наличии одного или большего количества слоев покрытия для замедления растворения или замедления разложения на теле матрицы или на его частях. Покрытие для замедления растворения матрицы представляет собой материал, который предпочтительно растворяется в водной среде со скоростью, существенно меньшей скорости растворения той части матрицы, которая защищена этим покрытием. Покрытие для замедления растворения матрицы может также быть таким, которое не растворимо, но разлагается в водной среде или в среде, обогащенной жиром тела, таким как покрытие из воска, покрытие из полиэфира, например полигликолят, полилактат, поли(гликолят, лактат) или покрытие из поликарбоната или покрытие из пептида, такое как покрытие из коллагена.

Электрод, выполненный в соответствии с изобретением, предназначен для вставления в мягкую живую ткань, в особенности в ткань головного мозга и спинного мозга, но также, например, в печень, почки, скелетные мышцы, сердечные мышцы, висцеральные мышцы и соединительную ткань. Электрод, выполненный в соответствии с изобретением, может быть использован для осуществления записи и/или в целях нервной стимуляции. Когда электрод используется для осуществления записи, электродный провод, выполненный в соответствии с изобретением, может быть снабжен миниатюрным предварительным усилителем. Усилитель предпочтительно расположен на коротком расстоянии от концевой части, таком как в месте соединения корпуса и концевой части, чтобы улучшить отношение сигнал/шум.

Чтобы еще больше облегчить вставление в мягкую ткань, к матрице предпочтительно присоединена или же внедрена в матрицу рядом или на проксимальном ее конце рука микроманипулятора или т.п. устройство. Выполненный с возможностью отсоединения крепеж микроманипулятора может, в качестве альтернативы, быть обеспечен стыковочным средством, прикрепленным к части основания электрода.

Настоящее изобретение, таким образом, предлагает гибкий электрод, длина которого от дистальной

- 4 017163 концевой части до проксимального основания может быть обратимым образом увеличена и уменьшена после вставления электрода в мягкую ткань.

Пучки электродов.

В определенных применениях преимущественно использовать многочисленные, соответственным образом расположенные электроды такого вида, который раскрыт выше. Например, твердое или по существу жесткое тело матрицы, выполненное в соответствии с изобретением, может быть поделено между двумя или большим количеством электродов, даже до сотни электродов, с целью расположения большого количества электродов в области мягкой ткани. Комбинацию двух или большего количества электродов, выполненных в соответствии с изобретением, в общем теле матрицы называют пучком электродов. В объеме изобретения также предусмотрено выполнение пучка электродов с обычными прямыми проводами электродов, оптическими проводами, сжимающимися полимерами или жесткими электродными чипами, содержащими электроды и/или электронику, причем эти элементы, по меньшей мере, частично расположены в теле матрицы. Произвольно, тело матрицы содержит две или большее количество частей материала матрицы, отличающихся по их скорости растворения в водной среде. Разделенное тело матрицы для пучка электродов, выполненных в соответствии с изобретением, соответствует в отношении его признаков телу матрицы электрода, выполненного в соответствии с изобретением и описанного выше.

Электроды, выполненные в соответствии с изобретением, предпочтительно состоят из пучка электродов переменной длины и, если тело матрицы имеет симметричную форму тела вращения, например цилиндрическую, то они расположены вокруг центральной оси этого тела вращения. Самые длинные электроды предпочтительно расположены на коротком расстоянии от оси, а короткие - на большем расстоянии от оси, чтобы их концевые части образовывали закругленную концевую часть тела матрицы. Их проксимальные концы предпочтительно расположены в плоскости или около плоскости, перпендикулярной оси вращения. В объем изобретения, однако, также входит расположение электродов таким образом, который формирует односторонний наклон или иным образом сформированную несимметричную концевую часть пучка электродов. Таким образом, тело матрицы пучка электродов может сужаться в дистальном направлении, чтобы сформировать, например, коническую или плоскую треугольную оконечную дистальную часть. Оконечная дистальная часть может иметь тупую форму, чтобы минимизировать риск разрыва сосудов во время вставления пучка электродов в мягкую ткань.

В соответствии с другим предпочтительным аспектом изобретения пучок электродов содержит одно или большее количество оптических волокон, чтобы обеспечить возможность выполнения радиационной стимуляции ткани или ее компонентов и/или для того, чтобы осуществить запись радиационного излучения, исходящего из окружающей ткани. Таким же образом, который соответствует электроду, указанное одно или большее количество оптических волокон сохраняются в выбранном положении в пучке электродов посредством матрицы.

В соответствии с еще одним предпочтительным аспектом изобретения два или большее количество электродов, внедренных в матрицу пучка электродов, выполненных в соответствии с изобретением, могут быть соединены вместе их первыми концами или около этих концов посредством пластины основания, выполненной, например, из керамического материала или полимерного материала. Таким образом, прикрепленные электроды могут иметь одну и ту же или отличающуюся длину. Пластина основания может быть оборудована электронными компонентами, такими как усилители, и быть соединена с электроникой снаружи ткани в целях стимуляции и осуществления записи через кабель или телеметрически; она также может быть использована для установки средства для размещения микроманипулятора.

В соответствии с еще одним также предпочтительным аспектом изобретения пучок электродов содержит один или большее количество выполненных с возможностью сжатия биметаллических элементов, способных к изменению своей формы, например сгибу, когда через них пропускают электрический ток. Такие выполненные с возможностью сжатия элементы могут быть использованы для управления траекторией вставления внедренного в матрицу пучка электродов.

Для вставления пучка электродов в мягкую ткань микроманипулятор присоединен или выполнен с возможностью присоединения к проксимальной оконечной части массива электродов, из которого он проходит в проксимальном направлении.

Жесткость пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, облегчает вставление этого пучка в ткань. При вставлении первая часть матрицы быстро растворяется. Таким образом, дистальная оконечная часть электрода становится способной к боковому смещению относительно соседних электродов. Дальнейшее вставление пучка электродов в ткань приводит к тому, что дистальная часть электрода, содержащая разветвляющееся средство, сгибается разворачивающимся образом в направлении от оси пучка электродов. Растворение второй части матрицы освобождает проксимальную часть электрода так, что он теперь способен к боковому и/или осевому смещению относительно соседних электродов и к приятию плавающего расположения в ткани; таким образом, его расположение в ткани стабилизировано, при этом реакции ткани или повреждения, которые в противном случае встречались бы из-за его совместного перемещения с другими электродами, теперь устранены.

- 5 017163

Массивы из электродов и/или из пучков электродов.

В соответствии с изобретением два или большее количество внедренных в матрицу электродов и/или пучков электродов, расположенных параллельно или почти параллельно, могут быть соединены вместе посредством клея, который растворяется в водной среде, такой как физиологическая жидкость. Клей должен быть биологически совместимым. Подходящие клеи могут быть клеями на основе углеводородов или белков, такими как алкилированные и/или карбоксилированные производные целлюлозы, амилоза и желатин, но могут также быть другой природы, такой как поливинилпиролидон и соли щелочных металлов полиакриловой кислоты. Этим образом электроды и/или пучки электродов могут быть расположены в матрице в требуемой геометрической структуре, подходящей для имплантации. Таким образом, время, требуемое для имплантации, значительно сокращается по сравнению со временем, требуемым для той же самой геометрической структуры, полученной имплантацией отдельных электродов и/или пучков электродов. Один или большее количество внедренных в матрицу электродов и/или пучков электродов, выполненных в соответствии с изобретением, в такой матрице может быть заменено двумя или большим количеством внедренных в матрицу электродов, выполненных в соответствии с изобретением, которые временно или намертво удерживаются в фиксированных положениях друг относительно друга. Средства для удержания их в таких фиксированных положениях могут содержать или состоять из одного или большего количества материалов матрицы, выполненных в соответствии с изобретением, или могут быть независимыми от этих материалов. В последнем случае указанные средства могут быть такими, которые растворяются и/или расщепляются в водной среде более медленно, чем любой другой материал матрицы внедренного в матрицу пучка электродов, или постоянными, такие как средство, удерживающее пучок электродов в фиксированном расположении, описанное в международной патентной заявке № 2007/040442. Точно так же, один или большее количество пучков электродов в матрице электродов, выполненной в соответствии с изобретением, могут заменить один или большее количество пучков электродов, описанных в международной патентной заявке № 2007/040442. Подходящее расстояние между пучками электродов в матрице из пучков электродов, выполненной в соответствии с изобретением, находится в диапазоне от 50 до 500 мкм или больше.

Массив внедренных в матрицу пучков электродов или комбинация внедренных в матрицу электродов, выполненный в соответствии с изобретением, и внедренные в матрицу пучки электродов, выполненные в соответствии с изобретением, подходят для длительной стимуляции, многоканальной записи электрической нейронной активности и уровней вещества медиатора или других биологически активных молекул путем измерения реакций окислительно-восстановительного потенциала и точных поражений ткани с научной, медицинской целью и целью ухода за животными.

Способы и применение.

В соответствии с изобретением также раскрыт способ изготовления электрода, выполненного в соответствии с изобретением, внедренного в тело матрицы. Способ включает обеспечение средств фиксации, установку электрода и, произвольно, вставление дополнительных элементов, таких как оптические волокна, сжимающиеся элементы и т.д., в средства фиксации в требуемой конфигурации, применение оболочки, покрывающей установленный таким образом электрод, за исключением своего основания, наложение раствора или суспензии первого материала матрицы на электрод таким образом, чтобы покрыть части электрода, которые должны быть вставлены, обеспечение возможности испарения или отверждения растворителя/диспергатора, соответственно матричного раствора или суспензии, удаление оболочки и освобождение электрода от средств фиксации. Для вставления электрода в материал из двух матриц, чтобы сформировать соответствующие матричные отделения, каждый из которых окружает часть электрода, соответствующую часть электрода, закрепленную средствами фиксации, как описано выше, покрывают раствором или суспензией первого материала матрицы, растворитель/диспергатор которого впоследствии испаряют, после чего покрывают часть электрода, которая осталась, раствором или суспензией второго материала матрицы, после чего испаряют растворитель/диспергатор второго материала матрицы и освобождают электрод от средств фиксации. В указанном способе электрод предпочтительно располагают в оболочке из гладкого материала низкой смачиваемости, такого как полифторированный углеводородный полимер или силиконовый каучук, и фиксируют там. Чтобы облегчить испарение растворителя, материал оболочки является преимущественно пористым, в особенности микропористым. После нанесения и высыхания материала(ов) матрицы электрод вынимают из оболочки.

Альтернативный способ внедрения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, в материал двух матриц, формирующий различные матричные отделения, в которые внедрены части электрода, включает внедрение всего электрода в первый материал матрицы, растворение части первого материала матрицы, предпочтительно дистальной части, проходящей от дистального конца, покрытие невнедренной дистальной части электрода вторым материалом матрицы, например, прибегая к использованию оболочки, нанесенной на невнедренную дистальную часть, заполнение оболочки раствором или суспензией из второго материала матрицы, испарение растворителя, чтобы высушить/отвердить второй материал матрицы, и удаление оболочки.

В соответствии с настоящим изобретением также раскрыт способ вставления или имплантации внедренного в матрицу электрода, в особенности внедренного в матрицу электрода, выполненного в соот

- 6 017163 ветствии с изобретением, в мягкую ткань.

В соответствии с настоящим изобретением также раскрыт способ вставления или имплантации внедренного в матрицу электрода пучка электродов, в особенности внедренного в матрицу электрода пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, в мягкую ткань.

В соответствии с настоящим изобретением также раскрыт способ вставления или имплантации массива внедренных в матрицу пучков электродов, в особенности массива внедренных в матрицу пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, в мягкую ткань.

Изобретение также относится к использованию внедренного в матрицу электрода, внедренного в матрицу пучка электродов или массива внедренных в матрицу пучков электродов для длительной стимуляции нерва, многоканальной регистрации электрической нейронной активности и уровней медиаторного вещества путем измерения реакций окислительно-восстановительного потенциала и поражений ткани для научной, медицинской цели и цели ухода за животными.

Изобретение будет теперь описано более подробно в отношении некоторого количества предпочтительных вариантов выполнения, проиллюстрированных на схематических чертежах, состоящих из нескольких фигур, которые, однако, изображены не в масштабе. Пучки электродов изображены более жирным контуром.

Описание чертежей

Фиг. 1а представляет собой продольный разрез первого варианта выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, содержащего концевую часть и корпус из непроводящей шелковой сердцевины, покрытой серебром и золотом, с изолирующим полимерным покрытием, с корпусом волнистой конфигурации.

Фиг. 1Ь и 1с представляют собой поперечные разрезы, выполненные по линиям А-А, В-В соответственно через концевую часть и корпус, электрода, изображенного на фиг. 1а.

Фиг. 16 представляет собой вариант выполнения, изображенный на фиг. 1а, в расширенном состоянии.

Фиг. 2а представляет собой продольный разрез второго варианта выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, в состоянии, соответствующем варианту выполнения, изображенному на фиг. 1а.

Фиг. 2Ь представляет собой увеличенный частичный вид концевой части электрода, изображенного на фиг. 2а.

Фиг. 3 а представляет собой продольный разрез третьего варианта выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, в состоянии, соответствующем изображенному на фиг. 1а.

Фиг. 3Ь представляет собой увеличенный частичный вид концевой части электрода, изображенного на фиг. 3а.

Фиг. 4а-4с представляют собой продольные разрезы четвертого варианта выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, показанного внедренным в растворимую матрицу (4а), в состоянии после вставления в мягкую ткань и растворения матрицы (4Ь), и в расширенном состоянии (4с) в ткани.

Фиг. 5а представляет собой продольный разрез первого варианта выполнения пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, внедренного в растворимую матрицу.

Фиг. 5Ь представляет собой поперечный разрез, выполненный по линии С-С, варианта выполнения, изображенного на фиг. 5а.

Фиг. 6 представляет собой продольный разрез второго варианта выполнения пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, внедренного в комбинации растворимых матриц, на виде, соответствующем виду пучка электродов, изображенного на фиг. 5а.

Фиг. 7а представляет собой продольный разрез первого варианта выполнения массива внедренных в матрицу пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, содержащего четыре внедренных в матрицу пучка электродов, изображенного на фиг. 5а, 5Ь.

Фиг. 7Ь представляет собой поперечный разрез, выполненный по линии Ό-Ό, массива из пучка электродов, изображенного на фиг. 7а.

Фиг. 8 представляет собой продольный разрез, выполненный по линии Р-Р, второго варианта выполнения массива внедренных в матрицу пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, внедренного в комбинации растворимых матриц и содержащего средства расширения.

Фиг. 8а представляет собой поперечный разрез Е-Е массива из пучка электродов, изображенного на фиг. 8.

Фиг. 8Ь-8£ иллюстрируют процесс последовательного растворения растворимых матриц, изображенных на фиг. 8, 8а, вставленных в мягкую ткань, в том же самом виде, который изображен на фиг. 8.

Фиг. 9 представляет собой третий вариант выполнения массива внедренных в матрицу пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, в продольном сечении, соответствующем изображенному на фиг. 8.

Фиг. 10, 11 иллюстрируют четвертый и пятый варианты выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, на виде, соответствующем изображенному на фиг. 1а.

- 7 017163

Фиг. 12 иллюстрирует шестой вариант выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, в продольном сечении, выполненном по линии С-С (фиг. 12а).

Фиг. 12а представляет собой увеличенный вид сверху, в проксимальном направлении, электрода, изображенного на фиг. 12.

Фиг. 13 представляет собой продольный разрез дополнительного варианта выполнения пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, внедренного в растворимую матрицу и присоединенного в своих проксимальных концах удерживающим электрод диском, на виде, соответствующем виду пучка электродов, изображенного на фиг. 5а.

Фиг. 14 представляет собой продольный разрез четвертого варианта выполнения массива внедренных в матрицу пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, включающего четыре внедренных в матрицу пучка электродов такого вида, который показан на фиг. 13, установленных на удерживающем массив диске, на виде, соответствующем виду массива внедренных в матрицу пучков электродов, изображенному на фиг. 7, но с опущенной частью дистального конца.

Подробное описание изобретения

Первый вариант 1 выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, изображенного на фиг. 1-1с, содержит в целом продолговатый волнообразный корпус 2 с основанием 4, выполненным в его первом, проксимальном, конце, и концевой частью 3, выполненной в его втором, дистальном, конце, с вершиной 5, которая может быть острой или тупой. Тупая концевая часть 5 имеет преимущество, состоящее в том, что избегают разрушения кровеносных сосудов, если она расположена в ткани, обогащенной такими сосудами. Основание 4 электрода 1 богато припоем, соединяющим корпус электрода 2 в его проксимальном конце с тонким изолированным проводом для электрического подсоединения с электрическим устройством 10. Электрическое устройство может иметь различный вид, такой, который подает электрический ток на электрод и/или для того, чтобы получать электрические сигналы от электрода. Корпус 3 электрода является гибким, но, по существу, не упругим. Как показано на увеличенном поперечном сечении, показанном на фиг. 1с, он состоит из сердцевины 7, промежуточного слоя 8 и покрытия 9. Сердцевина 7 представляет собой шелковую нить, на которой путем ионного распыления осажден тонкий промежуточный слой 8 из хрома. Промежуточный слой 8 покрыт покрытием 9 из поливинилформаля. В отличие от корпуса 2 электрода концевая часть 3 не изолирована, т.е. не имеет покрытие 9 (фиг. 1Ь). Приложение небольшой силы к противоположным концам электрода 1, чтобы растащить их отдельно друг от друга, заканчивается расширенной, по существу, прямой конфигурацией корпуса электрода, показанного на фиг. 1й.

Второй вариант 101 выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением и изображенного на фиг. 2а, 2Ь, отличается от первого варианта выполнения волнообразной конструкцией его корпуса 102. Ссылочные номера позиций 103, 104 относятся соответственно к концевой части, которая оканчивается острой вершиной 105, и к основанию электрода.

Третий вариант 201 выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением и изображенного на фиг. 3а, 3Ь, отличается от первого варианта выполнения шероховатой частью 210 поверхности концевой части 203, проходящей от тупой концевой части 205 в направлении волнистого корпуса 202 электрода и основания 204 электрода. Шероховатость улучшает задержание на участке имплантации и увеличивает область контакта электрода с окружающими клетками, понижая, тем самым, электрическое сопротивление между электродом и клетками.

На фиг. 4а изображен четвертый вариант 301 выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, который показан с концевой частью 303 и корпусом 302, внедренными в каркас 312 матрицы из растворимого в воде материала таким образом, что острая концевая часть 305 электрода указывает в том же самом направлении, что и тупая концевая часть 313 каркаса матрицы. На некотором расстоянии от концевой части 305 имеется зубец 314, который проходит в наклонном проксимальном направлении от концевой части 303. За исключением его основания 304, опирающегося на токоподвод 306, электрод 301 полностью внедрен в каркас 312 матрицы. Внедренный корпус 302 электрода имеет зигзагообразную конфигурацию. Комбинацию 321 из электрода 301 и каркаса 312 матрицы называют стабилизированным электродом. Именно в этой устойчивой форме 321 электрод 301 может быть вставлен в мягкую ткань, сохраняя свою зигзагообразную конфигурацию корпуса. В течение короткого промежутка времени после вставления каркас 312 матрицы растворяется физиологической жидкостью (фиг. 4Ь); электрод 301, однако, все еще, по существу, сохраняет свою зигзагообразную конфигурацию, в которой он был внедрен в каркас матрицы 312 и в который он был вставлен в ткань. Электрод 301 посредством зубца 314 фиксируется в ткани, в особенности против силы, стремящейся вытащить электрод 301 обратно. Путем приложения вытаскивающей силы к основанию 304 корпус 302 электрода может быть выпрямлен, т.е. расширен, чтобы принять выпрямленную конфигурацию 302', показанную на фиг. 4с.

Первый вариант выполнения внедренного в матрицу пучка 411 из четырех электродов, выполненного в соответствии с изобретением, изображен на фиг. 5а, 5Ь. Электроды, которые являются электродами 101 того же типа, что изображены на фиг. 2а, 2Ь, расположены параллельно и равноудалено от вращательной оси 8 пучка 411 в растворимом теле 412 матрицы. По отношению к корпусу 402а первого электрода корпусы 402Ь, 402с, 402й других электродов расположены под углом соответственно в 90, 180 и

- 8 017163

240°. На фиг. 5а также показаны концевые части 403а, 403с и основания 404а, 404с соответственно первого и третьего электродов. В целом цилиндрически коническое тело 412 матрицы сужается в дистальном направлении, лишь слегка в начале, но более явно к своему дистально направленному концу 413.

Второй вариант выполнения внедренного в матрицу пучка 511 из четырех электродов, выполненного в соответствии с изобретением, показанного на фиг. 6, содержит четыре электрода того же типа, что изображены на фиг. 2а, 2Ь, и в том же самом положении относительно вращательной оси 8', что и в случае внедренного в матрицу пучка 411 из четырех электродов, изображенного на фиг. 5а, 5Ь. В отличие от варианта выполнения, изображенного на фиг. 5а, 5Ь, тело матрицы содержит две части, проксимальную часть 512', включающую в себя корпусы 502а, 502с, и т.д. электродов, и дистальную часть 512, включающую в себя их концевые части 503а, 503с. Скорость растворения проксимальной части 512' тела матрицы меньше, чем скорость растворения дистальной части 512 тела матрицы. Это обеспечивает возможность вставления всего внедренного в матрицу пучка 511 на требуемую первую глубину или уровень мягкой ткани и после растворения материала дистальной части 512 дальнейшее вставление на вторую глубину или уровень, во время которой теперь неподдерживаемые концевые части 503а и т.д. первого электрода 502а, 503а, 504а и других электродов больше не лишены подвижности, а могут быть согнуты, например согнуты в сторону от центральной оси 8'.

Дистально направленный 631 массив 620 из пучков электродов, выполненный в соответствии с изобретением, содержит четыре внедренных в матрицу пучка электродов, расположенных равноудалено и имеющих вращательную симметрию (четырехкратная вращательная симметрия) от оси В массива, выполненного в соответствии с изобретением (фиг. 7а, 7Ь). Массив 620 содержит четыре пучка электродов такого типа, который проиллюстрирован на фиг. 5а, 5Ь, из которых только корпусы 602а-602' четырех электродов первого пучка обозначены номерами позиций. Пучки электродов внедрены соответственно в твердые нерастворимые матрицы 612а-612'. Четыре внедренных в матрицу пучка электродов расположены параллельно, а их концевые части 613а-613' направлены в том же самом дистальном направлении. Внедренные в матрицу пучки электродов соединены вместе клеем 630, который растворим в водной среде. Клей 630 предпочтительно отличается по составу и по скорости растворения или расширения от материала внедренных матриц 612а-612'. Материал внедренных матриц может быть одним и тем же, но также возможно использование материала(ов) с другими скоростями растворения или расширения для одного или большего количества из них. Матрица 620 снабжена гнездовым соединительным элементом 640, расположенным центрально в клее 630 в его проксимальной плоской торцевой поверхности. Соединительный элемент 640 выполнен так, чтобы вмещать с возможностью отсоединения стержень 641 манипуляции для вставления массива 620 в ткань.

Другой удаленно направленный 731 массив 720 из пучков электродов, выполненный в соответствии с изобретением и той же самой симметрии, что и массив, изображенный на фиг. 7а, 7Ь, показан на фиг. 8, 8а. В дополнение к растворимому в воде клею 730, соединяющему пучки электродов в массиве 720, последний дополнительно содержит расширяющуюся затычку 750, расположенную по центру относительно оси Т массива и проходящую оттуда в радиальном направлении к самым внутренним стенкам тел 712 а-ά матрицы, каждое из которых содержит внедренный в матрицу пучок электродов с четырьмя электродами каждый, при этом каждый электрод имеет растяжимый корпус 702а-' электрода и т.д., тогда как в осевом направлении проксимальная и дистальная поверхности затычки 750 примыкают к клею 730, посредством которого четыре внедренных в матрицу пучка электродов удерживаются на месте. Вставляющий стержень 741 внедрен в центральной проксимальной части клея 730. На фиг. 8Ь-8£ проиллюстрировано поведение массива 720 после вставления его в мягкую ткань 760. Фиг. 8Ь показывает ситуацию непосредственно после вставления массива 720 в ткань 760. Массив 720 все еще не затронут. Фиг. 8Ь показывает ситуацию приблизительно через 2 мин после вставления, причем в течение этого времени клей 730 растворился в водной среде ткани 760. Номер позиции 760 представляет собой как мягкую ткань, так и текучую среду, образованную в результате растворения клея 730. Тела 712а-' матрицы теперь разделены, за исключением возможной адгезии к расширяющейся затычке 750. После чего расширяющаяся затычка 750, находящаяся теперь в контакте с текучей средой ткани, начинает набухать. Ситуация после значительного набухания затычки 750 показана на фиг. 8'. Расширяющаяся затычка 750 выполнена из материала, который сначала набухает, а затем растворяется в контакте с физиологическими жидкостями на водной основе. Например, она выполнена из желатина. Набухание затычки приводит к тому, что внедренные в матрицу пучки электродов раздвигаются друг от друга в радиальном направлении с результатом, который показан на фиг. 8е. Наконец, тела 712а-712' матрицы медленно растворяются в физиологической жидкости, что приводит к тому, что электроды 702а, 702с первого пучка электродов, электроды 702а, 702с третьего пучка электродов и электроды других пучков электродов устанавливаются в ткани, как показано на фиг. 8£.

Третий вариант выполнения пучка электродов, выполненного в соответствии с изобретением, показанный на фиг. 13, содержит четыре электрода с выполненными с возможностью расширения корпусами 802а, 802с электродов, присоединенными к основаниям 804а, 804с. Пучок внедряют в растворимое тело 812 матрицы, сужающееся к своей дистальной концевой части 813. Основания 804а, 804с электродов выполняют формовкой в диске 807 держателя электрода, от которого проходят их задние части, снаб

- 9 017163 женные проводниками 806а, 806с. Диск 807 держателя электрода выполнен из непроводящего полимерного материала. Этот вариант выполнения обеспечивает возможность поддерживать проксимальные части электродов на требуемом расстоянии, тогда как их дистальные части могут перемещаться более свободно.

Третий вариант выполнения массива 920 из пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, показан на фиг. 9. Он отличается от массива 620 из пучков электродов, изображенного на фиг. 7а, 7Ь, тем, что электроды, выполненные в соответствии с изобретением, имеют концевые части 903а, 903с различной длины, а корпусы 902а, 902с электродов одной и той же длины состоят из первого пучка электродов, внедренного в матрицу 912а, и тем, что третий пучок электродов, внедренный в матрицу 912с, содержит электрод, выполненный в соответствии с изобретением, который имеет корпус 902с электрода и оптическое волокно 970, расположенное параллельно электроду. Массив 920 содержит четыре внедренных в матрицу пучка электродов, из которых, однако, только два изображены на фиг. 9. Электроды массива изображены соединенными через тонкие гибкие проводники 906а, 906с, 906с с блоком 960 управления, с помощью которого они могут быть приведены в действие или к которому они могут передать электрические сигналы нерва. Оптическое волокно 970 показано соединенным с центральным узлом, который может содержать источник света для того, чтобы посылать излучение через волокно в ткань, в которую имплантировано волокно 970 или которая может содержать средства для обнаружения излучения, исходящего от ткани, полученного по волокну 970.

На фиг. 10-12 проиллюстрирован еще один предпочтительный вариант выполнения электрода, выполненного в соответствии с изобретением, имеющего модифицированную концевую часть.

Электрод 1001, изображенный на фиг. 10, содержит выполненный с возможностью выдвижения продолговатый корпус 1002 электрода и концевую часть 1003, от которой короткие кончики 1011-1011' проходят радиально/дистально и отстоят друг от друга вдоль концевой части 1003.

Электрод 1101, изображенный на фиг. 11, содержит выполненный с возможностью выдвижения продолговатый корпус 1102 электрода и концевую часть 1103, от которой дважды изогнутые кончики 1111-1111 проходят почти радиально и отстоят друг от друга вдоль концевой части 1003.

Электрод 1201, изображенный на фиг. 12, 12а, содержит выполненный с возможностью выдвижения продолговатый корпус 1202 электрода и концевую часть 1203, из радиальной плоскости которой проходят двадцать четыре изогнутых назад кончика, из которых только первый и двенадцатый кончики 1211-01, 1211-13 проходят в зонтичной конфигурации.

Массив 1320 из пучка электродов, выполненный в соответствии с изобретением, показанный на фиг. 14, содержит четыре пучка электродов вида, показанного на фиг. 13. На виде в сечении, изображенном на фиг. 14, можно видеть только два из них. За исключением тел 1312а, 1312с матрицы и дисков 1307, 1307 держателя электродов, только элементы первого пучка, которые содержат четыре электрода, имеют номера позиций. Только два электрода из электродов первого пучка видны на чертеже, причем первый электрод содержит корпус 1302а электрода, а третий электрод содержит корпус 1302с электрода. Они внедрены в растворимое, по существу, коническое тело 1312а матрицы, которое сужается к его дистальной концевой части, которая, однако, не показана. Их основания 1304а, 1304с отформованы в диске 1307 держателя электрода из непроводящего полимерного материала. Держатели 1307, 1307 пучка электродов с помощью адгезии установлены (не показаны) на диске 1335 держателя массива, а их проксимальные плоскости примыкают к дистальной поверхности диска 1335. Чтобы обеспечить возможность токоподводам 1306а, 1306с электродов проходить через диск 1335 держателя массива, в последнем выполнены сквозные отверстия 1337а, 1337с, обращенные к основаниям 1304а, 1304с электрода. Пучки электродов расположены симметрично по отношению к продольной оси массива (не показан) и равноудаленно от нее. Расстояние между ними обеспечивает возможность центральной цилиндрической части 1336, проходящей от дистальной поверхности диска 1335 держателя массива, располагаться между ними. Центральное отверстие в проксимальной поверхности цилиндрической части 1336 выполнено для удержания с возможностью отсоединения стержня 1341 манипуляции, с помощью которого массив 1320 может быть вставлен в мягкую ткань. Остающийся промежуток между пучками электродов заполнен биологически совместимым клеем 1330, растворимым в водной среде.

Материалы и размеры.

Размеры электродов. Электроды, выполненные в соответствии с изобретением, имеют подходящий диаметр от 10^-4 до 10^-7 м, в особенности от 0,5 до 25 мкм. Больший диаметр провода, такой как до 1,5-10^-3 м может использоваться в случае, если используется приближенная модель стимуляции/регистрации, например, чтобы создать поражения в мягкой ткани. Их диаметр может изменяться по длине, чтобы облегчить вставление в ткань, в особенности электрод может сужаться к их дистальному концу. Их дистальный конец может быть острым или тупым, но острая концевая часть предпочтительна в случае электрода, используемого для регистрации электрической активности. Их дистальная часть может даже иметь диаметр, меньший чем 10^-7 м.

Поверхность электродов может быть гладкой или не гладкой либо частично гладкой и частично не гладкой, т. е. грубой. Неровная или шероховатая поверхность близко к концевой части электрода предпочтительна для того, чтобы улучшить свойства фиксации, и для того, чтобы уменьшить сопротивление

- 10 017163 концевой части электрода. Электрод, выполненный в соответствии с изобретением, предпочтительно изолирован, за исключением частей, проходящих от их проксимального и дистального концов. Однако корпус электрода может также быть снабжен средством, обеспечивающим возможность выполнения стимуляции/регистрации на большом количестве участков в ткани. Такое средство может, например, состоять из выступающих ультратонких нитей или частей с грубой или неровной поверхностью, занимающей длину 10 мкм или более. Такие области электрически не изолированы, если требуется электрический контакт с тканью. Они могут также служить средствами фиксации и, кроме того, для электростимуляции/регистрации. Если требуется выполнять электростимуляцию в большом объеме ткани, то в качестве альтернативы предпочтительно не изолировать большую часть, проходящую от концевой части электрода, имеющую длину до 100 мкм или даже до 1 мм. Для изоляции электродных проводов годятся, например, стекло, поливинилформаль, силиконовая резина, нерастворимый в воде лак.

Электрод, выполненный в соответствии с изобретением, с разветвленной частью дистального конца может быть выполнен из многопрядной шелковой нити, из которой отдельные пряди диаметром приблизительно от 1 приблизительно до 5 мкм расположены так, чтобы разветвляться как зонтик на одном конце нити. В этой разветвленной конфигурации электрод покрыт токопроводящим материалом, в особенности металлом, что выполняют традиционными способами испарения или распыления. Электрод затем покрывают изоляционным материалом, за исключением коротких оконечных частей разветвленных прядей. Способ изготовления электрода, выполненного в соответствии с изобретением, содержащего разветвления, проходящие от сердцевины электрода до требуемого места или части, включает переплетение коротких частей тонкого металлического провода или полимерных нитей со спаренной сердцевиной электрода. Части металлического провода или полимерной нити расположены почти перпендикулярно или в немного наклонном направлении относительно шелковой сердцевины, которую прядут из нескольких шелковых нитей, чтобы сделать части металлического провода или полимерной нити, расположенные между спаренными нитями шелковой сердцевины, как в блестящей бахроме (Ламетта); использование металлических проволок в этом способе дополнительно обеспечивает средство для изготовления многоточечных электродов.

Форма электродов. Важная особенность настоящего изобретения заключается в том, что расстояние от дистальной концевой части до проксимального основания электрода может быть повторяющимся и обратимым образом увеличено и уменьшено без разрыва электрода, чтобы обеспечить возможность гладкого прохождения проволоки за неоднородными перемещениями в окружении мягкой ткани, теми, которые можно встретить около артериального или венозного сосуда, сердца или легких или между мягкой и твердой тканью. Это достигается путем выполнения электрода с многократными изгибами, которые могут следовать за данной конфигурацией или нет. Электроды, таким образом, могут иметь волнистую, вьющуюся, извилистую, спиральную или в любом случае не прямую конфигурацию, которая обеспечит возможность легкого увеличения/уменьшения расстояния от проксимального основания до дистальной концевой части по меньшей мере на 1%, но предпочтительно по меньшей мере на 5%, когда вдоль провода приложена сила. Например, расстояние от концевой части до основания электрода, равное 1 мм в длину, может быть легко увеличено/уменьшено по меньшей мере на 10 мкм и даже на 50 мкм или более.

Предпочтительно использовать гладкую конфигурацию с изгибами, такую как волнистая или спиральная конфигурация. Конфигурация, отличающаяся резкими изгибами, менее предпочтительна, поскольку силы, вызванные увеличением/уменьшением расстояния между концевой частью и основанием электрода, не должны существенно влиять на конкретные участки или на короткие части вдоль корпуса электрода, но должны скорее влиять на большие части. Это увеличивает износостойкость электрода, подвергнутого воздействию непрерывных изменений в длине из-за перемещения окружающей живой ткани.

Материалы электродов. Чтобы приблизить к единице соотношение плотности электрода и плотности ткани и, тем самым, уменьшить различие в инерции между электродом и тканью, электрод, выполненный в соответствии с изобретением, предпочтительно содержит сердцевину из легкого и сильно непроводящего материала, такого как натуральное протеиновое волокно, например шелк, или полимерное волокно, покрытое токопроводящим материалом. В качестве альтернативы, трубообразный материал основы заполнен токопроводящим материалом, таким как металл, в особенности благородный металл или сплав из благородных металлов, но может использоваться также и углерод. Другие примеры полезных материалов непроводящей сердцевины или трубообразных материалов основы представляют собой стекло и керамику. Токопроводящий материал может быть осажден на материале основы обычными способами распыления или испарения. Хотя это и не является предпочтительным, электрод, выполненный в соответствии с изобретением, может произвольно содержать токопроводящую металлическую сердцевину, в частности золото, платину, титан, нержавеющую сталь, сплав, содержащий более 30 вес.% благородного металла, такого как иридий, комбинацию платины и иридия, и вольфрам, но также и токопроводящий полимер.

Материалы матрицы. Электрод, выполненный в соответствии с изобретением, внедрен в один или большее количество биологически совместимых материалов матрицы, которые отличаются по их скорости растворения. Для применений, где провода должны следовать по прямой во время вставления или

- 11 017163 сохранять свою конфигурацию после вставления, предпочтительно использовать один внедряющий материал. Для применений, в которых дистальные части электродов должны разворачиваться в тканимишени, предпочтительно использовать по меньшей мере два различных внедряющих материала, один из которых более быстроисчезающий, ниже называемый материалом X матрицы, а другой - менее быстроисчезающий, ниже называемый материалом Υ матрицы. Подходящие материалы матрицы включают углеводородные и/или белковые материалы, но также могут быть использованы, например, аравийская камедь и полигликолиевая кислота. Скорость растворения при температуре 37°С в физиологической жидкости, такой как плазменная или межклеточная жидкость, материала X матрицы, используемого для внедрения части дистального конца электрода, обеспечивает возможность внедренному в матрицу электроду стать нефиксированным в отношении своего смещения относительно соседних электродов в течение короткого периода времени, в особенности в течение от 5 с до 3 мин. Материал Υ матрицы является таким материалом, который имеет соответствующую скорость растворения, которая обеспечивает возможность внедренному в матрицу электроду стать нефиксированным в отношении своего смещения относительно соседних электродов в течение от 30 с до 10 мин или более, но в любом случае в более поздний момент времени, чем момент, в который часть дистального конца электрода становится нефиксированной в своем (боковом) смещении. Более длительные времена растворения для материала X матрицы, такие как 20 мин, и соответственно более длительные времена растворения для материала Υ матрицы могут использоваться в процессе медленного вставления, например вставления массива электродов глубоко в ткань.

Подходящие материалы для материала X матрицы включают дисахариды, такие как сахарозу, прокипяченную в воде в течение от 10 до 30 мин или дольше; таким образом, достигаются времена растворения, равные от 1 до 3 мин. Другие материалы, подходящие в качестве материала X матрицы, включают желатин и основанные на желатине материалы, которые были растворены в воде при температуре от 40 до 50°С, а затем высушены.

Подходящий материал для использования в качестве материала X матрицы может быть получен путем неоднократного кипячения и охлаждения водного раствора, содержащего сахар или смесь сахаров, выбранных из сахарозы, лактозы, маннозы, мальтозы, и органической кислоты, выбранной из лимонной кислоты, яблочной кислоты, фосфорной кислоты, винной кислоты. Комбинации сахаров и органических кислот приводит к диапазону времен растворения.

Желатин может также использоваться как материал матрицы. Известно, что различные типы желатина или основанных на желатине материалов имеют различные скорости растворения. Следовательно, выбирая подходящую комбинацию двух типов желатина для материала X матрицы и материала Υ матрицы, можно добиться более быстрого времени растворения дистальной части матрицы пучка электродов или массива электродов, внедренного в двухчастичную растворимую матрицу, чем скорость растворения соответствующей проксимальной части матрицы. Использование основанного на сахаре материала матрицы для дистальной части матрицы и основанного на желатине материала матрицы для проксимальной части матрицы, или наоборот, также возможно, так же как желатина - для дистального материала матрицы, и аравийской камеди - для проксимального материала матрицы. Выбор дополнительных полезных комбинаций материалов матрицы, таких как различные типы природных камедей, также очевиден для специалиста в этой области техники.

Произвольно, материалы матрицы с существенно более длительными временами растворения, такие как модифицированный коллаген, производные целлюлозы, модифицированный крахмал или другие биологически совместимые материалы, такие как полигликолиевая кислота, могут также использоваться в применениях, включающих медленный процесс вставления. Например, в случаях, когда линия следа массива электродов повторяющимся образом оценивается во время вставления, например, с помощью рентгеновского изображения, и/или линия следа модифицируется путем пропускания тока через сжимающиеся нити, состоящие из массивов электродов, время для завершения процесса вставления может занять более длительное время.

Если электрод, пучок электродов или массив электродов, выполненные в соответствии с изобретением, должны быть вставлены в ткань, расположенную сразу под кожей или слизистой оболочкой либо около поверхности головного мозга или спинного мозга, или в другую ткань, т. е. на глубину ткани меньше чем 2 мм, это также может быть достаточным для использования одного материала матрицы, когда электроды предназначены для разворачивания в ткани, в особенности материал X матрицы, поскольку только дистальная часть массива электродов, который разворачивается, может быть расположена в ткани.

Произвольно, внедренный в матрицу электрод, пучок электродов или массив электродов, выполненные в соответствии с изобретением, могут быть покрыты, полностью или частично, биологически совместимым скользящим агентом, предназначенным для уменьшения трения во время вставления в ткань. Скользящий агент может также быть средством, которое задерживает доступ физиологической жидкости к матричному материалу и, таким образом, замедляет его растворение/разложение. Полезные скользящие агенты включают глицерин монопальмитат, глицерин дипальмитат, глицерин моностеарат,

- 12 017163 глицерин дистеарат, пальмитиловый спирт, стеариловый спирт. Тонкое покрытие скользящего агента может быть нанесено на тело матрицы, например, распыляя на тело раствор с агентом в этаноле или в этил ацетате.

Иллюстративные применения.

Предпочтительное использование электрода, выполненного в соответствии с изобретением, а также пучков электродов, выполненных в соответствии с изобретением, и массива из электродов, выполненного в соответствии с изобретением, и/или массива из пучков электродов, выполненного в соответствии с изобретением, описано далее.

Клиническое использование. Для помощи пациентам после повреждения мозга/позвоночника делают запись сигналов от остающихся нейронов в случае, например, инсульта или дегенеративной болезни и/или стимулируют нейроны для компенсации потерянных функций. Подобное использование возможно и с животными. В особенности облегчение боли стимуляцией анальгетических центров стволовой части мозга, таких как ядра в периакведуктальном сером веществе; облегчение или уменьшение тремора в болезни Паркинсона, хореатические и другие непреднамеренные движения путем стимуляции в пределах базального ядра или связанных ядер; усиление памяти стимуляцией холинергических и/или моноаминергических ядер в случае болезни Альцгеймера или других дегенеративных болезней; контроль настроения, агрессии, беспокойства, фобии, аффекта, половой повышенной активности, импотенции, нарушений в еде стимуляцией лимбических центров или других областей мозга; восстановление пациентов после инсульта или повреждения головного мозга/спинного мозга стимуляцией остающихся связей в мелких кровеносных сосудах коры головного мозга или по нисходящему двигательному пути; восстановление функций управления спинного мозга, таких как мочеиспускание и опорожнение кишечника, после повреждения спинного мозга, стимулируя соответствующие части в спинном мозге; контроль мышечной спастичности стимуляцией ингибиторных супраспинальных нисходящих центров или соответствующих областей мозжечка; восстановление соматосенсорных, слуховых, визуальных, обонятельных чувств стимуляцией соответствующих ядер в спинном мозге и головном мозге.

Примеры, где запись объединена со стимуляцией, включают контроль эпилептических приступов посредством электродов, внедренных в эпилептический очаг, соединенных с системой, которая доставляет противоэпилептические средства или электрические импульсы; компенсацию потерянных связей в двигательной системе, делая записи команд центральной двигательной системы и стимулируя исполнительные части двигательной системы, которые расположены дистально относительно повреждений; регистрацию уровней глюкозы в крови, чтобы управлять выпуском гормонов. Имплантированные электроды, выполненные в соответствии с изобретением, могут также использоваться для локального поражения ткани путем пропускания тока достаточной величины через электроды. Это может быть полезно, если опухоль или абнормально активная или эпилептогенная возбужденная ткань должны быть поражены.

Использование в исследованиях. Чтобы изучать нормальные и патологические функции головного мозга и спинного мозга, необходимо иметь возможность осуществления записи нейронной активности и в то же самое время взаимодействовать с ненарушенной ЦНС. С этой целью электроды, пучки электродов и массивы из пучков электродов, выполненные в соответствии с изобретением, должны быть внедрены в ЦНС в течение долгого времени. Из-за их конструкции и размера они могут быть оставлены надежно в ЦНС в течение очень долгого времени, также во время развития, когда объем ткани постепенно увеличивается. Они могут либо через проводные связи, либо через телеметрическое оборудование общаться с измерительным оборудованием различного типа, такого как усилители, стимуляторы и компьютеры. Они могут также использоваться для стимуляции или для комбинации регистрации и стимуляции. Например, они могут использоваться, чтобы контролировать активность в болепроводящих путях или в системах управления боли в стволе мозга или в другом месте в животных во время тестов потенциальных аналгезирующих средств.

Использование в качестве интерфейса для взаимодействия с компьютерами и нейропротезами. У больных с повреждением периферической нервной системы может быть полезно делать запись командных сигналов от ЦНС. Эти сигналы могут затем быть интерпретированы компьютерными программами и использованы для отслеживания активности в нейропротезах, таких как искусственные руки или ноги, отслеживать стимуляцию мышц и органов, таких как мочевой пузырь и кишки.

Использование для контроля функций эндокринных и экзокринных органов. У больных с дефицитом гормональной секреции или гормонального регулирования электрод, пучок электродов или массив из электродов и/или пучка электродов, выполненные в соответствии с изобретением, могут использоваться для управления секрецией гормонов от экзокринных или эндокринных органов.

Claims (34)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Медицинский электрод, в особенности медицинский микроэлектрод, состоящий из основания, концевой части и расположенного между ними корпуса электрода, выполненного с возможностью увеличения или уменьшения его длины, когда электрод имплантирован или вставлен в мягкую ткань, причем, по меньшей мере, концевая часть и корпус электрода внедрены в по существу жесткую биологически совместимую с тканью матрицу, которая выполнена с возможностью растворения или разложения микроорганизмами в физиологической жидкости, в особенности основанной на воде физиологической жидкости.
2. 2. Электрод по п.1, содержащий средства фиксации, расположенные в его концевой части.
3. 3. Электрод по любому из пп.1, 2, в котором корпус электрода содержит непроводящую сердцевину, один или большее количество электрически проводящих слоев на сердцевине, изолирующий слой на указанном одном или большем количестве электрически проводящих слоев и, произвольно, один или несколько проходов, выполненных через изолирующий слой перпендикулярно сердцевине, обеспечивающих возможность осуществления электрического контакта с электрически проводящим слоем(ями).
4. 4. Электрод по любому из пп.1-3, в котором средства фиксации внедрены в матрицу.
5. 5. Электрод по пп.1-4, в котором матрица содержит две части, отличающиеся скоростью растворения или разложения.
6. 6. Электрод по пп.1-5, в котором корпус электрода внедрен в матрицу в такой конфигурации, в которой его длина больше расстояния между его концами на 2% или более, в особенности на 5% или более, наиболее предпочтительно на 20% или более.
7. 7. Электрод по любому из пп.1-6, в котором диаметр корпуса электрода имеет размеры в диапазоне от приблизительно 10^-7 до приблизительно 10^-4 м.
8. 8. Электрод по любому из пп.1-7, содержащий замедляющее растворение покрытие, выполненное на матрице.
9. 9. Пучок медицинских электродов, в особенности пучок медицинских микроэлектродов, содержащий два или большее количество электродов по п.1, причем, по меньшей мере, концевые части и корпусы электродов внедрены в по существу жесткую биологически совместимую с тканью матрицу, которая выполнена с возможностью растворения или разложения микроорганизмами в физиологической жидкости, в частности в основанной на воде физиологической жидкости.
10. 10. Пучок по п.9, в котором электрод пучка содержит средство фиксации, расположенное в его концевой части.
11. 11. Пучок по п.9 или 10, в котором корпус электрода содержит непроводящую сердцевину, один или большее количество электрически проводящих слоев на сердцевине, изолирующий слой на указанном одном или большем количестве электрически проводящих слоев и один или несколько проходов, выполненных через изолирующие слои перпендикулярно сердцевине, обеспечивающих возможность осуществления электрического контакта с электрически проводящим слоем(ями).
12. 12. Пучок по любому из пп.10, 11, в котором средства фиксации внедрены в матрицу.
13. 13. Пучок по пп.10-12, в котором матрица содержит две части, отличающиеся скоростью растворения или разложения.
14. 14. Пучок по пп.10-13, в котором корпус электрода внедрен в матрицу в такой конфигурации, в которой его длина больше расстояния между его концами на 2% или более, в особенности на 5% или более, наиболее предпочтительно на 20% или более.
15. 15. Пучок по любому из пп.10-14, в котором диаметр корпуса электрода имеет размеры в диапазоне от приблизительно 10^-7 до приблизительно 10^-4 м.
16. 16. Пучок по любому из пп.10-15, содержащий замедляющее растворение покрытие, выполненное на указанной матрице или на одной или большем количестве матриц.
17. 17. Пучок по любому из пп.10-16, содержащий пластину основания, которая выполнена из непроводящего материала и на которой установлены основания электродов пучка.
18. 18. Пучок по любому из пп.10-17, содержащий одно или большее количество оптических волокон.
19. 19. Массив из пучков медицинских электродов, содержащий два или большее количество пучков электродов по любому из пп.9-18, причем, по меньшей мере, концевые части и корпусы электродов внедрены в по существу жесткую биологически совместимую с тканью матрицу, которая выполнена с возможностью растворения или разложения микроорганизмами в физиологической жидкости, в частности в основанной на воде физиологической жидкости.
20. 20. Массив по п.19, в котором скорость растворения или разложения матрицы массива в указанной физиологической жидкости более высокая, чем скорость растворения или разложения матрицы пучка в той же самой жидкости.
21. 21. Массив по п.19 или 20, содержащий замедляющее растворение или разложение покрытие на матрице массива.
22. 22. Применение электрода, выполненного по пп.1-8, пучка электродов, выполненного по пп.9-18,

    - 14 017163 или массива из пучков электродов, выполненного по пп.19-21, в человеке или животном для локального поражения ткани, в частности опухоли или абнормально активной или эпилептогенной возбужденной ткани.
23. 23. Применение электрода, выполненного по пп.1-8, пучка электродов, выполненного по пп.9-18, или массива из пучков электродов, выполненного по пп.19-21, в биомедицинском исследовании для изучения нормальных и патологических функций головного мозга и спинного мозга, в особенности долговременных.
24. 24. Применение электрода, выполненного по пп.1-8, пучка электродов, выполненного по пп.9-18, или массива из пучков электродов, выполненного по пп.19-21, в человеке, имеющем нейропротез, в качестве интерфейса между нервом и нейропротезом.
25. 25. Применение электрода, выполненного по пп.1-8, пучка электродов, выполненного по пп.9-18, или массива из пучков электродов, выполненного по пп.19-21, в человеке для осуществления управляющей функции эндокринного или экзокринного органа, например управления гормональной секрецией.
26. 26. Способ вставления или имплантации гибкого медицинского электрода по п.1 в ткань, в котором электрод, по меньшей мере, частично внедряют в по существу жесткую биологически совместимую с тканью растворимую или разлагаемую микроорганизмами в воде матрицу;

    вставляют или имплантируют матрицу с электродом в ткань, в которой матрица растворяется или разлагается ίη δίΐιι.
27. 27. Способ по п.26, в котором матрица содержит проксимальную часть с более низкой скоростью растворения или разложения и дистальную часть с более высокой скоростью растворения или разложения.
28. 28. Способ по п.26 или 27, в котором внедренный в матрицу электрод представляет собой электрод, выполненный по любому из пп.2-8.
29. 29. Способ вставления или имплантации пучка медицинских электродов по п.9 в ткань, в котором пучок электродов, по меньшей мере, частично внедряют в по существу жесткую биологически совместимую с тканью растворимую или разлагаемую микроорганизмами в воде матрицу;

    вставляют или имплантируют матрицу с пучком электродов в ткань, в которой матрица растворяется или разлагается ίη δίΐιι.
30. 30. Способ по п.29, в котором матрица содержит проксимальную часть с более низкой скоростью растворения или разложения и дистальную часть с более высокой скоростью растворения или разложения.
31. 31. Способ по п.29 или 30, в котором внедренный в матрицу пучок электродов представляет собой пучок электродов, выполненный по любому из пп.10-18.
32. 32. Способ вставления или имплантации массива из пучков медицинских электродов по п.19 в ткань, в котором массив из пучков электродов внедряют в по существу жесткую биологически совместимую с тканью растворимую или разлагаемую микроорганизмами в воде матрицу;

    вставляют или имплантируют матрицу с массивом из пучка электродов в ткань, в которой матрица растворяется и разлагается ίη δίΐιι.
33. 33. Способ по п.32, в котором массив из внедренных в матрицу пучков электродов представляет собой массив, выполненный по любому из пп.20, 21.
34. 34. Применение электрода, выполненного по пп.1-8, пучка электродов, выполненного по пп.9-18, или массива из пучков электродов, выполненного по пп.19-21, в человеке для управления работой одной или большего количества скелетных мышц, в частности сердечных(ой) мышц(ы).