JP2013513453A

JP2013513453A - 脳神経刺激用電極システム

Info

Publication number: JP2013513453A
Application number: JP2012544343A
Authority: JP
Inventors: パク、セ−イク; ファン、ヨン−スプ; ユン、ホ; チャン、ジン−ウォ
Original assignee: MI Tech Co Ltd
Current assignee: MI Tech Co Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2013-04-22
Also published as: BR112012014712A2; CN102711907A; WO2011074749A1; US20120253164A1

Abstract

本発明の脳神経刺激用電極システムは、支持台２０を結合する支持台結合部４２と、前記支持台結合部４２の垂直下部に刺激電極６を結合するように形成された刺激電極挿入部４４が形成され、前記刺激電極６に電気を供給する連結線２２が結合されるように形成された電極ホルダ４０と、前記連結線２２が結合されている前記電極ホルダ４０が中空部６４に挿入される電極ホルダ挿入部６２が形成されて前記被検物の頭蓋骨に固定されるアンカー６０とを含む。本発明の電極システムは、構成が比較的簡単であり、被検物が自由に移動しても、実験期間に刺激電極を安定して固定し、実験を信頼性よく行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は脳神経刺激用電極システムに関し、更に詳しくは、深部脳刺激器の刺激電極を被検物に安定して固定させ、信頼性のある被検物の行動実験を実行可能にする脳神経刺激用電極システムに関する。

一般に、パーキンソン病、痛み、てんかんなどの病変による運動障害及び痛み治療のための治療剤を開発するために、これらの病変を人為的に作った被検物を用いており、この被検物の特定の脳神経を刺激しながら、病状の好転程度を調べる行動実験を行っている。しかし、このような被検物を用いた深部脳刺激を実施する際には電気刺激による脳細胞の破壊があってはならず、電極に用いられた電極材料及び関連装置は生体に適用するのに安全でなければならない。

一方、被検物としては、通常、実験用マウス（アルビノ）を用い、安全性基準を満たしながら脳神経を刺激するために、図１に示すように、まずマウスの頭蓋骨１を切開し、５μｍのパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）がコーティングされたタングステンの金属電極６を生体に適したステンレススチール材質のアンカー２を用いて脳の目標部位（ｔａｒｇｅｔｓｉｔｅ)３に挿入し、少量の歯科用セメント（ｄｅｎｔａｌｃｅｍｅｎｔ）４で埋め込んで、安定して固定させた後、シリコンエラストマーでモールディングされた白金−イリジウム合金材質の連結線を電極と圧着して連結し、連結線の反対部分は皮膚の下に位置させた後、被検物の背中の後ろを貫通して外部も露出される。この露出部の端部には刺激器と結合できるソケットを含む。連結線を位置させた後、アンカー及び電極が移植された頭部分は縫合糸を用いて頭皮を縫合することで、感染の危険を減らす。刺激器は、図２に示すような固定機構１０であって、実験用マウスの背中に装着される。固定機構１０は、マウス（アルビノ）が圧迫感を感じない程度のソフトな弾性体で構成されたテザー（ｔｅｔｈｅｒ）バンド１４であって、その上部には刺激器が位置するサドル（ｓａｄｄｌｅ）１２上を覆って被検物が行動実験を行う際に刺激器を安定して固定させる機能をする。

ところが、従来の深部脳刺激器では、被検物が実験期間に頭の動きや手術部位を前足で掻くとき、電極と連結線の継ぎ目部分で断線が頻繁に発生する。

また、従来の深部脳刺激器は、被検物が実験期間に飼育装置内であちらこちらに移動しながら、ぶつかって破損する場合が発生し、所望の刺激信号を被検物に伝達できなくなり、実験結果を導き出すのに問題がある。

さらに、刺激器と連結されるソケットは、実験動物が飼育装置で管理されるとき、飼育装置に挟まれて断線される場合も頻繁に発生する。前述した電気的断線は、実験の実行を不可能にし、動物実験を行うのにかなり長期間が必要であるので、時間的、かつ、経済的な非効率性をもたらす。また、用いられた金属材質のアンカーは、動物行動実験後の陽電子放射断層撮影法（ＰＥＴ）や磁気共鳴画像（ＭＲＩ）を用いた実験で映像が歪む現象を招く。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的簡単な構成で刺激電極をより安定して固定させ、信頼性のある実験の実行を可能にする脳神経刺激用電極システムを提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の一実施形態による脳神経刺激用電極システムは、支持台を結合する支持台結合部と、前記支持台結合部の垂直下部に刺激電極を結合するように形成された刺激電極挿入部が形成され、前記刺激電極に電気を供給する連結線が結合されるように形成された電極ホルダと、前記連結線が結合されている前記電極ホルダが中空部に挿入される電極ホルダ挿入部が形成され、前記被検物の頭蓋骨に固定されるアンカーとを含む。

本発明の他の実施形態による脳神経刺激用電極システムは、ネジ溝が形成されるフランジ部と、刺激電極が挿入されて支持されるように前記フランジ部と一体に突出形成される電極ホルダで構成され、頭蓋骨に固定されるアンカー部材と、前記アンカー部材の電極ホルダに螺合されて前記挿入された刺激電極を支持し、電気を供給する連結線が結合される刺激電極支持ネジとを含む。

本発明による電極システムは、構成が比較的簡単であり、被検物が自由に移動しても、実験期間に刺激電極を安定して固定させ、実験を信頼性よく行えるという効果を奏する。

本発明者らが使用した従来の脳神経刺激用電極システムの構成を示す概略図である。図１の刺激器を被検物に装着する固定機構を示す斜視図である。本発明の第１実施形態による脳神経刺激用電極システムの構成を示す分解斜視図である。図３の電極ホルダの下部底面図である。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。アンカーの外周に形成された蓋締結溝に結合される突起が形成されたカバーの内部を示す斜視図である。本発明の電極システムにカバーを覆い、被検物の頭蓋骨に埋め込んだ状態図である。図３の本発明における電極システムを施術するための３次元脳定位手術機構１００を示す斜視図である。図８の支持台を示す斜視図である。本発明の第２実施形態による脳神経刺激用電極システムの構成を示す分解斜視図である。図１０の結合断面図である。図１０の結合平面図である。図１０の刺激電極支持ネジに連結される連結線の連結状態の詳細図である。本発明の第３実施形態による脳神経刺激用電極システムを示す斜視図である。図１４の結合平面図である。

以下、添付する図面を参照して本発明による一実施形態の動作を詳細に説明する。

図３は、本発明の脳神経刺激用電極システムの構成を示す分解斜視図であり、図４は、図３の電極ホルダの下部底面図であり、図５は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図示するように、本発明の脳神経刺激用電極システムは、支持台２０（図９参照）を結合する支持台結合部４２と、前記支持台結合部４２の垂直下部に刺激電極６を結合するように形成された刺激電極挿入部４４が形成され、前記刺激電極６に電気を供給する連結線２２が結合されるように形成された電極ホルダ４０と、前記連結線２２が結合されている前記電極ホルダ４０が中空部６４に挿入される電極ホルダ挿入部６２が形成されて前記被検物の頭蓋骨に固定されるアンカー６０とを含む。

電極ホルダ４０は、円筒状でテフロン（登録商標）などの不導体で製作される。アンカー６０の電極ホルダ挿入部６２は、その中空部６４がこのような電極ホルダ４０の形状に対応するように円筒状に形成される。電極ホルダ４０の外周面には楔状のガイド溝５６が提供され、アンカー６０の電極ホルダ挿入部６２にはその中空部６４に電極ホルダ４０の楔状のガイド溝５６に挿入される楔状のガイド突起７２が形成され、電極ホルダ４０がアンカー６０への挿入を誘導する。これとは反対に、電極ホルダ４０の外周面にガイド突起を形成し、電極ホルダ挿入部６２の中空部６４にガイド溝を形成しても同様である。

このように、本発明の電極システムの一実施形態は、電極ホルダ４０と電極ホルダ挿入部６２の中空部６４が互いに対応する形状で構成されることによって、電極ホルダ４０が電極ホルダ挿入部６２に安定して結合され、ガイド溝５６とガイド突起７２で構成されたガイド部材により電極ホルダが電極ホルダ挿入部内で回動が防止される。たとえ具体的な図面で示してはいなくても、本発明における電極システムの他の実施形態として、例えば電極ホルダ４０の断面が円形でない楕円形又は角形であれば、電極ホルダ挿入部６２の中空部６４の形状は、これに対応する形状に形成されるのはもちろんであり、この場合、ガイド溝５６とガイド突起７２はなくてもよいものであって、本発明は電極ホルダ４０の形状によってアンカー６０の電極ホルダ挿入部６２はその中空部６４の形状が変更される。

電極ホルダ４０は、図４及び図５に示すように、刺激電極挿入部４４の中心に刺激電極６が配置されるように形成された刺激電極挿入溝４６が形成されて刺激電極６が挿入される。刺激電極６は、連結線２２と電気的に接触した状態で刺激電極挿入溝４６の下部に形成された半田収容部４８に半田を充填することによって固定される。一方、連結線２２は、電極ホルダ４０の側面に形成された連結線結合開放部５０を通じて半田収容部４８に結合される。

アンカー６０の電極ホルダ挿入部６２には、電極ホルダ４０に結合される連結線２２を引き出す連結線出口６６と、ネジ結合孔７８を備えるフランジ部７６が提供される。

一方、電極ホルダ４０の側面には一対の分離溝５２が互いに対向して形成され、アンカー６０の電極ホルダ挿入部６２には分離溝５２を露出するように分離溝露出部６８が形成されている。したがって、電極ホルダ挿入部６２の中空部６４に電極ホルダ４０が挿入されれば、電極ホルダ４０の分離溝５２が分離溝露出部６８に整列されているので、ドライバなどの工具を用いて電極ホルダ４０をアンカー６０から分離してもよい。分離溝露出部６８の一側は、連結線２２が連結される連結線出口６６と連通する。

電極ホルダ４０の上部外周面には複数個、即ち、４つの固定溝５４が形成され、固定溝５４に対応するように電極ホルダ挿入部６２に４つの固定突起７４が提供され、電極ホルダ４０がアンカー６０に挿入されれば、固定突起７４が固定溝５４に締結されることによって電極ホルダ４０とアンカー６０が互いに結合される。固定部材としての固定溝５４と固定突起７４はこれとは反対に、電極ホルダ挿入部６２と電極ホルダ４０にそれぞれ形成されても同様である。

一方、電極ホルダ４０の支持台結合部４２には、図９に示すような支持台２０のネジ部２４と螺合されるようにネジ部５８が形成され、支持台２０は螺合及び分離を容易に行うように陽刻の角形ネジ部材２６が形成されているが、陰刻の角形で構成できるのはもちろんである。

本発明の図６及び図７に示すように、電極ホルダ４０とアンカー６０の結合体をカバー８０で覆って締結し、締結部材としてカバー８０の内部には締結突起８２が形成され、これに対応するように、アンカー６０の電極ホルダ挿入部６４の外周面に締結溝７０（図３参照）が提供されて互いに結合され、これとは反対に、カバー８０に締結溝を形成し、電極ホルダ挿入部６２に締結突起を形成することもできる。

このように構成された本発明の電極システムは、図８及び図９に示すような３次元脳定位手術機構１００を用いて被検物の頭蓋骨に施術する。

まず、電極ホルダ４０の刺激電極挿入溝４６に刺激電極６を挿入した後、連結線２２を刺激電極６と電気的に接触し、電極ホルダ４０の半田収容部４８に半田を充填して固定した後、刺激電極６と連結線２２が電気的に接触した電極ホルダ４０をアンカー６０の中空部６２に挿入して電極ホルダ４０とアンカー６０を互いに結合する。次いで、電極ホルダ４０のネジ部５８に支持台２０のネジ部２４を螺合する。

次いで、図８及び図９に示すように、支持台２０を脳定位手術機構１００に付着した後、目標部位を探す。周知のように、定位（ｓｔｅｒｅｏｔａｘｙ）とは、放射線映像の空間（ｉｍａｇｅｓｐａｃｅ）と実際の物理的空間（ｐｈｙｓｉｃａｌｓｐａｃｅ）とを一致させ、脳の必要な部位を地図化（ｍａｐｐｉｎｇ）することを意味し、所望の解剖学的目標物或いは病巣に対する３次元空間座標値を用いて手術時に目標物に正確に接近できるようにするものであるので、このような脳定位手術機構１００を用いて目標部位を探すことに関する詳細な説明は本実施形態では省略した。目標部位に刺激電極６を挿した後、アンカー６０のフランジ部７６に形成されたネジ結合孔７８にネジ締めして固定させた後、ネジ部材２６を回転して電極ホルダ４０と支持台２０の螺合を解除して電極ホルダ４０と支持台２０とを分離し、電極ホルダ４０とアンカー６０の結合体をカバー８０で覆い、被検物の頭蓋骨に埋め込んだ後、切開部位を縫合することで、被検物が自由に移動するとしても、実験期間に刺激電極を安定して固定させて安着しているので、実験を信頼性よく行う。

図１０は、本発明の他の実施形態による脳神経刺激用電極システムの構成を示す分解斜視図であり、図１１は、図１０の結合断面図であり、図１２は、図１０の結合平面図である。

図示するように、本発明の第２実施形態による脳神経刺激用電極システムでは、被検物の頭蓋骨に固定されるアンカー部材２２０が、刺激電極２５０が挿入されて支持される円筒形の電極ホルダ２４０と、この電極ホルダ２４０の下部両側に延在して一体に形成されたフランジ部２３０で構成される。

フランジ部２３０にはそれぞれネジ溝２３２が提供され、アンカー部材２２０を被検物の頭蓋骨に固定する。このとき、ネジ溝２３２は、アンカー部材２２０を堅固に固定するために電極ホルダ２４０側に傾斜することが好ましい。

電極ホルダ２４０は、テフロン（登録商標）などの不導体で製作され、その中央に刺激電極２５０が垂直に挿入されるように形成された挿入溝２４２と、円筒形の電極ホルダの本体で垂直方向の刺激電極と直交する２つのネジ溝２４４が形成される。

電極ホルダ２４０両側のネジ溝２４４には、刺激電極支持ネジ２６０が螺合されて挿入溝２４２に挿入された刺激電極２５０と当接して刺激電極２５０を支持する。図面において、一対の支持ネジ２６０のそれぞれが円筒形の本体に対向して螺合されて刺激電極２５０を支持しているが、１つの支持ネジ２６０として挿入された刺激電極２５０を支持することもできるのはもちろんである。

一対の刺激電極支持ネジ２６０のそれぞれは、電極ホルダ２４０に形成されたネジ溝２４４に螺合されるネジ部２６２と、電極ホルダ２４０から突出する頭部２６４からなり、この頭部２６４に、図１３に示すように、連結線２８０の結合部２８２が結合されて刺激電極２５０に電流を供給する。

このように、本発明の電極システムの一実施形態によるアンカー部材２２０は、電極ホルダ２４０とフランジ部２３０が一体に形成され、連結線２８０が連結された刺激電極支持ネジ２６０を電極ホルダ２４０のネジ溝２４４に螺合することで、刺激電極２５０を固定する構成であるので、構成が簡単であると共に、使用が便利である。

図１４は、本発明の第３実施形態による脳神経刺激用電極システムを示す斜視図であり、図１５は、図１４の結合平面図である。

図示するように、本発明の他の実施形態による脳神経刺激用システムは、第２実施形態において刺激電極支持ネジ２６０が電極ホルダ２４０に螺合され、その頭部２６４が電極ホルダ２４０から突出した頭部２６４に連結線２８０が結合されることによって露出するのを防止するために、刺激電極支持ネジ２６０の頭部２６４を覆うカバー２７０がアンカー部材２２０の電極ホルダ２４０に一体に形成された以外には、前述した図１０〜図１３の第２実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

このように構成された本発明の電極システムは、図８及び図９に示す３次元脳定位手術機構１００を用いて被検物の頭蓋骨に施術する。第１実施形態において、電極ホルダ４０は、そのネジ部５８が図９に示す支持台２０のネジ部２４と螺合されることで、脳定位手術機構１００に装着される構成を説明した。しかし、本発明の第２及び第３実施形態の電極システムは、たとえ詳細に図示されていなくても、図９の支持台２０のネジ部２４の代わりに、電極ホルダ２４０の刺激電極２５０を把持する構成を設けて電極ホルダ２４０を脳定位手術機構１００に装着しなければならない。

まず、電極ホルダ２４０の挿入溝２４２に刺激電極２５０を挿入した後、刺激電極２５０を脳定位手術機構１００により目標部位を探す。次いで、目標部位に刺激電極２５０を挿した後、アンカー部材２２０のフランジ部２７６に形成されたネジ溝２３２にネジを結合してアンカー部材２２０を固定させた後、電極ホルダ２４０のネジ溝２４４の頭部２６４に連結線２８０の結合部２８２が結合されている刺激電極支持ネジ２６０を螺合して刺激電極２５０に電気的に接触した後、カバー２７０を覆って電極ホルダ２４０と刺激電極支持ネジ２６０の頭部２６４を覆うカバー２７０を覆って絶縁させる。その後、被検物の頭蓋骨に埋め込んだ後、切開部位を縫合することで、被検物が自由に移動するとしても、実験期間に刺激電極を安定して固定させて安着しているので、実験を信頼性よく行うことができる。

以上で説明したことは、本発明による脳神経刺激用電極システムの好適な一実施形態に過ぎないものであって、本発明は前記実施形態に限定されないものであるので、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨から逸脱することなく、当該発明の属する分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があると言える。

Claims

脳神経刺激用電極システムであって、
支持台を結合する支持台結合部と、前記支持台結合部の垂直下部に刺激電極を結合するように形成された刺激電極挿入部が形成され、
前記刺激電極に電気を供給する連結線が結合されるように形成された電極ホルダと、
前記連結線が結合されている前記電極ホルダが中空部に挿入される電極ホルダ挿入部が形成されて前記被検物の頭蓋骨に固定されるアンカーと
を含む脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダは、
前記刺激電極挿入部の中心に刺激電極が挿入されるように形成された刺激電極挿入溝と、
前記刺激電極挿入溝の下部に前記連結線と電気的に接触するように形成された半田収容部と、
前記連結線が前記半田収容部に結合されるように前記電極ホルダの側面に形成された連結線結合開放部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記アンカーの電極ホルダ挿入部には、
前記電極ホルダに結合される前記連結線を引き出す連結線出口と、
ネジ結合孔を備えるフランジ部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダの側面には一対の分離溝が互いに対向して形成され、
前記アンカーの中空部に前記電極ホルダが挿入されれば、前記分離溝を露出するように分離溝露出部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記分離溝露出部の一側は前記連結線が連結される連結線出口と連通するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダと前記アンカーのそれぞれに互いに対応するように提供される固定部材により前記電極ホルダが前記アンカーに挿入されて互いに結合されることを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダと前記アンカーの結合体を覆うカバーを更に含み、
前記カバーと前記アンカーのそれぞれに互いに対応するように提供される締結部材により前記カバーと前記結合体が互いに結合されることを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダと前記アンカーのそれぞれに互いに対応するように提供されるガイド部材により前記電極ホルダが前記アンカーに挿入されることを案内することを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記電極ホルダの支持台結合部は、支持台と螺合されることを特徴とする請求項１に記載の脳神経刺激用電極システム。
脳神経刺激用電極システムであって、
ネジ溝が形成されるフランジ部と、刺激電極が挿入されて支持されるように前記フランジ部と一体に突出形成される電極ホルダで構成され、頭蓋骨に固定されるアンカー部材と、
前記アンカー部材の電極ホルダに螺合されて前記挿入された刺激電極を支持し、電気を供給する連結線が結合される刺激電極支持ネジと
を含む脳神経刺激用電極システム。
前記刺激電極支持ネジは、ネジ部と、頭部とからなり、
前記ネジ部は前記電極ホルダに形成されたネジ溝に螺合され、
前記頭部は連結線が結合されることを特徴とする請求項１０に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記刺激電極支持ネジは、それぞれネジ部と頭部とからなる一対であって、
前記ネジ部のそれぞれは前記電極ホルダのネジ溝に螺合され、
前記頭部の１つには連結線が結合されることを特徴とする請求項１０に記載の脳神経刺激用電極システム。
前記連結線が結合されている刺激電極支持ネジの頭部を覆うカバーが前記アンカー部材の電極ホルダに一体に形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の脳神経刺激用電極システム。