JP2013523236A - 神経組織と相互作用するためのデバイス、ならびにそれを作製および使用する方法 - Google Patents

Abstract

神経標的に対する、高度に局在化された神経の記録および/または神経刺激を行うための、微小電極アレイデバイスならびにその製作、組み立ておよび使用の方法を、本明細書において説明する。このデバイスは、突出軸に沿って配置された複数の微小電極要素を含む。突出軸は、細長いプローブ軸内に封入されるものであり、それらの筐体から展開されうる。微小電極要素および細長いプローブ軸は、脳深部領域などの神経系内に位置するニューロンの小さな立体を標的とするように寸法決めされる。有利なことに、プローブは、神経標的の位置を速やかに同定するために使用され、長期のモニタリングおよび/または刺激用に埋め込んだままにすることができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2010年4月1日出願の米国仮出願第61/320,089号の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる。

分野
本開示は概して、電気プローブを使用する生体組織との相互作用の分野、より特別には、微小電極プローブの使用を通じた神経標的との相互作用に関する。

背景
神経記録および神経刺激は、組織と電気的に相互作用するために使用される医療機器の分類である。神経記録の場合、診断または処置することができる患者の神経組織の生理学的測定を行う。神経刺激の場合、治療成績を作成するかまたは診断を作成するために、電荷を組織に移動させる。神経記録および神経刺激デバイスは今日、蝸牛、網膜、末梢神経系、脊椎、脳および身体の他の部分に使用されている。

神経記録と神経刺激との両方が利用される特定の用途では、ある種の神経状態を処置するために、導電性電極を脳深部構造と接触して設置する。例えば米国特許第6,356,784号（特許文献1）に記載のように脚橋被蓋核を刺激する場合、治療はパーキンソン病などの運動障害の症状を処置することができる。例えば米国特許第7,346,395号（特許文献2）に記載のようにブロードマン25野を刺激する場合、治療は気分障害および不安障害の症状を処置することができる。

一般に、神経記録は、脳深部構造において、導電性電極を外科的に挿入すること、および外部電子機器を使用して神経信号を増幅することにより行われる。神経刺激は、標的に導電性電極を外科的に埋め込むこと、および埋め込み式パルス発生器を使用して導電性電極に電気信号を印加することにより行われる。

例えば米国特許第6,016,449号（特許文献3）に記載のいくつかの場合では、神経記録機能と神経刺激機能との両方が単一の長期埋め込み式デバイスにおいて利用可能であるシステムが開発された。

大部分の技術では、組織と接触して設置される神経刺激に使用される電極は、金属で円柱状であり、非常に鋭い遠位端を有していた。大部分の場合、それらは1つの微小電極のみを含んでおり、これにより、患者から収集可能な生理学的情報の量が著しく限定される。

他の技術では、組織と接触して設置される神経刺激に使用される電極は、金属で円柱状であり、サイズが比較的大きかった(例えば直径1.27mmおよび長さ1.5mm)。大部分の場合、4つまたは8つの円柱状電極が共通の軸上に設置される。刺激方法は一般に侵襲的であり、例えば電極は脳深部刺激に使用され、電極リードは一般に埋め込み式パルス発生器に取り付けられる。

さらに、微細加工技術の進歩により、例えば神経障害の処置および診断用の医療機器、特に埋め込み式デバイスのまったく新たな用途が開発された。

組織の画像化の進歩は、脳および神経組織の機能および解剖学的組織を解明することで、電気刺激方法を含む新たな治療の開発を可能にした。いくつかの研究グループは画像化方法の異なるアプローチ、および治療を行う埋め込み式デバイスの構築について報告した。画像化方法は一般に体外でのものであり、磁気共鳴画像診断システムなどの大規模でかつ/または洗練された機器を包含する。

電気刺激治療を行う臨床医の大きな課題の1つは、副作用を誘導することなく、電極設置のための正確な位置を局在化すること、および次に治療を行う上で適切な解剖学的標的に刺激電界を限局することにある。臨床医は一般に、磁気共鳴画像診断および/またはコンピュータ断層撮影スキャンでの画像化システムに由来する術前ナビゲーション計画と電気生理学的現象の術中微小電極記録とを組み合わせることで、最適な標的を発見しかつ位置づける。

解剖学的対象となる立体は、金属チップを侵襲的に挿入することで対象となる区域をその電気生理学的活性により発見することを包含する微小電極記録技術を使用して一般的に発見される。これは不確実で時間がかかることがあり、繰り返しの挿入は患者の健康に有害であり得る。

残念ながら、現行の手法には、治療を行う上での不確実性、患者の不快感、および重い金銭的負担を含むいくつかの限界がある。これらの要因によって治療は臨床医、患者および支払者にとってそれほど魅力的でなくなることがある。

同一のデバイスで脳組織の立体を画像化し、組織の同一立体を正確かつ安全に刺激することができれば、神経記録および神経刺激デバイス技術の分野、ならびに機能的神経刺激の実施において非常に有用な進歩となるであろう。

健康組織内の悪性組織を検出することなどの、本デバイスの多くの他の医療用途が存在する。

米国特許第6,356,784号 米国特許第7,346,395号 米国特許第6,016,449号

概要
本開示は、組織の小さな立体の画像化を組織の立体内の正確な区域を刺激する能力と共に可能にする設計および方法を提供する。この画像化方法は、高価で低分解能のシステムに依存した従来の方法に対する進歩を示す。刺激方法は、有効な治療を行うために必要な、最適な組織活性化立体への電界の正確な方向付けを可能にしなかった従来の技術に対し、進歩を示す。組み合わされたこの画像化および刺激の方法は、初めて、特定の区域および立体における組織の正確で高分解能の刺激を提供する。

開示されるデバイスおよび方法は、医学的使用、特に神経障害の処置において特別な用途を有する。態様は、電気特性の局所的な差を検出することによる組織立体の画像化において前例のない解決策を提供する。このようにして、いくつかの態様は、使用中に侵襲的でかつ固定されていながら、画像化される立体の非常に正確な位置合わせを行うことができる、画像化デバイスを提供する。画像位置合わせは、解剖学的構造、それらの表面および立体、ならびに誘電率および導電率などであるがそれに限定されないそれらの電気特性の同定を可能にする。

デバイスと刺激方法とを組み合わせると、位置合わせされた画像の特定の領域、表面および立体内の刺激が可能になる。本明細書に開示されるデバイスおよび方法は、臨床医および/または外科医に、彼らがそれによって対象となる組織を可視化しかつその中の特定区域を刺激することができる手段を提供する。これにより、手術の精度および安全性が大きく増加すると共に、刺激の慢性治療効果が向上する。

移植片位置および刺激立体を決定するための局在化断層撮影の使用は、神経デバイスの分野における独自のかつ重要な進歩である。本開示に従って、臨床医は初めて、デバイス設置の不確実性を実質的に減少させ、刺激位置の特異性を増加させることができる。

本明細書に記載の技術は、組織を画像化する従来の技術に対するいくつかの利点を享受する。従来の画像化方法は高価な機器の導入を必要とし、分解能は、磁気共鳴画像診断の場合は高い電界強度、コンピュータ断層撮影スキャンの場合は高いX線量により増加する。これらの高電界は、金属特徴を含む埋め込み式デバイスに適合性がなく、デバイスにより引き起こされる人為的結果は、位置合わせされた画像における画像流れ、誤差、または減少した分解能に変換される。

対象となる立体に画像化デバイスを接触させること、および立体の電気特性の局所的な差を測定することにより、いくつかの態様は前例のない分解能および忠実度の画像を提供する。

同様に、本明細書に記載の刺激用技術は、非常に局在的に組織を刺激する従来の試みに対するいくつかの利点を享受する。従来の方法は、円柱状接点または金属チップでしばしば構成される電気リードを有する埋め込み式デバイスに依存する。大部分の方法は、円柱状デバイスの場合のように、デバイスから外方にのみ延伸する刺激立体に依存する。

この問題に対する1つの可能なアプローチは、より大きな精度で刺激するためのより小さな電極の使用である。しかし、臨床医が目的とする領域を正確に標的とすることを妨げる、手術における実際の限界が存在する。手術前に画像位置合わせをしばしば行い、続いてナビゲーションソフトウェアを使用して移植片の軌道および位置を計画する。1つのアプローチは、手術にMRIを組み入れて術中の画像化を行うことであるが、これは多くの病院において経済的に実行不可能であり、埋め込まれたデバイスとの適合性を維持するために必要な低い電界強度により、実現可能な分解能が限定される。例えば、外科医は、標的部位の定位座標を発見および確認した後で円柱状の電極リードを埋め込む。より具体的な例として、脳神経外科医は視床下核(STN)に電極リードを埋め込むことでパーキンソン病の症状を処置することがある。外科医は、STNを容易に発見できないことがあり、いっそう一般的には、電流を使用して彼らが刺激しようとする区域をSTN内に位置づけることができないことがある。さらに、臨床医がSTNの中、周囲または近傍のニューロンまたは線維束の特定の区域、表面、立体または集合のみを刺激しようとする場合、上記標的よりも相当に大きい既存の電極リードのサイズおよび幾何形状が理由で、今日の技術を使用することは不可能である。

本明細書に開示されるデバイスおよび方法は、現在使用されている外科手技を根本的に変化させることなく現行の手法を大きく改良する。一例として、STNを標的とする脳神経外科医は、STNに非常に近い定位座標を使用してデバイスを埋め込む。次に外科医はデバイスからSTNの中および周りにいくつかのプロングを配置する。デバイスのプロングの内側の組織の立体の非常に局在化された高分解能の画像を外科医に与える、画像化方法を行う。画像は、組織の立体の2Dまたは3D断層撮影からなる。導電率、誘電率、導電率異方性および/または誘電率異方性などであるがそれに限定されない立体の電気特性の差を使用して画像を構築する。したがって画像は、それに限定されないが線維路の位置および方向、神経細胞密度、灰白質と白質との間の界面についての情報を与えることができる。電流を2つの電極間に印加しかつ電位差を2つの異なる電極または同一の電極にわたって好ましく検出する一連の段階を包含する電気インピーダンス断層撮影技術を使用して画像を作成する。画像化される立体の周囲のすべての電極にわたってこの手順を繰り返すことにより、いくつかの画像再構築技術およびアルゴリズムのいずれか1つを使用して断層撮影データによって画像を位置合わせすることができる。

画像が位置合わせされて、デバイスの正確な位置がどこかを臨床医が可視化することができる時点で、神経刺激の原理および電界の重ね合わせを使用して立体の特定区域に電気刺激を印加することができる。次に臨床医は立体の特定区域に刺激電界および組織活性化立体を導くことができる。例えば、画像は、STNの表面とそこからまたはそこに突出する線維との間の界面を表示し得る。次に臨床医はこの表面を刺激するように選択することができ、活性化立体は、デバイスプロング上のいくつかの電極からの信号を組み合わせることでそこに向けられる。

結果として、これまで接近不可能であった領域を速やかに位置づけかつ刺激し、これにより手術時間を減少させかつ処置有効性を増加させることができる。対照的に、従来のデバイスは、電極の幾何配置およびサイズ、ならびに刺激する際の同時またはその場での画像化の欠如による限界があった。

従来のデバイスの別の重大な限界は、埋め込み後の移動である。刺激治療に積極的に反応する患者は、埋め込み後に電極の移動を経験し、したがって有効性の即時の減少または完全停止、および副作用が導入される可能性を経験することがある。本デバイスによれば、デバイスの移動が生じる場合に、対象となる立体を再び画像化することができ、刺激立体を適切な領域に再び向けることができる。

本明細書に記載のデバイスおよび方法は、デバイスの構築を容易にする現代の微細加工技術の能力による利点がある。表面微細加工の近年の進歩により、白金および白金-イリジウムなどの好ましい材料からなる各種の電極幾何形状を製造することが可能になる。次に電極基材を、デバイスのプロングからなる切断された円柱状部品の上に組み立てることができる。このアセンブリは、手術中にプロングがそこから延伸する埋め込み式カテーテルにさらに含まれる。

一局面では、細長いプローブアセンブリと、細長いプローブアセンブリの遠位端に配置される少なくとも1つの突出軸と、突出軸の表面上に配置される複数の微小電極要素と、細長いプローブアセンブリに沿って近位に配置される少なくとも1つの電気接点と、微小電極要素の少なくとも1つと少なくとも1つの電気接点との間で電気通信している少なくとも1つの導電体とを含む、埋め込み式神経プローブが開示される。

いくつかの態様では、突起軸は細長いプローブアセンブリ内に可逆的に後退されうる。いくつかの態様では、細長いプローブ軸は、脳深部刺激リードの挿入に許容される手技を使用するヒト身体への挿入用に構成されている。いくつかの態様では、細長いプローブアセンブリの直径は1mm〜3mmである。

いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極であり、複数の微小電極要素の少なくとも1つは検出電極である。いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極および検出電極の両方である。

いくつかの態様では、各微小電極要素は導電性フィルム上に形成され、各微小電極要素は2つの絶縁基材の内部に包埋されている。いくつかの態様では、微小電極が包埋された基材は円柱状アセンブリに成形可能である。いくつかの態様では、突出軸は円柱状アセンブリの縦軸から放射状に屈曲するように成形されうる。いくつかの態様では、突出軸の1つは縦方向であり、円柱状アセンブリの縦軸に沿って中心を有する。いくつかの態様では、突出軸は支持部材により補剛されている。いくつかの態様では、縦方向の突出軸は支持部材により補剛されている。

別の局面では、神経標的を発見するための方法は、神経標的部位の近傍内に細長い円柱状部材と、複数の突出軸と、各突出軸上の複数の微小電極要素と、プローブ軸に沿って近位に配置される少なくとも1つの電気接点と、複数の微小電極要素の少なくとも1つと少なくとも1つの電気接点との間で電気通信している少なくとも1つの導電体とを含む神経プローブを埋め込む段階、外科的埋め込み前に、突出軸を細長い円柱状部材内に後退させる段階、埋め込み後に神経標的部位の近傍に突出軸を展開させる段階、突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的部位から電気生理学的信号を記録する段階、および突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的を刺激する段階を含む。

いくつかの態様では、突出軸は、細長い円柱状部材の管腔に位置する可撓性プルワイヤを使用して細長い円柱状部材内に後退される。いくつかの態様では、突出軸は、細長い円柱状部材の管腔に位置する剛性または半剛性プッシュロッドを使用して細長い円柱状部材内から展開される。いくつかの態様では、神経プローブの遠位端を位置決めする段階は、複数の微小電極要素の少なくとも1つにより検出される神経活動を記録する段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを記録された活動が示すまで、必要に応じて神経プローブの遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様では、神経プローブの遠位端を位置決めする段階は、複数の突出軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を刺激する段階、埋め込まれた患者において刺激部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて神経プローブの遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様では、神経プローブの遠位端を位置決めする段階は、複数の突出軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を阻害する段階、埋め込まれた患者において阻害部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて神経プローブの遠位端を再位置決めする段階を含む。

別の局面では、神経標的部位の近傍内に細長い円柱状部材と、複数の突出軸と、各突出軸上の複数の微小電極要素と、プローブ軸に沿って近位に配置される少なくとも1つの電気接点と、複数の微小電極要素の少なくとも1つと少なくとも1つの電気接点との間で電気通信している少なくとも1つの導電体とを含む神経プローブを埋め込む段階、外科的埋め込み前に、突出軸を細長い円柱状部材内に後退させる段階、埋め込み後に、神経標的部位の近傍に突出軸を展開させる段階、突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間に振動電流を印加する段階、および突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間の電圧を検出する段階を含む、神経標的を発見するための方法が開示される。

いくつかの態様では、振動電流を印加する段階および電圧を検出する段階を行うことで、突出軸の間の神経組織の立体の電気特性を画像化する。

別の局面では、遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤとを含む、埋め込み式神経プローブが開示される。

いくつかの態様は、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む。

いくつかの態様では、細長い軸は、脳深部刺激リードの挿入に許容される手技を使用するヒト身体への挿入用に構成されている。

いくつかの態様では、細長い軸の直径は1mm〜3mmである。

いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極であり、複数の微小電極要素の少なくとも1つは検出電極である。いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極および検出電極の両方である。

いくつかの態様では、各微小電極要素は導電性フィルム上に形成され、各微小電極要素は2つの絶縁基材の内部に包埋されている。

いくつかの態様では、微小電極が包埋された基材は円柱状アセンブリに成形可能である。

いくつかの態様では、突出軸は円柱状アセンブリの縦軸から放射状に屈曲するように成形されうる。

いくつかの態様では、突出軸の1つは円柱状アセンブリの縦軸に沿って延伸しかつ中心を有する。

いくつかの態様では、突出軸は支持部材により補剛されている。いくつかの態様では、縦方向の突出軸は支持部材により補剛されている。

別の局面では、遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素とを含む、埋め込み式神経プローブが開示される。いくつかの態様では、複数の軸は完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する。

いくつかの態様では、細長い軸は、脳深部刺激リードの挿入に許容される手技を使用するヒト身体への挿入用に構成されている。

いくつかの態様では、細長い軸の直径は1mm〜3mmである。

いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極であり、複数の微小電極要素の少なくとも1つは検出電極である。

いくつかの態様では、複数の微小電極要素の少なくとも1つは刺激電極および検出電極の両方である。いくつかの態様では、各微小電極要素は導電性フィルム上に形成され、各微小電極要素は2つの絶縁基材の内部に包埋されている。いくつかの態様では、微小電極が包埋された基材は円柱状アセンブリに成形可能である。いくつかの態様では、突出軸は円柱状アセンブリの縦軸から放射状に屈曲するように成形されうる。いくつかの態様では、突出軸の1つは円柱状アセンブリの縦軸に沿って延伸しかつ中心を有する。いくつかの態様では、突出軸は支持部材により補剛されている。いくつかの態様では、縦方向の突出軸は支持部材により補剛されている。

別の局面では、神経標的部位の近傍内に遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤとを含む神経プローブを埋め込む段階を含む、神経標的を発見するための方法が開示される。いくつかの態様では、本方法は、外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を延伸させる段階、突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的部位から電気生理学的信号を記録する段階、および前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的を刺激する段階をさらに含む。

いくつかの態様では、本方法は、記録段階および刺激段階の後の、内部管腔内に複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階を含む。

いくつかの態様では、プルワイヤを使用して突出軸を後退させる。いくつかの態様では、スタイレットを使用して前記複数の軸を延伸させる。いくつかの態様では、神経プローブは、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む。

いくつかの態様では、電気生理学的信号を記録する段階は、複数の微小電極要素の少なくとも1つにより検出される神経活動を記録する段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを記録された活動が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様は、複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を刺激する段階、埋め込まれた患者において刺激部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様は、複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を阻害する段階、埋め込まれた患者において阻害部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

別の局面では、神経標的部位の近傍内に遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤとを含む神経プローブを埋め込む段階を含む、神経標的を発見するための方法が開示される。いくつかの態様は、外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を展開させる段階、前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間に振動電流を印加する段階、および前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間の電圧を検出する段階を含む。

いくつかの態様は、検出段階の後の、複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階を含む。

いくつかの態様は、印加された振動電流および検出された電圧に基づいて、複数の軸の間の神経組織の立体の電気特性を画像化する段階を含む。

いくつかの態様では、神経プローブは、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む。

別の局面では、神経標的を発見するための方法は、神経標的部位の近傍内に遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素とを含む神経プローブであって、前記複数の軸が、完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する、神経プローブを埋め込む段階を含む。いくつかの態様では、本方法は、外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を延伸させる段階、突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的部位から電気生理学的信号を記録する段階、および前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的を刺激する段階を含む。

いくつかの態様では、プルワイヤを使用して突出軸を後退させる。いくつかの態様では、スタイレットを使用して前記複数の軸を延伸させる。いくつかの態様では、神経プローブは、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む。

いくつかの態様では、電気生理学的信号を記録する段階は、複数の微小電極要素の少なくとも1つにより検出される神経活動を記録する段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを記録された活動が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様は、記録段階および刺激段階の後の、内部管腔内に複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階を含む。

いくつかの態様は、複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を刺激する段階、埋め込まれた患者において刺激部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

いくつかの態様は、複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を阻害する段階、埋め込まれた患者において阻害部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む。

別の局面では、神経標的を発見するための方法は、神経標的部位の近傍内に遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素とを含む神経プローブであって、前記複数の軸が、完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する、神経プローブを埋め込む段階を含む。いくつかの態様は、外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を展開させる段階、前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間に振動電流を印加する段階、および前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間の電圧を検出する段階を含む。

いくつかの態様は、印加された振動電流および検出された電圧に基づいて、複数の軸の間の神経組織の立体の電気特性を画像化する段階を含む。

いくつかの態様は、検出段階の後の、複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階を含む。

各種態様は、上記の要素または段階のいずれかを単独または任意の好適な組み合わせで含み得る。

本発明の上記のおよび他の目的、特徴および利点は、同様の参照文字が異なる図面を通じて同一部分を指す添付の図面において図示される本発明の好適な態様の以下のより特別な説明により明らかであろう。

細長い微小電極アセンブリの一態様の斜視図である。 ヒトに埋め込まれた例示的な細長い微小電極アセンブリを図示するヒトの解剖学的組織の一部の斜視図である。 神経標的に位置決めされた例示的微小電極構造を図示するヒトの解剖学的組織の一部の斜視図である。 図4Aは、展開位置にある図1の細長い微小電極アセンブリの遠位部の斜視図である。図4Bは、後退位置にある図1の細長い微小電極アセンブリの遠位部の斜視図である。 図1の細長い微小電極アセンブリの近位部の斜視図である。 微小電極アレイフィルムの一態様の平面図である。 組み立てられた後の図6の微小電極アレイフィルムの一態様の斜視図である。 図8Aは、図7の微小電極アレイフィルムアセンブリの平面上面図である。図8Bは、図7の微小電極アレイフィルムアセンブリの平面側面図である。 図7の微小電極アレイフィルムアセンブリの平面正面図である。 後退位置にある図7の微小電極アレイフィルムアセンブリの斜視図である。 図10の後退した微小電極アレイフィルムアセンブリの平面図である。 図12Aは、中心ピン部品の斜視図である。図12Bは、図12Aの中心ピン部品の平面側面図である。 図13Aは、展開位置にあることが示される外脚部品の斜視図である。図13Bは、後退位置にあることが示される外脚部品の斜視図である。 図12Aの中心ピン部品に組み立てられたことが示される図7の微小電極アレイフィルムアセンブリの斜視図である。 可撓性プルワイヤおよびマイクロ電子部品に組み立てられたことが示される図14の微小電極アセンブリの斜視図である。 螺旋状リードワイヤおよび図13Aの外脚部品に組み立てられたことが示される図15の微小電極アセンブリの斜視図である。 外側チューブおよび剛性プッシュロッドに組み立てられたことが示される図16の微小電極アセンブリの斜視図である。 可撓性プルワイヤおよび剛性プッシュロッドをさらに詳細に示す、図17の微小電極アセンブリの近接斜視図である。 図19Aは、有孔末端キャップの斜視図である。図19Bは、有孔末端キャップの平面図である。 有孔末端キャップおよび外脚部品のセグメントが取り除かれた、図4Aの微小電極アセンブリの切断斜視図である。 有孔末端キャップおよび外脚部品のセグメントが取り除かれた、図4Bの後退した微小電極アセンブリの切断斜視図である。 同一平面上の微小電極要素を示す微小電極アセンブリの平面図である。 図22のアセンブリおよび平面の斜視図である。 図1の細長い微小電極アセンブリの代替態様の斜視図である。 図24の代替態様の平面正面図である。 図24の代替態様の平面側面図である。 図1の細長い微小電極アセンブリの代替態様の斜視図である。 図27の代替態様の平面側面図である。 微小電極アレイが突出軸の外側に設置されている、図1の代替態様の斜視図である。 図29の代替態様の平面背面図である。 別々の刺激電極および記録電極を示す、図29の代替態様の平面側面図である。 図29の代替態様の詳細斜視図である。 図29の代替態様のさらなる詳細斜視図である。 図29の代替態様の一部品である。 図29の代替態様のさらなる部品である。 図29の代替態様のさらなる部品である。 突出軸が縦軸の2つの異なる領域において実現された、図1の代替態様の斜視図である。 図38Aは、図37の代替態様の平面図である。図38Bは、図37の代替態様のさらなる平面図である。 図39Aは、図37の代替態様の組み立てに必要な微小電極アレイフィルムの斜視図である。図39Bは、図37の代替態様の組み立てに必要な突出軸支持体の斜視図である。 マイクロ電子部品が必要ではない、図1の代替態様の斜視図である。 図40Aの代替態様の組み立てに必要な微小電極アレイフィルムの斜視図である。 突起軸が突出軸支持体により剛性化されていない、図1の代替態様の斜視図である。 図40Cの代替態様の詳細斜視図である。 神経記録超小型電子回路の模式図である。 神経刺激超小型電子回路の模式図である。 組み合わされた神経記録および刺激超小型電子回路の模式図である。 本明細書に記載の電気インピーダンス断層撮影方法を示す。

詳細な説明
ヒト脳内深部などの動物の神経系に位置し得る、個々のニューロン、ニューロンの群および神経組織などの神経標的の非常に局在化された効率的な電気刺激を行うための、微小電極アレイデバイスならびにその製作および使用の方法が、本明細書に記載される。脚橋被蓋核などの小さく発見困難な脳標的、または視床下核などの非常に局在化されたレベルの神経刺激を必要とする標的では、電気生理学的記録を使用して標的を発見するには、脳領域において多くの微小電極を必要とする。微小電極の数が多いほど、治療的刺激に必要なニューロンを発見する可能性が増加する。標的脳領域に最も近い微小電極または微小電極群を治療的慢性刺激または阻害に使用する。

微小電極要素の直径または幅のいずれかがわずか2μmの小ささまたは2mmの大きさであり得ることから、刺激は非常に局在化され得る。そのような微小電極要素間の相対間隔も、わずか2μmの小ささまたは2mmの大きさであり得る。一般に、直径が約150μmで間隔が約1000μmの微小電極が、神経組織を刺激する上で特に効率的である。

そのような微小電極要素のアレイは、各々がそれぞれの位置または部位に配設される1つまたは複数のそのような要素(例えば16個の要素)からなり得る。これは、ミネソタ州ミネアポリスのMedtronic, Inc.から市販されているモデル3387またはモデル3389 DBSリードなどの現在入手可能な刺激リードとは対照的である。そのような市販のデバイスは、高さ約1.5mmの寸法である比較的大きい円柱状の電極を含み、脳深部刺激に今日使用されている電極を最大でわずか4つしか有さない。

より小さい微小電極要素を使用して、非常に局在化された効率的な神経刺激を行うことができる。というのも、そのような微小電極のアレイを使用して、対象となる刺激領域を同定することもできるためである。例えば、微小電極要素のそのようなアレイの1つまたは複数の微小電極要素を使用して、検出/記録微小電極要素の近傍の神経活動を記録することができる。微小電極要素の比較的小さいサイズおよび/または間隔がもたらすそのような改良を使用して、移植片を取り囲む領域内の神経活動の非常に局在化されたマップを得ることができる。神経標的の近傍全体に位置決めされる複数の微小電極要素を有する、好適に寸法決めされた微小電極アレイを使用することで、神経標的の非常に特異的な領域に位置するそれらの1つまたは複数の微小電極要素を同定することにより、さらに再位置決めすることなく正確な神経標的を位置づけることができる。例えば微小電極アレイの他の電極要素を休止状態のままにしながら一定数の微小電極要素のみを使用して周囲のニューロンおよび/または神経組織を能動的に刺激することで、非常に特異的な領域において刺激するように、微小電極アレイをプログラムすることができる。

上記の態様では、微小電極アレイは三次元空間に位置決めされる。これは、フィルム上の直線状アレイまたは二次元アレイとして通常は実現されるそのような微小電極デバイスにおける以前の限界であった。本態様では、微小電極アレイによって標的領域内のできるだけ大きな立体を覆うように、中心管腔から放射状に延びる軸に沿って微小電極アレイが位置決めされる。

いくつかの態様では、比較的小さいサイズおよび/または間隔を有する要素を有するそのような微小電極アレイを含む細長いデバイスを使用して、移植片を取り囲む領域内の神経活動の非常に局在化されたマップを得ることができる。例えば、デバイスの遠位端の長さに沿って位置決めされる微小電極の直線状アレイを伴って構成されるそのようなデバイスを、患者の脳内に設置することができる。好ましくは、微小電極アレイの要素は、神経標的を含む領域を覆う。次に神経活動を、1つまたは複数の微小電極要素により独立して検出することができる。検出された活動は記録装置または表示装置に捕捉することができ、これにより臨床医は、1つまたは複数の微小電極要素のどれが目的とする標的に最も近く位置決めされるかを同定することが可能になる。デバイスに沿った微小電極要素の各々についてそれぞれの位置を知り、患者の頭蓋などの基準までの距離を決定することで、基準から特定の微小電極要素まで測定されるデバイスの軌道に沿った距離として、標的の正確な位置を決定することができる。有利なことに、細長いデバイスの再位置決めなしに標的の場所を決定し、それにより医療手順を単純化し、患者の危険性を減少させることができる。

いくつかの態様では、デバイスは急性術中使用のためであり、標的を位置づけた後に取り外され、決定された標的位置に位置決めされる慢性プローブで置き換えられる。あるいはまたはさらに、デバイスそれ自体を慢性デバイスとして定位置に置くこともでき、同一の微小電極または異なる微小電極を使用して長期間にわたり神経標的を記録および/または刺激する。

図1に図示する微小電極デバイスの一態様は、電極リードと呼ばれることがある細長い微小電極リードアセンブリ100を含む。微小電極リードアセンブリ100は外側円柱状部材102を含み、この部材は遠位端に位置する微小電極アレイアセンブリ150と近位端に位置する1つまたは複数の電気接点106とを含む。例示的微小電極リードアセンブリ100は、その遠位先端のすぐ近傍にある1つまたは複数の微小電極アレイ軸160を含む。微小電極アレイアセンブリ150は5つの突出軸160を有し、円板微小電極要素が延伸基材の内面に沿って配設されている。本態様では、4つの軸が前方向、後方向、外側方向または内側方向の1つに突出する。中心軸と呼ばれる電極リードの同一縦軸に沿ってさらなる軸が突出する。微小電極リードアセンブリ100はまた、アセンブリ100の近位端の縦軸に沿って分布する8つの導電性の円柱状接点または接触リング(概して106)を含む。例示的態様では、微小電極要素の各々は、包埋されたマイクロ電子要素を経由して近位接点106と電気通信している。使用中に、刺激信号が埋め込み式パルス発生器、またはコントローラから微小電極アレイに向けられる。さらに、使用中に、記録信号が微小電極アレイから埋め込み式または外部データ記録器に向けられる。

微小電極リードアセンブリ100は、その目的とする神経学的用途に応じてサイズ決めおよび形状化されることが好ましい。例えば、微小電極リードアセンブリ100を中枢神経系内に少なくとも部分的に設置することができる。あるいはまたはさらに、微小電極リードアセンブリ100を、脊椎硬膜外腔、あるいは、末梢神経系内または肝臓もしくは心臓などの臓器内の他の位置などの、身体の他の部分または臓器内に少なくとも部分的に設置することができる。したがって、微小電極リードアセンブリ100の直径および長さは、特定の解剖学的標的に応じて変動し得る。さらに、微小電極アレイ軸160の構成も、目的とする神経標的に応じてサイズ決めおよび形状化される。アレイの微小電極要素の数、形状、配向、サイズおよび間隔を、目的とする神経標的に応答して画定することができる。

少なくともいくつかの態様では、1つまたは複数の微小電極要素は、ニューロンから記録しかつ/またはそれを刺激するようにサイズ決めされかつ/または隔てられている。微小電極リードアセンブリ100を使用して、神経標的での神経活動を検出および/または記録することができる。神経標的内で自然に生じる神経活動は、微小電極アレイの微小電極要素の1つまたは複数により検出可能な局所的電磁界を生じさせる。例えば、ニューロンが生成する電界は、微小電極要素の1つまたは複数を分極させる。そのような分極は、電気接地などの基準、または微小電極要素の別の1つに対する電位を生じさせる。そのような電気活動を内部導電体を通じて円柱状接点106の1つまたは複数にさらに伝導することができる。また、検出される電気活動のさらなる処理用に、円柱状接点106の1つまたは複数を1つまたは複数のさらなる医療機器に接続することができる。例えば、神経標的からの電気活動を表示および/または記録するための表示装置または記録装置に、円柱状接点106を結合させることができる。

あるいはまたはさらに、1つまたは複数の微小電極要素を使用して、神経標的を電気的に刺激することができる。例えば、1つまたは複数の外部発生する電気信号を円柱状接点106の1つまたは複数に印加することができる。これらの電気信号を、内部導電体を通じて、微小電極アレイの1つまたは複数の微小電極要素に伝えることができる。電気信号の振幅および極性に応じて、分極した微小電極要素が電界を誘導する。そのような分極が誘導する電界は、神経標的で1つまたは複数のニューロンと相互作用し得る。

あるいはまたはさらに、1つまたは複数の微小電極要素を使用して、神経標的または他の身体臓器の電気インピーダンス断層撮影を行うことができる。例えば、1つまたは複数の外部発生する電気信号を電流として微小電極要素の1つまたは複数に印加することができる。画像化される組織の生理特性に応じて、また印加される電流信号の周波数に応じて、電界を組織内で誘導する。そのような分極が誘導する電界を他の微小電極要素で検出することによって、導電率、誘電率および/または他の電気特性の局在化画像を作成することができる。

埋め込み式神経リードアセンブリ100の機械部品としては、単純なポリマー円柱または剛性金属もしくは剛性ポリマー円柱であり得る細長い外側円柱状部材102が挙げられる。外側円柱状部材102は長さおよび直径が変動し得るが、一般に少なくとも約28cmの長さ(例えば少なくとも20cmの長さ、少なくとも25cmの長さ、少なくとも28cmの長さ、少なくとも30cmの長さなど)および約1.27mmの直径(例えば1.0〜2.0mmの範囲の直径)である。

神経リード100は、定位脳手術または内視鏡検査などの一般的神経外科技術を使用して、標的脳構造などの神経標的近傍に埋め込むことができる。微小電極リードアセンブリ100は、支持なしで、またはそのデバイスの外寸よりもわずかに大きい内寸を有する支持カニューレ内に、後退状態で挿入することができる。カニューレを使用する場合は、微小電極リードアセンブリ100が好適に位置決めされた時点で取り外す。いくつかの態様では、外側円柱状部材102の軸に沿った管腔は、微小電極リードアセンブリ100を外科的埋め込み中に剛性にする剛性スタイレットの挿入を可能にする。これは微小電極リードアセンブリ100の可撓性態様の挿入、位置決めおよび再位置決め中に特に役立つ。埋め込み後にスタイレットが取り外され、その外科的標的にはプローブが残る。いくつかの態様では、スタイレットは剛性プッシュロッドでもあり、これは微小電極アレイ軸160を組織内に展開するために使用される。いくつかの態様では、微小電極リードアセンブリ100は可撓性プルワイヤを含み、これは微小電極アレイ軸160を後退位置に引き戻すために使用される。さらなる態様では、微小電極リードアセンブリ100は1つの剛性プッシュプルロッドのみを含み、これは微小電極アレイ軸160を展開位置に押しかつ後退位置に引くために使用される。微小電極リードアセンブリ100が手術後に患者の脳内にとどまるように意図されていないさらなる態様では、剛性プッシュプルロッドを微小電極アレイ軸160に永久に取り付けることができる。

臨床医は、微小電極要素の1つまたは複数を、円柱状接点106を通じて、表示ユニットまたは記録ユニットに接続することができる。図示しない記録ユニットにより、臨床医は、脳のある種の領域をそれらの電気活動に従って同定することが可能になる。いくつかの態様では、好適にプログラムされたコンピュータプロセッサの使用を通じて、そのような記録情報を自動処理することができる。脳からの記録に使用する電極は、組織の刺激に使用する電極と同一の電極であり得る。記録電極は脳の刺激に使用する電極とは別であってもよい。記録用の電極はサイズおよび設計が刺激用の電極と異なり得ることから、この状況は好ましい可能性がある。

操作者は、外部刺激源または埋め込み式の源に電極を接続することができる。いずれの場合でも、この源は、電極部位に信号を印加するためのパルス発生器を含み得る。そのようなパルス発生器からの信号を、電極に直接接続することができ、またはデバイスに包埋された電子機器を使用して前処理することができる。電子機器は元の信号のある種の部分をフィルタリングすることができる。信号よりも電極の方が多い場合、必要に応じて電子機器は刺激源に通じるかまたはそうでなければ相互接続することができる。

ヒトの解剖学的組織の一部の斜視図を図2に図示する。この図は脳内深部に位置する神経標的との相互作用のための例示的な細長い微小電極プローブアセンブリ124の埋め込み位置を示す。微小電極プローブアセンブリ124の遠位部は、この場合はヒト脳132内に位置する神経標的130に位置決めされる。いくつかの例示的微小電極アレイ軸134は、微小電極プローブアセンブリ124の遠位部から突出する。いくつかの態様では、微小電極プローブアセンブリ124の近位端は第1の医療機器128に接続される。例えば、第1の医療機器128は電子アセンブリを含み得るものであり、これは体内への侵襲を最小化するために脳132の外側に埋め込まれる。あるいはまたはさらに、パルス発生器122などの電子アセンブリをやはり含み得る第2の医療機器を、対象の身体の遠隔部分に埋め込むことができる。図示するように、第2の電子アセンブリ122が胸部空洞120内に埋め込まれる。例示的パルス発生器122などの1つまたは複数の医療機器がこのように遠隔に位置する場合、ケーブル126を対象の体内に埋め込んで、パルス発生器122を、電子アセンブリ128が存在する場合はそれに相互接続するか、または微小電極プローブアセンブリ124の近位端に位置する円柱状接点に直接相互接続してもよい。

ここで図3を参照すると、神経標的148(例えば図示される視床下核)に位置決めされる例示的微小電極プローブアセンブリ140を図示する解剖学的組織148の一部の断面図が示されている。微小電極プローブアセンブリ140は、円柱状収納構造143から突出する5つの微小電極アレイ軸141A、141P、141L、141M、141C(概して141)を含む。各微小電極アレイ軸141上には、3つの微小電極要素145が微小電極アレイ軸141に沿って直線状に分布している。好ましくは、微小電極プローブアセンブリ140およびその突出微小電極電極アレイ軸141は、微小電極要素145の1つまたは複数を神経標的149に位置決めすることを可能にするように形状化され、隔てられ、サイズ決めされている。

図示するように、微小電極プローブアセンブリ140の1つまたは複数の微小電極要素145は、神経標的149と密接して位置決めされる。より詳細には、各微小電極要素145は軸に沿った円板電極である。いくつかの微小電極アレイ軸141が神経標的と接触し得る一方、他の微小電極アレイ軸141がそうではない(図示するように)ということが理解される。さらに、いくつかの微小電極要素145が神経標的と接触し得る一方、他の微小電極要素145がそうではない(図示するように)ということが理解される。少なくともいくつかの態様では、1つまたは複数の微小電極要素145は、1つまたは複数の導電性リード(図示せず)を経由して、プローブアセンブリ140の近位端から遠隔アクセス可能である。

少なくともいくつかの態様では、選択可能な微小電極要素145を駆動して標的149を記録および/または刺激することができる。例えば、標的149と接触した微小電極要素145からの神経活動の記録を使用して、プローブアセンブリ140に対するまたは標準的な定位基準座標に対する標的149の位置を同定することができる。記録から決定するように、標的と接触したそれらの微小電極要素145のみを駆動して標的を刺激することができる。

ここで図示する支持構造140などの本明細書に記載の支持構造のいずれかは、ポリマー円柱などの隆起または半剛性構造であり得る。あるいはまたはさらに、構造は、微小電極要素145がその上に導電性フィルム層として形成される1つまたは複数の可撓性で実質的に非導電性の基材(すなわち誘電リボン)などの可撓性構造であり得る。1つまたは複数の微小電極要素145は、支持構造140の内部管腔を通過可能でありかつ/または可撓性でリボン状の支持構造140に沿って細長いフィルム層を使用して形成可能な1つまたは複数の電気リード(図示せず)を通じて、電子回路(図示せず)と通信している。

いくつかの態様では、一般に皮質の記録および/または刺激のためにかつ視床下核および脚橋被蓋核を含む神経標的の脳深部刺激および/または記録のために、微小電極要素145を脳内に設置することができる。動物の解剖学的組織のそのような部分の神経記録および/または神経刺激のために、脊椎、末梢神経系などの身体の他の部分に微小電極要素145を設置することもできる。各種態様を通じて微小電極を一般に論じるが、微小電極のサイズの上限または下限を限定する意図はない。本明細書に記載のデバイスおよび方法は概して拡張性があり、微小電極のサイズは目的とする用途に従って決定される。神経用途のうち少なくとも一部では、微小電極はサブミリメートルの寸法である。いくつかの態様では、微小電極は、約1000μmの中心対中心間隔で直線状アレイで配置される、約150μmの直径を有する平面構造として形成される。微小電極の平面構造は円、楕円、多角形などの規則形状、不規則形状、またはそのような規則形状および/もしくは不規則形状の組み合わせを有し得る。

このプローブアセンブリ140は、定位脳手術または内視鏡検査などの一般的神経外科技術を使用して、標的脳構造などの神経標的近傍に埋め込み可能である。デバイスは、支持なしで、またはデバイスの外寸よりもわずかに大きい内寸を有し得るカニューレ内に挿入可能である。あるいはまたはさらに、デバイスは、その中心軸に沿って延びる剛性スタイレットを有し得るものであり、スタイレットはデバイス内の軸方向管腔の内径よりも小さい外径を有する。そのようなカニューレまたはスタイレットを使用する場合、デバイスが定位置になる時点で概してそれを後退させる。

操作者は、プローブアセンブリ140が検出する電気活性に従って神経標的(例えば脳)のある種の領域を同定するように構成されている記録ユニットに、プローブアセンブリ140を接続することができる。いくつかの態様では、神経標的149からの記録に使用する微小電極要素145は、記録と刺激との両方が達成される用途において標的の刺激に使用するものと同一の微小電極であり得る。あるいはまたはさらに、神経標的149からの記録に使用する微小電極要素145は、標的149の刺激に使用するものとは別の微小電極要素145であり得る。いくつかの態様では、記録用の微小電極(例えば145)は、例えば異なる微小電極を使用する刺激用の微小電極とはサイズ、形状、数および配置のうち1つまたは複数が異なり得る。

1つまたは複数の相互接続リードを通じて、刺激用に構成されている微小電極要素145を刺激源に接続することができる。いくつかの態様では、刺激源の少なくとも一部が体外に存在し得る。あるいはまたはさらに、刺激源はインビボであり得る。刺激源の任意の埋め込み要素を密閉型の生体適合性エンベロープと共に製作しかつ/またはそれを用いて収容することが好ましい。信号源のそのような生体適合性パッケージは、例えば人工ペースメーカーの分野で周知である。刺激源を設ける場合、それは所定の入力に従って所望の信号を生成する制御可能な信号発生器であり得る。例えば、信号発生器は、所望の出力刺激信号周波数を示す入力を受け取ることができる。そのような出力刺激信号は、パルス、電荷平衡パルス、正弦波、方形波、三角波およびそのような基本的波形の組み合わせなどの種々の波形を有し得る。

いくつかの態様では、刺激源は、微小電極部位に信号を印加するためのパルス発生器を含む。パルス発生器からの信号を、微小電極に直接接続することができ、または電子機器を使用して前処理することができる。いくつかの態様では、そのような前処理電子機器を埋め込み式デバイス内に包埋する。前処理電子機器は、心臓ペースメーカー信号などの元の信号のある種の部分をフィルタリングすることで、微小電極のピーク抵抗周波数またはその近傍にある元の信号の好ましい周波数成分を選択することができる。信号より多くの微小電極が存在する態様では、電子機器は好ましい1つまたは複数の微小電極に刺激信号を伝送することができる。

ここで図4Aを参照すると、微小電極プローブアセンブリ100の遠位端のより詳細な図が示される。微小電極アレイアセンブリ150は有孔末端キャップ190を含み、これは突出微小電極アレイ軸160A、160L、160P、160Mおよび160C(概して160)を含む。微小電極アレイ軸160は、それぞれ前方位置、外側位置、後方位置、内側位置および中心位置に関する解剖学的慣行と一致するようにA、L、P、MおよびCと文字が付される。各微小電極アレイ軸160は3つの微小電極要素265を直線状配置で含む。微小電極アレイ軸160M上の微小電極要素265が図示され、265Ma、265Mbおよび265Mcと呼ばれる。微小電極要素265Maは微小電極アレイ軸160Mに沿って最も遠位であり、一方、微小電極要素265Mcは最も近位である。各微小電極アレイ軸160は3つの微小電極要素265を内面上に含む。

ここで図4Bを参照すると、後退位置にある微小電極プローブアセンブリ100の遠位端のより詳細な図が示される。この状態では、突出微小電極軸160は有孔末端キャップ190の内側に後退しており、微小電極アレイアセンブリ150内に完全に収納されている。各微小電極アレイ軸160に対応する有孔末端キャップ190上の穿孔192も見える。穿孔192は、それぞれ前方位置、外側位置、後方位置、内側位置および中心位置に関する解剖学的慣行と一致するようにA、L、P、MおよびCと文字が付される。有孔末端キャップ190は外側円柱状部材102に取り付けられている。

ここで図5を参照すると、微小電極プローブアセンブリの近位端のより詳細な図が示される。円柱状接点106は外側円柱状部材102の縦軸に沿って配設されている。8つの各円柱状接点106、すなわち106a〜106hは、微小電極リードアセンブリ100の遠位端に連通しているリードワイヤ(図示せず)に電気接続されている。例示的態様では、各円柱状接点は直径1.27mmおよび長さ2mmの寸法である。円柱状接点106は絶縁円柱状接点107a〜107h(概して107)により互いに隔てられている。いくつかの態様では、1個の円柱状接点106のみ存在し得るものであり、一方、他の態様では、2個以上の円柱状接点106が存在し得る。概して4〜8個の円柱状接点106が存在し得る。

微小電極リードアセンブリ100は、1つの取り外し式剛性プッシュロッド170および1つの非取り外し式可撓性プルワイヤ175を含む。剛性プッシュロッド170は、微小電極アレイアセンブリ150を展開状態に展開するために使用される。可撓性プルワイヤ175は、微小電極アレイアセンブリ150を後退状態に引き戻すために使用される。図示されるように、剛性プッシュロッド170は3つの特徴で構成される。第1の特徴は中空剛性スタイレット172であり、これは埋め込み中に微小電極リードアセンブリ100をまっすぐにするためにも使用される。第2の特徴は縦方向スリット173であり、これは剛性スタイレット172の中心管腔へのアクセスを可能にする。第3の特徴はプッシュハンドル174であり、これは操作者が遠位端において圧力を加え、微小電極アレイアセンブリ150を展開することを可能にする。図示するように、可撓性プルワイヤ175は3つの特徴を有する。第1の特徴は可撓性中心ワイヤ176であり、これは遠位端において微小電極アレイアセンブリ150に永久に取り付けられている。第2の特徴はプルハンドル178であり、操作者は、引っ張ることで遠位端において微小電極アレイアセンブリを後退させるようにこれを使用することができる。第3の特徴はプルハンドル178内の孔部179であり、操作者は、この部品に必要な引っ張り作用を容易にするようにこれを使用することができる。プッシュロッド170およびプルロッド175は一緒に、微小電極アレイ軸160と微小電極リードアセンブリ100の遠位端とを展開および後退させるために使用される。

ここで図6を参照すると、微小電極アレイフィルム200のより詳細な図が非組立状態で示される。微小電極アレイフィルム200は、いくつかのフィルムを互いに積層する連続生成方法を使用して生成される。第1のフィルムはポリイミドなどのポリマー絶縁膜である。第2のフィルムは好ましくは白金などの貴金属の導電性フィルムである。第2のフィルムは金属のトレースおよび円板を作製するように構造化される。第3のフィルムはポリイミドなどのポリマー絶縁膜である。そこで第3および第1のフィルムは、図6に示す輪郭を与えるように構造化される。包埋された金属層は図示されておらず、一方、金属円板および電気接点は露出している。微小電極フィルム軸260はそれぞれ、既に示した微小電極アレイアセンブリ軸160の1つに対応している。微小電極フィルム軸260は、前方、外側、後方、内側および中心にある適切な軸に対応するように260A、260L、260P、260Mおよび260Cと番号付けされる。微小電極フィルム軸260は微小電極要素265を含む。微小電極フィルム軸260P上の微小電極要素265は、例えば、265Paが最も遠位の微小電極要素であり、265Pcが最も近位の微小電極要素であるように呼ばれる。微小電極フィルム軸260Cの長さおよびその微小電極要素265の間隔は他の幾何形状とはわずかに異なる。というのも、それが中心微小電極アレイ軸160の一部を形成し、微小電極リードアセンブリ100の縦軸に対して角度をなさないためである。

微小電極アレイフィルム200の次の特徴は遠位円柱構造210であり、これは平坦化状態で示されているが、組み立てられた時点で、最終アセンブリ内でフィルムを安定させるために使用される。マイクロ電子プラットフォーム212は、後続のマイクロ電子部品が取り付けられる場所である。マイクロ電子部品を以下で詳細に説明する。それは、まだ平坦化状態にある間に微小電極アレイフィルム200に取り付けることが好ましい。マイクロ電子プラットフォーム212上にはマイクロ電子プラットフォーム結合バンド270が配置されており、これらはマイクロ電子部品を通じて微小電極要素265を外部機器に電気通信させるために使用される。それらは二次元アレイで配置される。中心円柱構造214は平坦化状態で示されているが、組み立てられた時点で、最終アセンブリ内でフィルムを安定させるために使用される。螺旋状リボンケーブル216は平坦化状態で示されているが、組み立てられた時点で、微小電極リードアセンブリ100内での微小電極アレイアセンブリ150の移動を可能にするために使用される。近位円柱構造218は平坦化状態で示されているが、微小電極リードアセンブリ100内の内部円柱に取り付けられ、微小電極アレイフィルム200の唯一の非移動部分となる。近位円柱構造218上には近位接触パッド208があり、これらは、マイクロ電子リードアセンブリ100の遠位部をその近位部に連通させるリードワイヤにマイクロ電子部品の要素を連通させるために使用される。

図7は、組立および展開状態の微小電極アレイフィルム200を示す。中心微小電極フィルム軸260Cおよび4つの微小電極フィルム軸260A、260L、260P、260Mが示され、それらの各微小電極要素265はアセンブリの内側にある。遠位円柱構造210は円柱状状態に湾曲した形で示される。マイクロ電子プラットフォーム212は水平位置において屈曲した形で示される。中心円柱構造214は円柱状状態に湾曲した形で示される。螺旋状リボンケーブル216は組立状態に湾曲しかつ引っ張られた形で示される。近位円柱構造218は定位置に湾曲した形で示され、近位接触パッド208が露出している。微小電極アレイフィルム200をこの構成に段階的に、または後続の部品との組み立て後に組み立てることができる。

図8Aは、組立および展開状態の微小電極アレイフィルム200の平面側面図である。この図において注意すべき重要な特徴は、それぞれ円柱構造210、214および216におけるスリット211、215、219であり、スリットは、フィルムを定位置に組み立てるために必要な湾曲が理由で存在する。

図8Bは、組立および展開状態の微小電極アレイフィルム200の平面上面図である。

図9は、組立および展開状態の微小電極アレイフィルム200の平面正面図である。角度のある4つの微小電極フィルム軸260の位置が示され、内側の微小電極要素265が見える。

図10は、組立および後退状態の微小電極アレイフィルム200を示す。中心微小電極フィルム軸260Cおよび4つの微小電極フィルム軸260A、260L、260P、260Mが示され、それらの各微小電極要素265はアセンブリの内側にある。これらの微小電極フィルム軸260は角度位置から閉鎖位置に移動している。円柱構造210、214および218の形状は変化していない。円柱構造210および214の位置は互いに対して移動していない。円柱構造210および214はいずれも円柱構造218により近い方に移動している。この移動は、螺旋状リボンケーブル216の可逆的圧縮を引き起こしている。

図11は、組立および後退状態の微小電極アレイフィルム200の平面側面図を示す。前方微小電極フィルム軸260Aおよび後方微小電極フィルム軸260Pは平行位置にある。

ここで図12Aを参照すると、中心ピン185の斜視図が示される。このピンは後続の段階において微小電極アレイフィルム200に組み立てられる。中心ピンは、軸方向突出軸186、円柱状部材188、および円柱状部材188上の長さ方向スリット189を含むいくつかの特徴を有する。軸方向突出軸186は屈曲部187を有し、これは円柱状部材188の縦軸に沿って突出軸を位置決めすることを可能にする。一般に、この部品は、レーザーで本形状に切断された医療用ステンレス鋼などの剛性円柱状材料から形成される。図12Bは、中心ピン185の側面図を示す。

ここで図13Aを参照すると、展開式軸支持体180の斜視図が示される。展開式軸支持体180は円柱状部材182で構成されており、そこから4つの半剛性軸が前方向181A、外側方向181L、後方向181Pおよび内側方向181Mに突出する。半剛性軸181は円柱状部材182の縦軸から放射状に展開される。一般に、この部品は、レーザーで本形状に切断された医療用ステンレス鋼などの剛性円柱状材料から形成される。図13Bは、後退位置にある展開式軸支持体180の斜視図を示す。

ここで図14を参照すると、中心ピン185が中心微小電極フィルム軸260C上に組み立てられて中心微小電極アレイ軸160Cを形成していることが示されている。

ここで図15を参照すると、マイクロ電子部品300がマイクロ電子部品プラットフォーム212上に組み立てられている。マイクロ電子部品300上の接触パッドは、微小電極アレイフィルム上のそれぞれのマイクロ電子接触パッド270に取り付けられている。近位円柱構造218は、微小電極リードアセンブリ100の近位部に延伸する細長い内側円柱状部材103に取り付けられ、巻き付けられている。中心プルワイヤ175の遠位部が見える。それは中心支持円柱214の内側に永久に取り付けられており、アセンブリを後退位置に引っ張るために使用される。

ここで図16を参照すると、微小電極アレイフィルム200が展開式軸支持体180の内周上に組み立てられて微小電極アレイ軸160を形成している。さらに、螺旋状リードワイヤ290が内側円柱状部材103に巻き付けられ、それぞれの各近位接触パッド208に取り付けられている。

ここで図17を参照すると、微小電極アレイ軸160が、接触している剛性プッシュロッド170と共に示されている。剛性プッシュロッド170は、アセンブリを展開位置に押すために使用される。さらに、アセンブリは、組立位置にある外側円柱状部材102と共に示されている。

図18は、剛性プッシュロッド175および可撓性プルワイヤ170の位置を示す、内側アセンブリの近接透視図である。

図19Aは、有孔末端キャップ190の斜視図であり、微小電極軸がそこから出現する穿孔192を示す。図19Bは、微小電極アレイ軸アセンブリ160全体が収納されている有孔末端キャップ190内の空洞191を示す平面切断図である。

図20は、明快さのためにいくつかの要素が取り除かれた、展開位置にあるアセンブリの切断斜視図である。有孔末端キャップ190および展開式軸支持体180の一部は、微小電極部品300および剛性プッシュロッド170の位置を明らかにするために取り除かれている。

図21は、明快さのためにいくつかの要素が取り除かれた、後退位置にあるアセンブリの切断斜視図である。有孔末端キャップ190および展開式軸支持体180の一部は、微小電極部品300および剛性プッシュロッド170の位置を明らかにするために取り除かれている。最も重要なことに、微小電極アレイ軸260は有孔末端キャップ190の内側に収納され、螺旋状リボンケーブル216は後退位置に可逆的に圧縮されている。

微小電極が使用される場合、電気生理学的記録および/または刺激の解剖学的設置についての操作者の理解を向上させるために、同一平面上に設置される。図22は、同一平面上の微小電極要素を示す微小電極アセンブリの平面図である。図23は、図22の同一アセンブリおよび同一平面の斜視図である。この態様では、これら平面は1mm隔てられ、平行である。この配置は、中心突出軸160C上の微小電極要素265が、前方、外側、後方、内側の突出軸である160A、160L、160P、160M上の微小電極要素265よりも小さな間隔を有することを必要とする。本態様では、展開された時点で突出軸が中心軸と30°の角度をなすように選択されている。展開位置では、5つの突出軸160の最も遠位の微小電極要素265はいずれも同一平面400a上にあるはずである。さらに、5つの突出軸160の中心の微小電極要素265はいずれも同一平面400b上にあるはずである。さらに、5つの突出軸160の最も近位の微小電極要素265はいずれも同一平面400c上にあるはずである。

さらなる態様
いくつかの態様では、突出軸は異なる角度に湾曲または屈曲し得る。これは、突出軸の先端がより大きな立体を覆うことができるという利点を有し得る。図24は、突出軸560が細長いプローブの縦軸から湾曲する、遠位微小電極アセンブリ550の一態様を示す。各突出軸上には4つの微小電極要素がある。いくつかの態様では、中心ピンが必要ではないことがあり、図24の態様は中心ピンを含まない。図25は同一態様の平面図であり、図26はさらなる図を示す。

いくつかの態様では、展開状態にある際に突出軸が細長いプローブの縦軸に平行にとどまるように屈曲していることが有利である。図27に示す遠位微小電極アセンブリ650の代替態様は、該アセンブリの縦軸に平行にとどまるように屈曲している突出軸660を示す。これは、デバイスの範囲内に円柱状の影響体積を作り出す。さらに、中心突出軸660Cは微小電極アレイでなく単一の円柱状電極からなり得る。図28はこの代替態様を平面側面図で示す。

いくつかの態様では、微小電極アレイフィルムが突出軸の外側に位置決めされていることが有利である。図29は、微小電極要素が突出軸の外側に設置されている、遠位微小電極アセンブリ750の代替態様の斜視図である。図30は、代替態様の平面背面図を示す。図31は、別々の刺激電極および記録電極を示す、図29の代替態様の平面側面図である。いくつかの態様では、記録微小電極要素766が刺激微小電極要素765よりも直径が小さいことが有利である。さらに、刺激微小電極要素765は、より大きな有効表面積で有利に機能し得る。

図32は、有孔末端キャップが取り除かれた、図29の代替態様の詳細斜視図である。突出軸の後退および展開の繰り返しによって微小電極アレイフィルム上で作り出されることがある摩擦が理由で、摺動ガイド781がこの態様に導入される。さらに、図33に示すように、中心ピン781は鋭い円柱として実現され、その上に大きな微小電極要素767が巻き付けられている。さらに、中心突出軸760Cの位置合わせおよび堅牢性付加を可能にする中心ピン支持体782が導入される。

図34は、代替態様を実現するために必要な必須突出軸支持体780を示す。図35は摺動ガイド781を示し、図36は中心ピン支持体782を示す。

いくつかの態様では、細長い微小電極プローブの縦軸に沿って複数の突出軸および異なる遠位領域を含むことが有利である。図37は、8つの突出軸が縦軸の2つの異なる遠位領域において実現された代替態様の斜視図である。この態様を実現するために必要な部品は、既に提示された態様と同様である。遠位微小電極アセンブリ850は、微小電極アレイフィルム820および突出軸支持体構造880を含む細長い有孔末端キャップ890で構成されている。突出軸(概して860)は、近位または遠位位置に従って概して860Pまたは860Dと番号付けされている。突出軸は、前方、外側、後方および内側という解剖学的位置に従ってさらに番号付けされている。例えば、近位突出軸(概して860P)は860PA、860PL、860PPおよび860PMと番号付けされている。

図38Aは、微小電極要素(概して865)をさらに詳細に示す、図37の代替態様の平面図である。この態様における微小電極要素865は、突出軸860当たり2つの細長い楕円形に限定され、神経刺激専用である。しかし、以前の態様と同様に、微小電極要素の幾何形状、サイズおよび量が変動し得ると理解される。さらに、以前の態様と同様に、特に神経記録用に設計された微小電極要素860などの微小電極の目的とする用途は変動し得る。図38Bは、同一態様のさらなる平面図である。

図39Aは、図37の代替態様の組み立てに必要な微小電極アレイフィルム820の斜視図である。この態様では、延長部828を使用して、以前の態様の設計にさらなる微小電極アレイ軸861を付加する。当業者には、この代替態様を実現するために同一の微細加工および組み立て方法が使用されると理解される。

図39Bは、図37の代替態様の組み立てに必要な突出軸支持体880の斜視図である。以前の態様と同様に、レーザーエッチングプロセスを使用して材料の中空円柱からこの軸支持体880を切り出すことができる。次に微小電極アレイフィルム820を突出軸支持体880の表面上に組み立てる。

いくつかの態様では、マイクロ電子要素300を必要としないことが有利である。これは、態様を刺激モードのみで使用する場合、または少ない数の刺激部位を使用する場合であり得る。図40Aは、5つの突出軸960が直接15個の電気リードワイヤ990に接続された代替態様の斜視図である。したがって、遠位微小電極アセンブリ950は近位電気接点と直接電気通信している。

図40Bは、図40Aに示す代替態様の組み立てに必要な微小電極アレイフィルム920の斜視図である。以前の態様と比較すると、それはマイクロ電子部品プラットフォームを有していないが、代わりに、微小電極が直接リードワイヤ接触パッド908に電気接続されている。

いくつかの態様では、突出軸が剛性である必要がなく、したがって支持される必要がないということが有利である。これは、態様を繊細な組織において使用する場合であり得る。図40Cは、5つの突起軸1060が剛性部材により支持されておらず微小電極アレイフィルムのみからなる、代替態様の斜視図である。

図40Dは、図40Cに示す代替態様の内部アセンブリ1020の詳細斜視図である。以前の態様と比較すると、それはマイクロ電子部品プラットフォームを必要としないが、代わりに、微小電極が直接リードワイヤ接触パッド1008に電気接続されている。さらに、以前の態様と比較すると、それは剛性突出軸支持体を必要としないが、これは円柱状支持体1080で置き換えられている。本態様では、10個のリードワイヤが直接10個の微小電極要素に接続されており、ここで各可撓性軸1061は、2つの微小電極要素1065を実装している。

微小電極要素
態様を神経記録にのみ使用する場合、マイクロ電子要素300は、電気生理学的に記録されたデータを収集するようにのみ構成され得る。図41は、マイクロ電子要素300内で実現され得る電子回路の模式図を示す。微小電極要素365は神経組織に接触する。微小電極要素365はa〜nと文字が付され、それらの間の点々は可能な微小電極要素365の有限数を記述する。概して少なくとも1つの微小電極要素365が存在し、本態様では15個が必要である。電気生理学的信号は微小電極要素365を脱分極させ、この信号は神経記録マイクロ電子要素320により捕捉され得る。記録を行うように選択される微小電極要素365は、スイッチボックス321を使用して選択され得る。次に、信号はスイッチボックス322に伝送され、スイッチボックスは、増幅器324を使用して局所電界電位を増幅すること、またはスパイク増幅器325を使用してスパイクを増幅することのいずれかを選択することができる。次に、信号は微小電極リードアセンブリ100の遠位端への送信用にエンコードされ得る。デコーダ390、およびディスプレイまたはデータ捕捉装置391が遠位端に接続されるはずである。いくつかの態様では、回路は各微小電極要素365ごとに実現され得る。一般に、記録に必要な周波数帯域幅は、すべての微小電極要素365が同一増幅回路を時分割共用することができる一方でディスプレイ391が記録を同時に報告することができるほど小さい。

態様を神経刺激にのみ使用する場合、マイクロ電子要素300は、刺激信号を発生させるか、あるいは伝送するようにのみ構成され得る。図42は、マイクロ電子要素300内で実現され得る電子回路の模式図を示す。微小電極要素365は神経組織に接触する。刺激信号は神経活動を刺激または阻害するために使用され、マイクロ電子回路330は刺激信号の発生または伝送を行うことができる。刺激信号を印加するように選択される微小電極要素365は、スイッチボックス331を使用して選択され得る。いくつかの態様では、いくつかの微小電極要素365に同一信号を印加するためにいくつかのスイッチが選択される。いくつかの態様では、いくつかの独自の信号が発生または伝送され、少なくとも1つの微小電極要素365に印加される。刺激信号がマイクロ電子要素300の外側で発生する場合、信号調整器335を使用して信号を調整し、必要であれば増幅することができる。微小電極リードアセンブリ100上の専用リードワイヤをこの目的のために確保することができる。さらに、微小電極リードアセンブリ100上の専用リードワイヤをマイクロ電子要素330への電力、クロック信号、接地、および指令信号を供給するために確保することができる。

いくつかの態様では、操作者は同一微小電極要素で記録および刺激しようとする。この方法を行うために、記録機能と刺激機能との両方を有するマイクロ電子要素300を実現することができる。図43は、マイクロ電子要素300内で実現され得る電子回路の模式図を示す。微小電極要素365は神経組織に接触する。電気生理学的信号は微小電極要素365を脱分極させ、この信号は神経記録および刺激マイクロ電子要素350により捕捉され得る。記録を行うように選択される微小電極要素365は、スイッチボックス351を使用して選択され得、スイッチボックス357は記録状態に選択され得る。その結果、信号はスイッチボックス358に伝送され、スイッチボックスは、増幅器354を使用して局所電界電位を増幅すること、またはスパイク増幅器353を使用してスパイクを増幅することのいずれかを選択することができる。次に、信号はエンコーダ356を使用して微小電極リードアセンブリ100の遠位端への送信用にエンコードされ得る。

刺激信号は神経活動および神経記録を刺激または阻害するために使用され、刺激マイクロ電子回路350は刺激信号の発生または伝送を行うことができる。刺激信号を印加するように選択される微小電極要素365は、スイッチボックス351を使用して選択され得る。いくつかの態様では、いくつかの微小電極要素365に同一信号を印加するためにいくつかのスイッチが選択される。さらに、スイッチボックス357は刺激状態であり得る。いくつかの態様では、いくつかの独自の信号が発生または伝送され、少なくとも1つの微小電極要素365に印加される。刺激信号がマイクロ電子要素300の外側で発生する場合、信号調整器355を使用して信号を調整し、必要であれば増幅することができる。微小電極リードアセンブリ100上の専用リードワイヤをこの目的のために確保することができる。さらに、いくつかの態様は高域フィルター360を含み得るものであり、その各フィルターは個々の微小電極要素365専用であるか、またはいくつかの微小電極要素365の間で共有される。これらの高域フィルター360は、微小電極要素365のピーク抵抗周波数に刺激信号を調整するために使用され得る。

さらに、微小電極リードアセンブリ100上の専用リードワイヤを神経記録および刺激マイクロ電子要素350への電力、クロック信号、接地、指令信号、記録信号、および刺激信号を供給するために確保することができる。

電気インピーダンス断層撮影
図44は、上記のデバイスを使用してどのように電気インピーダンス断層撮影を行うことができるかを示す。第一に、振動電流を2つの微小電極要素865Acおよび865Paの間に通過させる。電流振動は1Hz〜10MHz、好ましくは1kHz〜100KHzの周波数のものであり得る。さらに、電流振動は他の振動周波数を含み得る。続いて、2つの他の微小電極要素865Lcおよび865Lの間で電位を検出する。あるいは、電流を発生させかつ収集する微小電極要素の部位において電位を検出することができる。この電位は、画像化される組織の電気特性を示す。ソース電極および検出電極を2D空間と3D空間との両方で交互にすることで、プロング内に含まれる立体の立体画像および/または断層撮影画像を作成する。電極部位において発生しかつ検出される信号の振幅、周波数および他の特性を変化させることで、導電率、誘電率、導電率方向および/または異方性などの異なる組織特性を画像化することができる。この電気データから、神経線維の位置、方向および種類、わずかな例でしかないが灰白質、白質および水管などの異なる組織種類の記述などの、組織構造の理解を得ることができる。次に画像は臨床医に報告され、さらに、それを公知の解剖学的データにフィッティングさせることでデバイス位置の第1の概算を得ることができる。電極の単一の線状アレイ、または並列される電極(図示せず)を含む、プロング上の電極幾何形状は変動し得る。

結び
微細加工神経刺激デバイスの各種態様を本明細書で説明した。これらの態様は例として示され、本発明の範囲を限定するようには意図されていない。さらに、説明した態様の様々な特徴を様々な方法で組み合わせて数多くのさらなる態様を生成することができるということを認識すべきである。さらに、各種の材料、寸法、形状、埋め込み位置などを、開示された態様での使用について説明したが、開示されたそれら以外の他のものを、本発明の範囲を逸脱することなく利用することができる。

本明細書に記載のいくつかのデバイスを急性的または慢性的のいずれかとして同定したが、デバイスを急性的または慢性的に使用することができると理解される。それらをそのような期間、例えば手術中に埋め込んだ後に取り外すことができる。それらを長期間、さらには無期限に埋め込むことができる。同様に、本明細書において慢性的であると記載される任意のデバイスについて、そのようなデバイスを急性的に使用することもできると理解される。

本開示は、本出願に記載の特定の態様に関して限定されるべきではなく、これらは各種局面の例示として意図される。当業者に明らかなように、本開示の真意および範囲を逸脱することなく多くの修正および変形を行うことができる。本明細書に記載されるものに加えて、本開示の範囲内の機能的に同等な方法および装置は、上記の説明から当業者に明らかであろう。そのような修正および変形は添付の請求項の範囲内であるように意図されている。本開示は、添付の請求項、およびそのような請求項が権利を有する均等物の全範囲の用語によってのみ限定されるべきである。当然変動し得る特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物系に本開示が限定されないと理解すべきである。また、本明細書で使用する用語法が特定の態様のみを記載するためのものであり、限定的であるようには意図されていないと理解すべきである。

本明細書における実質的にあらゆる複数および/または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および/または用途に応じて、複数から単数および/または単数から複数に変換することができる。様々な単数/複数の置き換えを本明細書において明快さのために明確に記載することができる。

当業者は、一般に、本明細書、特に添付の請求項(例えば添付の請求項の本文)において使用される用語が、「非限定的な」用語として一般に意図される(例えば、「含む(including)」という用語が「含むがそれに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語が「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む(includes)」という用語が「含むがそれに限定されない」と解釈されるべきであるなど)ということを理解するであろう。当業者は、特定数の導入される請求項記載事項が意図される場合、そのような意図が明示的に請求項において記載され、そのような記載事項の非存在下ではそのような意図が存在しないということをさらに理解するであろう。例えば、理解の助けとして、以下の添付の請求項は、請求項記載事項を導入するための「少なくとも1つ」および「1つまたは複数」という導入句の使用を含み得る。しかし、そのような語句の使用は、「a」または「an」という不定冠詞による請求項記載事項の導入が、そのような導入される請求項記載事項を含む任意の特定の請求項を、同一の請求項が「1つまたは複数」あるいは「少なくとも1つ」という導入句と「a」または「an」などの不定冠詞とを含む場合であっても、1つのそのような記載事項のみを含む態様に限定するということを示唆するものと解釈されるべきではなく(例えば、「a」および/または「an」は「少なくとも1つ」あるいは「1つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである)、このことは、請求項記載事項を導入するために使用される定冠詞の使用についても当てはまる。さらに、特定数の導入される請求項記載事項が明示的に記載される場合であっても、当業者は、そのような記載事項が少なくとも記載された数を意味する(例えば、他の修飾語なしでの「2つの記載事項」という単純な記載が、少なくとも2つの記載事項または2つ以上の記載事項を意味する)と解釈されるべきであると認識するであろう。さらに、「A、BおよびCの少なくとも1つなど」に類似した慣用句を使用する場合、一般に、そのような構文は、当業者がその慣用句を理解するであろう意味で意図される(例えば、「A、BおよびCの少なくとも1つを有する系」は、Aを単独で、Bを単独で、Cを単独で、AおよびBを一緒に、AおよびCを一緒に、BおよびCを一緒に、ならびに/またはA、BおよびCを一緒に有する系などを含むがそれに限定されない)。「A、BまたはCの少なくとも1つなど」に類似した慣用句を使用する場合、一般に、そのような構文は、当業者がその慣用句を理解するであろう意味で意図される(例えば、「A、BまたはCの少なくとも1つを有する系」は、Aを単独で、Bを単独で、Cを単独で、AおよびBを一緒に、AおよびCを一緒に、BおよびCを一緒に、ならびに/またはA、BおよびCを一緒に有する系などを含むがそれに限定されない)。当業者は、明細書であれ、請求項であれ、図面であれ、2つ以上の代替用語を示す実質的にあらゆる選言的な単語および/または語句が1つの用語、いずれかの用語、または両方の用語を含む可能性を想定すると理解されるべきであるということをさらに理解するであろう。例えば、「AまたはB」という語句は、「A」または「B」、あるいは「AおよびB」の可能性を含むものと理解される。

さらに、本開示の特徴または局面をマーカッシュ群に関して記載する場合、当業者は、本開示が、マーカッシュ群の任意の個々のメンバーまたはメンバーの部分群に関してもそれによって記載されることを認識するであろう。

当業者が理解するように、あらゆるすべての目的で、例えば書面による記載を与えることに関して、本明細書に開示されるすべての範囲は、あらゆるすべての可能な部分範囲およびその部分範囲組み合わせも包含する。任意の列挙される範囲は、同一範囲が少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分などに分解されることを十分に記述し、可能にするものとして容易に認識され得る。非限定的な例として、本明細書で論じる各範囲は下位3分の1、中位3分の1および上位3分の1などに容易に分解され得る。やはり当業者が理解するように、「最大」、「少なくとも」、「より多い」、「より少ない」などのすべての文言は、記載される数を含むものであり、上記で論じた部分範囲に続いて分解され得る範囲を意味する。最後に、当業者が理解するように、ある範囲は各個々のメンバーを含む。したがって、例えば、1〜3個の細胞を有する群は、1、2または3個の細胞を有する群を意味する。同様に、例えば、1〜5個の細胞を有する群は、1、2、3、4または5個の細胞を有する群を意味する。

本明細書に記載の技術の1つもしくは複数またはその任意の部分は、コンピュータハードウェアもしくはソフトウェアまたはその両方の組み合わせで実現され得る。方法は、標準的プログラミング技術を使用するコンピュータプログラムで、本明細書に記載の方法および図面に従って実現され得る。プログラムコードを入力データに適用することで、本明細書に記載の機能を行い、出力情報を作成する。出力情報をディスプレイモニタなどの1つまたは複数の出力装置に適用する。コンピュータシステムと通信するために各プログラムを高レベル手続き型言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現することができる。しかし、所望であればプログラムをアセンブリ言語または機械言語で実現することができる。いずれの場合でも、言語はコンパイラ型言語またはインタープリタ型言語であり得る。さらに、プログラムは、その目的のために予めプログラムされた専用集積回路上で動作し得る。

そのような各コンピュータプログラムは、汎用または特殊プログラム可能コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体または記憶装置(例えばROMまたは磁気フロッピーディスク)上に記憶されることが、記憶媒体または記憶装置がコンピュータにより読み取られる際のコンピュータが本明細書に記載の手順を行うように構成および操作するために好ましい。コンピュータプログラムは、プログラム実行中にキャッシュまたはメインメモリにも存在し得る。また、本明細書に記載の分析、前処理および他の方法は、コンピュータプログラムと共に構成されるコンピュータ可読記憶媒体として実現可能であり、そのように構成される記憶媒体は、本明細書に記載の機能を行うように特定かつ所定の様式でコンピュータを動作させる。いくつかの態様では、コンピュータ可読媒体は本質的に有形でかつ実質的に非一時的であり、したがって例えば、記録情報は単に伝搬信号として以外の形態で記録される。

いくつかの態様では、プログラムプロダクトは信号保持媒体を含み得る。信号保持媒体は1つまたは複数の命令を含み得るものであり、命令は、例えばプロセッサにより実行される際に、上記の機能を行うことができる。いくつかの実施では、信号保持媒体は、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク(CD)、デジタルビデオディスク(DVD)、デジタルテープ、メモリなどであるがそれに限定されないコンピュータ可読媒体を包含し得る。いくつかの実施では、信号保持媒体は、メモリ、読み/書き(R/W)CD、R/W DVDなどであるがそれに限定されない記録可能媒体を包含し得る。いくつかの実施では、信号保持媒体は、デジタルおよび/またはアナログ通信媒体(例えば光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど)などであるがそれに限定されない通信媒体を包含し得る。したがって、例えば、プログラムプロダクトをRF信号保持媒体により輸送することができ、信号保持媒体は無線通信媒体(例えばIEEE 802.11規格に適合する無線通信媒体)により輸送される。

任意の信号および信号処理技術が本質的にデジタルもしくはアナログであってもよく、またはその組み合わせであってもよいと理解すべきである。

本発明のある種の態様をその好適な態様を参照して特に示しかつ説明したが、添付の請求項により包含される本発明の範囲を逸脱することなく形態および詳細の様々な変更を本発明において行うことができるということを、当業者は理解するであろう。

Claims (46)

1. 遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
   内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、
   支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
   該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、
   内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、
   前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤと
   を含む、埋め込み式神経プローブ。
2. プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
3. 細長い軸が、脳深部刺激リードの挿入に許容される手技を使用するヒト身体への挿入用に構成されている、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
4. 細長い軸の直径が1mm〜3mmである、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
5. 複数の微小電極要素の少なくとも1つが刺激電極であり、複数の微小電極要素の少なくとも1つが検出電極である、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
6. 複数の微小電極要素の少なくとも1つが刺激電極および検出電極の両方である、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
7. 各微小電極要素が導電性フィルム上に形成され、各微小電極要素が2つの絶縁基材の内部に包埋されている、請求項1記載の埋め込み式神経プローブ。
8. 微小電極が包埋された基材が円柱状アセンブリに成形可能である、請求項7記載の埋め込み式神経プローブ。
9. 突出軸が円柱状アセンブリの縦軸から放射状に屈曲するように成形されうる、請求項8記載の埋め込み式神経プローブ。
10. 突出軸の1つが円柱状アセンブリの縦軸に沿って延伸しかつ中心を有する、請求項8記載の埋め込み式神経プローブ。
11. 突出軸が支持部材により補剛されている、請求項9記載の埋め込み式神経プローブ。
12. 縦方向の突出軸が支持部材により補剛されている、請求項10記載の埋め込み式神経プローブ。
13. 遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
    該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
    該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と
    を含む埋め込み式神経プローブであって、
    前記複数の軸が、完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する、
    埋め込み式神経プローブ。
14. 細長い軸が、脳深部刺激リードの挿入に許容される手技を使用するヒト身体への挿入用に構成されている、請求項13記載の埋め込み式神経プローブ。
15. 細長い軸の直径が1mm〜3mmである、請求項13記載の埋め込み式神経プローブ。
16. 複数の微小電極要素の少なくとも1つが刺激電極であり、複数の微小電極要素の少なくとも1つが検出電極である、請求項13記載の埋め込み式神経プローブ。
17. 複数の微小電極要素の少なくとも1つが刺激電極および検出電極の両方である、請求項13記載の埋め込み式神経プローブ。
18. 各微小電極要素が導電性フィルム上に形成され、各微小電極要素が2つの絶縁基材の内部に包埋されている、請求項13記載の埋め込み式神経プローブ。
19. 微小電極が包埋された基材が円柱状アセンブリに成形可能である、請求項18記載の埋め込み式神経プローブ。
20. 突出軸が円柱状アセンブリの縦軸から放射状に屈曲するように成形されうる、請求項19記載の埋め込み式神経プローブ。
21. 突出軸の1つが円柱状アセンブリの縦軸に沿って延伸しかつ中心を有する、請求項19記載の埋め込み式神経プローブ。
22. 突出軸が支持部材により補剛されている、請求項19記載の埋め込み式神経プローブ。
23. 縦方向の突出軸が支持部材により補剛されている、請求項21記載の埋め込み式神経プローブ。
24. 神経標的部位の近傍内に
    遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
    内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、
    支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
    該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、
    内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、
    前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤと
    を含む神経プローブを埋め込む段階、
    外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、
    埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を延伸させる段階、
    突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的部位から電気生理学的信号を記録する段階、ならびに
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的を刺激する段階
    を含む、神経標的を発見するための方法。
25. 記録段階および刺激段階の後の、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階
    をさらに含む、請求項24記載の方法。
26. 突出軸の後退にプルワイヤを使用する、請求項24記載の方法。
27. 前記複数の軸の延伸にスタイレットを使用する、請求項24記載の方法。
28. 神経プローブが、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む、請求項24記載の方法。
29. 電気生理学的信号を記録する段階が、複数の微小電極要素の少なくとも1つにより検出される神経活動を記録する段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを記録された活動が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む、請求項24記載の方法。
30. 前記複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を刺激する段階、
    埋め込まれた患者において刺激部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および
    細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階
    を含む、請求項24記載の方法。
31. 前記複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を阻害する段階、
    埋め込まれた患者において阻害部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および
    細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階
    を含む、請求項24記載の方法。
32. 神経標的部位の近傍内に
    遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
    内部管腔の遠位部にのみ摺動式に配設される支持円柱と、
    支持円柱に結合しており、前記細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
    該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素と、
    内部管腔に取り外し可能に配設されており、埋め込み中に、支持円柱に接触することで前記複数の軸を選択的に延伸させるように構成されたスタイレットと、
    前記支持円柱および複数の軸を内部管腔内に選択的に後退させるように支持円柱に結合しているプルワイヤと
    を含む神経プローブを埋め込む段階、
    外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、
    埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を展開させる段階、
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間に振動電流を印加する段階、
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間の電圧を検出する段階
    を含む、神経標的を発見するための方法。
33. 検出段階の後の、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階
    をさらに含む、請求項32記載の方法。
34. 印加された振動電流および検出された電圧に基づいて、前記複数の軸の間の神経組織の立体の電気特性を画像化する段階を含む、請求項32記載の方法。
35. 神経プローブが、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む、請求項32記載の方法。
36. 神経標的部位の近傍内に
    遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
    該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
    該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素とを含む神経プローブであって、
    前記複数の軸が、完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する、
    神経プローブを埋め込む段階、
    外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、
    埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を延伸させる段階、
    突出軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的部位から電気生理学的信号を記録する段階、ならびに
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも1つを使用して神経標的を刺激する段階
    を含む、神経標的を発見するための方法。
37. 突出軸の後退にプルワイヤを使用する、請求項36記載の方法。
38. 前記複数の軸の延伸にスタイレットを使用する、請求項37記載の方法。
39. 神経プローブが、プルワイヤおよびスタイレットを含むプッシュプルロッドを含む、請求項38記載の方法。
40. 電気生理学的信号を記録する段階が、複数の微小電極要素の少なくとも1つにより検出される神経活動を記録する段階、および細長いプローブ軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを記録された活動が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階を含む、請求項36記載の方法。
41. 記録段階および刺激段階の後の、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階
    をさらに含む、請求項36記載の方法。
42. 前記複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を刺激する段階、
    埋め込まれた患者において刺激部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および
    細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階
    を含む、請求項36記載の方法。
43. 前記複数の軸の少なくとも1つの上の複数の微小電極要素の少なくとも1つに電気信号を印加することにより神経活動を阻害する段階、
    埋め込まれた患者において阻害部位に対する有効性の臨床評価を行う段階、および
    細長い軸の遠位端が神経標的部位に十分に位置づけられていることを患者の応答が示すまで、必要に応じて細長い軸の遠位端を再位置決めする段階
    を含む、請求項36記載の方法。
44. 神経標的部位の近傍内に
    遠位端および内部管腔を有する細長い軸と、
    該細長い軸の遠位端から選択的に延伸されるように配置された複数の軸と、
    該複数の軸のそれぞれの上に配設された複数の微小電極要素であって、絶縁層および該絶縁層上に配設された複数の導電性トレースを有する平面状基材を含む微小電極要素とを含む神経プローブであって、
    前記複数の軸が、完全に延伸された際に実質的に円柱状の立体を規定する、
    神経プローブを埋め込む段階、
    外科的埋め込み前に、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、
    埋め込み後に、神経標的部位の近傍に前記複数の軸を展開させる段階、
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間に振動電流を印加する段階、
    前記複数の軸の少なくとも1つの上の微小電極要素の少なくとも2つの間の電圧を検出する段階
    を含む、神経標的を発見するための方法。
45. 印加された振動電流および検出された電圧に基づいて、前記複数の軸の間の神経組織の立体の電気特性を画像化する段階を含む、請求項44記載の方法。
46. 検出段階の後の、前記複数の軸を内部管腔内に後退させる段階、および対象から神経プローブを取り外す段階
    をさらに含む、請求項34記載の方法。

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