[發明專利]一種神經電極體內微動損傷模擬系統

在審

• 申請號: 201910208097.8
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109990964A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 張文光;周旭暉;李偉;謝頡
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01D21/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種神經電極體內微動損傷模擬系統，涉及醫療器械測試領域，包括微動模擬部分和體內環境模擬部分；微動模擬部分包括控制驅動模塊和執行模塊；控制驅動模塊包括波形發生器和壓電控制器，波形發生器和壓電控制器連接；執行模塊包括升降臺，L形轉換工裝，壓電陶瓷制動器，電極夾具和神經電極；升降臺頂板設置在執行模塊頂板上，L形轉換工裝的一端與升降臺底板連接；壓電陶瓷制動器是圓柱形，設置在L形轉換工裝的另一端；電極夾具設置在壓電陶瓷制動器的一端，神經電極的一端設置在電極夾具上。該發明可精確模擬神經電極的體內植入環境，將電極在體內的微動損傷納入評估范疇，與生物實驗相比，實驗周期短且成本低。

技術領域

本發明涉及醫療器械測試領域，尤其涉及一種神經電極體內微動損傷模擬系統。

背景技術

神經科學以及神經工程需要對腦部神經元的電活動情況進行定量研究，以了解大腦產生、傳輸和處理信息的機制。植入式神經電極作為一種傳感器件，可以記錄神經系統的電活動情況。通過神經電極，還可以對大腦特定區域或者外周神經施加電刺激，抑制不正常的神經信號，用來治療帕金森病或其他慢性疼痛等疾病，也可以通過功能性電刺激來恢復癱瘓肢體的運動。由于神經電極植入病患體內，其使用壽命為至關重要的參數。如果電極壽命過短，需要多次執行外科手術重新植入新的電極，這樣會極大加重治療的難度和成本，也會增大病患的痛苦。數十年來，科研人員一直在謀求設計性能更為優良、使用壽命更長的神經電極，然而這項工作也遇到了非常大的挑戰，因為定量評估神經電極壽命的前提是構建一個與實際植入環境高度一致的評估環境,而實現這種測試環境是非常困難的。目前國內外評估神經電極壽命的方法分為體內實驗與體外實驗兩種。

體內實驗是將待評估電極植入實驗動物的體內，記錄電極的使用壽命，如Barrese等人就采用了此種方法進行評估。這種方法的最大問題是成本高、實驗周期長，加之實驗動物之間存在差異與其他偶然因素，因此這種方法并未得到廣泛運用。體外實驗將電極浸泡在模擬生物組織溶液中，通過加熱、施加超聲波振動的方法產生一個較為惡劣的實驗環境，從而評估神經電極的耐用性，如Takmakov等人便采用了此種方法進行評估。較之于體內實驗，體外實驗的測試條件更容易實現，但是其施加的評估環境與真實的生物組織內的環境相距甚遠。近年來多篇文獻均指出電極在體內植入后的實際壽命與評估實驗所得出的預期壽命并不相符，因為該種評估方法未將神經電極在體內的微動損傷納入評估范疇。AaronGilletti等人指出，由于脈搏跳動和呼吸作用，大腦組織會產生幅值數微米的周期性微動。根據馬亞坤等人的結論：微動的幅值約10微米，頻率約4赫茲。組織微動會使神經電極與大腦皮層組織之間不斷產生微米級的相對運動，根據目前的臨床研究經驗，這種相對運動是導致神經電極表面發生疲勞損傷、功能退化的重要原因之一。這一因素在神經電極的老化過程中占主導地位，不能忽略。但是現有的神經電極壽命評估系統均無能夠模擬組織微動的設備，這也是造成當前評估方法不甚準確的最大原因。

本發明要解決的技術問題是如何精確模擬神經電極在體內微米級運動的系統，解決實驗成本高、費時費力以及耐用性差的問題。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種神經電極體內微動損傷模擬系統，可精確模擬神經電極的體內植入環境，將電極在體內的微動損傷納入評估范疇，與生物實驗相比，實驗周期短且成本低。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何精確模擬神經電極在體內微米級運動的系統，解決實驗成本高、費時費力以及耐用性差的問題。