一种脊髓术中监护装置制造方法及图纸

一种脊髓术中监护装置，通过柔性电极阵列测量脊髓表面电位，如果检测到损伤电位则说明发生了损伤，然后利用外加电场抵消损伤电位，以保持脊髓微环境相对稳定。所述装置包括柔性阵列电极(1a、1b)、刺激电极(2a、2b、2c)、脊髓表面电位采集电路(3)、损伤电位补偿电路(4)、控制系统(5)、损伤定位系统(6)和显示设备(7)。柔性阵列电极(1a、1b)可检测到损伤电位，通过脊髓表面电位采集电路(3)传入控制系统(5)，并由显示设备(7)报警，同时损伤定位系统(6)计算准确的损伤位置，提示装置操作人员将刺激电极(2c)放在损伤处进行损伤电位补偿，并进行药物处理，改善术中损伤的预后。

【技术实现步骤摘要】
一种脊髓术中监护装置
本专利技术涉及一种用于脊柱脊髓手术中脊髓功能监护的装置，特别涉及一种基于柔性阵列电极的损伤电位检测和闭环损伤电位补偿的装置。
技术介绍
脊髓损伤是人类神经系统经历的最为灾难性的损伤之一，可以造成永久性的神经缺陷。急性脊髓损伤后早期防止继发性损伤的发生、发展是脊髓损伤治疗最有效的手段，也是研究人员和临床医师的共识。脊柱矫形、脊髓肿瘤、脊髓结核以及脊髓刺激器植入术等脊柱脊髓外科手术是脊髓损伤的一个危险因素。以用于镇痛的脊髓刺激器植入术为例，如手术不当可能引起一系列的并发症，甚至是下肢麻痹或轻瘫。虽然大多数文献回避了脊髓刺激器植入术的并发症，报道结果不足以反应脊髓刺激器植入术后的神经系统并发症，但是生产商的数据库显示神经系统并发症的发生率达到0.54％。尽管脊柱脊髓手术所带来的脊髓损伤发生率很低，但其所造成的结果是破坏性和永久性的，包括下肢瘫痪、四肢瘫痪，甚至死亡。为了尽早发现脊柱脊髓手术中意外的脊髓损伤并进行早期处理，可以使用术中监护的方法。术中监护可以对特定脊髓节段进行连续的电生理功能评估，使术者能够迅速发现损伤并进行处理，避免损伤的扩展。带有脊髓损伤早期治疗功能的术中监护是今后的重要发展方向。现有术中监护装置主要基于诱发电位检测与分析的原理。上世纪70年代出现的脊髓诱发电位最早应用于术中监护。该方法使用硬膜外电极刺激脊髓背侧柱，在脊髓表面记录感觉和运动神经纤维的混合神经电信号，但是运动纤维信号淹没在波幅更大的感觉纤维信号之中，其实际应用较少。如果刺激外周神经或肌肉，记录硬脊膜上或头皮上的诱发电位可以得到体感诱发电位，通过体感诱发电位的幅值和潜伏期可评价感觉通路的完整性，体感诱发电位是脊柱脊髓手术中最常用的脊髓背侧柱监护方法。相对于基线，波幅减小50％的同时潜伏期增加10％是脊髓损伤的预警信号，使用体感诱发电位进行术中监护中只有0.063％的失误率，可将术后截瘫的发生率降低50～60％。对于运动通路，可采用经颅电刺激或磁刺激的方法使大脑皮层运动区兴奋，检测脊髓表面或肌肉上的运动诱发电位。如果运动诱发电位波幅相对于基线降低50％以上，则很有可能是发生了严重损伤并造成永久性截瘫，反之则表明脊髓功能良好。为了同时对运动和感觉通路进行监护，临床多采用运动诱发电位与体感诱发电位相结合的方法，这比单一的监护方法具有更高的分辨率和更好的预测价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种用于基于损伤电位检测，且具有损伤电位补偿功能的脊髓术中监护装置。损伤电位是指脊髓损伤后在损伤处与正常处之间存在的直流电位差，是由于损伤后脊髓微环境改变，正常的细胞膜和静息电位被破坏，损伤处Na+、Ca2+等大量阳离子流入胞内，阴离子流出而形成的。其结果是造成细胞内Ca2+过剩，进而引发一系列生物学过程，导致脊髓的继发性损伤。因此在损伤后保持生物体内的微环境稳定，有效防止Ca2+等阳离子内流是减轻损伤程度和改善预后的有效手段。阻止阳离子内流可以通过外加电场刺激，改变离子流动的方向的方法来实现。此外，损伤电位与损伤程度密切相关，损伤越严重，损伤电位初始值越大，损伤电位随着时间的增加不断减小，成对数关系下降。这就需要在损伤后立即对损伤电位进行补偿，而且电刺激的强度也需要根据损伤电位的大小进行实时的调整。本专利技术提出了一种新的脊髓术中监护装置，利用损伤电位的出现与否判断损伤是否产生。本专利技术通过柔性阵列电极实时检测脊髓表面电位分布，准确推算出损伤位置，进而确定损伤电位补偿的电极位置，并进行以实时损伤电位为反馈量的损伤电位补偿，可以最大程度的保持损伤处正常电生理环境，为药物处理等早期损伤修复措施争取时间。本专利技术脊髓术中监护装置包括两个柔性阵列电极、三个刺激电极、脊髓表面电位采集电路、损伤电位补偿电路、控制系统、损伤定位系统和显示设备。第一、第二柔性阵列电极分别布置在暴露的脊髓的头侧和尾侧。第一刺激电极为第一柔性阵列电极的一部分，第二刺激电极为第二柔性阵列电极的一部分，第一刺激电极和第二刺激电极位于远离暴露的脊髓的一侧，与整个装置的“地”连接，如果发生术中损伤，第三刺激电极将被贴在损伤处表面。脊髓表面电位采集电路有两个输入端和两个输出端，脊髓表面电位采集电路的第一输入端、第二输入端分别和第一柔性阵列电极的输出端、第二柔性阵列电极的输出端连接，脊髓表面电位采集电路的第一输出端与控制系统的第一输入端连接，第二输出端与损伤定位系统的输入端连接。控制系统有三个输入端和两个输出端，第一输入端与脊髓表面电位采集电路的第一输出端连接，第二输入端与损伤定位系统的输出端连接，第三输入端与显示设备的输出端连接，第一输出端与损伤电位补偿电路的输入端连接，第二输出端与显示设备的输入端连接。损伤电位补偿电路的输入端与控制系统的第一输出端连接，输出端与第三刺激电极连接。本专利技术脊柱脊髓术中监护装置中，每个柔性阵列电极通道数不超过33，其中远离暴露的脊髓一侧最后一排的通道为“地电极”。脊髓表面电位采集电路采集柔性阵列电极记录到的脊髓表面电位，并进行放大、滤波等处理，然后送入控制系统和损伤定位系统。如果脊髓手术过程中出现损伤，控制系统将向显示设备发送命令，在屏幕上显示出现损伤或设备发出蜂鸣等警报信号。同时损伤定位系统可通过逆问题求解算法从脊髓表面电位分布推导出脊髓损伤的准确位置，将损伤位置信息发送到控制系统，然后显示在显示设备上，提示装置操作人员将第三刺激电极放置在该位置上，并在该位置进行紧急处理。然后控制系统将通过其内部的数字-模拟转换器给定损伤电位补偿电路的输出电压，即在第三刺激电极上施加一个直流电压，对脊髓损伤后的损伤电位进行补偿，也就是用直流外加电场抵消损伤电位。控制系统还将根据外加电场后脊髓表面电位分布情况调整刺激电压大小，使脊髓表面电位尽可能接近正常生理状况，即形成闭环损伤电位补偿系统，提高损伤电位补偿的准确度，起到更好抑制继发性损伤的效果。第一柔性阵列电极、第二柔性阵列电极分别位于暴露的脊髓头侧和尾侧，两个柔性阵列电极靠近暴露的脊髓。每个阵列电极通道数不超过33，其中沿脊髓轴向，远离暴露的脊髓的方向最后一排的电极通道与装置的“地”连接，同时也分别第一、第二刺激电极，柔性阵列电极的其余电极通道用作记录。该柔性电极基底材料为生物相容性良好的聚对二甲苯或聚酰亚胺，导电材料为银、氯化银、铂或铂铱合金。电极触点和焊点面积可小于1平方毫米，连接焊点和触点的连接线宽在几十微米的量级。所述的第三刺激电极是圆形的单通道薄膜电极，为正极性，贴在损伤处表面，第三刺激电极的触点面积在几个平方毫米的量级，具体尺寸需根据损伤处面积大小而定。根据显示设备上显示的脊髓损伤位置，在暴露的脊髓上寻找对应的损伤位置，将第三刺激电极贴在损伤位置表面。第三刺激电极、脊髓、“地电极”和损伤电位补偿电路形成回路，在脊髓损伤处与正常处之间形成直流电场，电场方向由第三刺激电极指向“地电极”。所述的脊髓表面电位采集电路通道数为两个柔性阵列电极通道数之和，脊髓表面电位采集电路每个通道前端为一个直流电压放大器，可将表面电位放大，再进行滤波处理，然后将所有通道的表面电位信号送至控制系统和损伤定位系统。所述的损伤定位系统预先存储了患者脊髓磁共振图像或CT图像，并将脊髓分为了脊髓白质、脊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脊髓术中监护装置，其特征是：所述的装置包括两个柔性阵列电极(1a、1b)、三个刺激电极(2a、2b、2c)、脊髓表面电位采集电路(3)、损伤电位补偿电路(4)、控制系统(5)、损伤定位系统(6)和显示设备(7)；两个柔性阵列电极(1a、1b)分别位于暴露的脊髓(9)的头侧和尾侧，第一刺激电极(2a)为第一柔性阵列电极(1a)、的一部分，第二刺激电极(2b)为第二柔性阵列电极(1b)的一部分，第一刺激电极(2a)和第二刺激电极(2b)位于远离暴露的脊髓(9)的一侧，与整个装置的“地”连接；脊髓表面电位采集电路(3)有两个输入端和两个输出端，脊髓表面电位采集电路(3)的第一输入端与所述第一柔性阵列电极(1a)连接，第二输入端与所述第二柔性阵列电极(1b)连接；脊髓表面电位采集电路(3)的第一输出端与控制系统(5)的第一输入端连接，脊髓表面电位采集电路(3)的第二输出端和损伤定位系统(6)的输入端连接；控制系统(5)有三个输入端和两个输出端，第一输入端与脊髓表面电位采集电路(3)的第一输出端连接，第二输入端与脊髓表面电位采集电路(3)的损伤定位系统(6)的输出端连接，第三输入端与显示设备(7)的输出端连接，控制系统(5)的第一输出端与损伤电位补偿电路(4)连接，控制系统(5)的第二输出端和显示设备(7)的输入端连接；损伤电位补偿电路(4)的输入端与控制系统(5)的第一输出端连接，损伤电位补偿电路(4)的输出端与第三刺激电极(2c)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种脊髓术中监护装置，其特征是：所述的装置包括两个柔性阵列电极(1a、1b)、三个刺激电极(2a、2b、2c)、脊髓表面电位采集电路(3)、损伤电位补偿电路(4)、控制系统(5)、损伤定位系统(6)和显示设备(7)；两个柔性阵列电极(1a、1b)分别位于暴露的脊髓(9)的头侧和尾侧，第一刺激电极(2a)为第一柔性阵列电极(1a)的一部分，第二刺激电极(2b)为第二柔性阵列电极(1b)的一部分，第一刺激电极(2a)和第二刺激电极(2b)位于远离暴露的脊髓(9)的一侧，与整个装置的“地”连接；脊髓表面电位采集电路(3)有两个输入端和两个输出端，脊髓表面电位采集电路(3)的第一输入端与所述第一柔性阵列电极(1a)连接，第二输入端与所述第二柔性阵列电极(1b)连接；脊髓表面电位采集电路(3)的第一输出端与控制系统(5)的第一输入端连接，脊髓表面电位采集电路(3)的第二输出端和损伤定位系统(6)的输入端连接；控制系统(5)有三个输入端和两个输出端，第一输入端与脊髓表面电位采集电路(3)的第一输出端连接，第二输入端与脊髓表面电位采集电路(3)的损伤定位系统(6)的输出端连接，第三输入端与显示设备(7)的输出端连接，控制系统(5)的第一输出端与损伤电位补偿电路(4)连接，控制系统(5)的第二输出端和显示设备(7)的输入端连接；损伤电位补偿电路(4)的输入端与控制系统(5)的第一输出端连接，损伤电位补偿电路(4)的输出端与第三刺激电极(2c)连接。2.按照权利要求1所述的脊髓术中监护装置，其特征是：所述的第一柔性阵列电极(1a)布置在暴露的脊髓(9)的头侧，第二柔性阵列电极(1b)布置在脊髓(9)的尾侧，均靠近暴露的脊髓(9)，不影响手术野；每个阵列电极通道数不超过33，其中沿脊髓轴向最后一排，远离暴露的脊髓(9)方向的电极为“地电极”与用于脊髓损伤后损伤电位补偿的装置的“地”连接，其余通道用作记录；该柔性阵列电极的基底材料为聚对二甲苯或聚酰亚胺，导电材料为银、氯化银、铂或铂铱合金，电极触点和焊点面积小于1平方毫米，连接焊点和触点的连接线的宽为几十微米的量级。3.按照权利要求1所述的脊髓术中监护装置，其特征是：所述的刺激电极(2c)是圆形的单通道薄膜电极，为正极性，贴在损伤处表面，触点面积在几个平方毫米的量级，具体根据损伤处面积大小而定；刺激电极与其两侧的柔性阵列电极中的“地电极”形成回路，从而在损伤处与正常处之间形成直流电场，电场方向由刺激电极指向“地电极”。4.按照权利要求1所述的脊髓术中监护装置，其特征是：所述的脊髓表面电位采集电路(3)分别与两个柔性阵列电极阵列(1a、1b)连接，通道数为两个柔性阵列电极(1a、1b)的通道数之和；脊髓表面电位采集电路(3)的每个通道前端为一个直流电压放大器，将表面电位放大并进行滤波处理，然后将所有通道的表面电位信号送至控制系统(5)和损伤定位系统(6)。5.按照权利要求1所述的脊髓术中监护装置，其特征是：所述的损伤定位系统预先存储有患者脊髓磁共振图像或X线计算机断层扫描图像，并将脊髓分为脊髓白质、脊髓灰质、脑脊液、硬脊膜这几个不同电导率的区域，通过记录到的表面电位分布，损伤定位系统利用电磁场逆问题求解的算法计算出损伤位置，包括脊髓轴向位置和脊髓横截面上的位置，并将此位置坐标传送至控制系统(5)。6.按照权利要求1所述的脊髓术中监护装置，其特征是：所述的损伤电位补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广浩，霍小林，王霭华，张丞，吴昌哲，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11