一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法，生物电极为三级推进，依次包括定位级、推进级和导电级，定位级用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应，推进级用于携带导电级抵达皮质内目标植入位置，导电级由芯线和导电生物材料制成，导电生物材料内部为联通的多孔结构，在多孔导电生物材料上灌流神经诱导因子用于实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。基于由天然材料构成的生物型神经接口，可通过神经元突触的诱导，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡，为实现大脑指令终端和外界信息采集终端的完美过渡提供技术和模型基础。

An implantable biological brain electrode multi-stage propulsion system and its operation method

The invention discloses an implantable biological brain electrode multistage propulsion system and its operation method. The biological electrode is three stage propulsion, which includes the positioning stage, the propulsion stage and the conductive level in turn. The positioning stage is used to fix the position of the main body of the electrode and break through the dura and arachnoid. The tip reaches the arachnoid outer surface to avoid the damaged tissue through electricity. The propelling stage is used to carry an inflammatory response in the cortex. The propulsion level is used to carry the target implantation position in the cortex. The conductive level is made from the core line and the conductive biomaterial. The porous structure of the conductive biomaterial is connected by the conductive biomaterial, and the nerve inducer is used to induce the length of the neuron synapse on the porous conductive biomaterial. Input and signal acquisition. Based on the biological neural interface composed of natural materials, the natural coupling and functional transition from the biological active neural network to the information sensing equipment can be realized through the induction of the neuron synapse, which provides the technology and model basis for the perfect transition of the brain instruction terminal and the outside information acquisition terminal.

【技术实现步骤摘要】
一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法
本专利技术属于生物电极
，具体涉及一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法。
技术介绍
脑科学是当今科学研究重要发展方向之一，是世界各国间科学竞争的制高点之一。所有脑科学研究中最具有应用价值的也是最具挑战性的就是可植入的神经接口的研发。可植入式神经接口目前在医疗领域已经展示出巨大的应用前景，包括人工耳蜗、深部脑刺激治疗神经疾病等都取得了相当的进展。目前植入设备主要是由硅橡胶或金属等材料制成，尽管在信号传递和处理等方面展现了优势，但是无法实现对神经信号的长期的稳定的采集。由于在电极植入过程中会造成外伤，因此通常电极周围的组织会有急性炎症反应。在大约几天或几周后急性炎症消退之后，免疫系统做出反应，在外来物(例如植入的电极)周围形成包被组织层。该包被组织层阻止了电极和周围神经组织之间的直接接触，而是否直接接触对于电极记录脑电信号来说非常重要，因为来自神经元的信号非常微弱，在几周到几个月之后，包被层可能会导致电极和神经组织之间的接触不良，增加系统噪声，从而降低检测的神经信号质量。因此，由传统材料属性与神经组织不匹配、材料生物兼容性差、植入手段不合理等所引起的组织感染、信号质量差和信号丢失等问题使神经接口设备无法长期植入脑内并获得稳定的神经信号。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有植入式脑电极应用技术中的问题和不足，提出一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法，该系统基于由天然材料构成的生物型神经接口，可通过神经元突触的诱导，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡，为实现大脑指令终端和外界信息采集终端的完美过渡提供技术和模型基础。本专利技术采用以下技术方案：一种植入式生物型脑电极多级推进系统，生物电极为三级推进，依次包括定位级、推进级和导电级，定位级用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应，推进级用于携带导电级抵达皮质内目标植入位置，导电级由芯线和导电生物材料制成，导电生物材料内部为联通的多孔结构，在多孔导电生物材料上灌流神经诱导因子用于实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。具体的，导电级包括芯线，导电生物材料包裹在芯线上，在芯线和导电生物材料上套装有绝缘套管；推进级包括推进位移套管，定位级包括定位套管和推进定位套管，定位套管和推进位移套管分别套装在绝缘套管上，推进定位套管设置在定位套管和推进位移套管之间，与定位套管螺纹连接，芯线、绝缘套管和定位套管同轴设置，用于实现轴向相对滑动完成多级推进，芯线的一端由绝缘套管后端引出，与电信号检测装置连接用于检测。进一步的，芯线前端为带凹凸台阶状的圆柱型结构，被导电生物材料包裹，芯线的后端是表面光滑的圆柱体结构。进一步的，芯线包括一根或多根，采用并排或缠绕方式设置，芯线的直径为25～150微米，台阶高度为芯线直径的0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米。进一步的，导电生物材料和绝缘套管均为与芯线同轴的管状结构，导电生物材料的内径与芯线外径相同，壁厚10～50微米，绝缘套管的内径与导电生物材料外径相同，壁厚10～30微米，导电生物材料和绝缘套管的尖端均为楔形斜口结构。进一步的，导电生物材料包括生物兼容性聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA和导电聚合物，导电生物材料的孔隙率70％～95％，孔隙直径为20～150微米。进一步的，在绝缘套管和芯线之间设置有诱导因子，诱导因子为脑源性神经营养因子BDNF、睫状神经营养因子CNTF、神经生长因子NGF或转化生长因子TGF。进一步的，定位套管包括同轴设置的定位圆盘和定位导管，定位圆盘沿圆周设置有若干用于颅骨定位的法兰孔，定位导管与绝缘套管同轴，内径与绝缘套管外径相同，壁厚50～100微米。进一步的，推进定位套管与定位套管的螺距为50～200微米。一种植入式生物型脑电极多级推进系统的操作方法，包括以下步骤：S1、用骨钻将动物颅骨钻孔，并移除硬脑膜；S2、通过定位级的定位圆盘将生物电极固定在动物颅骨，将定位级的定位导管伸入脑内，前端与蛛网膜接触；S3、采用铂、铱、金、银、铜、碳纤维的一种或多种制成导电级的芯线，采用玻璃、硅胶或特氟龙制成绝缘套管，将芯线与导电生物材料尖端与绝缘套管尖端对齐，通过绝缘套管推进一同进入脑皮层，绝缘套管推进的距离通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合确定；S4、当绝缘套管尖端到达检测脑区时，将绝缘套管退回，露出芯线与导电生物材料的尖端，用其检测脑电信号；S5、绝缘套管和芯线之间充斥的诱导因子可持续通过导电生物材料孔隙作用于电极周围组织，实现对神经突触生长的持续诱导；S6、重复步骤S3、S4改变电极尖端位置，检测不同深度脑区电信号。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术植入式多级推进生物电极系统为三级，第一级为定位级，用于固定电极主体的位置并突破硬脑膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应；第二级为推进级，此段外表面光滑，尽量减少电极的植入对皮质组织的损伤，并可携带导电级抵达皮质内目标植入位置；第三级为导电级，此段由导电芯线和多孔导电生物材料制成，并灌流有神经诱导因子，可实现诱导神经元突触的长入和神经电信号长期采集，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡。进一步的，推进级套装在绝缘套管上，导电生物材料包裹在芯线上，套装在绝缘套管内，通过推进结构实现不同深度脑区检测的精确定位，在不取出电极的情况下，通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合可改变电极尖端的位置，避免移动电极在脑皮层中的位置造成二次损伤，绝缘套管套在芯线与导电生物材料外面一起进入脑皮层，绝缘套管外表面光滑，避免电极植入过程中会造成外伤，造成电极周围的组织产生急性炎症反应。进一步的，芯线包括一根或多根，采用并排或缠绕方式设置，芯线直径为25～150微米，台阶高度为芯线直径0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米，能够控制电极整体尺寸，避免电极植入部分尺寸过大，对脑神经组织造成过大的损伤。进一步的，导电生物材料壁厚10～50微米，绝缘套管壁厚10～30微米，保证整个生物电极直径足够细，通过控制电极整体尺寸，避免电极植入部分尺寸过大，对脑神经组织造成过大的损伤。进一步的，导电生物材料采用导电的多孔生物材料，在传导脑电信号的同时，可诱导神经突触长入，避免神经组织排异反应，实现对神经信号的长期的稳定的采集。进一步的，诱导因子可以为脑源性神经营养因子BDNF、睫状神经营养因子CNTF、神经生长因子NGF或转化生长因子TGF，该诱导机制的使用目的是在电极使用过程中通过缓释作用能够持续为电极周围神经组织提供营养和有利于神经贴附电极表面的生理环境，保持电极周围神经元的正常功能化，进而获得持续稳定的电生理信号。进一步的，定位套管包括同轴设置的定位圆盘和定位导管，定位圆盘用于固定装置位置，同轴可以通过定位圆盘位置确定轴心位置，进而确定电极植入部分位置。进一步的，推进定位套管与定位套管的螺距为50～200微米，通过旋转推进定位套管的角度来确定绝缘套管的推进距离，使电极尖端精确抵达预定位置。本专利技术还公开了一种植入式生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，生物电极为三级推进，依次包括定位级、推进级和导电级，定位级用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应，推进级用于携带导电级抵达皮质内目标植入位置，导电级由芯线(1)和导电生物材料(2)制成，导电生物材料(2)内部为联通的多孔结构，在多孔导电生物材料(2)上灌流神经诱导因子(3)用于实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。

【技术特征摘要】
1.一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，生物电极为三级推进，依次包括定位级、推进级和导电级，定位级用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应，推进级用于携带导电级抵达皮质内目标植入位置，导电级由芯线(1)和导电生物材料(2)制成，导电生物材料(2)内部为联通的多孔结构，在多孔导电生物材料(2)上灌流神经诱导因子(3)用于实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。2.根据权利要求1所述的一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，导电级包括芯线(1)，导电生物材料(2)包裹在芯线(1)上，在芯线(1)和导电生物材料(2)上套装有绝缘套管(4)；推进级包括推进位移套管(7)，定位级包括定位套管(5)和推进定位套管(6)，定位套管(5)和推进位移套管(7)分别套装在绝缘套管(4)上，推进定位套管(6)设置在定位套管(5)和推进位移套管(7)之间，与定位套管(5)螺纹连接，芯线(1)、绝缘套管(4)和定位套管(5)同轴设置，用于实现轴向相对滑动完成多级推进，芯线(1)的一端由绝缘套管(4)后端引出，与电信号检测装置连接用于检测。3.根据权利要求2所述的一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，芯线(1)前端为带凹凸台阶状的圆柱型结构，被导电生物材料(2)包裹，芯线(1)的后端是表面光滑的圆柱体结构。4.根据权利要求3所述的一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，芯线(1)包括一根或多根，采用并排或缠绕方式设置，芯线(1)的直径为25～150微米，台阶高度为芯线(1)直径的0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米。5.根据权利要求2所述的一种植入式生物型脑电极多级推进系统，其特征在于，导电生物材料(2)和绝缘套管(4)均为与芯线(1)同轴的管状结构，导电生物材料(2)的内径与芯线(1)外径相同，壁厚10～50微米，绝缘套管(4)的内径与导电生物材料(2)外径相同，壁厚10～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，郝志岩，李涤尘，朱思尧，宋鹏慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61