用于探測(cè)腦中的異常神經(jīng)電活動(dòng)的裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年1月26日、名稱為"用于探測(cè)異常神經(jīng)電活動(dòng)的方法和 裝置"的第201080008430. 8號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本文描述的實(shí)施方案涉及用于探測(cè)和治療表現(xiàn)為異常神經(jīng)電活動(dòng)（aberrant neural-electric activity)的神經(jīng)學(xué)事件或狀況的裝置、系統(tǒng)和方法。更具體地，本文描 述的實(shí)施方案涉及用于探測(cè)和治療癲癇（印ilepsy)的電極裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 存在很多種表現(xiàn)為腦中的異常神經(jīng)電活動(dòng)的神經(jīng)學(xué)事件和狀況，包括癲癇、偏頭 痛，以及甚至是某些形式的抑郁癥。癲癇是一種表現(xiàn)為導(dǎo)致短暫的意識(shí)障礙或意識(shí)喪失、 異常的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)現(xiàn)象、精神或感官上的擾亂、或自律神經(jīng)系統(tǒng)的紊亂的，周期性發(fā)生的無誘 因突然發(fā)作的疾病。它是由腦中的神經(jīng)元的異常放電（firing)--一種已知的致癲癇狀 況--引起的。這些異常的放電或釋放電（electrical discharge)可能始于少量的神經(jīng) 元集群（neuronal population)(它們被稱為致癇灶，該狀況被限定為病灶性癲癇）或始于 腦中的更大片的區(qū)域（該狀況被定義為一般性癲癇）。通常，在出現(xiàn)完全發(fā)作之前，可能會(huì) 存在一個(gè)異常的神經(jīng)元放電時(shí)段。該時(shí)段被稱為發(fā)作前狀態(tài)，它可能包括一個(gè)或多個(gè)異常 的放電事件，也即發(fā)作前事件。
[0004] 無論是什么原因，該疾病對(duì)人力和財(cái)力的影響都是很大的。目前，在美國，癲癇患 病人數(shù)約為3百萬，而全世界約為5000萬，其中僅美國每年就診斷出200, 000個(gè)新病例。美 國人口的10%在其一生中將遭受一次癲癇發(fā)作。由于癲癇突然發(fā)作的破壞性，該疾病將妨 礙病人進(jìn)行很多常規(guī)的活動(dòng)，其中包括駕車或操作機(jī)器。很多州對(duì)那些診斷為患有癲癇的 人實(shí)施了駕駛限制。對(duì)于這些病人中的一部分人，該疾病是如此的嚴(yán)重以至于他們基本是 殘疾的。該疾病所導(dǎo)致的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)為每年125億美元。
[0005] 盡管存在很多可獲得的藥物療法，但是這些療法具有很多副作用，其中包括細(xì)胞 增生、口齒不清以及記憶力減退。這些療法還要求對(duì)治療劑量進(jìn)行精確控制，以避免因劑量 太低而出現(xiàn)癲癇發(fā)作或因劑量太高而導(dǎo)致出現(xiàn)副作用。還估計(jì)至少20-30%的癲癇病人不 能通過目前能獲得的藥物療法得到有效的治療。在帶有部分性癲癇發(fā)作的醫(yī)藥難治性癲癇 的病人群體中，已知反癲性發(fā)作的藥物不能很好地對(duì)該癲性發(fā)作起作用。對(duì)于這些和其他 病人而言，唯一的選擇是激進(jìn)的腦外科手術(shù)，而該腦外科手術(shù)帶有非常大的致殘率死亡率 問題并且在很多病例中還作為禁忌。盡管在使用腦的電刺激、尤其是深腦的電刺激作為治 療這些疾病的方式上做了很多嘗試，但這些方法限于使用連續(xù)的刺激，也沒有使用探測(cè)裝 置來根據(jù)病人腦活動(dòng)的變化來對(duì)刺激進(jìn)行調(diào)節(jié)或改變。而且，連續(xù)的深腦刺激還具有很多 缺陷。為了達(dá)到效果，所述治療可能要求刺激經(jīng)常是癲癇性發(fā)作的起源或病灶的新皮層。然 而，在該區(qū)域的連續(xù)的或者頻繁的刺激可能導(dǎo)致各種神經(jīng)學(xué)上的癥狀，其中包括口齒不清、 感官上的障礙、被動(dòng)的情緒記憶力減退和抑郁癥。而且，病灶可能源于腦中的很多區(qū)域，而 不只是新皮層，例如，其中包括大腦皮層、初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層、運(yùn)動(dòng)前皮層海馬狀突起等。因此， 僅僅刺激新皮層可能不是很有效。
[0006] 盡管已經(jīng)用過多種方法借助于腦電圖測(cè)量（EEG)來定位致癇灶，但是這些方法非 常依賴于同樣具有很多缺陷的表面電極。這些缺陷包括，當(dāng)存在兩個(gè)或更多個(gè)可能互相抵 償（由于信號(hào)的偶極性質(zhì)）的病灶或封閉的場(chǎng)病灶（closed field foci)(由于病灶位于 一片非平行的組織中）時(shí)，若形成癲癇的病灶位于深腦組織中，則信號(hào)非常弱。關(guān)于表面電 極的其他缺陷還包括，位于病灶上面的各種組織層（如，腦膜、骨頭、皮膚等）傾向于在更大 的頭皮層上傳播信號(hào)，使得定位變得困難，以及，由病灶產(chǎn)生的偶極可能取向?yàn)槠叫杏诨騼A 斜于電極這一事實(shí)導(dǎo)致信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)以及信號(hào)的錯(cuò)誤定位。對(duì)于植入的電極而言，也會(huì) 出現(xiàn)很多同樣的問題一一包括定位的困難和相位反轉(zhuǎn)。這些問題會(huì)導(dǎo)致更難以探測(cè)引發(fā)發(fā) 作的發(fā)作前事件，因?yàn)樵诎l(fā)作前事件期間的異常的神經(jīng)電活動(dòng)的大小和持續(xù)時(shí)間相對(duì)于真 正的發(fā)作而言可能是較小的。
[0007] 因此，需要一些用于探測(cè)發(fā)作或發(fā)作前事件/狀態(tài)的設(shè)備和方法，以便給予精確 的治療（如藥物或刺激），以防止發(fā)作和/或最小化發(fā)作的影響。而且，由于癲癇性發(fā)作的 病灶可能源于腦的很多個(gè)區(qū)域中，因此需要一些能夠探測(cè)癲癇性事件發(fā)作的設(shè)備和方法， 而無論該病灶位于何處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本文描述的實(shí)施方案提供了一種利用被植入的電極來探測(cè)表征為異常神經(jīng)電活 動(dòng)的癲癇和其他狀況的系統(tǒng)裝置和方法。很多實(shí)施方案提供了一種利用被植入設(shè)備來探測(cè) 癲癇的裝置和方法，該被植入設(shè)備具有彼此垂直取向的電極構(gòu)件，該電極構(gòu)件被配置為能 夠探測(cè)和定位腦中的異常神經(jīng)電活動(dòng)的方向。具體的實(shí)施方案可以探測(cè)由異常神經(jīng)電活動(dòng) 的病灶或其他起因所產(chǎn)生的電場(chǎng)矢量，以及利用這信息來探測(cè)癲癇性發(fā)作的開始或探測(cè)預(yù) 示著癲癇性發(fā)作的開始的事件。
[0009] -個(gè)實(shí)施方案提供了用于探測(cè)腦中的諸如由癲癇之類所引起的異常神經(jīng)電活動(dòng) 的裝置，該裝置包括：一個(gè)引入器，該引入器具有一個(gè)近端和一個(gè)遠(yuǎn)端、多個(gè)腔以及聯(lián)接至 每個(gè)腔的端口。所述引入器被配置為通過顱骨內(nèi)的一個(gè)鉆孔或其他開口引入腦組織中。在 很多實(shí)施方案中，所述引入器自身可以通過一個(gè)插入顱骨的開口內(nèi)的鉆孔塞子（burr hole plug)或類似設(shè)備被引入。通常，所述塞子還包括一個(gè)將所述引入器鎖定或固定至塞子，從 而使所述引入器一旦被插入則不再移動(dòng)的鎖定設(shè)備，如夾鉗。所述鎖定設(shè)備和夾鉗可以包 含用來探測(cè)所述引入器的移動(dòng)或探測(cè)所述引入器的未鎖定狀態(tài)的傳感器。所述端口通常被 放置在引入器的遠(yuǎn)處部分，而近端被配置為被聯(lián)結(jié)至電連接器。所述連接器可以被聯(lián)結(jié)至 具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路和用于分析電極構(gòu)件所接收的信號(hào)的算法的電路系統(tǒng)和處 理器。一個(gè)參考電極被放置在所述引入器的遠(yuǎn)處部分。三個(gè)或更多個(gè)電極構(gòu)件可以被送入 至多個(gè)腔內(nèi)，每個(gè)電極構(gòu)件都具有一個(gè)絕緣外套，該絕緣外套沿著電極構(gòu)件的一段長度延 伸并使所述電極構(gòu)件的一個(gè)遠(yuǎn)處部分暴露。還考慮了具有四個(gè)、六個(gè)或九個(gè)電極的實(shí)施方 案。每個(gè)電極構(gòu)件在被包含在引入器內(nèi)時(shí)具有一個(gè)非展開（non deployed)狀態(tài)，以及在被 送出引入器時(shí)具有一個(gè)展開狀態(tài)。當(dāng)電極構(gòu)件處于展開狀態(tài)時(shí)，它們被配置為基本彼此垂 直，盡管其他布置也同樣是可預(yù)期的。這種彼此垂直的關(guān)系可以通過本身可以基本彼此垂 直的所述端口的空間布置來實(shí)現(xiàn)。
[0010] 通常，對(duì)所述電極的遠(yuǎn)處部分進(jìn)行操作，使其在展開狀態(tài)時(shí)具有彎曲形狀。所述彎 曲可以包括30度、45度和60度的角度，并且可以通過使用一種或多種的形狀記憶金屬實(shí)現(xiàn) 所述彎曲。理想的是，所述電極構(gòu)件具有一個(gè)被配置以使它們被送入腦組織中并維持它們 的彎曲形狀以及具有以下所限定的探測(cè)體積的大小和形狀的剛度。該電極構(gòu)件的剛度連同 它們的彎曲形狀還可以被用來，在電極構(gòu)件被展開在腦組織中時(shí)，錨定或穩(wěn)定該電極構(gòu)件 的位置。此外，電極構(gòu)件的大小和形狀應(yīng)使得該電極構(gòu)件對(duì)它們被展開于其中的腦組織的 生理影響（例如包括不相關(guān)的身體反應(yīng)）以及對(duì)腦的正常的神經(jīng)電活動(dòng)的影響最小化。類 似地，電極構(gòu)件的導(dǎo)電表面區(qū)域被配置為對(duì)腦的神經(jīng)電活動(dòng)具有最小影響。在各實(shí)施方案 中，電極構(gòu)件的被送入組織的長度的范圍可以從約〇. Icm到3cm，對(duì)于優(yōu)選實(shí)施方案，則是 約 0· 5cm 到 I. 5cm。
[0011] 所述電極構(gòu)件的彎曲使得該電極構(gòu)件的暴露的遠(yuǎn)處部分限定一個(gè)能夠確定致癲 癇的或其他異常神經(jīng)電活動(dòng)的病灶的方向的探測(cè)體積。通常，探測(cè)體積具有四面體形狀，盡 管還可以考慮其他形狀。所述探測(cè)體積的形狀和大小可以匹配異常神經(jīng)電活動(dòng)的具體位置 和特征或事先被確定的其他疾病特征（例如局部開始的發(fā)作）。
[0012] 電極構(gòu)件的布置連同探測(cè)體積可以被配置為確定由異常神經(jīng)電活動(dòng)所產(chǎn)生的電 場(chǎng)矢量。通常，該布置關(guān)于從所述引入器伸出的三個(gè)電極是彼此垂直的，以便限定一個(gè)三維 笛卡爾坐標(biāo)系，而參考電極位于所述引入器的遠(yuǎn)端或其他位置，以使得該參考電極處于坐 標(biāo)軸的原點(diǎn)。通過知曉暴露的電極構(gòu)件的長度，可以確定所述三個(gè)軸的每一個(gè)中的電場(chǎng)矢 量的大?。ㄊ褂檬噶亢腿欠ㄓ?jì)算），由此使用該大小來進(jìn)而確定整個(gè)電場(chǎng)矢量（大小和方 向）。
[0013] 在各實(shí)施方案中，所述引入器可以包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器被配置為在電極 構(gòu)件被往遠(yuǎn)處送出端口時(shí)使電極構(gòu)件偏轉(zhuǎn)，從而使電極構(gòu)件具有彎曲形狀，由此使得暴露 的遠(yuǎn)處部分限定所述探測(cè)體積。在這樣的實(shí)施方案中，所述引入器僅需要一個(gè)使電極構(gòu)件 送入其中并穿過的腔，其中所述偏轉(zhuǎn)器被放置在所述腔的遠(yuǎn)處部分，使得該偏轉(zhuǎn)器在電極 構(gòu)件被送出腔時(shí)偏轉(zhuǎn)該電極構(gòu)件。
[0014] 本發(fā)明的各實(shí)施方案還提供了用于探測(cè)異常神經(jīng)電活動(dòng)（ANEA)(如在癲癇性發(fā) 作、偏頭痛或其他相關(guān)的神經(jīng)學(xué)事件或狀況之前或期間的異常神經(jīng)電活動(dòng)）的方法。更具 體地，多個(gè)實(shí)施方案提供了用于探測(cè)ANEA的病灶一一包括探測(cè)這種病灶相關(guān)的方向和位 置一一的方法，同時(shí)使用該信息來預(yù)測(cè)癲癇性發(fā)作、偏頭痛或其他神經(jīng)學(xué)事件的開始。在 本發(fā)明的示例性方法中，本文所描述的多個(gè)彼此垂直展開的電極被用于探測(cè)和計(jì)算由ANEA 的病灶所產(chǎn)生的電場(chǎng)矢量，并使用該信息來確定病灶相對(duì)于所展開的電極的方向。信號(hào)處 理和其他算法然后可以被用于分析由ANEA的病灶所產(chǎn)生的所述電場(chǎng)矢量和神經(jīng)電信號(hào)以 及波形的位置、大小和頻率特征，以及預(yù)測(cè)是否正在發(fā)生或即將發(fā)生癲癇性發(fā)作或偏頭痛 或其他神經(jīng)學(xué)事件或狀況。所述預(yù)測(cè)可以基于所探測(cè)的信號(hào)和波形與在癲癇性發(fā)作或其他 神經(jīng)學(xué)事件或狀況之前或期間的信號(hào)的波形特征和波形所進(jìn)行的比較。一旦確定癲癇性發(fā) 作即將發(fā)生或正在發(fā)生，可以將信號(hào)發(fā)送至一個(gè)外部監(jiān)控設(shè)備的報(bào)警器，以警示病人接受 適當(dāng)?shù)乃幬?；它們也可以通過一個(gè)蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)被無線通信至一個(gè)醫(yī)療健康專業(yè)人員。此 外