专利名称：：一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统和方法
技术领域：
：本发明属涉及生物医学工程领域，特别涉及一种易取出的智能化半植入式电刺激系统和方法。技术背景随着我国工业经济和交通业的迅猛发展，高能量创伤患者明显增加，以臂丛神经为主的这类致残率很高的周围神经损伤已成为临床常见病和多发病。对周围神经损伤后的再生，尽管目前采用精细的显微外科技术修复神经，使用药物、激素和神经生长因子促进其再生，但神经再生速度仍不理想。电刺激作为一种物理疗法，是利用电流的作用来促进损伤周围神经再生和防止肌萎，其效果在学术界已广受肯定，自1976年Wilson、Pomemnz、Fakhouri、Politis等先后用大量的动物实验证实电刺激能明显促进损伤的周围神经再生速度加快。1983年Raji证实脉冲电刺激能促进鼠坐骨神经功能恢复，并能增加神经损伤段和远段再生轴突的直径，加速神经损伤远段Wallerian变性,提高神经再生速度。国内诸多学者也各自进行了电刺激促进损伤周围神经的实验或临床研究。大量的实验研究证实，电刺激具有促进周围神经再生的作用。目前虽然电刺激促进损伤周围神经再生和防止肌萎的机制尚未阐明，但其作用是肯定的，已广泛应用于骨科、手外科、神经外科以及康复科等。电刺激的刺激方式目前主要有两种经皮电刺激以及植入式电刺激。两者各有其优缺点。经皮电刺激的优点是避免了体内埋置电极的烦琐操作和需要再次手术取出，以及针电极造成的创伤，具有方便、无痛苦和适应征广泛等特点，同时也无半植入式可能带来的感染和损伤的隐患。但是它有如下缺点(1)针对性不强，效果差，主要是由于刺激强度有限，因为较高的刺激强度患者会感到不适，并有皮肤烫伤的可能；(2)两次刺激间隔太长，因为大多经皮刺激都是在医院进行；(3)患者的依从性差。较之于经皮电刺激，植入电极的优点是可以全天候持续刺激，而且由于它直接刺激肌肉或神经，其刺激强度可以比经皮电刺激大的多，还可避免经皮电剌激带来的不便、不适感以及不能精确定位的缺陷(Osterman)。其缺点在于体内埋置电极的烦琐操作及需再次手术取出，以及电极本身对祌经可能造成的力学损害。植入电极对神经的力学损害，在于将电极安放在神经干上，需要手术游离神经，并将刺激电极固定在神经上。力学因素导致的神经损害性质基本相似，其机理主要为医源性神经卡压。组织学上表现为神经外膜下的纤维结缔组织增生而形成新月体、受卡压的边缘神经束出现轴突退变、消失和再生。究其导致周围神经损害的机械力学因素，目前认为可分为以下方面①电极形状，②手术创伤，(D术后水肿压迫，④瘢痕增生，⑤导线的牵拉张力，⑥对神经血供的损害等。目前对神经干电刺激国际上报道多采用卡环电极(Agnew)。圆形的卡环电极可以确保与神经干最大的接触面积，从而在局部产生较大的场强，然而其缺点在于其容易造成对神经的直接卡压(如环太小)或反复滑动摩擦(如环太大)引起纤维组织增生后卡压，和对神经血供的损害，同时其具有手术取出电极时操作繁琐和对神经产生二次损伤的风险。因此，如何在保证良好刺激效果的同时尽量减小对神经的损伤而又能成功取出电极导丝成为限制植入式电刺激得以广泛应用的棘手问题。
发明内容所要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种易取出的智能化外周神经半植入式电刺激系统，通过人为调控微处理器精确产生电刺激信号，输出刺激参数并可保存刺激信息，采用液晶显示方式，清楚地获知并监测所选用的电刺激强度、频率、脉宽、波形和间歇时间，促进神经再生同时对神经造成的力学损害较小，抽出方便，避免再次手术取出电极的繁琐操作和减小对神经再损伤的风险的外周神经的电刺激电极。技术方案本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，包括(1)功能输入装置包括操作按键，用于对功能输出设置的操作使用；(2)数据输出装置包括USB模块及端口，通过USB端口将存储的相关数据输出；(3)信息输出装置包括LCD显示，用于功能设置操作的实际显示及对剌激参数的监测；(4)电源输入装置包括9V电池供电电源电路；(5)功能输出装置包括电刺激生成模块及输出端，用于产生相应的治疗电刺激信号，通过接口转换器与电极导丝相连；(6)接触装置电极导丝的末端有一与神经直接接触的电极。所述的电刺激参数为交流输出频率为2-100Hz;脉宽为50-300uS;输出电流为10-1000uA;直流输出为l-9uA;输出时间为0:01小时到10:00小时。作为本发明的优选方式所述的电刺激参数为频率20hz;脉宽100us;电压9V。所述的电极导丝由惰性金属元素镍钛合金或镍钴合金或不锈钢组成，外面包裹一层绝缘套管。所述的接触装置电极包括一点接触的电极或弧形接触的电极。一种外周神经半植入式电刺激方法，包括下列步骤(1)通过外科手术直接找到周围神经受损伤的部位并进行显微修复；(2)于修复部位之神经近远端分别置入电极导丝及接触电极并固定于邻近组织；(3)将电极导丝自皮肤引至体外；(4)通过接口转换器与电刺激控制器相连，实施电刺激。(5)电刺激结束后，关闭控制器，直接将电极导丝自皮肤抽出。所述的步骤(2)是在吻合口近远端0.5cm处放置带导丝的镍钛合金或镍钴合金或不锈钢组成的电极，将电刺激之正负电极分别置于修复之神经段近端及远端以在神经损伤近远端形成一自正向负的电场。所述的歩骤(2)中与电极相连的导丝穿过肌间隙，经皮下隧道穿出皮肤，予5-0慕丝带针线将导丝与肌间隙周围筋膜及皮肤同时作固定以防导丝滑脱。所述的歩骤(3)中导丝在自体内引出皮肤前预留5cm的弹性距离。有益效果本发明电极通过导丝引至皮外，将电刺激控制器置于体外，縮小了电刺激装置留在体内的体积，以及减小了身体可能存在对其排斥反应的概率，在促进神经再生的同时增加了安全性和实用性。在治疗疗程结束时，无需再次通过手术取出电剌激电极导丝，而是直接或通过辅助仪器监测下将植入的电刺激导丝抽出，减少了再次手术取出的繁琐操作。图1是本发明外周神经电刺激系统的系统图。图2是本发明外周神经电刺激控制器的电路原理图。图3是本发明电极与神经干行点接触、弧形接触的示意图。图4是本发明系统实物示意图。图中l一便携式治疗仪2—连接器3—植入导丝4一实验用老鼠具体实施方式下面结合具体实施例，进一歩阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明包括功能输出装置主要为电刺激生成模块及输出端，用于产生相应的治疗电剌激信号；功能输入装置主要为操作按键，用于对功能输出设置的操作使用；数据输出装置主要为USB模块及端口，是通过USB端口将存储的相关数据输出；信息输出装置主要为LCD显示，用于功能设置操作的实际显示及对刺激参数的监测；电源输入装置主要为9V电池供电电源电路部分。接触装置电极导丝的末端有一与神经直接接触的电极。所述的电刺激参数范围为交流输出频率2-100Hz可选；脉宽50-300US可选；输出电流10-1000uA可选。直流输出l-9uA可选。输出时间0:01小时到10:00小时可选。做为优选方式所述的电刺激参数为频率20hZ;脉宽100US;电压9V。本发明选择的刺激参数为交流输出，频率20hz;脉宽100US;电压9V，制作大鼠坐骨神经离断后再吻合模型并置入连接该新型电刺激器的电极导丝于吻合口近远端，术后第一天起行连续20天每天30分钟的电刺激。在实际刺激过程中，我们观察到实施例对象一般情况稳定，可见被刺激神经的支配肌有轻微的肌肉收縮，无痉挛及持续肌紧张。在神经切片的光镜和电镜切片中，我们并未观察到"早期轴突退变"(earlyaxonaldegeneration,EAD)的任何迹象，证明我们选择的刺激参数是可行的。本发明采用电极导丝由惰性金属元素镍钛合金或镍钴合金或不锈钢组成，在其末端做成点状或弧形与神经直接接触的电极，导丝外面包裹一层绝缘套管。肉眼观察呈泛光泽的银灰色，该镍钛或镍钴或不锈钢合金导丝不仅具有独特的记忆功能，而且具有强度高、无磁性、耐磨、耐疲劳、耐酸碱、耐人体介质腐蚀性，属于极强级等优良的物理、化学性质。它对人体无害，具有良好的生物相容性和较低的生物退变性，在口腔及生理介质中腐蚀速度小于0.001毫克/年，在医学领域已得到广泛的应用。在经历实施例对象体内十周后取材时，我们发现导丝无明显色泽变化，无断裂、变细、腐蚀痕迹，实施例对象体内无导丝行径部位的明显疤痕粘连、肌肉皮肤的溃烂坏死。实施例步骤健康雄性SD大鼠36只，体重300-350g，由复旦大学实验动物科学部提供。随机分为四组电极导丝一点与坐骨神经干接触组12只(实验组P);电极导丝弧形与坐骨神经干接触组12只(实验组Q)以及无电极导丝与坐骨神经接触组12只(对照组C)。每组均分为两亚组(四周取材组及十周取材组各6只)。用1%的戊巴比妥钠按5ml/1000g对SD大鼠行腹腔内注射麻醉后，手术野消毒铺巾，于股后外侧作纵形切口，自臀股部肌间隙显露坐骨神经。自梨状肌出口lcm处，用消毒剃刀切断坐骨神经，随即用9-0prolene显微缝线于显微镜下行束外膜吻合。实验组在吻合口近远端0.5cm处放置带导丝的镍钛或镍钴合金和/或不锈钢电极，分别与神经干行点接触、弧形接触。导丝从臀股肌间隙中穿出，预留适当长度作缓冲后经背部皮下隧道从大鼠项部穿出，予5-0慕丝带针线将导丝与肌间隙周围筋膜及项部皮肤同时作固定以防导丝滑脱。分别于吻合口近远端导丝上标记出拟刺激的正负极后，肌注青霉素注射液，逐层关闭缝合。剌激过程术后第一天起，四组大鼠均在同前腹腔麻醉下行神经电刺激，每天30分钟，连续刺激20天。1.l取材与检测1.1.1形为学自术后第一天至第十周，每天观察实验组及对照组大鼠的一般情况及手术患肢的行走状况并从P、Q、C组各随机取出一只，每两周使用墨汁行步态印迹记录，计算坐骨神经功能指数(SFI)，动态监测比较。1.1.2电生理分别于第四、第十周对P、Q、C组大鼠行腹腔麻醉后，循原手术切口逐层打开，暴露游离坐骨神经，使用意大利产MedtronicKEYPOINTPORTABLE二通道肌电图仪及KeypoJntV.5.06软件测试坐骨神经吻合口近远端的潜伏期(LAT)、刺激波幅(AMP)及运动神经传导速度(MNCV)。1.1.3组织学在取出置于坐骨神经干上的刺激导丝后，分别于原神经吻合口上8mm处及下8mm处予显微剪刀小心剪断神经。标记近远端后立即行2.5%戊二醛固定、0.1M磷酸液漂洗、1%锇酸固定液固定、漂洗；乙醇、丙酮混合液脱水；纯丙酮包埋浸透；固化，LKB-I型超薄切片机切横截面半薄片。LeicaDC500电子显微镜观察吻合口近远端轴突及髓鞘情况，摄片，LeicaFW4000图像分析系统及QWin软件统计吻合口近远端轴突数、计算神经纤维通过率及外膜下血管计数。3%醋酸铀、枸橡酸铅双染色；PHILIPSCM-120透射电镜观察神经超微结构，摄片。自大鼠患肢跟腱止点处剪断，逆行向上切断小腿三头肌(腓肠肌)的三个头，完整剥离患肢的腓肠肌，去除其表面的结缔组织，SartoriusR200D高精度电子天平称量肌湿重；10%甲醛溶液固定，各级酒精梯度脱水，二甲苯透明，浸蜡包埋，在肌腹正中部水平横向切片，HE染色，脱水透明，树胶封片，LeicaDC500电子显微镜观察肌肉萎縮情况，摄片。1.2数据分析应用STATA7.0统计学数据处理软件进行数据处理。所得数据采用平均数士标准差表示，采用完全随机设计的方差分析分别进行第四周和第十周各组间两两比较，设定显著性检验水准P-O.05。2结果2.1大体观察36只大鼠均手术成功，取材顺利，无一只死亡。四组大鼠的右后肢在术后当日均表现出瘫痪，五趾无法张开，第一周末各组均有2-3只出现不同程度的足根红肿、溃疡及糜烂，于约第四周时均基本愈合，最迟第六周时完全愈合。各组大鼠的足趾于第四周末时均显示出不同程度的张开，各组随机抽取大鼠测步态分析的SFI值分别为-84.2，-68.9，-88.6。第十周末时各组大鼠足趾张开程度较前更为好转，五趾分开程度均较前提高，各组随机抽取大鼠测步态分析的SFI值分别为-61.6，-48.7，-70.1。两次取材时见各组坐骨神经吻合口近远端与周围组织均有轻度粘连，无明显感染迹象，各刺激电极在位，无明显导丝滑脱，腓肠肌均较健侧正常肌肉苍白，有不同程度的萎縮，第十周组总体较第四周组稍饱满o2.2电生理检查及组织学检测结果见表格l，2表一四周末取材时电生理及组织学检测结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>计数(条)表二十周末取材时电生理及组织学检测结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2.3肌肉病理切片术后四周，三组失神经肌均发生明显的萎縮，光镜下可见肌纤维直径变小，边界模糊，间质中胶原纤维明显增生。术后十周时，三组失神经肌的萎縮程度均较前有了一定程度的改善，表现为肌纤维直径渐增大，横截面积及单位面积肌纤维数量增多。2.4神经切片光镜术后四周，大鼠坐骨神经内可见到再生的神经纤维，排列结构紊乱，密度总体较低，轴突直径大小不一，数量较少，新生髓鞘厚度较薄，各组均可见变性的轴突和增殖的雪旺氏细胞，以及新生之毛细血管，术后十周，各组神经纤维的密度均较前提高，但排列结构仍较凌乱，轴突直径及髓鞘厚度总体较前增大，数量增多，且较前成熟。仍可见少量尚未被完全吞噬的变性轴突及髓鞘，毛细血管密度较前增高。电镜术后四周，大鼠坐骨神经内可见大量变性的轴突及髓鞘，周围密集巨噬细胞，以及再生的轴突及髓鞘。轴突形态不规则，其内部可见密度不均的线粒体和囊泡，髓鞘较薄，但板层结构存在，可见少量的无髓神经纤维、新生毛细血管及的存在，可见大量增生的成纤维细胞；术后十周，各组再生轴突的数量进一步增多，髓鞘结构趋于成熟，轴突内部可见大量的线粒体和囊泡，髓鞘厚度增加，板层状结构致密，尚可见部分雪旺氏细胞条索及残留的基底膜。经过20天每天30分钟的连续刺激以后，在第四周末和第十周末取材时我们发现点电极刺激组、弧形电极刺激组坐骨神经吻合口近远端与周围组织均有轻度粘连，均无明显感染迹象，各刺激电极均在位，无明显导丝滑脱，点刺激电极导丝取出方便，神经外膜尚光滑；弧形刺激电极导丝取出无难度，但在电极处神经外膜有轻压痕。权利要求1.一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，包括(1)功能输入装背包括操作按键，用于对功能输出设置的操作使用；(2)数据输出装置包括USB模块及端口，通过USB端口将存储的相关数据输出；(3)信息输出装置包括LCD显示，用于功能设置操作的实际显示及对刺激参数的监测；(4)电源输入装置包括9V电池供电电源电路；(5)功能输出装置包括电刺激生成模块及输出端，用于产生相应的治疗电刺激信号，通过接口转换器与电极导丝相连；(6)接触装置电极导丝的末端有一与神经直接接触的电极。2.根据权利要求1所述的一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，其特征在于所述的电刺激参数为交流输出频率为2-100HZ;脉宽为50-300us;输出电流为10-1000uA;直流输出为l-9uA;输出时间为0:01小时至10:00小时。3.根据权利要求2所述的一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，其特征在于所述的电刺激参数为电流输出交流；频率20hz;脉宽100us;电压9V。4.根据权利要求1所述的一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，其特征在于所述的电极导丝由惰性金属元素镍钛合金或镍钴合金的合金丝或不锈钢丝组成，外面包5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统，其特征在于所述的接触装置的电极包括一点接触的电极或弧形接触的电极。6.根据权利要求l所述的一种外周神经半植入式电刺激方法，包括下列步骤(1)通过外科手术直接找到周围神经受损伤的部位并进行显微修复;(2)于修复部位之神经近远端分别置入植入式电极导丝及接触电极并固定于邻近组织;(3)将电极导丝自皮肤引至体外；(4)通过接口转换器与电刺激控制器相连，实施电刺激。(5)电刺激结束后，关闭控制器，直接将电极导丝自皮肤抽出。7.根据权利要求6所述的一种外周神经半植入式电刺激方法，其特征在于所述的步骤(2)是在吻合口近远端0.5cm处放置带导丝的镍钛合金或镍钴合金或不锈钢组成的电极；将电刺激之正负电极分别置于修复之神经段近端及远端以在神经损伤近远端形成一自正向负的电场。8.根据权利要求6所述的一种外周神经半植入式电刺激方法，其特征在于所述的步骤(2)中与电极相连的导丝穿过肌间隙，经皮下隧道穿出皮肤，予5-0慕丝带针线将导丝与肌间隙周围筋膜及皮肤同时作固定以防导丝滑脱。9.根据权利要求6所述的一种外周神经半植入式电刺激方法，其特征在于所述的步骤(3)中导丝在自体内引出皮肤前预留5cm的弹性距离。全文摘要本发明涉及一种易取出的外周神经半植入式电刺激系统和方法，该系统包括功能输入装置用于对功能输出设置的操作使用；数据输出装置包括USB模块和端口，通过USB端口将存储的相关数据输出；信息输出装置包括LCD显示，用于功能设置操作的实际显示及对刺激参数的监测；电源输入装置包括9V电池供电电源电路；功能输出装置用于产生相应的治疗电刺激信号，通过接口转换器与电极导丝相连；接触装置电极导丝的末端有一与神经直接接触的电极。本发明将电刺激控制器置于体外，缩小了电刺激装置留在体内的体积，疗程结束时，直接或通过辅助仪器监测下将植入的电刺激导丝抽出，减少了再次手术取出的繁琐操作，增加了安全性和实用性。文档编号A61N1/36GK101234228SQ200810032908公开日2008年8月6日申请日期2008年1月22日优先权日2008年1月22日发明者徐建光,徐文东,沈义捷,苏蒋,顾玉东申请人:上海市手外科研究所