专利名称：电极阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于插入诸如脑、脊髓、内分泌器官、肌肉和结缔组织之 类的软组织且包括多个细丝状电极的医用电极阵列及其制造方法，和这种 电极阵列的应用。
背景技术：
可长期植入中枢神经系统(CNS)的电极具有广泛的应用范围。原则 上，可通过这些电极记录或刺激所有的脑和脊髓组织，并监测和控制它们 的功能。脑或脊髓的刺激在脑核变性或受损的情况下特别有价值。如果联 系到药物输送或诸如电刺激之类的其它手段，可用于监测脑活动。电极还 可用来损伤组织中的特定部位。为记录和刺激脑结构，过去已经开发和使 用了多种形式的植入电极。用于此目的以电极阵列形式的多个电极的使用 是合乎需要的。从WO 2007/040442 Al已知一种合适的电极阵列或电极束， 该专利申请通过引用结合在此申请中。关于这个和其它已知电极阵列，期 望改进个别电极的移动自由度和它们在软组织中的定位。
发明目的
本发明的一个目的是提供上述类型的电极阵列，在该电极阵列被插入 软组织之后，该电极阵列的各个电极获得相对于彼此的移动自由。
本发明的另一目的是提供上述类型的电极阵列，其很容易在软组织中 的期望位置处定位并锚定在该处。
本发明的另一目的是提供上述类型的电极阵列，其能长期保持在软组 织的选定位置，而且不容易因植入电极的人的躯体移动而移位。
本发明的又一目的是提供容易制造的上述类型的电极阵列。
根据对本发明的简短描述、附图中说明的多个优选实施方式和所附权利要求书的研究，将明显看出本发明的其它目的。 发明概述
本发明的电极阵列包括埋入固体基质的多个导电的细软(优选有弹性 的软)电极，该固态基质在诸如活组织之类的水性环境中可溶解和/或可降 解。本发明的电极阵列旨在用于插入到活的软组织中，具体包括脑和脊髓 组织，但也可例如插入到肝脏、肾脏或结缔组织中。 一旦插入，保持电极 的基质将溶解和/或降解。该基质作为将电极保持在相对于彼此的固定位置 的胶水或粘合剂，直到在将电极阵列插入组织时溶解和/或降解为止。这使 电极阵列转变成多个个别电极，这些电极不再受基质约束而可相对于彼此 运动。另一方面，电极在组织中的布置将至少在某种程度上反映它们在电 极阵列中的空间关系。
本发明的电极阵列优选一般关于其中心轴对称。本发明的长方形电极 阵列具有远端和近端。在此申请中，"远侧"指的是离将电极阵列插入组织
的人比近端远的电极阵列的部分，还指背离所述人的移动方向。至少电极 的近侧部分平行或基本平行于中心轴设置。本发明的电极阵列可以是任何 合适的形状，诸如相对于中心轴的横截面为圆形、椭圆形或基本平坦形状。 该中心轴一般与电极阵列插入组织的轴一致。电极阵列中的所有或某些电 极的远侧末端部分(前端部分)平行地设置或按照一构造来设置，在该构 造中至少某些电极从中心轴散开，或包括一旦包围它们的基质部分通过电 极阵列沿远侧方向在组织中位移而溶解和/或降解就起作用的散开装置。
除从近端和远端延伸的部分之外，本发明电极优选是绝缘的。未绝缘
的电极的远端或尖端可以是任何合适的形状。在WO 2007/040442中公开了 合适的形状，具体而言是带倒刺的尖端。在其近端，各个电极优选通过多 引线软电缆与电子设备导电接触。这允许对各个电极单独或成组地寻址。
本发明的电极可用于记录和/或用于神经刺激目的。如果用于记录目 的，可为本发明的电极配备微型前置放大器以改善信噪比，该前置放大器 有线连接至主放大器。
优选本发明的电极设置有诸如倒刺之类的锚定装置、粗糙表面部分或相对于周围组织具有粘性的表面部分。优选倒刺在非绝缘的情况下起电极 尖端的作用。还优选本发明的电极长度不同且围绕电极阵列的中轴排列在 该电极阵列中，其中最长电极离轴的距离近、最短电极离轴的距离较远、 以及中等长度的电极离轴的距离中等，以使它们的远侧尖端形成电极阵列 尖端，同时它们的近端优选设置在横断轴的平面中。不过，按照形成单侧 斜面或者不对称电极阵列尖端的方式来排列电极也在本发明的范围内。根据本发明的优选方面，该电极阵列包括一根或多根光纤，用来提供 对组织或其组分的辐射刺激和/或用于记录从周围组织发出的辐射。在对应 于电极的方式中，通过基质将上述一根或多根光纤保持在阵列中的选定位 置中。
根据本发明的另一优选实施方式，该电极阵列包括一个或多个可收縮 的双金属元件，当有电流流过这些双金属元件时它们会改变形状，例如弯 曲。或者，可利用电极阵列包括的一个或多个可收縮的聚合物元件来控制 其插入路径。
根据本发明的第三优选方面，电极阵列包括从远端延伸的远侧末端 部分和从远侧末端部分沿近端方向延伸的主部分。优选远侧末端部分沿远 端方向锥形化，以形成例如圆锥形或平坦三角形远侧末端部分。对于某些 应用，远侧末端部分可具有钝形，以使电极阵列插入期间血管破裂的风险 最小化。
根据本发明的第四优选方面，该基质包括在软组织中的溶解和/或降解 率不同的两个或多个部分，具体而言是由远侧末端部分构成的第一部分、 以及由电极阵列的主部分构成的且沿其近端方向延伸(任选地延伸至近端) 以将近端埋入其中的第二部分。任选地，包括电极尖端的远侧电极部分的 短边可从第一基质部分沿远侧或沿倾斜远侧方向延伸。优选第一基质部分 的溶解速率显著高于第二基质部分的溶解和/或降解速率，不过本发明还包 括第一和第二基质部分的其它溶解/降解速率关系。电极阵列一插入诸如脑 的软组织之类的目标组织后，第一和第二基质部分就与体液接触，而且随 后通过此接触溶解和/或降解，第一部分的溶解/降解速率显著高于第二部分 的溶解/降解速率。优选基质部分包括溶解/降解加强装置，诸如可被体液浸
6润的通道。因此优选基质部分具有多孔结构。优选电极包括两个或三个轴 向接合的基质部分，特别是两个基质部分。优选基质部分包括糖和/或蛋白 质或者由其组成。
为将电极阵列插入软组织，可将手动操作的或其它显微操纵装置附连 或可附连至电极阵列的近端部分，它沿近侧方向从该近端部分延伸出来。
电极和电极阵列的基质的组合的相对刚度使它容易插入组织中。 一旦 插入后，第一远侧基质部分迅速溶解。因此，电极的远侧末端部分变得能 相对于相邻电极横向移动。电极阵列向组织中的进一步插入使包括散开装 置的电极的远侧部分以展开的方式沿一般背离电极阵列轴的方向弯曲。第 二基质部分的溶解和/或降解释放电极的近侧部分，以使它变得能关于相邻 电极横向和/或轴向移动，且在组织中呈现浮动的布置，从而它在组织中的 位置稳定，而且防止出现由于它与其它电极的联合移动引起的组织反应/损 伤。
根据本发明的第五优选方面，电极阵列包括附连至其近端且沿近侧方 向从该端延伸的插入元件，如显微操纵装置所包括的接触元件。优选插入 装置通过可在水性环境中溶解的粘合剂附连至电极阵列。优选该粘合剂比 第二基质部分的物质在体液中溶解得迅速得多。因此该电极阵列在插入组 织之后的选定时间点时自动从显微操纵装置分离，从而允许将该显微操纵 装置撤回。
根据本发明的第六优选方面，平行设置的两个或多个电极阵列可通过 设置在其匹配表面之间的可溶解连接层接合。
根据本发明的第七优选方面，本发明的电极阵列中的一个或多个电极 可由彼此临时或永久保持固定关系(即相对于彼此保持固定关系)的电极 组替代，用于将它们保持固定关系的装置可包括本发明的一种或多种基质 或由其组成，或与其无关。如果与一种或多种基质无关，则该装置可以是
在水性介质中溶解和/或分解的装置或永久的装置，诸如将WO 2007/040442 的电极束保持为固定关系的装置。类似地，本发明的电极阵列中的一个或 多个电极可由WO 2007/040442的电极束替代。
本发明的电极阵列适合于为了科学、医疗以及动物护理目的，通过测
7量氧化还原反应和精确损伤组织来进行长期刺激和对神经元电活动和神经 递质浓度进行多通道记录。
适用于本发明基质部分的物质具有生物相容的属性，诸如糖和/或蛋白
性物质。为第一基质部分选择的物质在约37'C的体液中的溶解速率优选允 许电极的远侧部分在诸如1到3分钟的短时间内变得游离(即自由浮动)。 为第二基质部分选择的物质在约37'C的体液中的溶解速率优选允许电极的 主部分抵抗分离至少5分钟、优选至少10分钟，但无论如何该时间显著长 于(诸如长1到20分钟甚至更长)同一电极的远端部分失去第一基质部分 的约束所需的时间。
根据本发明，还公开了一种制造该电极阵列的方法，其包括将电极 平行设置在具有电极阵列的远端部分和主部分的轮廓且包括近侧开口的包 膜或鞘中；按顺序向鞘中加入第一和第二基质物质的溶液或悬浮液；分别 蒸发鞘中的溶液或悬浮液的溶剂；然后从电极阵列上去除鞘。优选鞘由容 易从电极阵列去除的物质制成。用于鞘的优选材料是低润湿性的光滑物质， 诸如多氟化烃聚合物或硅橡胶。鞘的材料优选为多孔性材料，特别是多微 孔性材料，以便于溶剂蒸发。
本发明还涉及电极阵列在通过测量氧化还原反应和损伤组织来进行长 期神经刺激以及对神经元电活动和神经递质浓度进行多通道记录中的应 用，其目的是科学、医疗以及动物护理。
现在将参考在包括多个附图的草图中说明的多个优选实施方式更详细 地说明本发明，不过这些附图未按比例绘图。
附图描述 在附图中示出
图1包括埋入基质的多个电极的本发明电极阵列的第一实施方式的 剖视图2在刚刚插入软组织之后的图1实施方式的剖视图； 图3在插入软组织足以使第一基质部分溶解的时间之后的图1实施 方式的剖视图；图4在插入软组织足以使第二基质部分溶解的时间之后的图1实施 方式的剖视图5本发明的电极阵列的第二实施方式的与图1实施方式相同的视
图6包括插入引导元件的本发明电极阵列的第三实施方式的与图1 实施方式相同的视图(截面C-C，图9);
图7在插入软组织足以使第一基质部分溶解的时间之后的图6实施 方式的剖视图8本发明的电极阵列的第四实施方式的与图1实施方式相同的视
图9穿过图6实施方式的横截面B-B; 图10本发明第五实施方式的对应于图9的横截面； 图11本发明的第六实施方式的对应于图9的横截面； 图12本发明的第七实施方式的对应于图9的横截面； 图13本发明的第八实施方式的对应于图9的横截面； 图14本发明的第九实施方式的对应于图9的横截面； 图15结合在本发明的电极阵列中的现有技术电极(WO 2007/040442) 的部分轴向剖视图。
发明详述
材料和尺寸
电极材料和尺寸。电极具有从10—4到10^m的合适直径，具体而言是 从0.5到25pm。它们的直径可随长度改变以便于插入组织，具体而言电极 可向着它们的远端锥形化。它们的远端可以是尖锐的或钝的，但优选尖锐 的尖端。他们的远侧部分甚至可具有小于10—7 m的直径。电极包括金属 或聚合物类型的导电芯，具体而言是诸如铂或金之类的贵金属或包括超过 30%重量的贵金属的合金中的一种；以及不导电涂层，例如聚氟代烯烃玻璃。对电极芯而言，还可有利地使用不锈钢、钛 以及钨。电极还可由诸如玻璃、陶瓷、天然或聚合物纤维之类的不导电支 持材料组成，这些材料被诸如金属，特别是贵金属或贵金属合金之类的导 电材料覆盖或填充(在管状支持材料的情况下)。有用的不导电支持材料 的其它示例是蛋白质纤维如丝绸，或碳如碳纤维，包括含碳纳米管的纤维， 它们也可用作导电电极材料。可通过常规的溅射或蒸发技术将导电材料沉 积到支持材料上。
电极的表面可光滑或不平坦。优选靠近尖端表面不平坦或粗糙以便改 善尖端的锚定性质。不过，也可将电极的其它部分设定为不平坦表面。为 进一步改善电极阵列的锚定性质，还可为电极配备阻止它们沿近侧方向倒 退的软倒刺。如果倒刺由导电物质组成，它们还可起到电极尖端的作用， 且在这种情况下不绝缘。
基质材料。电极的不同部分被埋入两种或多种生物相容的基质材料中 一种短效材料，下文称为胶l;以及另一种长效材料，下文称为胶2。合适 的胶材料包括糖和/或蛋白性材料。用于包埋电极的远端部分的胶1在诸如 血浆或间质液之类的体液中在37i:的温度下的溶解速率允许埋入其中的电 极变得不受约束，即在短时间内，具体是0.5到3分钟内相对于相邻电极发 生移动。胶2在诸如血桨或间质液之类的体液中在37"C的温度下的溶解允 许埋入其中的电极变得不受约束，即在l到IO分钟或更长时间内相对于相
邻电极发生移动，但无论如何该时间长于远端部分的(侧向)移动变得不受约 束所需的时间。在插入过程慢的情况下，例如在将相应的电极阵列插入非 常深的组织的情况下，可使用溶解时间较长(诸如长达20分钟)的胶l和 相应的溶解时间更长的胶2。
胶1的适合材料包括已在水中煮沸10-30分钟或更久以产生1-3分钟的 溶解时间的诸如蔗糖之类的二糖。煮沸更长时间将产生具有更长溶解时间 的胶。可用于胶1的其 它胶包括已溶解于40-5(TC的水中然后被干燥的明胶。
通过重复地煮沸和冷却包含糖或糖的混合物和有机酸的水溶液可获得 用作胶2的合适材料，所述糖选自蔗糖、乳糖、甘露糖、麦芽糖，所述有 机酸选自柠檬酸、苹果酸、磷酸或酒石酸。这样的胶的溶解时间的范围从13到60分钟(Erhan等人2003年的美国专利号6,613,378，该专利通过引 用结合于此)。
糖和有机酸的不同组合呈现不同的溶解时间。因此，还有可能使用溶 解时间与胶1和胶2不同的不同组合。例如，柠檬酸与甘露糖的组合可产 生13分钟的溶解时间，而柠檬酸与蔗糖的组合可产生约30分钟的溶解时 间(US 6,613,378 Bl)。因此，这两个组合可分别用作胶1和胶2。
明胶也可同时用于胶1和胶2。众所周知不同类型的明胶具有不同的 溶解时间。因此，通过选择两种不同类型的明胶的适当组合作为胶1和胶2， 有可能实现电极阵列的远侧基质部分(胶1)的溶解时间快于电极阵列的近 侧基质部分(胶2)的溶解时间。也可能将基于糖的胶用于远侧基质部分， 将基于明胶的胶用于近侧基质部分，反之亦然。
任选地，诸如改性胶原、纤维素衍生物、改性淀粉之类的溶解时间显 著更长的胶或诸如VICRYLTM之类的其它生物相容材料在插入过程较长的
应用中也可用作胶1和胶2。例如，在插入期间通过例如X射线成像重复 评估电极阵列的轨迹线的情况下，和/或通过使电流流过电极阵列包括的可 收縮细丝来改变该轨迹线的情况下，完成插入过程可能花费相对较长时间。 如果电极阵列将要插入紧邻皮肤或粘膜下方或脑或脊髓或另一组织的 表面附近的组织中，诸如插入小于2mm的组织深度，则使用一种胶，具体 是胶1就足够了，因为只有展开的电极阵列的远侧部分将位于组织内。在 这种情况下，设置在电极阵列的近侧部分的电极之间的胶2由于保持干燥 状态而不会溶解。
任选地，胶2可用来保持电极部分设置在电极阵列的中央和/或近侧部 分，而胶1用来保持电极部分设置在它们的远端与胶2所保持的部分之间。 安排诸如明胶之类的与水介质接触能溶胀、还能作为胶的中央轴向设置的 试剂，可提供使电极在与体液接触时向远离电极阵列的纵轴方向移动/展开 的单独装置。
任选地，电极阵列可涂有润滑剂，以减小电极阵列插入组织期间的摩 擦力。该润滑剂还能延缓体液接触胶，从而延缓胶的溶解/降解。
11优选实施方式
图1的本发明的电极阵列的第一实施方式1包括围绕中心轴A平行设 置的不同长度的多个细金电极2、 2'、 2"。电极2、 2'、 2"的近端设置在横 切轴A的平面中，同时它们的远端根据它们的不同长度进行适当安排，可 被设置成锥体。从它们的锥形远侧尖端3、 3'、 3"沿近侧方向延伸的电极2、 2'、 2"的远侧部分被埋入第一胶基质5中，该胶基质5毗邻第二胶基质6。 基质5、 6之间的界面9设置在横切轴A的平面中。第一胶基质5包括远侧 锥体7的尖端。各个电极2、 2'、 2"在其近端分别连接至细的软导电引线4、 4，、 4"。引线4、 4'、 4"在离电极阵列较短距离处被集合成连接至电子单元 (未示出)的多电极引线束8，以便通过电极2、 4'、 2"'给予电剌激和/或 记录电极2、 2'、 2"感测到的电信号。除从它们的远侧尖端3、 3'、 3"分别 延伸的较短距离之外，电极2、 2'、 2"和它们相应的引线4、 4'、 4"被薄的 聚合物漆层绝缘(未示出)。与水或诸如体液之类的水溶液接触时，第一 胶基质5比第二胶基质6显著更快地溶解。在图2中，示出电极阵列1插 入软组织10 (指出其表面的为附图标记11)到一定深度，使得仅有引线4、 4'、 4"和多电极引线束8从组织10延伸出。图2中电极阵列1的状态是刚 插入时的状态。在诸如约1分钟之类的短时间之后，到达图3中所示的电 极阵列1的状态。第一胶5已经在组织10的水性间质液中溶解。电极2、 2'等的远端部分的横向移动上，特别是它们的尖端3、 3'的移动不受约束。 然而，电极2、 2'等的近侧部分仍埋在第二胶基质6中，该第二胶基质6仅 缓慢地溶解，使得径向最外侧设置的电极3保持埋入第二胶基质6中，直 到第一胶基质5完全溶解。第二胶基质6的溶解花费至少IO分钟；当溶解 结束时到达图4中所示的状态，其中各个电极2、 2'分别能在组织10中轴 向和横向移动而不受相邻电极2'和2的阻碍。
图5中所示的本发明的电极阵列101的第二实施方式与图1的实施 方式的不同之处在于，它包括两种类型的电极具有锥形远侧尖端103的 电极102设置在中央；围绕它对称设置有具有尖端103a、 103a'、 103b、 103b' 的不同长度的横向电极102a、 102a，、 102b、 102b'，它们的远端沿径向倾 斜。各个电极102、 102a、 102a'、 102b、 102b，分别在它们的近端处连接至细软导电引线104、 104a、 104a，、 104b、 104b，，这些导电引线在离电极阵 列101的近端短距离处组合成多电极引线束108，该多电极引线束108与第 一实施方式的多电极引线束8起相同作用。同样，电极102、 102a、 102a'、 102b、 102b，埋入第一基质胶105中，该第一基质胶105延伸至锥形界面109 处与延伸至近端的第二基质胶106相连。第一和第二基质胶105、 106与第 一实施方式的胶5、 6是相同类型。与第一实施方式不同的是，电极阵列101 的远侧锥体的远侧尖端103由电极的尖端即中央电极102的尖端103构成。 以下结合本发明的电极阵列的第三实施方式说明倾斜尖端103a、 103a'、 103b、 103b，的功能。
图6和9中所示的本发明的电极阵列201的第三实施方式与图5的 实施方式的不同之处在于，中央电极103被换成终止于锥形远侧尖端213 的插入杆214。插入杆213从电极阵列201的近端延伸出一定长度，该长度 适合于在电极阵列201插入软组织期间手动操作电极阵列。在远端沿径向 倾斜的具有尖端203a、 203a，、 203b、 203b，的不同长度的电极202a、 202a，、 202b、 202b，围绕插入杆214对称地设置。各个电极202a、 202a，、 202b、 202b'分别在它们的近端处连接至细软导电引线204a、 204a'、 204b、 204b'， 这些引线在离电极阵列201的近端短距离处组合成多电极引线束208，该多 电极引线束208与第一实施方式的电缆8起相同作用。同样，电极202a、 202a，、 202b、 202b，的远侧部分埋入第一基质胶205中，该第一基质胶205 延伸至界面209处与延伸至近端的第二基质胶206相连。第一和第二基质 胶205、 206与第一实施方式的胶5、 6是相同类型。电极阵列201的远侧 锥体由插入杆214的尖端213形成。倾斜尖端203a、 203a，、 203b、 203b， 的功能根据图7很明显，其中电极阵列201的第一基质胶已经溶解，而第 二基质胶仍将电极202a、 202a，、 202b、 202b，的近侧部分保持埋入状态。 包括倾斜尖端203a、 203a，、 203b、 203b，的电极202a、 202a，、 202b、 202b， 的远端部分现在在横向移动上不再受约束。将电极阵列201沿箭头S指示 的方向进一步推入软组织中(未在图7中示出)将使倾斜尖端203a、 203a'、 203b、 203b，向外偏斜，即沿如虚线箭头Pa、 Pa，以及Pb、 Pb，所指示方向朝背 离中央插入杆214的方向向外偏斜。因此倾斜电极尖端203a、 203a'、 203b、203b，为相应的电极202a、 202a，、 202b、 202b，提供了展开装置，且为电极 阵列201提供了锚定装置。如前所述，各个电极202a、 202a'、 202b、 202b' 分别连接至细导电引线204a、 204a，、 204b、 204b，，其引线被组合成多电 极引线束208。
图8中所示的本发明的电极阵列301的第四实施方式与图1的实施 方式不同之处在于，长度不同且设置有锥形尖端303a、 303a，、 303b、 303b， 的电极302a、 302a'、 302b、 302b'具有背离电极阵列303的中心轴M径向 弯曲的远侧末端部分316a、 316a，、 316b、 316，。各个电极302a、 302a，、 302b、 302b，分别在它们的近端处连接至细软导电引线304a、 304a，、 304b、 304b，， 这些引线在离电极阵列301的近端短距离处组合成多电极引线束308，该多 电极引线束308与第一实施方式的电缆8起相同作用。同样，电极302a、 302a，、302b、302b，的远侧部分被埋入第一基质胶部分305。电极302a、302a'、 302b、 302b，从近端延伸的部分被埋入第二基质胶部分306，不过，该第二 基质胶部分306不延伸至第一基质胶部分305。替代地，第三基质胶部分 315设置在胶部分305与306之间。第三基质胶部分315的溶解性质类似于 第二基质胶部分306的溶解性质，但除此之外，第三基质胶部分315在溶 解之前会溶胀，从而将电极302a、 302a，、 302b、 302b，的远侧部分316a、 316a，、 316b、 316，进一步径向地向外推。第一和第二基质胶305、 306与第 一实施方式的胶5、 6是相同类型。电极阵列301的远侧锥体具有由第一基 质部分305构成的圆形尖端313。 一旦第一胶基质306溶解，电极302a、 302a'、 302b、 302b'的远端部分的弯曲构造控制它们沿路径Qa、 Qa，以及Qb、 Qb，展开，从而沿箭头T指示的近侧方向推电极阵列301。同样，各个电极 302a、 302a，、 302b、 302b，分别连接至细导电引线304a、 304a，、 304b、 304b，， 其引线被组合成多电极引线束308。
通过其它优选实施方式的横截面在图IO至13中示出。 图10所示的本发明的电极阵列401的第五实施方式的横截面为椭圆 形。多个细软电极402设置在中央光纤417周围，通过该光纤可将辐射传 导至感兴趣的组织部位，任选地可将从组织反射回的辐射提取至诸如IR仪 器之类的辐射记录仪器(未示出)。电极402被埋入第一和第二胶基质部
14分406中。此外，电极阵列401共有本发明的上述实施方式的主要设计特 点。
图11中所示的本发明的电极阵列501的第六实施方式是平面设计， 且轴向剖视图类似于图1的实施方式。它包括中央插入杆514，包括埋入第 一和第二胶基质506中的细软电极502的翼部从中央插入杆514伸出。此 外，电极阵列501共有本发明的上述实施方式的主要设计特点。
图12所示的本发明的电极阵列601的第七实施方式的设计类似于本 发明的第五实施方式，不过它缺少中央插入杆。它包括埋入第一和第二胶 基质606的细软电极602。此外，电极阵列601共有本发明的上述实施方式 的主要设计特点。
图13所示的本发明的电极阵列701的第八实施方式是相同形状的两 个平坦电极阵列的组合，这两个阵列各自对应于第七实施方式的电极阵列， 其中它们的平坦表面重叠并且通过隔开的胶部分718接合。它们的电极的 附图标记分别为702a、 702b，而所示出的它们被埋入其中的第二胶部分的 附图标记分别为706a、 706b。
图14所示的电极阵列801的第九实施方式与图6的实施方式基本一 致，除了电极尖端803a、 803a，、 803b、 803b，未埋入第一胶基质805 (因而 它们延伸出来)，而且插入杆814未延伸穿过整个电极阵列至其远端。替 代地，插入杆814通过胶818安装在电极阵列的第二胶基质部分806的平 坦近侧表面中的中央圆柱形轴向凹槽中。胶818在水性环境中的溶解速率 显著高于第二胶基质部分806的溶解速率。电极802a、 802a'、 802b、 802b' 具有沿近侧方向朝电极阵列801的中轴(未示出)倾斜的尖端803a、 803a'、 803b、 803b'。它们的远侧部分埋入第一基质胶部分805中，该第一基质胶 部分805在水性介质中的溶解速率高于近侧部分埋入的第二基质胶部分 806。第一与第二胶基质部分之间的界面809设置在电极阵列801的锥形远 侧部分的近侧。各个电极802a、 802a，、 802b、 802b，的近端分别附连于细 软导电引线804a、 804a，、 804b、 804b，，这些引线804a、 804a，、 804b、 804b， 在离电极阵列801的近端较短距离处组合成多电极引线束808。
结合在本发明的电极阵列901中的现有技术电极902 (图15、 15a)包括倒刺920，该倒刺920沿钝电极尖端903的近端方向延伸并终止于尖锐 端921。倒刺920与电极902是一体的，其由非常细的金属导线制得。除倒 刺920和其尖端921 (图15、 15a中的细点阴影部分)之外，电极902被薄 聚合物层(未示出)绝缘。在图15中，弯曲倒刺209通过埋入第一胶基质 905而保持弹性紧靠于电极902。电极的近侧部分包括埋入第二胶基质906 中的电极902的末端近侧部分。细导线引线904在925处焊接至电极卯2 的从第二胶基质906延伸出来的短近侧末端部分。在离焊点925较短距离 处，微信号放大器926与引线904是一体的。 一旦第一胶基质905溶解， 倒刺902的运动就不再受约束，并呈现图15a所示的物理上不受限制的弯 曲构造。不过电极902的近端仍保持包埋在第二胶基质906中。
本发明的电极阵列的应用
本发明的电极阵列主要用于对患有疼痛、癫痫、抑郁、脑和/或脊髓损 伤或变性的人的治疗；作为能进行假体控制或控制骨骼肌的脑一计算机通 信的接口；用于控制内分泌和外分泌器官功能；以及作为神经元网络功能 以及神经系统的可塑性、发育和老化的研究中的研究工具。
本发明的电极阵列的临床应用尤其可用来通过记录例如中风或变性疾 病的情况下来自剩余神经元的信号来辅助患有各种类型的脑或脊髓损伤的 患者，和/或用来刺激神经元以弥补丧失的功能。相似的用途对动物也是可 能的。例如，这些电极可用来通过刺激止痛脑干中心，例如脑管周围的灰 质中的核来缓解疼痛；通过基底神经节或相关核内的刺激可减轻或减少帕 金森综合征中的颤抖、舞蹈症运动或其它不自主运动；在阿尔茨海默疾病 或其它变性疾病的情况下通过刺激胆碱能和/或单胺能核来提高记忆力；通 过刺激脑边缘中心或其它脑区域来控制情绪、攻击行为、抑郁、焦虑、恐 惧、感动、过度性行为、阳萎、进食干扰；通过刺激大脑皮质中的剩余连 接或递减的运动神经通道来使中风或脑/脊髓受损之后的患者康复；在脊髓 受损之后通过刺激脊髓中的相关部分来重新建立对诸如膀胱和肠清空之类 的脊髓功能的控制；通过刺激递减的抑制脊椎中心或合适的小脑区域来控制痉挛。DMCE还可用来诱导患有失眠的人睡眠。
本发明的电极阵列可通过使电流流过组织来对特定组织部位进行电解 杀伤。适当强度的电流可用来加热电极细丝从而将其温度升高至一定水平， 在该水平邻近的细胞被杀死。在这种情况下，选择由电极束给予的电流强 度以使其足以在毗邻电极束前端的一定组织空间内实现细胞死亡。例如， 电极阵列可用来杀伤肿瘤或在刺激或变性疾病之后产生异常活动的CNS部 位。
记录和刺激结合的示例包括通过与给予抗癫痫药和/或电脉冲的系统 偶联的植入癫痫病灶的电极来监测癫痫发作；通过记录中枢运动神经命令、 并刺激损伤处的运动神经系统末梢的执行部分来补偿运动神经系统中已丧 失的连接；通过记录该部位处的神经元活动来选择产生异常电活动的部位、 接着通过电极束给予足够强度和足够时长的电流来杀伤该部位处的组织。
本发明的电极阵列还可用作计算机与神经假体通信的接口。在周围神 经系统有损伤的病人中，记录来自CNS的命令信号是有用的。这些信号可 通过计算机程序来解释，并用来控制诸如人造手或脚之类的神经假体，也 可用于控制对诸如膀胱和肠之类的肌肉和器官的刺激。
而且，对于激素分泌或调节缺陷的患者，本发明的电极阵列可用来测 量活性并控制来自外分泌或内分泌器官的激素分泌。
本发明电极阵列在研究脑和脊髓的正常以及异常活动中的应用可包括 例如监测例如主躯体感觉皮质或脑边缘系统中的疼痛相关的神经元活动， 从而能够评估可能的止痛化合物或止痛治疗的潜能。另一示例是监测动物 的癫痫行为，以测试抗癫痫化合物或治疗的功效。其它示例包括记录调节 睡眠的神经元中心的活动以研究睡眠紊乱，以及记录调节食欲的神经元中 心以研究与肥胖相关的问题。
在这些研究中，有必要记录神经元活动，同时与未受干扰的中枢神经 系统相互作用。针对此目的，本发明的电极阵列被长期植入CNS。它可用 作测量例如组织中多种分子浓度水平的生物传感器的载体。
本发明的电极阵列如果配备有光纤，则可用来介导来自通过敲入基因 技术引入细胞中的荧光团(flu叩hore)的信号。本领域普通技术人员将能理解的是，本文中公开的本发明的电极阵列 的实施方式和用途仅作为示例给出。他或她还将理解，本发明还包括除本 文中具体说明的那些实施方式之外的多个实施方式的特征的纯粹组合。
权利要求
1.一种用于插入包括人的动物的软组织中的电极阵列，包括多个各自具有远侧尖端和近端的细软电极，其中从近端延伸的所述电极的至少一部分平行设置，所述电极包埋在可溶解于诸如体液之类的水溶剂中的基质中，其中所述基质包括溶解速率不同的两个或多个部分，包括第一部分，其包围从其远侧部分，具体是从远侧尖端沿近侧方向延伸的电极部分；以及第二部分，其包围从所述第一部分向它们的近端延伸的电极部分。
2. 如权利要求1所述的电极阵列，其特征在于，所述第一基质部分的溶 解速率高于所述第二基质部分的溶解速率。
3. 如权利要求1或2所述的电极阵列，其特征在于，软引线导电附连至 各个电极的远端。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，除远端 之外，各电极电绝缘。
5. 如权利要求1至4中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，所述电极长度不同。
6. 如权利要求5所述的电极阵列，其特征在于，所述电极围绕轴设置， 它们的远端位于横切所述轴的平面中，设置方式是长度朝所述轴方向递增。
7. 如权利要求6所述的电极阵列，其特征在于，所述电极的远侧部分形 成锥体或锥体的对称轴向剖面或类似的构造。
8. 如权利要求1至7中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，所述电 极的远侧部分包括展开装置。
9. 如权利要求8所述的电极阵列，其特征在于，所述电极的远侧尖端沿 近侧方向朝所述电极轴单侧地倾斜。
10. 如权利要求8所述的电极阵列，其特征在于，从所述远侧尖端延伸的电极部分以背离所述中心轴的方向弯曲。
11. 如权利要求8所述的电极阵列，其特征在于，从所述远侧尖端延伸的 电极部分以弹性约束的方式设置在所述第一基质部分中，以允许它们在所述第 一基质部分溶解时以背离所述中心轴的方向弯曲。
12. 如权利要求1至11中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，所述 第一基质部分的溶解速率足以使它在所述第二基质部分溶解到足以使包埋电 极失去包埋状态的程度之前充分地溶解。
13. 如权利要求1至12中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，包括设置在其电极之间的能够在水性溶剂中溶胀的物质。
14. 如权利要求1至13中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，包括 一根或多根光纤。
15. 如权利要求1至14中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，包括 一个或多个可收縮的双金属元件，所述双金属元件在电流流过它们时改变它们 的形状，例如发生弯曲，以便控制其插入路径。
16. 如权利要求1至14中的任一项所述的电极阵列，其特征在于，包括 用于控制其插入路径的一个或多个可收縮的聚合物元件。
17. 如权利要求1至14中的任一项所述的电极阵列，其特征在于， 一电 极被连接至设置在其近端附近的微型放大器。
全文摘要
一种用于插入软组织的电极阵列包括多个细软电极，每一个具有远侧尖端和近端，其中从近端延伸的电极的至少一部分平行设置。电极埋入在诸如体液之类的水溶液中可溶解的基质中。该基质包括溶解速率不同的两个或多个部分。第一部分包围沿其远侧部分向近侧方向延伸的电极部分。第二部分包围从第一部分向近端延伸的电极部分。
文档编号A61B5/0478GK101616630SQ200880002662
公开日2009年12月30日 申请日期2008年1月23日 优先权日2007年1月23日
发明者J·斯科恩博格 申请人:神经毫微股份公司