專利名稱：：用于腦部監(jiān)控和調制的引線及方法用于腦部監(jiān)控和調制的引線及方法
背景技術：
：1.發(fā)明領域。本發(fā)明一般涉及醫(yī)療裝置及方法，尤其涉及用于電學地和/或化學地調制和監(jiān)控腦組織的引線。將諸如探針或引線之類的醫(yī)療設備植入頭蓋骨內是用于治療諸如帕金森病、特發(fā)性震顫和張力失常之類的疾病的日益重要的途徑。植入可用于治療一系列失常，諸如抑郁、癲癇癥、張力失常、強制性障礙、肥胖癥和慢性痛。這些設備中的大多數通過電極施加電流與腦相互作用。另外，通過長期植入的引線向患有阿耳茨海默病和帕金森病等的患者注入藥劑已在醫(yī)學文獻中被提議作為電刺激的基本治療或附屬治療。當前可植入探針通常被配置為小直徑圓柱或管，其在遠端附近有若干圓形金屬環(huán)，以及電學上無源的中心軸向腔。金屬環(huán)用于提供電刺激，而中心軸向腔可用于在植入過程期間通過導絲或通管絲傳遞探針。在大多數治療方案中，一系列電脈沖被施加到探針上的一個或多個導電環(huán)。通常使用導電環(huán)的單極或雙極刺激。在單極刺激中，用電荷平衡的兩相電脈沖刺激單個圓環(huán)，其在遠地具有電流返回路徑，比如電池組或控制模塊。在雙極刺激中，用相反極性的電荷平衡的兩相電脈沖刺激環(huán)的組合。對導電環(huán)的刺激產生關于探針或多或少對稱的作用場，同時因鄰近神經或腦組織的電氣性質的各向異性而出現一些不對稱。關于探針軸線對稱的電場并不總是合乎需要的。例如，當探針未被植入調制目標的中心時或者當腦目標的形狀不對稱或不規(guī)則時。另外，目標區(qū)附近經常存在神經元域，而它們不應受到調制。調制非目標區(qū)可引起非期望的副作用，包括軀體感覺、不隨意運動以及視覺損傷等。不僅需要調制腦活動，而且需要將其與生理學和病理生理學狀態(tài)一起監(jiān)控。監(jiān)控獲得關于刺激部位附近神經元活動的信息，包括場電位和細胞外記錄的動作電位。在用于治療的電刺激的過程中以及在被設計為評估人腦及腦-電極界面的特殊的刺激和響應實驗的過程中可在正在進行的基礎上觀測這些電位。從間隔監(jiān)控獲得的信息可用于由患者在正在進行的、每日的基礎上控制和調整治療，或者用于隨后在保健專家處的就診。由監(jiān)控獲得的信息還可用于通過自動化的控制系統或控制算法以及通過更新控制器的參數來動態(tài)調整治療。間隔監(jiān)控可用于跟蹤響應于刺激的、因變于刺激量的腦中的變化。臨床決定可基于估計參數，比如僅僅產生響應的閾刺激水平以及僅僅使觀測到的響應飽和的刺激水平。刺激響應函數的形狀，例如它是上凹、下凹還是線性的，還可通知治療作調整。在刺激部位附近測得的從閾值到飽和的動態(tài)范圍可與臨床效果的動態(tài)范圍直接對應，或者它可與其相關。在這兩種情況下，局部測量的動態(tài)范圍提供可加速初始擬合并引導正在進行的治療方案作調整的信息?？赏ㄟ^動態(tài)范圍的變化跟蹤響應于治療的腦可塑性。考慮將間隔監(jiān)控應用于治療帕金森病。眾所周知，在啟動刺激方案之后對帕金森患者的電刺激在幾分鐘或幾小時內并不會出現有益效果。如果該方案在睡眠期間中止并在醒來時恢復，則治療的有益效果可能在多個小時內都不再出現。間隔監(jiān)控提供跟蹤響應于刺激的變化的機會，使得可在一個方案期間施加刺激以便產生有益效果，以及在另一更保守的方案下施加刺激以便僅僅維持有益效果。這種策略能節(jié)約電池電源，并且還能減少副作用。通過不時地監(jiān)控，調制治療可依據所觀測到的病理學或正常生理學狀態(tài)與自然腦節(jié)律動態(tài)地同步，或者由自動控制系統或控制算法控制。當前執(zhí)行的大多數過程監(jiān)控患者運動、行為或在遠離電刺激探針部位的部位處的腦活動，并且該信息用于調整腦刺激參數。在短的時間尺度上調整參數以產生期望效果并使副作用最小化，并且在較長的時間尺度上調整參數以考慮腦可塑性。腦可塑性歸因于腦對干預的自適應響應，并且眾所周知，腦對諸如調制治療之類的干預的正在進行的響應經常與初始響應有所不同。有用的信息還可通過監(jiān)控電刺激部位附近的電位來獲得，因此在電刺激位置處監(jiān)控腦活動是合乎需要的。監(jiān)控允許疾病過程和痊愈過程與針對各種治療選擇的預后一起被評估。由于這些以及其它原因，提供用于調制和監(jiān)控諸如腦之類的組織的經改進的探針是合乎需要的。提供用于產生定向電場的有效設計是特別合乎需要的，其中該定向電場可被轉向為朝著預定目標和/或離開其它腦區(qū)域。提供具有有效數量和大小的電極以及連接器引線的探針也是合乎需要的，其結合了電記錄和刺激或調制兩種能力，其中來自記錄的信息在鄰近治療位置處獲得并且可用于限定剌激方案。隨后可靜態(tài)或動態(tài)地修改方案，并且隨著疾病狀態(tài)的改變，也可調整療法。對腦電活動的記錄和監(jiān)控還用于確定何時應用刺激方案，或者是否應將其保留用于其更有效的時候，從而幫助節(jié)約電力。2.
背景技術：
描述。描述腦調制探針及方法的現有專利和專利申請公開包括美國專利申請公開No.2006/0047325、2006/0004422、2005/0015130、2004/0039434和美國專利No.7,051,419、7,047,082、7,006,872、6,094,598、6,038,480、6,011,996、5,843,148以及5,716,377。發(fā)明概要本發(fā)明一般提供能夠調制或刺激組織并且測量和記錄作為調制結果的局部組織響應的可植入探針或引線。術語"調制"和"刺激"可互換地使用以指代提供激發(fā)或抑制組織中的活動的刺激。術語"探針"和"引線"也可互換使用以指代可用于調制組織和/或測量并記錄局部組織響應的任何設備。對組織的調制可包括對組織的電學和/或化學刺激以及對組織活動的抑制。測量和記錄組織響應經常需要測量響應于刺激的局部組織電位，但是還可包括測量和記錄內源性組織電位以及組織中的化學活性。通常，探針用于腦組織中，通常被植入深部腦結構中或者植入大腦或小腦中。本發(fā)明還提供可在諸如神經結構之類的組織內更有效地且使非期望副作用最小化地引導治療調制的方法。本發(fā)明還包括電學地和/或化學地監(jiān)控組織活動使得可更改治療干預以提高其有效性或節(jié)約諸如試劑或電荷之類的有限資源的方法。探針具有用于刺激諸如腦之類的組織和/或用于通過測量局部組織電位來記錄組織活動的電極。刺激電極被安排為使得它們可被單獨地或組合地激活?；蛘咚鼈兛杀煌瑫r或順序協調地激活以便使受刺激的腦組織的體積成形并調節(jié)受刺激腦部中活動的量和定時。探針通常具有多個沿探針軸向放置的環(huán)形刺激電極。為了最有效地使用探針，每個環(huán)形電極上設置有三個獨立的刺激部位，但是每個環(huán)形區(qū)域可使用更多數量的刺激部位。"獨立的刺激部位"是指電極可分為通常設置在環(huán)形電極的120。的弧度中的三個隔離區(qū)域，其中每個區(qū)域可從外部或其它能量源獨立地激發(fā)。在本發(fā)明的第一方面中，用于刺激和監(jiān)控腦組織的裝置包括具有近端和遠端的細長構件以及沿細長構件軸向排列的多個環(huán)形刺激電極，這些電極被設置在遠端附近，但是它們還可被設置在其它軸向位置。細長構件通常在近端附近的各個部分可以是柔性的，而遠端附近的各個部分還可以是剛性的。環(huán)形刺激電極適于將電流傳遞到組織中并且至少一個環(huán)形刺激電極具有至少三個獨立的刺激區(qū)域或點。該裝置通常但不一定還包括設置為鄰近刺激電極的多個測量或記錄電極，并且一些記錄電極可被安排在環(huán)形刺激電極之間且記錄電極適于測量局部組織電位。記錄電極可關于細長構件周向地設置并且有時具有圓形表面。在裝置的尖端處或附近還可存在用于記錄和/或刺激的表面。該裝置通常將包括與環(huán)形刺激電極和環(huán)形記錄電極中的至少一些相耦合的多條導線，并且任選多觸點連接端子可被設置在細長構件的近端附近并與這些導線相耦合。該裝置的每一刺激電極可具有一條導線和/或每一記錄區(qū)域具有一條導線。通常該裝置還具有軸向設置在近端和遠端之間的空腔并且有時該空腔適于容納導絲或通絲管。通常所治療的組織是腦組織，但是其它組織也可通過本發(fā)明的方法和系統進行治療。另外，該裝置通常包括沿著細長構件或在細長構件內軸向設置的空腔。在一些情況下空腔適于容納導絲或通絲管，該導絲或通絲管從細長構件的遠端附近的孔穿過空腔。在其它情況下，與空腔互通的一個或多個孔被設置在細長構件的遠端附近并且適于將治療劑或其它物質輸送到組織和/或從組織接收化學物質。在一些情況下，這些孔被設置在環(huán)形刺激電極之間，而在其它情況下，至少一個孔被設置在細長構件的遠端。在一些實施例中，孔可包括適于允許選擇性地啟用孔的選通構件。選通構件可以是半滲透膜并且諸如當選通構件是化學活性的水凝膠時可被化學地控制。在一些實施例中，附加的刺激電極可被設置在空腔中，并且通常該附加電極是線。治療劑也可通過空腔輸送。在其它實施例中，附加刺激電極可被放置在細長構件的遠端并且該電極還能夠將電流傳遞到組織。治療劑還可用于該實施例或本文描述的其它實施例。通常，導線沿著細長構件纏繞成螺旋狀。第一組導線可與刺激電極耦合，并且第二組導線可與記錄電極耦合。第一組導線可被纏繞成具有第一螺距的螺旋線，并且第二組導線可被纏繞成具有第二螺距的螺旋線。在一些情況下，第一螺距與第二螺距不同。導線通常由不銹鋼、MP35N或鎢組成，這是因為它們與MRI成像系統的生物適應性和相容性，但是諸如鉑銥合金之類的其它材料也是可能的。通常，多個環(huán)形刺激電極以及記錄電極也可與磁共振成像(MRI)相容。如果物體在存在磁場的情況下沒有顯著地使圖像質量失真、因熱量導致組織損傷并且不移動，那么它就與MRI相容。在本發(fā)明的第二方面中，治療組織的方法包括將探針植入組織。探針可與磁共振成像相容并且通常具有多個環(huán)形刺激電極以及多個記錄電極。至少一個環(huán)形剌激電極上具有至少三個獨立的刺激點或區(qū)域。隨后可用來自環(huán)形刺激電極的治療電流刺激組織，并且通?？身憫谟涗涬姌O的刺激來測量局部組織電位。還可收集來自組織的化學物質以便提供關于刺激有效性的反饋，并且這可包括控制選通構件以便選擇性地開或關設置在探針上的一個或多個孔。這些孔還可適于控制治療劑向組織的傳遞和/或從組織接收化學物質。可分析測得的局部組織電位以提供關于刺激有效性的反饋，并且隨后可響應于反饋調整刺激。通常所治療的組織是腦組織，并且該方法還可包括用治療劑刺激組織。該方法還可包括用錨將探針可釋放地耦合到組織。在本發(fā)明的第三方面中，用于治療組織的系統包括與磁共振成像相容且通常具有適于測量局部組織電位的多個環(huán)形刺激電極以及多個記錄電極的組織探針。至少一個環(huán)形刺激電極上具有至少三個獨立的刺激點或區(qū)域，并且這些區(qū)域適于將電流傳遞到組織中。該系統還可包括與記錄電極和刺激電極耦合的多觸點連接器以及適于經由多觸點連接器向組織探針提供電刺激的可植入和可控制的脈沖發(fā)生器。通常所治療的組織是腦組織，并且該系統通?？砂ㄥ^固設備。錨固設備適于將組織探針可移除地固定到患者的頭部。該系統通常還包括適于控制脈沖發(fā)生器的患者編程器o在與附圖相關的以下描述中更詳細地描述了這些及其它實施例。附圖簡述圖1示出組織監(jiān)控與調制引線的一個實施例。圖2示出組織監(jiān)控與調制引線的另一實施例。圖3示出組織監(jiān)控與調制引線的又一實施例。圖4示出組織監(jiān)控與調制引線的再一實施例。圖5示出組織監(jiān)控與調制引線的橫截面。圖6示出監(jiān)控與調制引線的替換實施例的橫截面。圖7示出監(jiān)控與調制引線的又一實施例的橫截面。圖8示出監(jiān)控與調制引線的再一實施例的橫截面。圖9示出監(jiān)控與調制引線的另一實施例的另一橫截面。圖IO示出監(jiān)控與調制引線的一個實施例的又一橫截面。圖11示出監(jiān)控與調制引線的另一實施例的再一橫截面。圖12示出監(jiān)控與調制引線的另一實施例的另一橫截面。圖13A到圖13C突出顯示監(jiān)控與調制引線的示例性實施例的記錄與刺激區(qū)域。圖14示出分隔開90°的四個刺激部位所產生的偶極子的量值的模型。圖15示出與圖14中的模型相比分隔開120。的三個刺激部位所產生的偶極子的量值的模型。圖16示出腦部監(jiān)控與調制引線的一個實施例的立體圖。圖17示出植入患者頭部中的腦部監(jiān)控與調制引線。圖18A到圖18C示出來自兩個記錄電極的對腦電位的樣本記錄。圖19A到圖19C示出來自兩個記錄電極的對腦電位的附加樣本記錄。發(fā)明詳述在附圖中相同的標記描述實質上類似的組件。探針的遠端上通常具有環(huán)形電極。被分為兩個刺激部位的電極能夠將偶極子沿著一條軸線定向。當環(huán)形電極被分為三個刺激部位時，可在平面內沿任何方向產生偶極子。因此，每個環(huán)形電極有三個刺激部位是有利的，因為這是沿平面內任一方向定向偶極子所需的每個電極的刺激部位的最小數量。使用最小數量的刺激部位也是有利的，因為它使必須穿過探針的導線的數量最小化并且允許最大電流密度通過任何記錄部位來調制腦組織。當電流密度受到腦組織容限限制時，刺激部位的開口環(huán)可在一些方向上傳遞比其它方向更大的刺激。例如，考慮被排列為圍繞圓柱形探針的開口環(huán)的四個刺激部位，其中兩個部位與橫向軸(X)對準，并且另兩個部位與正交橫向軸(Y)對準。通過將因為在相對的刺激部位對之間通過電流而產生的兩個偶極子線性相加，該配置可產生在刺激部位的平面內任意定向的電偶極子。為了產生量值為(m)且相對于軸(X)定向為e的偶極子，量值為(m/d)cos9的電流通過與(X)對準的刺激部位，并且量值為(m/d)sine的電流通過與(Y)對準的刺激部位，其中d是離原點的距離。隨著e的變化，偶極子量值的軌跡呈一個圓?？赡苄枰獙⑷魏螁蝹€電極處的電流密度限制為小于某最大值，從而可限制刺激的熱量或其它非期望副作用。在這種約束之下，四個刺激部位的開口環(huán)可產生的、因變于角度e的最大偶極子的跡線呈正方形243，如圖14所示。最大的偶極子量值是在軸(X)和(Y)之間的中間定向、并處于正方形的拐角處，因為兩對刺激部位攜帶最大允許電流。最小的偶極子量值是沿著軸(X)和(Y)的定向，因為僅有一對刺激部位攜帶非零電流。將以上情況與具有三個刺激部位的實施例相比較，其中該三個刺激部位被排列為圍繞圓柱形探針的開口環(huán)或圓環(huán)。如果電極環(huán)的軸向長度和最大電流密度與先前示例中的相同，則通過任何電極的電流的最大量值要大1/3倍。當最大電流通過一個電極時，返回電流在其它兩個電極之間按不同比例分開。可由三個電極的環(huán)產生的、因變于e的最大偶極子的跡線呈六邊形246，與圖15所示的類似。對于刺激場的大多數定向，由三個刺激部位的開口環(huán)所產生的最大偶極子的量值比由四個刺激部位的開口環(huán)所產生的偶極子大，如圖14的正方形243疊加到圖15中所示。圖14和圖15示出闡明使用諸如三個之類的質數個刺激部位的優(yōu)點的簡化模型。圖1的優(yōu)選實施例中的開口環(huán)上有三個刺激部位。圖14示出排列在圓230周圍的點處的四個電單極234a、234b、234c和234d的情況。單極234a和234c電荷大小相等方向相反，從而產生一偶極子，單極234b和234d亦是如此。正方形234上的點的徑向位置表示可由兩個偶極子234a、234c與234b、234d的和所產生的最大凈偶極子，其所受的約束是單極上的最大電荷的量值為一。四個單極的電荷總和是零。圖15示出排列在圓230周圍的點處的三個電單極235a、235b和235c的情況。在此疊加圖15的最大凈偶極子正方形243用于參考。三個電單極更有效地產生定向偶極子，如最大凈偶極子六邊形所描繪。具有一個極性的一個單極和具有相反極性或零電荷的兩個單極產生兩個偶極子。所有三個單極的電荷總和是零。六邊形246上的點的徑向位置表示可由兩個偶極子的和所產生的最大凈偶極子，其所受的約束是任何單極上的最大電荷不能超過量值1.2。在此使用較大的最大電荷約束是因為每個部分占據圓周的1/3的情況與在每個部分占據圓周的1/4的情況相比具有固定軸向長度的每個刺激部位的表面積較大。離電極235a、235b、235c最近的六邊形的各邊在約束電極具有正極性的情形下產生，而與這些邊相對的六邊形各邊在約束電極具有負極性的情形下產生。可以看出，在大多數方向中六邊形246的徑向位置離原點的距離比正方形243離原點的距離遠。對于軸向長度固定的開口環(huán)，三個刺激部位與四個刺激部位相比可傳遞更大的有效刺激?；蛘?，對于固定的有效剌激，三個刺激部位的開口環(huán)的軸向長度可比四個刺激部位的開口環(huán)的短。本發(fā)明的優(yōu)選實施例優(yōu)于其它探針的優(yōu)點是在最大電流密度受到約束的情形下支持對電流的更佳可操縱性。對本發(fā)明的這種描述并不排除使用同時或協調地刺激不同開口環(huán)上的刺激部位的刺激方案。對本領域的技術人員顯而易見的是具有六個刺激部位(或3的任何其它倍數)的開口環(huán)的刺激探針可按獲得本發(fā)明優(yōu)點的方式使用。這可通過將具有六個刺激部位的環(huán)像三個刺激部位一樣來控制而實現，其中每個部位都包括一對相鄰刺激部位。因此，在任一軸向位置上，刺激部位的數量是質數。質數產生同時使用所有電極表面以實現不同刺激定向的更多組合可能性。使用所有電極表面使電流密度保持盡可能地小。在優(yōu)選實施例中，刺激部位的數量是3。在另一實施例中，刺激部位的數量是5。具有2、5或7個刺激部位的配置可實現電流密度優(yōu)點(這也是本發(fā)明所尋求實現的優(yōu)點)，盡管其程度較小?，F在參考圖l，其示出組織調制與監(jiān)控探針。圖l示出探針的優(yōu)選實施例。它是圓柱形探針，具有柔性探針體10和任選多觸點連接端子20a。關于多觸點連接端子的附加細節(jié)在美國臨時專利申請No.60/820,914中公開，該專利申請的全部內容通過引用結合于此?？墒褂盟I域公知的其它連接器。在探針的遠端30a有剌激部位的一個或多個開口圓環(huán)。刺激部位可與所有環(huán)上的匹配角位置對準，或者可偏置到不同環(huán)上的不同角位置。還有適于記錄局部場電位的一個或多個環(huán)形電極帶，以及在最遠端的點處或附近的記錄電極。在該優(yōu)選實施例中，多觸點端子20a的最大直徑與柔性探針體10的直徑相同。在該實施例中，在四個軸向位置上，三個刺激部位33a、33b、33c、34a、34b、34c、35a、35b、35c、36a、36b、36c被排列為開口環(huán)，總共有12個刺激部位。這在圖5到圖12的橫截面圖中可更好地看出。在該實施例中還有三個記錄帶37、38、39排列在開口環(huán)之間的間隙中。記錄部位的大小適于記錄局部場電位，其外露面積的范圍為從約0.0005mm2到約0.5mm2，但是該面積可達到約0.8mm2。一些實施例具有較小的記錄部位，其可改善對動作電位的細胞外記錄。這些記錄部位的外露面積的范圍為從約1.9xIO'5mm2到約0.002mm2，但是它們可大到約0.1mm2。記錄部位的形式可以是絕緣線的裸露端、薄膜、金屬焊盤或者其一部分絕緣體被移除以在設備的壁內暴露電導線的絕緣區(qū)域。替換實施例可不具有記錄環(huán)，或者可具有更多的記錄環(huán)。附加的記錄環(huán)或點電極可沿著探針體10或在探針尖端32處定位。該實施例沒有限制記錄電極(帶和/或點)相對于刺激部位的對準。在刺激表面與記錄表面之間以及在各記錄表面之間必須有至少100pm的不導電間隙，以便減少分流并改善已記錄信號的絕緣。通過探針的電信號不相互干擾是合乎需要的。高電平電刺激信號不與低電平記錄信號干擾是尤其合乎需要的。因此，優(yōu)選攜帶記錄信號的導線置為內螺旋形，而攜帶刺激信號的導線置為外螺旋形。兩個螺旋線的螺距可以相同或者可以不同，從而沒有刺激與記錄導線對穿過明顯距離的相鄰路徑。這使任何刺激導線和任何記錄導線之間的電容耦合最小化。在其它實施例中，可將導電涂層施加到記錄導線的螺旋線的外部?？蓪⑵浣拥匾詼p小兩類導線之間的電磁干擾。在又一實施例中，可接地的金屬箔被包裹在內螺旋線和外螺旋線之間。在其它實施例中，攜帶已記錄信號的導線置于攜帶電刺激信號的導線之間。該實施例的優(yōu)點在于導線置為單個薄片并且可以更加致密和更加柔韌，但是在一些情況下該實施例可能具有的缺點在于當刺激電流調制刺激導線時，刺激信號可耦合到相鄰的記錄導線中。注意，并不是所有的刺激導線都需要在任何時刻攜帶電流。在使用探針的很多場合中，一些記錄導線因此將在任何時刻都與活動的刺激導線良好地隔離。在另一實施例中，刺激線和記錄線作為相鄰的導線組螺旋形地穿行。這些線應當在機械上是堅固的并且導電。合適的材料包括合金MP35N(鈷鉻合金)、不銹鋼以及鎢或已被鍍金以促進與刺激部位及顱外連接器的連續(xù)性的鎢合金線。材料具有最低程度的磁性以使MRI相容性最大是重要的。刺激部位由使安全電荷轉移最大化的相對惰性的材料制成，比如鉑、銥或鉑與銥的合金。探針體由生物相容的聚合物涂敷，比如硅酮橡膠或聚氨基甲酸酯，其支持在探針退出頭蓋骨處以短的曲率半徑彎曲。圖2示出探針30b的替換實施例。探針30b類似于圖1的探針30a，不同之處在于其添加了可允許化學物質進入或離開探針空腔的孔40?？?0可由半滲透膜覆蓋?；蛘咧T如化學活性的水凝膠之類的以化學方法控制的選通機構可放置在這些孔附近。這種水凝膠取決于鄰近媒介的化學成分可以膨脹或收縮。選通機構可基于孔的體積膨脹和閉塞來操作，或者水凝膠可用機械附屬結構形成。這種結構的示例包括雙壓電晶片束，如R.Bashir、J.Z.Hilt、0.Elibol、A.Gupta和N.A.Peppas在2002年出版的AppliedPhysicsLetters(應用物理學通訊)81(16)第3091-3093頁的"MicromechanicalCantileverasanUltrasensitvepHMicrosensor(作為超靈敏pH值微傳感器的微機械懸臂)"所述。另一示例包括開有微孔的表面覆層，如A.Baldi、M.Lei、Y.Gu、R.A.Siegel和B.Ziaie在2006年出版的SensorandActuatorsB(傳感器和傳動器B)IM(I)第9-18頁題為"AMicrostructuredSiliconMembranewithEntrappedHydrogelsforEnvironmentallySensitiveFluidGating(用于環(huán)境靈敏流體選通的具有俘獲的水凝膠的微觀結構硅薄膜)"的文章中所公開的，或者另一示例包括替代適于形成閉塞密封的元件的覆板，如A.Baldi、Y.Gu、P.E.Loftness、R.A.Siegel禾口B.Ziaie在2003年出版的MicroelectromechanicalSystems(微型機電系統)期刊12(5)第613-621頁"AHydrogel-ActuatedEnvironmentallySensitiveMicrovalveforActiveFlowControl(用于活動流控制的水凝膠驅動環(huán)境靈敏微型閥)"所述。這些參考文獻的全部內容通過引用結合于此。因為水凝膠可被配置為使得它們的體積具有不同的化學依賴性，所以不同的水凝膠可與引線上不同預定位置處的孔相關聯，從而藥劑可被選擇性地傳遞到探針上的預定位置。同樣，可從探針上的預定位置獲得細胞外空間或大腦髓液(CSF)的樣本。根據pH值直接控制的化學選通機構的示例包括先前在"MicromechanicalCantileverasanUltrasensitvepHMicrosensor(作為超靈敏pH值微傳感器的微機械懸臂)"中描述的那些。經由與pH值的關系由二氧化碳的存在性所控制的選通機構包括如R.Steege、H.Sebastiaan、W.Olthuis、P.Bergveld、A.Berg和J.Kolkman在2007年出版的ClinicalMonitoringandComputing(臨床監(jiān)控和計算)期刊21(2)第83-90頁"AssessmentofaNewPrototypeHydrogelC02Sensor;ComparisonwithAirTonometry(對新原型水凝膠C02傳感器的評估；與空氣張力測量法的比較)"所描述的那些。由葡萄糖的存在性所控制的選通機構的其它示例被Theeuwes等人在美國專利No.6,997,922中公開。以上所列出的參考文獻的全部內容通過引用結合于此。圖3示出其中探針尖端32a導電的探針30c的替換實施例，其用作附加的刺激部位。這可用作常規(guī)的刺激部位，其支持單極和雙極刺激。通過結合刺激部位36a-c的遠端環(huán)，它形成以四面體的頂點為中心的一組刺激部位，從而支持在三維空間中操縱尖端附近的電流。圖3的實施例還在刺激電極36a-36c和遠端刺激電極32a之間具有附加的記錄電極42。同樣，如美國臨時專利申請No.60/820,914所進一步公開地，多觸點連接端子20c具有沿著兩個半圓柱形或D形連接器軸向間隔的多個電觸點，該專利申請的全部內容通過引用結合于此。圖4示出探針30d的替換實施例，其說明多觸點端子20d不需要具有與探針體10相同的直徑。在此，觸點端子20d是較大直徑圓柱形插頭，其具有用于使探針30d和監(jiān)控與調制系統的其余部分相耦合的插座。該實施例示出記錄電極的表面不需要是圓形的，但是可被配置為記錄點43。替換實施例可包括多個記錄部位，一些被配置為環(huán)，并且其它的則被配置為點。在其它實施例中，記錄電極可釆用其它形狀，包括正方形、矩形或不規(guī)則形狀。在又一替換實施例中，多觸點端子可允許用于探針內通道流體的空腔或管道。流體可通過一個或多個空腔，并且可流進或流出腦，或者兩者兼有。圖5示出優(yōu)選實施例沿圖1的剖面線101的軸向橫截面圖。在該優(yōu)選實施例中，中心空腔70被由諸如聚氨基甲酸酯、硅酮橡膠或聚酰胺之類的生物相容聚合物制成的管72包圍。在替換實施例中，空腔是聚合物涂層，并且絕緣的記錄導線60可駐留于內空腔中。記錄導線60從記錄部位到它們在觸點端子20處的終端被纏繞成螺旋形。同樣，刺激導線50從刺激部位到它們在觸點端子20處的終端被纏繞成螺旋形。在優(yōu)選實施例中，刺激導線50的尺寸比記錄導線60的尺寸大，因為電阻損耗對刺激導線50的影響更大，但是在替換實施例中所有導線可以具有相同或相似尺寸。在優(yōu)選實施例中，記錄螺旋線和刺激螺旋線的螺距不同以減少各線之間的平均電容耦合。在替換實施例中這些螺旋線可具有相同的螺距。這兩個螺旋線可具有相同或相反的取向(一個順時針，另一個逆時針)。導線50、60被嵌入柔性聚合物中，并且在優(yōu)選實施例中是絕緣的，但是在替換實施例中可以或者可以不依賴于絕緣用的包圍聚合物。在該優(yōu)選實施例中，一層導電材料74插入在記錄導線和刺激導線之間，其可被附連到低阻抗電基準。替換實施例可將層74或中心空腔72的中心襯里用作內部刺激電極。替換實施例可省略該層74以簡化制造。刺激部位33a-c位于探針表面上，它們之間具有不導電材料的間隙41。刺激部位33a-c可具有附著于探針的管的分段的形式，并且被焊接或鉚接到導線50，或者可利用薄膜技術制造。可用于制造探針的薄膜技術的示例在例如美國專利No.7,051,419和No.7,047,082中有所描述，這些專利的全部內容通過引用結合于此。圖5中的導線50、60被示為具有圓形輪廓以顯出橫向切割的圓線，但是替換形式可使用成形線，比如具有正方形、矩形或橢圓橫截面的那些，或者薄膜技術可用于這些導線。圖5示出與該優(yōu)選實施例相應的12條刺激導線50和3條記錄導線60，但是替換實施例可具有更多或更少的導線來支持不同數量的電極。圖6示出替換實施例，其中刺激導線50被成組地排列，而不是環(huán)繞探針的周邊均勻地間隔開。示出四個一組共三組，但是可選擇地這些導線可被排列成三個一組共四組。這種實施例可允許中心空腔70和探針外部之間互通的孔，或者允許探針改善的柔性與導線組之間減小的壁厚相結合。圖7示出替換實施例沿圖1的剖面線101的軸向橫截面圖。在該實施例中，剌激導線和記錄導線在探針的同一環(huán)形空間中，與導線分開的先前的實施例不同。因為該實施例將兩導線置于同一環(huán)形空間中，所以中心空腔70可以較大。在優(yōu)選實施例中，刺激導線50和記錄導線60交替纏繞成螺旋線，但是在替換實施例中刺激導線和記錄導線可作為分開的組穿行。在替換實施例中，在刺激導線50和記錄導線60之間可以有附加的導線，該導線可連接到電中性的點。在替換實施例中，管72可用導電材料涂敷，其可連接到電中性的點。圖8示出其中記錄導線60和刺激導線50被分成多個組的替換實施例。與圖7示出的實施例相比，本實施例的優(yōu)點在于可減小刺激導線與記錄導線之間的非期望電容耦合的機會，但是其增加了分開的記錄導線之間的非期望電容耦合的機會。圖9示出具有中心空腔70和環(huán)形空腔71雙空腔以允許遞送或取樣流體(氣體或液體)物質或藥劑、或者取樣液體或揮發(fā)性物質的實施例。這些空腔可與孔互通，如圖2和圖13A-13C中的40所示，并且這種互通可以電學或化學地選通。這些空腔的遠端可以是封閉的、可滲透的、可選擇性滲透的或打開的以釋放空腔內容或空腔內容的一些片段或部分。這兩個空腔的遠端可以彼此相通，從而一個空腔遞送含有諸如左旋多巴之類的藥劑的液體或者諸如一氧化碳或一氧化二氮之類的具有生物活性作用的氣態(tài)媒介，而另一空腔在有與孔40或探針中的其它開口附近的媒介交換一種或多種物質的機會后取回該媒介。可被遞送的其它治療劑在本領域內是公知的，比如在美國專利No.6,094,598和No.6,227,203中公開的那些，這兩個專利的全部內容通過引用結合于此，并且通常諸如大腦髓液(CSF)之類的細胞外流體被取樣。在該實施例中，用于電刺激和記錄的導線在由探針中的附加壁78形成的附加環(huán)帶79內一起穿行。圖10示出與圖9類似的排列，其不同之處在于用于刺激和記錄的導線穿過兩個分開的圓環(huán)76和77并且這兩個環(huán)都與內部兩個空腔70和71同心。在其它實施例中，可以有兩個以上空腔，并且這些空腔不需要是同心的。圖11示出與圖9類似的排列，其不同之處在于其有單個空腔72。另外，導線50和60被隨機地定向，因此與具有限定圖案導線的探針相比可允許更容易地制造探針。圖12示出沒有用于任一種導線或用于支持質塊傳遞的空腔的排列。這些導線一起穿過探針中心。圖13A-13C示出用于刺激導線和記錄導線的排列，其與圖2示出的實施例類似。圖13A示出具有刺激電極36a-36c、35a-35c、34a-34c和33a-33c的四個區(qū)域的探針，且每個區(qū)域具有三個獨立的刺激部位。另外，圖13A中的探針具有記錄電極37、38和39以及孔40。圖13A的探針在圖13B-13C中被示為探針的周邊被打開，使得導線的上緣和下緣實際上彼此連續(xù)。在探針尖端的區(qū)域中，導線在軸向上穿行，并且沿著探針體旋轉形成螺旋繞組。圖13B示出在探針尖端附近沿軸向穿行并且隨后沿探針體旋轉形成螺旋繞組的記錄電極導線90a、90b和90c。圖13C示出刺激電極導線92a、92b、92c、94a、94b、94c、96a、96b、96c和98a、98b、98c的類似圖案。圖16示出監(jiān)控與調制引線的立體圖。在圖16中，引線上的四個刺激區(qū)域中的每一個都包含三個獨立的刺激電極。僅在最遠端區(qū)域上可看到全部三個刺激電極36a、36b、36c。在引線的其它區(qū)域中可看到兩個刺激電極，包括35a、35b、34a、34b、33a、33b。另外，引線具有三個記錄電極37、38和39以及在遠端引線尖端32附近的附加記錄電極52。內軸53被包含在引線體10內并且可適于容納本文前述的導絲、通絲管、空腔等。圖17示出利用固定物16固定到患者11的頭蓋骨且植入到腦組織14中的監(jiān)控與調制探針或引線12。延長引線18將探針12與可控脈沖發(fā)生器19耦合。引線通常在患者的皮膚之下延伸，但是它可以不是這樣并且可控脈沖發(fā)生器19可被植入或者它可保持在患者11的體外。用于將探針固定到頭蓋骨的固定物的附加細節(jié)在美國臨時專利申請No.60/908,367中公開，該專利申請的全部內容通過引用結合于此。下面的表1歸納所收集的數據，其證明通過刺激圓環(huán)周圍的不同刺激部位可實現不同的功能性刺激作用。與圖16示出的引線類似的引線被插入到被麻醉的貓的基底神經節(jié)中。最遠端圓環(huán)中的刺激部位(36a、36b和36c)被一起和獨立地通電以電刺激腦部。地線被置于顳肌肌肉中。足夠大的電刺激誘發(fā)同側的或對側的或者兩個面肌中的響應。刺激量值以電壓階躍傳遞，并且馬達響應按照等級次序的尺度分級(NR—沒有響應；THR，響應闡值；較大的數字與閾上響應的較大量值相對應)。當單獨刺激部位36a時，同側運動的響應閾值比對側運動的低。當單獨刺激部位36b時，同側和對側運動的響應閾值相同。當單獨刺激部位36c時，對側運動的閾值比同側運動的低。當同時刺激全部三個部位時，同側運動的閾值比對側運動的低，但是同側運動和對側運動兩者的閾值比刺激任何單個部位時都要低。在下面的表1中總結來自該測試的數據，并且這種模式的有差別的刺激閾值證明刺激圓環(huán)內的不同部位可操縱腦內的電流。圖18A-18C證明引線可記錄場電位，并且不同的記錄部位記錄不同的電位。從如上所述的圖16所示的同一引線并利用相同安置獲得記錄。通過在眼前揮動閃光燈由視覺路徑的感官刺激誘發(fā)響應。在圖18A中，跡線Tl從記錄部位38記錄，并且在圖18B中跡線T2從記錄部位39記錄。對這些跡線的光譜分析揭示180Hz和300HZ上的振蕩，其被認為是與電力網的非預期耦合所導致的。應用Christiano-Fitzgerald濾波器來除去這些頻率附近的信號能量，并且經過濾的跡線被標示為Tla和T2a，如圖18A-18C所示。圖18C中的跡線A是算術差Tla-T2a。這些跡線看起來相似，但是它們不成比例，如果它們主要由電串擾產生則它們可能成比例。在位置A，Tl/Tla與T2/T2a相比具有更持續(xù)的正性。在位置B，跡線Tl/Tla和T2/T2a中的正性幾乎相同。在跡線Tl/Tla和T2/T2a中位置B和C之間的三相波的振幅相當地不同。該記錄電位的振幅比最佳記錄的場電位的振幅稍小，從而反映引線的位置在視束附近但不在視束中。圖19A-19C證明引線可記錄表征灰質核中安置的自發(fā)性活動場電位。該記錄從背離(dorsalto)獲得圖18A-18C中記錄的位置3mm的位置獲得。因為該記錄的振幅比來自電力網的干擾的振幅大得多，所以Christiano-Fitzgerald濾波不是必需的。在圖19A中跡線T1從記錄部位38記錄，而在圖19B中跡線T2從記錄部位39記錄。圖19C中的跡線A是算術差Tl-T2。這些跡線看起來相似，但其具有表征場電位記錄的時程和振幅。差值跡線A具有表征動作電位波形的、持續(xù)時間為0.5到3.5毫秒且振幅為幾十毫伏的若干瞬態(tài)波。與圖18A-18C所示的記錄一起，這些數據證明如圖16所示的引線可從白質和灰質記錄場電位，并且利用適當的信號處理還可記錄動作電位尖峰。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>盡管為了理解清楚起見并且作為示例相當詳細地描述了示例性實施例，但是對本領域內的技術人員而言各種附加修改、調整和改變是清楚的。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書限制。權利要求1.一種用于刺激和監(jiān)控組織的裝置，所述裝置包括具有近端和遠端的細長構件；沿所述細長構件軸向排列且被設置在所述遠端附近的多個環(huán)形刺激電極，所述環(huán)形刺激電極適于使電流傳遞到組織中，并且其中至少一個環(huán)形刺激電極上具有至少三個獨立的刺激點；被設置為鄰近所述刺激電極的多個記錄電極，所述記錄電極適于測量局部組織電位；以及與所述環(huán)形刺激電極和所述記錄電極耦合的多條導線。2.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述細長構件在所述近端附近的一部分是柔性的。3.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述細長構件在所述遠端附近的一部分是剛性的。4.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述多個記錄電極中的至少一些被設置在環(huán)形刺激電極之間。5.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述組織是腦組織。6.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括軸向設置在所述細長構件的所述近端和所述遠端之間的空腔。7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述空腔適于容納導絲或通絲管。8.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括在所述細長構件的所述遠端附近的一個或多個孔，所述孔與所述空腔互通并且適于將治療劑輸送到所述組織和/或從所述組織接收化學物質。9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述治療劑包括左旋多巴。10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述孔被設置在所述環(huán)形刺激電極之間。11.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述孔中的至少之一被設置在所述細長構件的所述遠端。12.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述孔包括適于允許選擇性地啟用所述孔的選通構件。13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述選通構件是半滲透膜。14.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述選通構件是以化學方法控制的。15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述選通機構是化學活性的水凝膠。16.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括設置在所述空腔中的刺激電極。17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，設置在所述空腔中的所述刺激電極是線。18.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括在所述細長構件的所述遠端的刺激電極，所述刺激電極適于使電流傳遞到所述組織中。19.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多條導線沿所述細長構件纏繞成螺旋狀。20.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導線中的第一組與刺激電極耦合并且所述導線中的第二組與所述記錄電極耦合，并且其中所述第一組導線形成具有第一螺距的螺旋線，所述螺旋線纏繞在也形成具有第二螺距的螺旋線的所述第二組導線周圍。21.如權利要求20所述的裝置，其特征在于，所述第一螺距與所述第二螺距不同。22.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導線由從包括不銹鋼、MP35和鉤的組中選擇的材料組成。23.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個環(huán)形刺激電極與磁性共振成像是相容的。24.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括與所述多條導線中的至少一些相耦合且被設置在所述細長構件的所述近端附近的多觸點連接端子。25.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述記錄電極被環(huán)繞所述細長構件周向設置。26.如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述記錄電極具有圓形表面。27.—種治療組織的方法，包括將探針植入組織中，所述探針具有多個記錄電極和多個環(huán)形刺激電極，其中所述環(huán)形刺激電極中的至少之一上具有至少三個獨立的刺激點；用來自所述環(huán)形刺激電極的治療電流刺激所述組織；響應于所述刺激用所述記錄電極測量局部組織電位；分析所測得的局部組織電位以提供關于所述刺激有效性的反饋；以及響應于所述反饋調整所述刺激。28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述組織是腦組織。29.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括用治療劑刺激所述組織。30.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括用錨將所述探針可釋放地耦合到所述組織。31.如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述探針與磁共振成像是相容的。32.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括從所述組織收集化學物質以提供關于所述刺激有效性的反饋。33.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括控制選通構件以選擇性地打開或關閉設置在所述探針上的一個或多個孔。34.如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述孔適于控制治療劑向所述組織的輸送和/或從所述組織接收化學物質。35.—種用于治療組織的系統，所述系統包括具有多個適于測量局部組織電位的記錄電極和多個環(huán)形刺激電極的刺激與記錄探針，其中所述環(huán)形刺激電極中的至少之一上具有至少三個獨立的刺激點并且所述刺激電極適于使電流傳遞到組織中；以及可植入且可控制的脈沖發(fā)生器，所述發(fā)生器適于向所述探針提供電刺激。36.如權利要求35所述的系統，其特征在于，所治療的組織是腦組織。37.如權利要求35所述的系統，其特征在于，還包括錨固設備，所述錨固設備適于將所述探針可移除地固定到患者的頭部。38.如權利要求35所述的系統，其特征在于，還包括患者編程器，所述患者編程器適于控制所述脈沖發(fā)生器。39.如權利要求35所述的系統，其特征在于，還包括與所述記錄電極和所述刺激電極電耦合的多觸點連接器。40.如權利要求35所述的系統，其特征在于，所述組織探針與磁共振成像是相容的。全文摘要用于調制和監(jiān)控組織的裝置、系統和方法包括具有近端和遠端的細長構件以及沿該細長構件軸向排列的多個環(huán)形刺激電極。刺激電極被設置在遠端附近并且適于使電流傳遞到組織中。至少一個環(huán)形刺激電極上具有至少三個獨立的刺激點。該裝置還包括適于測量局部組織電位的多個記錄電極以及與記錄電極和刺激電極耦合的多條導線。任選的多觸點連接端子可與導線耦合并被放置在細長構件的近端附近。文檔編號A61N1/05GK101516436SQ200780034196公開日2009年8月26日申請日期2007年7月30日優(yōu)先權日2006年7月31日發(fā)明者P·貝登鮑申請人:腦科醫(yī)學設備股份有限公司