用于探测异常神经电活动的方法和装置的制作方法

专利名称：用于探测异常神经电活动的方法和装置的制作方法
技术领域：
本文描述的实施方案涉及用于探测和治疗表现为异常神经电活动(aberrant neural-electric activity)的神经学事件或状况的装置、系统和方法。更具体地，本文描述的实施方案涉及用于探测和治疗癫痫(印il印sy)的电极装置和方法。
背景技术：
存在很多种表现为脑中的异常神经电活动的神经学事件和状况，包括癫痫、偏头痛，以及甚至是某些形式的抑郁症。癫痫是一种表现为导致短暂的意识障碍或意识丧失、 异常的运动神经现象、精神或感官上的扰乱、或自律神经系统的紊乱的，周期性发生的无诱因突然发作的疾病。它是由脑中的神经元的异常放电(firing)——一种已知的致癫痫状况——引起的。这些异常的放电或释放电(electrical discharge)可能始于少量的神经元集群(neuronal population)(它们被称为致痫灶，该状况被限定为病灶性癫痫)或始于脑中的更大片的区域(该状况被定义为一般性癫痫)。通常，在出现完全发作之前，可能会存在一个异常的神经元放电时段。该时段被称为发作前状态，它可能包括一个或多个异常的放电事件，也即发作前事件。无 论是什么原因，该疾病对人力和财力的影响都是很大的。目前，在美国，癫痫患病人数约为3百万，而全世界约为5000万，其中仅美国每年就诊断出200，000个新病例。美国人口的10%在其一生中将遭受一次癫痫发作。由于癫痫突然发作的破坏性，该疾病将妨碍病人进行很多常规的活动，其中包括驾车或操作机器。很多州对那些诊断为患有癫痫的人实施了驾驶限制。对于这些病人中的一部分人，该疾病是如此的严重以至于他们基本是残疾的。该疾病所导致的直接或间接经济损失估计为每年125亿美元。尽管存在很多可获得的药物疗法，但是这些疗法具有很多副作用，其中包括细胞增生、口齿不清以及记忆力减退。这些疗法还要求对治疗剂量进行精确控制，以避免因剂量太低而出现癫痫发作或因剂量太高而导致出现副作用。还估计至少20-30%的癫痫病人不能通过目前能获得的药物疗法得到有效的治疗。在带有部分性癫痫发作的医药难治性癫痫的病人群体中，已知反癫性发作的药物不能很好地对该癫性发作起作用。对于这些和其他病人而言，唯一的选择是激进的脑外科手术，而该脑外科手术带有非常大的致残率死亡率问题并且在很多病例中还作为禁忌。尽管在使用脑的电刺激、尤其是深脑的电刺激作为治疗这些疾病的方式上做了很多尝试，但这些方法限于使用连续的刺激，也没有使用探测装置来根据病人脑活动的变化来对刺激进行调节或改变。而且，连续的深脑刺激还具有很多缺陷。为了达到效果，所述治疗可能要求刺激经常是癫痫性发作的起源或病灶的新皮层。然而，在该区域的连续的或者频繁的刺激可能导致各种神经学上的症状，其中包括口齿不清、 感官上的障碍、被动的情绪记忆力减退和抑郁症。而且，病灶可能源于脑中的很多区域，而不只是新皮层，例如，其中包括大脑皮层、初级运动皮层、运动前皮层海马状突起等。因此， 仅仅刺激新皮层可能不是很有效。尽管已经用过多种方法借助于脑电图测量(EEG)来定位致痫灶，但是这些方法非常依赖于同样具有很多缺陷的表面电极。这些缺陷包括，当存在两个或更多个可能互相抵偿(由于信号的偶极性质)的病灶或封闭的场病灶(closed field foci)(由于病灶位于一片非平行的组织中)时，若形成癫痫的病灶位于深脑组织中，则信号非常弱。关于表面电极的其他缺陷还包括，位于病灶上面的各种组织层(如，脑膜、骨头、皮肤等)倾向于在更大的头皮层上传播信号，使得定位变得困难，以及，由病灶产生的偶极可能取向为平行于或倾斜于电极这一事实导致信号的相位反转以及信号的错误定位。对于植入的电极而言，也会出现很多同样的问题——包括定位的困难和相位反转。这些问题会导致更难以探测引发发作的发作前事件，因为在发作前事件期间的异常的神经电活动的大小和持续时间相对于真正的发作而言可能是较小的。因此，需要一些用于探测发作或发作前事件/状态的设备和方法，以便给予精确的治疗(如药物或刺激)，以防止发作和/或最小化发作的影响。而且，由于癫痫性发作的病灶可能源于脑的很多个区域中，因此需要一些能够探测癫痫性事件发作的设备和方法， 而无论该病灶位于何处。

发明内容
本文描述的实施方案提供了一种利用被植入的电极来探测表征为异常神经电活动的癫痫和其他状况的系统装置和方法。很多实施方案提供了一种利用被植入设备来探测癫痫的装置和方法，该被植入设备具有彼此垂直取向的电极构件，该电极构件被配置为能够探测和定位脑中的异常神经电活动的方向。具体的实施方案可以探测由异常神经电活动的病灶或其他起因所产生的电场矢量，以及利用这信息来探测癫痫性发作的开始或探测预示着癫痫性发作的开始的事件。一个实施方案提供了用于探测脑中的诸如由癫痫之类所引起的异常神经电活动的装置，该装置包括一个引入器，该引入器具有一个近端和一个远端、多个腔以及联接至每个腔的端口。所述引入器被配置为通过颅骨内的一个钻孔或其他开口引入脑组织中。在很多实施方案中，所述引入器自身可以通过一个插入颅骨的开口内的钻孔塞子(burr hole plug)或类似设备被引入。通常，所述塞子还包括一个将所述引入器锁定或固定至塞子，从而使所述引入器一旦被插入则不再移动的锁定设备，如夹钳。所述锁定设备和夹钳可以包含用来探测所述引入器的移动或探测所述引入器的未锁定状态的传感器。所述端口通常被放置在引入器的远处部分，而近端被配置为被联结至电连接器。所述连接器可以被联结至具有一个或多个信号处理电路和用于分析电极构件所接收的信号的算法的电路系统和处理器。一个参考电极被放置在所述引入器的远处部分。三个或更多个电极构件可以被送入至多个腔内，每个电极构件都具有一个绝缘外套，该绝缘外套沿着电极构件的一段长度延伸并使所述电极构件的一个远处部分暴露。还考虑了具有四个、六个或九个电极的实施方案。每个电极构件在被包含在引入器内时具有一个非展开(non deployed)状态，以及在被送出引入器时具有一个展开状态。当电极构件处于展开状态时，它们被配置为基本彼此垂直，尽管其他布置也同样是可预期的。这种彼此垂直的关系可以通过本身可以基本彼此垂直的所述端口的空间布置来实现。通常，对所述电极的远处部分进行操作，使其在展开状态时具有弯曲形状。所述弯曲可以包括30度、45度和60度的角度，并且可以通过使用一种或多种的形状记忆金属实现所述弯曲。理想的是，所述电极构件具有一个被配置以使它们被送入脑组织中并维持它们的弯曲形状以及具有以下所限定的探测体积的大小和形状的刚度。该电极构件的刚度连同它们的弯曲形状还可以被用来，在电极构件被展开在脑组织中时，锚定或稳定该电极构件的位置。此外，电极构件的大小和形状应使得该电极构件对它们被展开于其中的脑组织的生理影响(例如包括不相关的身体反应)以及对脑的正常的神经电活动的影响最小化。类似地，电极构件的导电表面区域被配置为对脑的神经电活动具有最小影响。在各实施方案中，电极构件的被送入组织的长度的范围可以从约0. Icm到3cm，对于优选实施方案，则是约 0. 5cm 至Ij 1. 5cm。所述电极构件的弯曲使得该电极构件的暴露的远处部分限定一个能够确定致癫痫的或其他异常神经电活动的病灶的方向的探测体积。通常，探测体积具有四面体形状，尽管还可以考虑其他形状。所述探测体积的形状和大小可以匹配异常神经电活动的具体位置和特征或事先被确定的其他疾病特征(例如局部开始的发作)。电极构件的布置连同探测体积可以被配置为确定由异常神经电活动所产生的电场矢量。通常，该布置关于从所述引入器伸出的三个电极是彼此垂直的，以便限定一个三维笛卡尔坐标系，而参考电极位于所述引入器的远端或其他位置，以使得该参考电极处于坐标轴的原点。通过知晓暴露的电极构件的长度，可以确定所述三个轴的每一个中的电场矢量的大小(使用矢量和三角法计算)，由此使用该大小来进而确定整个电场矢量(大小和方向)°在各实施方案中，所述引入器可以包括一个偏转器，所述偏转器被配置为在电极构件被往远处送出端口时使电极构件偏转，从而使电极构件具有弯曲形状，由此使得暴露的远处部分限定所述探测体积。在这样的实施方案中，所述引入器仅需要一个使电极构件送入其中并穿过的腔，其中所述偏转器被放置在所述腔的远处部分，使得该偏转器在电极构件被送出腔时偏转该电极构件。本发明的各实施方案还提供了用于探测异常神经电活动(ANEA)(如在癫痫性发作、偏头痛或其他相关的神经学事件或状况之前或期间的异常神经电活动)的方法。更具体地，多个实施方案提供了用于探测ANEA的病灶——包括探测这种病灶相关的方向和位置——的方法，同时使用该信息来预测癫痫性发作、偏头痛或其他神经学事件的开始。在本发明的示例性方法中，本文所描述的多个彼此垂直展开的电极被用于探测和计算由ANEA 的病灶所产生的电场矢量，并使用该信息来确定病灶相对于所展开的电极的方向。信号处理和其他算法然后可以被用于分析由ANEA的病灶所产生的所述电场矢量和神经电信号以及波形的位置、大小和频率特征，以及预测是否正在发生或即将发生癫痫性发作或偏头痛或其他神经学事件或状况。所述预测可以基于所探测的信号和波形与在癫痫性发作或其他神经学事件或状况之前或期间的信号的波形特征和波形所进行的比较。一旦确定癫痫性发作即将发生或正在发生，可以将信号发送至一个外部监控设备的报警器，以警示病人接受适当的药物；它们也可以通过一个蜂窝电话网络被无线通信至一个医疗健康专业人员。此外，一旦探测到此类事件，病人可以被给予电刺激(使用相同或不同的一套电极构件)，该电刺激被配置为阻止或减少发作持续时间。在此刺激的同时，或独立于此刺激，可以自动地向病人给予抗发作药物，该药物通过颅骨内输送(通过头皮内的钻孔，如被用于探测装置的钻孔)或者通过静脉注射来输送，或两者都用。所述药剂可以具有大丸药的形式以实现一个峰值颅骨内浓度，以及所述药剂可以具有更长期的颅骨内剂量或IV剂量的形式。所述颅骨内输送或IV输送可以通过一个外部的由病人佩戴的药泵来实现。或者，所述输送可以通过被植入头皮下的、颈部中的或其他邻近区域的药泵装置来实现。在用于在脑内放置探测装置的各种方法中，在植入探测装置之前，具有癫痫或其他表征为ANEA的状况的病人可以接受一系列EEG或其他相关的脑扫描，以确定可能导致他们的癫痫的ANBNEA的病灶的位置和其他特征。然后该信息可以被用于引导所述探测装置或者将所述探测装置放置在脑中。特别是，所展开的电极可以被用于放置在靠近病灶的位置处。这可以提高所述装置在探测病灶所引起的ANEA上的灵敏度和精确度。此外，所展开的电极的形状，包括由所述电极限定的探测体积，可以相对于所述病灶的位置和信号特征被调整，从而提高ANEA探测的灵敏度和精确度。下文参考附图更详细地描述了本发明的这些和其他实施方案，和多个方面的更多细节。


图1是一个用于探测异常神经电活动(ANEA)的系统和装置的实施方案的平面图。图加是一个侧视图，示出了来自图1的实施方案的用于探测脑中的异常神经电活动的系统和装置的放置和使用。图2b是一个侧视图，示出了在颅骨的钻孔中放置塞子以及在脑的组织部位引入 ANEA探测装置。图3是展开的电极构件的远处部分的截面侧视图，其中示出了在引入器中使用弯曲的腔来偏转电极构件。图4a4c是多个示出了被放置在引入器中以便偏转电极构件的偏转定位器的一些实施方案的视图。图如_4b是透视图；图如是前截面图。图5是示出了存在于偏转器上的电极构件的立体图；图6a是侧视图，示出了 ANEA探测装置的一个实施方案，其中电极构件于引入器内处于非展开状态；图6b是侧视图，示出了 ANEA探测装置的一个实施方案，其中电极构件已被送出引入器处于展开状态；图7a是立体图，示出了处于展开状态中的电极构件的彼此垂直的取向；图7b是立体图，示出了处于展开状态中的电极构件的取向，以及由处于展开状态中的这些电极构件限定的探测体积；图和图8b是侧视图，示出了弯曲电极的多个实施方案；图8a示出了具有陡然的弯曲的电极的实施方案，图8b示出了具有曲线状弯曲的实施方案；图9是一个侧视图，示出了包括绝缘套和导电核的电极构件的一个实施方案；图IOa-IOb是电极构件的实施方案的截面视图，图IOa示出了具有实心的导电核的电极构件，而图IOb示出了具有至少一个腔的电极构件；图11是绘制图，示出了电极构件与笛卡尔坐标系的对准；图12是绘制图与示意图的组合图，示出了电极构件与笛卡尔坐标系的对准以及因异常的神经电活动所导致的电极构件的电压的产生；
图13是一个绘制图，示出了由异常神经电活动所产生的电场矢量和其极分量；图14是一个框图，示出了用于各种ANEA探测装置实施方案的控制模块的一个实施方案；图15是一个药物输送设备的实施方案的框图/侧视图；图16a_16e是示出了用于引入引入器以及展开电极构件以便探测脑内的目标组织部位中的异常神经电活动的病灶的方法的侧视图；图16a示出了开在颅骨中的钻孔开口 ；图16b示出了钻孔塞子在钻孔开口中的放置；图16c示出了通过钻孔塞子将引入器引入并送入；图16d示出了引入器被完全送入；图16e示出了电极构件被展开成一个用于探测病灶的结构；图17a和17b是脑内的电场矢量方向的随时间而变化的3d曲线图；图17a是在一个正常活动的时间段上；图17b是在脑内的异常神经电活动时间段上；图18是在脑内的正常和异常神经电活动时间段上的电场矢量的振幅随时间而变化的曲线图。
具体实施例方式本文描述的各实施方案提供了用于探测各种神经事件或状况——如表征为异常神经电活动的癫痫——的系统、装置和方法。很多实施方案提供了用于在神经电活动所引起的事件或状况真正实际显现之前，探测异常神经电活动的系统、装置和方法(例如，在出现癫痫性发作、偏头痛或其他神经学事件或状况之前探测电活动)。在一个实施方案中，一个设备被植入，该设备包括适当取向的电极构件，该电极构件被配置为能够探测和定位脑中的异常神经电活动的方向。具体实施方案可以探测和解释由异常神经电活动的病灶或其他起因所产生的电场。在一个实施方案中，这样的信息被确定和解释为癫痫性发作或其他神经学事件或状况的开始的标记。更进一步，本文描述的实施方案提供了对病人脑内的可能导致癫痫性发作前事件或发作事件的异常神经电活动(ANEA)的探测。在一个实施方案中，由ANEA导致的或与其相关的电场从病人的脑内或颅骨内被探测。从该电场确定电场矢量特征。该电矢量被解释为是癫痫性发作前事件或发作事件的标记。该标记可以对应于一个可能成为发作的先兆 (precursor)的特征。根据一个或多个实施方案，探测所述电场可以以探测ANEA时刻处颅骨内或脑内的电极的电压(或电流)的形式来进行。现在参考图1-3，各实施方案提供了用于探测异常神经电活动(ANEA)的系统5和装置10。系统5包括装置10和一个本文描述的控制模块80。装置10包括一个具有一个或多个腔25的引入器20，一个参考电极35以及多个可以送入腔25内以便被展开在脑组织中的电极构件30。电极构件30在被放置在引入器内时具有非展开状态，而在被送出弓丨入器时具有展开状态。在展开状态中，电极构件可以具有一个弯曲形状30B。该弯曲形状可以用来限定用于探测ANEA的病灶F的探测体积DV。引入器20具有近端21和远端22，并被配置为被插入病人的颅骨S,以便将电极构件30定位在脑B内的目标组织部位TS。近端21可以被配置为被联接至一个或多个电的、 流体的或其他的连接器40。电连接器40的实施方案可以包括标准连接器，如USB和火线连接器(Firewire connector)，并可以被配置为被联接至外部处理器、A/D转换器以及类似的
9电路系统。连接器40还可以包括诸如RF或红外线端口的通信端口。在很多实施方案中， 连接器40被配置为被联结至外部控制模块80。在这些和相关实施方案中，连接器40可以通过连接构件45被联结至模块80，连接构件45可以包括电线和一个或多个用于输送流体的腔46，所述流体包括含有药的流体。在各实施方案中，引入器20可以被配置为被通过颅骨S中的开口 0直接引入脑组织内，或者它可以通过塞子或其他颅骨入口设备60——如被配置为放置和固定到钻孔BH 之内的钻孔塞子61——被引入(如图加和2b所示)。通常，塞子60包括一个锁定设备 62，诸如夹钳或其他固定机构，该锁定设备将引入器20锁定或固定到塞子60，从而使引入器20在插入以后不移动。引入器20还可以通过塞子60上的凸缘64(或其他合适的结构或机构)来稳定。塞子、引入器或锁定设备中的一个或多个可以包含一个传感器63，用于探测引入器的移动，或者探测引入器的非锁定状态或者探测引入器是否变松了。合适的传感器63可以包括接触传感器、霍耳效应开关、加速计等类似设备。传感器63还可以被联结至本文所讨论的控制模块80中的电路系统，从而在引入器20不再处于固定状态时则警示病人或医护人员。该电路系统可以包括各种过滤器(如低通、高通等)，以从由引入器20从锁定设备62变松所导致的移动中，过滤掉由正常的头部和身体运动所造成的移动。引入器远端22可以被配置为具有一个锥形的或其他相关的形状，且能够穿透组织以便于被引入脑组织内。所述引入器还可以被配置为追踪一个被送入穿过腔25的引导线(未示出)，以便于将所述远端22放置在脑内的所选的目标组织部位TS处。通过使用一个或多个位于所述的包括远端22的引入器上的一个或多个位置处的无线电不透明的或产生回声的标记沈，也可以有助于远端在目标部位TS处的放置。标记沈允许引入器在荧光观察或其他成像形式下被送入。整个或部分引入器20可以包括本领域所知的各种生物兼容的聚合物，其中包括，但不限于，聚乙烯、PET、PEBAX、PTEE、硅树脂、聚氨酯，及这些的组合。这些材料还可以包括本领域已知的一种或多种无线电不透明的材料，其中包括二氧化钛。如图3所更详细示出的，引入器20包括一个或多个腔25，该腔25可以被配置为用于送入电极构件30、引导线、观察仪、光源等类似设备。腔25还可以被配置为用于吸入和输注包含一种或多种用于治疗癫痫、偏头痛和其他脑相关的状况和疾病的药物溶液的溶液。每个腔25还可以一个端口 27，该端口 27位于引入器的远处部分20dp，用于允许电极构件30以及流体和药物穿过。在很多实施方案中，引入器可以包括用于每个电极构件30 的分立的腔25。这允许独立地送入电极构件30。如本文所讨论的，在很多实施方案中，构件30的远处部分可以包括一个弯曲或曲线部30b。这可以通过配置腔25的远处部分25d 来使其具有一个与构件30中所需的弯曲量相应的内弯曲2 来实现。在各实施方案中，弯曲2 的角25 可以处于20度到90度的范围，对于具体实施方案，可以为30度、40度、45 度、50度、60度、70度和80度。现在参考图4A，4B，4C和5，一个或多个实施方案设置了，使所有或部分电极构件 30可以送入单个腔25内。在这些及相关实施方案中，构件30中的弯曲30b可以通过使用一个在电极构件被送出引入器时将电极构件偏转的偏转器50来实现。通常，偏转器50可以被放置在腔25的远处部分25dp，但也可以被放置在其他位置。偏转器50包括一系列的单独的通道51，这些通道以一个选定的角度引导电极构件30，以实现所需的弯曲量。通常，偏转器可以包括至少三个通道51，而其他更多数量的通道也是可以考虑的。理想的是，通道 51是围绕引入器的纵轴线201径向均勻地分布的(例如，对于三个构件，它们可以间隔近似120度)。而且，它们也可以被形成在偏转器50的本体52内，并沿着偏转器的长度从偏转器的近处部分53延伸到远处部分M。理想的是，偏转器的近端55被成形为在电极构件 30被送入穿过腔25时将该电极构件30偏转至通道51中。此外，理想的是，通道51可以被设计大小，以使得仅有一个电极构件30将装入一个通道。在使用中，这两个特征赋予偏转器50引导其自身的能力，从而使使用者可以分离地或集中地将所需数量的电极构件30 送入引入器中，以及将它们引导入分立的通道51中。在其他实施方案中，通道51自身可偏转(例如通过使用压电材料或其他可以被电流弯曲的类似材料)，从而使得使用者可以选择以及甚至修改展开的构件30中的弯曲量。在使用中，这种特征可以允许使用者在荧光观察或其他成像形式下观察构件30的位置的同时，改变该构件30中的弯曲量，从而实现和确保电极构件的所需的取向。这种特征还允许医护人员改变构件30的方向和取向，从而优化或调整它们的探测能力，以探测脑中具体区域的ANEA的病灶F。现参见图6a、6b、7a、7b、8a和8b，一个或多个实施方案设置了，电极构件30在被放置在引入器内时具有非展开状态(如图6a所示)而在被送出引入器时具有展开状态，如图6b所示。在展开状态中，电极构件可以具有一个可以探测异常神经电活动的病灶F的取向。在一个实施方案中，这通过配置电极构件以使它们具有基本彼此垂直的取向来实现。更具体地，就每个电极构件的纵向轴线301而言，使电极构件之间的角度30a近似为90度，从而限定一个对应于一个探测体积DV的三维笛卡尔坐标轴系统，如图7a和7b的实施方案所示。如本文将要讨论的，该配置允许电极构件可以测量由病灶F产生的电场EF所形成的电压，从而得出电场矢量巨——其包括了该矢量的方向和大小。对于彼此垂直的取向，所限定的探测体积DV基本是四面体的，如图7b的实施方案所示。还可以考虑其他一些限定了其他探测体积DV的取向，如各种多面体形状。例如，四个电极构件可以被配置为限定基本为金字塔形的探测体积。还可以配置额外的多个电极构件，例如六个或更多个，以限定一个近似圆锥形的探测体积。当在引入器内处于非展开状态时，电极构件30是处于压缩状态的，并基本是直的。随着电极构件30被送出远端22，它们开始扩展，从而限定一个用于探测病灶F的体积 DV。当被送出引入器20时，该电极构件可以包括一个弯曲形状30b。这可以通过在制造电极构件时使其具有弹性记忆能力，从而在其被送出引入器20时呈现弯曲形状30b，来实现。 所述弯曲形状30b还可以通过将电极构件送入穿过如本文所述的弯曲腔25或一个偏转器 50而获得。弯曲30b的角度30 可以处于20度到90度的范围内，对于具体实施方案，可以为30度、40度、45度、50度、60度、70度和80度。弯曲30b可以基本是陡然的，如图8a 的实施方案所示，或者可以具有一个选定量的曲率，以赋予一个曲线状形状30c给电极构件的展开部分30dp，如图8b的实施方案所示。现在参考图9、IOa和10b，通常，电极构件30将包括一个导电核32，以及一个外部绝缘套或护套33——其沿着电极构件的绝大部分长度延伸，从而使得电极构件的接触组织的导电部分34仅仅是远端30de。导电部分34的长度341将为Imm或更少，尽管也可以考虑更长的部分。在一个或多个实施方案中，所述长度是处于约0. 75mm至约0. 25mm的范围内。绝缘套34可以包括本领域所知的各种生物兼容的聚合物，如硅树脂、聚氨酯。套34还可以具有润滑的特性以有助于电极构件送入组织内。而且，套34可以包含本领域所知的各种药物洗脱化合物，以减少到套上的生物粘附(细胞和分子)。构件30的导电核32可以由本领域所知的各种生物兼容导电材料制造而成，其中包括金属和导电聚合物等类似材料。 合适的金属的一个实施例包括304V钢。在一个优选方案中，构件30包括一种形状记忆材料，如NITIN0L。对于具体的形状记忆实施方案，被送入的电极构件30能在它们被脑组织加热到所选的形状记忆材料的转变温度以上时呈现它们的展开状态。在很多实施方案中，电极构件的远端30de具有一个尖端的形状或其他能够穿透组织的形状，以便于被送入组织中。而且，理想的是，电极构件30具有足够的刚性，以使能够被送入组织中，但又具有足够的柔性，以在被送出引入器时呈现弯曲形状。所述刚性和柔性可以通过选取构件的直径、材料和材料处理方式(例如退火)来实现，一如医药引导线领域内所知晓的。在各实施方案中，电极构件的直径30d可以处于0.0005"到0.018"的范围内，对于具体实施方案，可以为0.001" ,0. 005" ,0.010"和0.015〃。通常，电极构件 30是实心的，如图IOa的实施方案所示；然而，在各实施方案中，构件30也可以具有腔31， 如图IOb的实施方案所示。腔31可以用于一种或多种药物的颅骨内给药。在这样的实施方案中，构件30可以通过本领域已知的各种海波管制造而成。而且，在各实施方案中，构件 30还可以包括一个或多个用于测量各种可以预示发作或发作前事件的组织特性的传感器 30s。相应地，这种传感器可以包括，但不限于，pH、温度、p02、pC02、葡萄糖以及其他生化相关传感器。来自这些传感器的测量结果可以与电压/电场矢量测量结果相组合，用于确定发作前和发作事件。现在参考图11-12，在很多实施方案中，电极构件30的展开部分30dp (即伸出到引入器20外面的部分)可以具有基本彼此垂直的取向，使每个电极构件30沿着笛卡尔坐标系CCS的一个轴线A取向。这些轴线的原点Or对应于通常将位于引入器20的远端22 (图 6a)的参考电极35的位置。由此获得x，y和ζ电极构件30x，30y和30z。这些取向的电极构件中的每一个超过参考电极35伸出一个选定距离1，从而获得距离lx，ly* Iz，这些距离在一个优选的实施方案中是基本相同的。由病灶F产生的电场EF(图7b)导致各电极构件 30x, 30y和30z上的电压Vx，Vy和Vz。实际电压是由接触组织的导电部分34和参考电极35 之间的电势差造成的，所述参考电极35通常放于引入器20远端22的附近。在很多实施方案中，电极构件30x，30y和30z可以共用一个公共参考电极35或每个都有其自己的参考电极。现在将对用于计算由异常神经电活动的病灶F所产生的电场矢量￡的分量以及相应的病灶F相对于引入器远端的方向D的数学方法进行讨论。这些和其他相关方法，连同公式1-6，可以纳入本文描述的算法83中。现在参考图11-13，以及下面的公式1-6，电场矢量E具有一个大小E，其具有标量分量艮，Ey和Ez，和角度方向θ和通过电极构件30χ， 30y和30z所得的电压测量结果Vx，Vy和Vz使得可以通过公式⑴计算Ex，Ey和Ez，矢量￡ 的大小可以通过公式(2)计算。公式4-6允许通过角度φ和θ的确定来确定矢量￡相对于原点Or的方向(以及因此相对于引入器远端22的方向)。通过确定该方向，允许确定发射矢量E的病灶F的方向D(相对于引入器远端22)。(I)Ex = YJlx, Ey = V1” 和 Ez = Vz/Iz
权利要求
1 一种用于探测脑中的异常神经电活动的装置，该装置包括一个引入器，该引入器具有一个近端和一个远端、多个腔以及联接至每个腔的端口，该端口位于所述引入器的远处部分，所述近端被配置为被联接至一个电连接器；一个参考电极，位于所述引入器的远处部分；以及至少三个电极构件，可以被送入至所述多个腔内；其中所述电极构件中的每一个都具有一个绝缘的近处部分以及一个暴露的远处部分， 每个电极构件具有一个非展开状态以及一个展开状态，当所述电极构件处于展开状态时， 该电极构件的远处部分被操作为具有一个弯曲形状；其中当所述电极构件处于展开状态时，所述电极构件基本彼此垂直，且所述电极构件的弯曲形状使得暴露的远处部分限定一个能够确定异常神经电活动的病灶的方向的探测体积。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括一个被配置为被插入颅骨内的钻孔中的塞子， 所述塞子具有用于插入所述弓I入器的腔。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所被限定的探测体积基本为四面体。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述异常神经电活动是在癫痫性发作之前的事件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述探测体积能够确定由所述异常神经电活动产生的电场矢量。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述端口在空间上被配置为用于实现所述的电极构件之间的彼此垂直的关系。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件包括形状记忆材料。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述参考电极位于所述引入器的远端。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件具有相对于所述电极构件的纵向轴线的30度、45度或60度的弯曲角度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件具有一个被配置以使它们被送入脑组织中并维持它们的弯曲形状的刚度。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件的刚度被配置以在该电极构件被送入脑组织中后基本维持所述探测体积的大小和形状。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件的刚度和它们在展开状态的形状被配置以维持该电极构件在脑组织中的位置。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件的刚度被配置以在该电极构件在被送入脑组织中后基本维持所述探测体积的大小。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件的刚度及它们在展开状态的形状被配置以基本将该电极构件的位置锚定和/或稳定在脑组织中。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件在展开状态中的大小和形状被配置，以使得所述电极构件对它们被布置于其中的脑组织具有最小的生理影响。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极构件的导电表面区域对脑的神经电活动具有最小的影响。
17.根据权利要求1所述的装置，其中被送入组织内的一个电极构件的长度是约从±0. 5cm 至Ij约 1. 5cm。
18.一种用于探测脑中的异常神经电活动的装置，该装置包括一个引入器，该引入器具有一个近端和一个远端、一个腔以及至少三个位于所述引入器的远处部分的端口，所述近端被配置为被联结至一个电连接器；一个偏转器，位于所述腔的远处部分；一个参考电极，位于所述引入器的远处部分；以及至少三个电极构件，可送入所述腔内；每个电极构件都具有一个绝缘外套，该绝缘外套沿着所述电极构件的一段长度延伸并使所述电极构件的远端被暴露，每个电极构件具有一个非展开状态以及一个展开状态；其中当所述电极构件处于展开状态时，所述电极构件基本彼此垂直，且所述偏转器在所述电极构件被从远处送出所述端口时将该电极构件偏转，从而使得该电极构件具有一个弯曲形状，以此使所暴露的远处部分限定一个能够确定异常神经电活动的病灶的方向的探测体积。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述探测体积能够确定由所述异常神经电活动产生的电场矢量。
20.一种用于探测病人的脑中的导致癫痫性发作前事件或发作事件的异常神经电活动 (ANEA)的方法，所述方法包括从所述脑或颅骨内探测由该脑中的ANEA所导致的电场；从所探测的电场确定一个电场矢量特征；将所述电场矢量特征解释为癫痫性发作前事件或发作事件的标记。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述电场通过测量由该电场所产生的脑中的电压来探测。
22.根据权利要求20所述的方法，其中探测电场包括将多个电极以一个限定从其中监控所述电场的范围或体积的取向而在脑中展开。
23.根据权利要求22所述的方法，其中展开多个电极包括展开至少三个电极。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述至少三个电极相对于每个电极的纵向轴线具有基本彼此垂直的取向。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述电场矢量特征是所述矢量的方向在一个延长的时间段内在一个方向区域内的集中。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述集中的时间段是从约0.1秒至2秒。
27.根据权利要求20所述的方法，其中所述电场矢量特征是在一个延长的时间段内超过一个阈值的该电场矢量的大小及时间平均大小。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述延长的时间段是从约0.1秒到2秒。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述阈值包括一个用于发作前事件的第一阈值和用于发作事件的第二阈值。
30.根据权利要求20所述的方法，其中所述电场矢量特征是所述矢量的方向在一个延长的时间段内在一个方向区域内的集中，和在一个延长的时间段内超过一个阈值的该电场矢量的大小及时间平均大小的组合。
31.根据权利要求20所述的方法，还包括根据所探测的癫痫性发作前事件或发作事件的标记给予治疗。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述治疗是药物治疗。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述药物治疗是通过颅骨内或静脉给予药物。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述治疗是给予脑的电刺激，所述电刺激具有一个阻止发作的发生或发作的持续时间的抑制作用。
全文摘要
多个实施方案提供了一种用于探测脑内的引起癫痫性发作或其他神经学状况的异常神经电活动(ANEA)的装置和方法。一个实施方案提供了用于探测ANEA的装置，该装置包括一个引入器，该引入器具有至少一个腔。所述引入器通过颅骨内的开口被引入脑组织中。一个参考电极被放置在所述引入器的远处部分。多个电极构件可以被送入所述至少一个腔内，每个电极构件具有绝缘部分和一个暴露的远处部分。所述电极构件在所述引入器中具有非展开状态和在送出所述引入器时具有展开状态。在所述展开状态，所述电极构件基本彼此垂直，而暴露的远处部分限定一个能够确定由ANEA引起的电场矢量和ANEAA的病灶方向的探测体积。
文档编号A61B5/0478GK102341036SQ201080008430
公开日2012年2月1日 申请日期2010年1月26日 优先权日2009年1月26日
发明者M·伊姆兰 申请人:因库博实验室有限责任公司