本发明属于生物电极技术领域，具体涉及一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法。
背景技术：
脑科学是当今科学研究重要发展方向之一，是世界各国间科学竞争的制高点之一。所有脑科学研究中最具有应用价值的也是最具挑战性的就是可植入的神经接口的研发。可植入式神经接口目前在医疗领域已经展示出巨大的应用前景，包括人工耳蜗、深部脑刺激治疗神经疾病等都取得了相当的进展。
目前植入设备主要是由硅橡胶或金属等材料制成，尽管在信号传递和处理等方面展现了优势，但是无法实现对神经信号的长期的稳定的采集。由于在电极植入过程中会造成外伤，因此通常电极周围的组织会有急性炎症反应。在大约几天或几周后急性炎症消退之后，免疫系统做出反应，在外来物(例如植入的电极)周围形成包被组织层。该包被组织层阻止了电极和周围神经组织之间的直接接触，而是否直接接触对于电极记录脑电信号来说非常重要，因为来自神经元的信号非常微弱，在几周到几个月之后，包被层可能会导致电极和神经组织之间的接触不良，增加系统噪声，从而降低检测的神经信号质量。因此，由传统材料属性与神经组织不匹配、材料生物兼容性差、植入手段不合理等所引起的组织感染、信号质量差和信号丢失等问题使神经接口设备无法长期植入脑内并获得稳定的神经信号。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有植入式脑电极应用技术中的问题和不足，提出一种植入式生物型脑电极多级推进系统及其操作方法，该系统基于由天然材料构成的生物型神经接口，可通过神经元突触的诱导，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡，为实现大脑指令终端和外界信息采集终端的完美过渡提供技术和模型基础。
本发明采用以下技术方案：
一种植入式生物型脑电极多级推进系统，生物电极为三级推进，依次包括定位级、推进级和导电级，定位级用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应，推进级用于携带导电级抵达皮质内目标植入位置，导电级由芯线和导电生物材料制成，导电生物材料内部为联通的多孔结构，在多孔导电生物材料上灌流神经诱导因子用于实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。
具体的，导电级包括芯线，导电生物材料包裹在芯线上，在芯线和导电生物材料上套装有绝缘套管；推进级包括推进位移套管，定位级包括定位套管和推进定位套管，定位套管和推进位移套管分别套装在绝缘套管上，推进定位套管设置在定位套管和推进位移套管之间，与定位套管螺纹连接，芯线、绝缘套管和定位套管同轴设置，用于实现轴向相对滑动完成多级推进，芯线的一端由绝缘套管后端引出，与电信号检测装置连接用于检测。
进一步的，芯线前端为带凹凸台阶状的圆柱型结构，被导电生物材料包裹，芯线的后端是表面光滑的圆柱体结构。
进一步的，芯线包括一根或多根，采用并排或缠绕方式设置，芯线的直径为25～150微米，台阶高度为芯线直径的0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米。
进一步的，导电生物材料和绝缘套管均为与芯线同轴的管状结构，导电生物材料的内径与芯线外径相同，壁厚10～50微米，绝缘套管的内径与导电生物材料外径相同，壁厚10～30微米，导电生物材料和绝缘套管的尖端均为楔形斜口结构。
进一步的，导电生物材料包括生物兼容性聚乳酸-羟基乙酸共聚物plga和导电聚合物，导电生物材料的孔隙率70％～95％，孔隙直径为20～150微米。
进一步的，在绝缘套管和芯线之间设置有诱导因子，诱导因子为脑源性神经营养因子bdnf、睫状神经营养因子cntf、神经生长因子ngf或转化生长因子tgf。
进一步的，定位套管包括同轴设置的定位圆盘和定位导管，定位圆盘沿圆周设置有若干用于颅骨定位的法兰孔，定位导管与绝缘套管同轴，内径与绝缘套管外径相同，壁厚50～100微米。
进一步的，推进定位套管与定位套管的螺距为50～200微米。
一种植入式生物型脑电极多级推进系统的操作方法，包括以下步骤：
s1、用骨钻将动物颅骨钻孔，并移除硬脑膜；
s2、通过定位级的定位圆盘将生物电极固定在动物颅骨，将定位级的定位导管伸入脑内，前端与蛛网膜接触；
s3、采用铂、铱、金、银、铜、碳纤维的一种或多种制成导电级的芯线，采用玻璃、硅胶或特氟龙制成绝缘套管，将芯线与导电生物材料尖端与绝缘套管尖端对齐，通过绝缘套管推进一同进入脑皮层，绝缘套管推进的距离通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合确定；
s4、当绝缘套管尖端到达检测脑区时，将绝缘套管退回，露出芯线与导电生物材料的尖端，用其检测脑电信号；
s5、绝缘套管和芯线之间充斥的诱导因子可持续通过导电生物材料孔隙作用于电极周围组织，实现对神经突触生长的持续诱导；
s6、重复步骤s3、s4改变电极尖端位置，检测不同深度脑区电信号。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明植入式多级推进生物电极系统为三级，第一级为定位级，用于固定电极主体的位置并突破硬脑膜，尖端到达蛛网膜外侧，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应；第二级为推进级，此段外表面光滑，尽量减少电极的植入对皮质组织的损伤，并可携带导电级抵达皮质内目标植入位置；第三级为导电级，此段由导电芯线和多孔导电生物材料制成，并灌流有神经诱导因子，可实现诱导神经元突触的长入和神经电信号长期采集，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡。
进一步的，推进级套装在绝缘套管上，导电生物材料包裹在芯线上，套装在绝缘套管内，通过推进结构实现不同深度脑区检测的精确定位，在不取出电极的情况下，通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合可改变电极尖端的位置，避免移动电极在脑皮层中的位置造成二次损伤，绝缘套管套在芯线与导电生物材料外面一起进入脑皮层，绝缘套管外表面光滑，避免电极植入过程中会造成外伤，造成电极周围的组织产生急性炎症反应。
进一步的，芯线包括一根或多根，采用并排或缠绕方式设置，芯线直径为25～150微米，台阶高度为芯线直径0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米，能够控制电极整体尺寸，避免电极植入部分尺寸过大，对脑神经组织造成过大的损伤。
进一步的，导电生物材料壁厚10～50微米，绝缘套管壁厚10～30微米，保证整个生物电极直径足够细，通过控制电极整体尺寸，避免电极植入部分尺寸过大，对脑神经组织造成过大的损伤。
进一步的，导电生物材料采用导电的多孔生物材料，在传导脑电信号的同时，可诱导神经突触长入，避免神经组织排异反应，实现对神经信号的长期的稳定的采集。
进一步的，诱导因子可以为脑源性神经营养因子bdnf、睫状神经营养因子cntf、神经生长因子ngf或转化生长因子tgf，该诱导机制的使用目的是在电极使用过程中通过缓释作用能够持续为电极周围神经组织提供营养和有利于神经贴附电极表面的生理环境，保持电极周围神经元的正常功能化，进而获得持续稳定的电生理信号。
进一步的，定位套管包括同轴设置的定位圆盘和定位导管，定位圆盘用于固定装置位置，同轴可以通过定位圆盘位置确定轴心位置，进而确定电极植入部分位置。
进一步的，推进定位套管与定位套管的螺距为50～200微米，通过旋转推进定位套管的角度来确定绝缘套管的推进距离，使电极尖端精确抵达预定位置。
本发明还公开了一种植入式生物型脑电极多级推进系统的操作方法，用骨钻将动物颅骨钻孔，并移除硬脑膜；通过定位级的定位圆盘将生物电极固定在动物颅骨，将定位级的定位导管伸入脑内，前端与蛛网膜接触；采用铂、铱、金、银、铜、碳纤维的一种或多种制成导电级的芯线，采用玻璃、硅胶或特氟龙制成绝缘套管，将芯线与导电生物材料尖端与绝缘套管尖端对齐，通过绝缘套管推进一同进入脑皮层，绝缘套管推进的距离通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合确定；当绝缘套管尖端到达检测脑区时，将绝缘套管退回，漏出芯线与导电生物材料尖端用于检测脑电信号；绝缘套管和芯线之间充斥的诱导因子可持通过导电生物材料孔隙续诱导神经突触长入；改变电极尖端位置，检测不同深度脑区电信号，该分级推进系统的好处是可以在不取出电极的情况下，通过定位级的推进定位套管和推进位移套管相互配合实现对生物型电极尖端的重新定位，进而避免由反复植入电极在大脑皮层组织中所造成的损伤。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明生物电极立体图；
图2为本发明生物电极侧视图；
图3为本发明生物电极剖视图；
图4为图3中i部分放大示意图；
图5为图4剖视图，其中，(a)为e-e段，(b)为d-d段；
图6为图3中ii部分放大示意图；
图7为图6剖视图，其中，(a)为c-c段，(b)为b-b段，(c)为a-a段。
其中：1.芯线；2.导电生物材料；3.诱导因子；4.绝缘套管；5.定位套管；5-1.定位圆盘；5-2.定位导管；6.推进定位套管；7.推进位移套管。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种三级推进可诱导神经长入生物电极系统，分为三级，用于解决传统电极植入所引起的创伤及异物对脑组织产生的排异反应和炎症反应问题。
其中，第一级为定位级，用于固定电极主体位置并突破硬脑膜和蛛网膜，避免破损组织通过电极带入脑皮层引起炎症反应；
第二级为推进级，此段外表面光滑，尽量避免电极的植入对脑组织的破坏，并可确定最终电极的植入位置；
第三级为导电级，此段由多孔导电生物材料制成，并灌流有神经诱导因子，可实现诱导神经元突触的长入和神经电信号采集。
本发明电极可诱导神经元突触的长入及长期脑电信号采集，实现从具有生物活性的神经网络组织到信息传感设备的自然耦合及功能过渡，为长期研究大脑指令终端和外界信息采集终端的信息交互提供更为可靠的模型基础，同时也为深入理解脑指令的独特性、脑疾病的诊断、治疗以及修复等研究提供更加高级可控的靶向模型。
请参阅图1、图2和图3，本发明一种植入式生物型脑电极多级推进系统，包括芯线1、导电生物材料2、诱导因子3、绝缘套管4、定位套管5、推进定位套管6和推进位移套管7。
导电生物材料2包裹在芯线1上面，在芯线1和导电生物材料2上套有绝缘套管4，在绝缘套管4和芯线1之间充斥着诱导因子3。
在绝缘套管4的两端分别套装有定位套管5和推进位移套管7，如图4和图5所示，定位套管5和推进位移套管7之间设置有推进定位套管6，定位套管5与推进定位套管6螺纹连接，芯线1由绝缘套管4后端引出，与电信号检测装置连接用于检测。
导电生物材料2包裹的芯线1、绝缘套管4、定位套管5同轴，且三者可实现轴向相对滑动，进而实现多级推进。
请参阅图6和图7，芯线1前端被导电生物材料2包裹的部分是带凹凸台阶状的圆柱体，未包裹的部分是表面光滑的圆柱体。
优选的，芯线1可以是一根或多根，可以是并排，或者缠绕。
优选的，芯线1材料优选自铂、铱、金、银、铜、碳纤维的一种或多种。
优选的，芯线1圆柱直径25～150微米，台阶高度为芯线1直径的0.3～1倍，台阶之间轴向距离为10～50微米。
导电生物材料2的外形是与芯线1同轴的管状，尖端是楔形斜口，内径与芯线1外径相同，壁厚10～50微米，导电生物材料2内部结构是多孔结构，多孔空隙由制孔剂及材料本身形成，材料形成的空隙直径5～30微米，制孔剂形成的空隙直径20～50微米。
导电生物材料2的材料为生物兼容性材料和导电聚合物，生物兼容性材料优选聚乳酸-羟基乙酸共聚物plga，或聚己内酯pcl，或聚乙烯醇pva，或明胶，或丝素蛋白，或聚二甲基硅氧烷pdms，导电聚合物优选自聚苯胺，或聚吡咯，或聚噻吩，或pedot:pss，或聚乙炔。
优选的，诱导因子3为脑源性神经营养因子bdnf、睫状神经营养因子cntf、神经生长因子ngf或转化生长因子tgf。
绝缘套管4结构外形是与芯线1同轴的管状，尖端有楔形斜口，内径与导电生物材料2外径相同，壁厚10～30微米。
优选的，绝缘套管4为玻璃，或硅胶，或特氟龙。
定位套管5包括同轴设置的定位圆盘5-1和定位导管5-2，定位圆盘5-1有4～6个法兰孔，用于与颅骨定位，定位导管5-2与绝缘套管4同轴，内径与绝缘套管4外径相同，壁厚50～100微米。
推进定位套管6与定位套管5靠螺纹连接，螺距为100微米，通过旋转角度定位绝缘套管4推进位置，并可用螺钉紧固。
推进位移套管7套于绝缘套管4上，可用螺钉紧固，使用时，推进到与推进定位套管6对齐的位置，并采用螺钉紧固。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还公开了一种植入式生物型脑电极多级推进系统的操作方法，具体步骤如下：
s1、用骨钻将动物颅骨钻孔，并移除硬脑膜；
s2、通过定位套管5法兰盘固定在动物颅骨，将定位导管5-2伸入脑内，前端与蛛网膜接触；
s3、芯线1与导电生物材料2尖端与绝缘套管4尖端对齐，通过绝缘套管4推进一同进入脑皮层，绝缘套管4推进的距离通过推进定位套管6与推进位移套管7配合确定；
s4、绝缘套管4尖端到达检测脑区，将绝缘套管4退回，露出芯线1与导电生物材料2尖端用于检测脑电信号；
s5、绝缘套管4和芯线1之间充斥的诱导因子3可持通过导电生物材料2孔隙作用于电极周围组织，实现对神经突触生长的持续诱导；
s6、重复步骤s3、s4，可改变电极尖端位置，检测不同深度脑区电信号。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。