Summary
Bu makalede, yüksek temas yoğunluklu düz arayüz sinir elektrot (GÜZEL) fabrikasyonu süreci hakkında ayrıntılı bir açıklama sağlar. Bu elektrot kayıt ve periferik sinirler içinde seçici nöral aktiviteyi teşvik etmek için optimize edilmiştir.
Abstract
Birçok girişim uzun vadeli neuroprosthetic uygulama için güvenli, dayanıklı ve güvenilirdir çok kontaklı sinir ağzı elektrotlar imal etmek için yapılmıştır. Bu protokol, bu kriterleri karşılamak için modifiye edilmiş bir silindirik sinir manşet elektrot bir imalat tekniği anlatılmaktadır. Asgari bilgisayar destekli tasarım ve imalat (CAD ve CAM) becerilerini sürekli yüksek hassasiyet (temas yerleştirme 0.51 ± 0.04 mm) ve çeşitli manşet boyutlarda manşet üretmek için gereklidir. mekansal kişileri ve bu tasarım ile gerçekleştirilebilir önceden tanımlanmış geometri korumak için yeteneği dağıtma hassas seçici kayıt ve uyarılması için Kolluğun arayüzünü optimize etmek için gerekli iki kriter vardır. Farklı esneklikleri malzemeleri kullanarak sinir yeniden şekillendirmek için enine yönde yeterli sertliği korurken sunulan tasarımı da uzunlamasına yönde esneklik maksimize eder. Kolluğun kesitsel genişlemesimanşet içinde giderek artan bir baskı sonucu alanı 67 mm Hg'de 25% olduğu gözlendi. Bu test manşet esneklik ve post-implant şişme sinir verdiği cevap göstermektedir. Kişilerin kararlılığı kronik implante manşet gelen empedans ve sinyal-gürültü oranı metrikleri (7.5 ay) 'arayüzü ve kayıt kalitesi de kontaklarımın ile incelendi', sırasıyla 2.55 ± 0.25 kÊ ve 5.10 ± 0.81 dB olduğu görülmektedir.
Introduction
periferik sinir sisteminin (PNS) ile arabirim vücut içindeki farklı yapılar giderken yüksek işlenmiş sinir komut sinyalleri erişim sağlar. Bu sinyaller Fasiküller içinde sınırlı akson tarafından üretilen ve sıkı eklemli Perinöriyum hücreleri ile çevrilidir. Nöral faaliyetlerden kaynaklanan ölçülebilir potansiyellerin büyüklüğü gibi fasikül çevreleyen yüksek dirençli Perinöriyum katmanı olarak sinir içindeki çeşitli katmanların empedansı etkilenir. Sonuç olarak, iki arayüz yaklaşımlar perinevre tabaka, yani bir interfasiküler ve extrafascicular yaklaşımlar ile ilgili kayıt yere bağlı olarak araştırılmıştır. Intra-fasikül yaklaşımlar fasikülleri içine elektrotlar yerleştirin. Bu yaklaşımların örnekleri Utah dizisi 17, Boyuna içi fasikül Elektrot (LIFE) 18 ve enine içi fasikül çok kanallı elektrot (TIME) 32 vardır. These teknikler sinir selektif olarak kaydetmek ancak güvenilir nedeniyle boyut ve elektrot 12 arasında uygun muhtemel in vivo uzun bir süre için özelliğe korudukları gösterilmiştir edilmemiştir.
Ekstra fasikül yaklaşımlar sinir etrafındaki kişileri yerleştirin. Bu yaklaşımlar manşon elektrotlar perinevrine veya epinöriyum ödün vermeyen ve periferal sinir sistemi 12 kayıt güvenli ve sağlam bir aracı hem de olduğu gösterilmiştir. Ancak, ekstra fasiküler yaklaşımlar tek ünite aktivitesini ölçmek için yeteneğinden yoksun - içi fasikül tasarımlara göre. Sinir manşet elektrotlar kullanan Neuroprosthetic uygulamalar alt ekstremite aktivasyonunu, mesane, diyafram, kronik ağrı tedavisi, sinir iletim bloğu, duyusal geribildirim ve kayıt electroneurograms 1 bulunmaktadır. Potansiyel uygulamaları kalanını içeren periferik sinir arabirimini kullanmak içinamputees powered uzuv protezleri kontrol etmek için artık sinirlerden motor nöron aktivitesini kayıt fonksiyonel elektrik stimülasyonu ile felç mağdurlarına hareketini oring ve biyo-elektronik ilaçlar 20 sunmak için otonom sinir sistemi ile arabirim.
Manşet elektrodun bir tasarım uygulaması düz arayüzü sinir elektrot (GÜZEL) 21'dir. Bu tasarım, bir yuvarlak şekle göre daha geniş çevreye sahip düz kesitli içine sinir yeniden şekillendirir. Bu tasarımın avantajları sinir yerleştirilebilir kişi sayısını artırmış ve seçici kayıt ve stimülasyon için yeniden düzenlenmiş iç fasiküller ile temasların yakınlığı vardır. Ayrıca, büyük hayvanlarda ve insanlarda üst ve alt ekstremite sinirleri çeşitli şekiller alabilir ve GÜZEL tarafından üretilen yeniden şekillendirme sinirin doğal geometri bozmaz. Son çalışmalar İNCE hissi geri yükleme kapasitesine sahip olduğunu göstermiştirİnsanlarda fonksiyonel elektrik stimülasyonu ile alt ekstremite 22 üst ekstremite 16 ve geri hareketi.
Bir kol elektrodu, temel özelliği, iletken olmayan ağzı içindeki sinir segmenti ile birlikte, bu temas sinir bölümünün yüzeyi üzerinde çok sayıda metal temas yerleştirilmesiyle ve daha sonra izolasyon oluşur. Bu temel yapı elde etmek için, birçok tasarım dahil olmak üzere önceki çalışmalar önerilmiştir:
(1) Metal temas Dacron ağ içine gömülü. Örgü daha sonra sinir etrafına sarılır ve elde edilen ağzı şekil sinir geometrisi 4, 5 izler.
(2) Ön şeklindeki sert ve iletken olmayan silindirler kullanmak Bölünmüş silindir tasarımları sinir etrafındaki kişileri düzeltmek için. 8 - Bu manşet aldığı sinir segmenti Kolluğun iç geometri 6 içine yeniden şekillendirilir.
Kendi kangallanan kontaklar iki yalıtım katmanları arasında kapalı olan tasarımlar. Harici uzatılmamış tabaka ile gergin iken iç tabaka kaynaşmıştır. İki tabakadan farklı doğal dinlenme uzunlukları sinir etrafında saran esnek bir sarmal oluşturmak üzere, son yapının neden olur. Bu tabakalar için kullanılan malzemeler, tipik olarak, polietilen 9 polimid 10 ve silikon kauçuk 1 olmuştur.
(4) sinir karşı yerleştirilen kurşun tellerin Yalıtımsız bölümleri elektrot temas olarak hizmet vermektedir. Bu iletkenler ya da silikon tüp 11 dokuma veya silikon içe silindirler 12 kalıplanır. Benzer bir prensip düzenlenmesi ve bir dizi oluşturmak için yalıtılmış tellerin eritme ve ardından yalıtım yoluyla bir açıklık bu birleştirilmiş tel 13 ortasından küçük sıyırma yapılır ine parçalar oluşturmak için kullanıldı. Bu tasarımlar eşekume yuvarlak sinir kesit ve bu uygun sinir geometri üstlendi.
(5) Esnek poliimid tabanlı elektrotlar kendinden sarma manşet oluşturmak için gergin silikon tabakalar halinde entegre sonra Polyimide yapısını Mikroişleme ve oluşan kişiler ile 33. Bu tasarım aynı zamanda bir yuvarlak sinir kesitini varsayar.
Manşet elektrotlar esnek ve kendini boyutlandırma germe ve sinir hasarına 3 neden olabilir sinir sıkıştırarak önlemek için olmalıdır. manşet elektrotlar bu etkileri neden olabilir hangi bilinen mekanizmalarından bazıları manşet ve dolayısıyla sinire komşu kaslar güçlerin iletim vardır, manşet en ve sinirin mekanik özellikleri ve Kolluğun potansiyel gereksiz gerginlik arasındaki uyumsuzluk. Bu güvenlik sorunları mekanik esneklik tasarım kısıtlamaları özel seti, geometrik yapılandırma ve büyüklüğü 1 yol açar. Bu kriterler, özellikle challe olanBir yüksek kontak sayısı GÜZEL durumunda donanımının değiştirilmesi manşet boyuna zarar görmesini önlemek için yön yanı sıra birden fazla kişi kapasiteli olarak sinir ve esnek yeniden şekillendirmek için enine yönde aynı zamanda cesetten olmalıdır çünkü. Birden fazla kişi 14 cuff ağırlayacak spiral tasarımları Kendinden boyutlandırma, ancak ortaya çıkan manşet biraz sert olduğunu. Esnek polimid tasarım kişileri yüksek sayısını karşılamak ama delaminasyon eğilimli olabilir. Tel dizisi tasarımı 13 düz kesitli bir FINE üretir, ama teller uzun vadeli implantlar daha sonra uygunsuz hale sert yüzleri ve keskin kenarlar üreten manşet uzunluğu boyunca kaynaşarak bu geometriyi korumak için.
Bu makalede açıklanan üretim tekniği sürekli yüksek hassasiyet ile el ile yapılabilir, esnek bir yapıya sahip bir yüksek temas yoğunluğu hassas üretir. Kesin p izin vermek için bir bükülmez polimer (polietereterketon (PEEK)) kullanankontakların sonra değiştirmenizi. sinir boyunca uzunlamasına yönde esnek kalarak PEEK kademeli bir elektrotun merkezi düz bir kesite tutar. elektrot vücut kişileri sinir dümdüz ya da güvence altına almak amacıyla sert olmak zorunda değildir, çünkü bu tasarım ayrıca manşet genel kalınlığı ve sertliği en aza indirir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Elektrot Bileşenleri Hazırlık
- Hassas kesim gerektiren dört elektrot bileşenleri toplamak önce üretim sürecine (lazer kesim kullanılan malzemeler Listesine bakınız). Bu bileşenler (Şekil 1):
İletişim dizi çerçeve: Bu çerçeve 125 mikron kalınlığında Polieter eter keton (PEEK) levha dışında yapılır. Bu manşet bütün genişliğini kapsayan ve orta kişileri tutan ve serpantin şeklinde kenarları (Şekil 1B) sahiptir. orta kişiler kılavuz kanalları sarılmış; Bu nedenle temas açıktaki genişliği kanal genişliği ile sınırlıdır ve boşluk kanalları arasındaki aralık belirlenir.
Orta rehber şeritler: orta rehber rehber dizisi çerçevesi (Şekil 1B) etrafında bu şeritleri sararak oluşturulur. kılavuz kanallarının genişliğine Platin /% 10 Iridium levha dışarı şeritler kesin ve bunları b izin ekstra uzunluğu eklemeke tam çerçeve etrafında katlanmış. şeridin ana ekseni ile 0º açıyla kişinin kurşun Nokta-kaynak.
Referans rehber: Dört referanslar ihtiyaç vardır. Bu temasların uzun boyutu tam manşet içinde onları içeren manşet genişliğinden biraz daha kısadır. Nokta Kişinin ana ekseni ile 90º açıda bir kurşun her referans teması kaynak.
PEEK aralama: Paspayı bükme ve (Şekil 1C) kapanış izin elektrot üzerinde ince bölgeyi oluşturmak için kullanılır. Tüm aralama PEEK (malzemeler kullanılabilir) yapılır ve elektrot uzunlukta kesilir. orta alan genişliği elektrot yüksekliğine eşittir.
2. İletişim Dizi Hazırlığı
- 40 kHz ve oda sıcaklığında, daha sonra aynı sonikasyon parametreleri altında distile deiyonize su içinde 2 dakika ile 2 dakika süreyle etanol içinde sonikasyon ile aşama 1 'de yapılmış bileşenler temizleyin. kurumaya bırakın.
- gözle kontrollazer kesim artıkları veya yüzey deformasyonları gibi herhangi bir kusur için rehber.
- kaynak nokta yukarı bakacak şekilde mikroskop altında Kartvizitleri teker teker yerleştirin. serbest ucundan yaklaşık 1/3 boy başlangıç en cımbız ile temas tutun. İlk viraja yapmak için temas tutarken 45º açıya kurşun yükseltin.
- kaynak yukarı bakacak şekilde dizi çerçeve altında öncesi bükük temas yerleştirin. Cımbız ile çerçeveyi basılı tutun ve ikinci bir viraj yapmak için bir 45º açı kurşun yükseltebilir. Sürekli aşağı çerçeve tutarken, bir 180º açıda cımbız ve bend ile temas (çerçevenin orta çizgiye doğru kat) serbest ucunu yakala.
- Düzeltin ve operatöre doğru kişiyi çekin ve daha sonra 180º açı (orta çizgiye kat) olarak viraj. punta noktası artık iki bükülmüş uçları arasına eklenmelidir.
- Kalan kişiler için 2.5 - Tekrar 2.3 adımları. Mümkün olduğunca sıkı olun. conta alternatifCT dizi çerçevesinin her bir tarafında olur.
3. Manşet Düzen Kılavuzu
- Düz açık konumda manşet 2B şemasını oluşturun.
NOT: Gerçek bir ölçekli diyagramı üretmek için herhangi bir CAD yazılımı kullanın. Bu şema elektrot ve çeşitli elektrot bileşenleri için yerleştirme sitenin boyutlarını belirler. - merkezinde bulunan çizim ile 5 cm kare parça bir 5 cm kesip sonra sıradan baskı makinesi kullanarak ölçek düzenli baskı kağıt üzerinde 2B diyagramı yazdırın ve.
- Bir neşter ile termal saydamlık levha (T1) 5 cm kare parça 5 cm kesin.
- diyagram yukarı bakacak şekilde taban plakası üzerine iki katmanı yerleştirin sonra diyagram kağıdın üstüne şeffaflık parça T1 yerleştirin ve. Yapışkan bant ile taban plakasına bant onları aşağı.
4. Elektrot Baz Katman ve Referans İletişim Yerleştirme
- bir neşter (S1), ve inci ile 5 cm silikon levha ile 5 cm kesiptr şeffaflık tabakasının üzerine yerleştirin. Daha sonra yavaşça T1 ve S1 yaprak (Şekil 2A) arasında, hava kabarcığı bilmek tabakanın geri kalanı düşük bir köşesini bırakarak başlayın.
- üretici bilgi formunda belirtildiği gibi kürlenmemiş silikon yaklaşık 2 gr karıştırın. Titizlikle birlikte sterilize ahşap karıştırma sopayla iki bölümden karıştırın. 3 dakika için bir vakum odası içinde karışımı yerleştirin. onlar yüzeye yükselmesi olarak vakum döngüsü kabarcıklarını yok etmek için. 130 ° C'de Isotemp isitin.
Not: Lateks eldiven silikon sertleşme sürecini engelleyebilir. Lateks eldiven de çalışma yüzeylerinde kirletici bırakabilirsiniz kükürt içerir. yerine nitril eldiven kullanılması tavsiye edilir. - diş çekme aracını kullanarak, onlar rehberlik diyagram üzerinde bulunan boşluk bölümlerinin ortasında boyunca sertleşmemiş silikon ince bir çizgi uygulayın.
- belirlenen bölgeler üzerine spacers yerleştirin ve sonra silikon tabaka S1 karşı bastırın.
- Kısmen, 30 dakika boyunca Isotemp fırında silikon tedavi 10 dakika soğumasını bekleyin.
- belirlenmiş alanlarda üzerine referans kişileri yerleştirin. Kaynak noktaları yukarı bakacak ve temas açar ucunda çıkmak için manşet orta çizgisine doğru yönlendirilir emin olun. Doğru konumlandırma olduktan sonra silikon tabaka S1 üzerine aşağı kişileri basın. geçiş delikleri içine dökün sertleştirilmemiş silikon.
- Potansiyel aşağı Teyp ve sonra tamamen oda sıcaklığında (Şekil 2B) 90 dakika, ya da gece boyunca 130 ° C'de silikon tedavi.
5. Merkezi İletişim Dizi Yerleştirme
- bir neşter (T2) ile 5 cm şeffaflık parça 1.5 cm kesip. Referans aşağı Teyp sonraki adımda rehber diziden altında çalışan engellemek için orta bölgeden uzak yol açar.
- uçları tarafı yukarı bakacak şekilde adanmış yere temas dizileri yerleştirin. dizisinde çakmak sertleşmemiş silikon yatırınyer.
- Onları basılı tutun diziler elektrot orta hat boyunca ve üzerinde 5.1 (T2) için parça yerleştirin ve aşağı diziler üzerinde basarken sonra biter bantlayın. El ile özel konumu ile dizi aynı hizaya getirin. Kolluğun dışından potansiyel aşağı bant.
- elektrotun merkezi boyunca ve şeffaflık segmenti T2 üzerinde küçük fikstür çubuğunu yerleştirin. Baz silikon tabakası S1 karşı orta kişileri basın hafif bir baskıyla taban plakasına aşağı Kelepçe.
- Tam 130 ° C'de ya da gece boyunca oda sıcaklığında 90 dakika için silikon tedavi.
6. Elektrot Bileşenleri gömülmesi
- küçük fikstür çubuğunu çıkarın ve yavaşça orta temas diziler ortaya çıkarmak için şeffaf tabaka T2 kaldırın. Referanslar ve orta kişiler (Şekil 2C) hem de potansiyel tutun tüm bantları çıkarın.
- Aynı genişlikte bir neşter ile saydamlık levha kare parça kesinsonra elektrot ve uzunluk (T3) 5 cm, ve tüm elektrot yüzeyi (S2) kapsayacak şekilde silikon tabakasının bir kare parça kesin.
- şeffaflık parçasının (T3) üstünde silikon levha (S2) Lay ve herhangi dalgaları veya usulsüzlüklerin ortadan kaldırmak için streç arasında sıkışıp olmaktan hava kabarcıkları ortadan kaldırmak için.
- silikon tüp dört adet Kes; Her 5 cm uzunluğunda. rehberlik şemasında atanan yol açar çıkış sitesinde koyun. elektrot kenarı ve borular 'kenarları arasında 2 mm boşluk bırakın. cımbız ile tüplerin her çift basılı tutarken, tüpler aşağı bant uzak tüp ucundan 1 mm başlayan. diğer çifti için tekrarlayın.
- Düzenleyin ve orta temas ve demetler halinde referanslar yol açar ve daha sonra çıkış siteleri yakın gelen tüp aracılığıyla onları geçmek. Diğer üç borular için tekrarlayın. (Şekil 2B).
- tüm elektrot vücutta sertleşmemiş silikon bol miktarda yatırın.
NOT: oluşturmaktan kaçınınir yavaş yavaş vakumlu karıştırma kabından kürlenmemiş silikon dökme veya bir şırınga ile enjekte biri tarafından bu adımı sırasında kabarcıklar. - S2 aşağı bakacak silikon levha ile tevdi sertleşmemiş silikon üstüne 6.3 yapıyı yerleştirin. S2 buna uyulması silikon levha tutarken elektrotla şeffaflık parça T3 aynı hizaya getirin.
- sonra saydamlık parça T3 aşağı Teyp ve herhangi bir hava kabarcığı dışarı kanal basınç uygulayın. elektrotun merkezi boyunca ve şeffaflık segmenti T3 üzerinden büyük fikstür çubuğunu yerleştirin. Sonra hafif bir baskıyla taban plakasına aşağı kelepçe. Tam 130 ° C'de ya da gece boyunca oda sıcaklığında 90 dakika için silikon tedavi.
7. Koruyucu Katman Yerleştirme (Kayıt Kelepçelerinde için önerilir)
- Büyük fikstür çubuğunu çıkarın ve cımbızla şeffaflık parçası (T3) tabakalara ayırmak. elektrodun her yüzün merkezinde koruma sayfasını yerleştirin ve hafif basınç t uygulamako elektrodun içine bastırın. geçiş delikleri içine dökün sertleştirilmemiş silikon.
- Kısmen 130 ° C 'de 30 dakika süre ile silikon tedavi ve daha sonra oda sıcaklığına kadar iyice soğutun. elektrodun dış uçları üzerinde yapışkan bant yerleştirin ve kapanış flanş üzerinde bu segmentlere ekstra sertleşmemiş silikon ekleyerek önlemek için.
- Tekrarlayın 6.8 ile 6.6 arasındaki adımları.
8. Bitmiş Elektrot Kesme
- Soyun ve daha sonra dikkatlice yapışkan bandı çıkarın, neşter bıçak kullanarak adım 7.2 eklenen yapışkan bant üstünde aşırı silikon kesti.
- S2 katmanı üzerinden boşluk segmentleri ortaya çıkarmak için silikon ile pencereleri kesip. cımbız ile gömülü boşluk segmentleri ayıklayın. Bu adım boşlukları bırakın ve bu bölgelerde (aslında S1) esnek tek silikon tabaka oluşturacaktır.
- Silikon tüpler kapak yapışkan bantlar üstünde aşırı silikon soyulabilir ve neşter blad ile kesmeke elektrot gövdeli tüpler seviyeye.
- taban plakası aşağı elektrodun dış kenarı boyunca kes.
- Tamamen taban plakası sayesinde her tüpler çifti arasında bir üçgen kesip, ve dış tarafında yol açar 'çıkış siteleri şekillendirmeye yol gösterici diyagramı aşağıdaki. son adımlar sırasında elektrot gövdesinden ayrılmış oldu tüm silikon malzemeyi çıkarın.
9. Rehber ve Koruyucu Katmanlar maruz kalması
- koruyucu tabakasını kapsayan silikon tabaka S2 ile pencereleri kesip. elektrot tabanı (katman S1) ve bitmiş manşet elektrot parçalamak için taban plakası üzerine şeffaf tabaka T1 arasında polipropilen sütür filament Glide.
- merkez temas ve Silikon tabaka S1 yukarı bakacak şekilde elektrot gibi çevirin ve ardından taban silikon tabakası S1 ile pencereleri keserek maruz bırakmaktadır. c merkezi boyunca 1 mm genişliğinde segmentleri açığa dış referans kişiler için tekrarlayınontacts. geçiş delikleri referans temasların kenarlarında stabilize tamamen elektrot gövdesi içinde gömülü olduğundan emin olun.
10. Lehim Teklifleri bir Bağlayıcı
- Mevduat lehim uçları üzerine ve ayrı ayrı konektör pimleri üzerine madde ve ardından ısı ve havya ile birlikte iki parçayı sigorta.
Not: DFT kurşun teller nikel kobalt bazlı alaşımlar MP35N yapılmış bir dış tabaka ile çevrelenmiş, gümüş çekirdek oluşur. Bu teller üzerine lehim maddesi biriktirilmesi (Malzeme Listesine bakınız) tel bağlı kalarak izin özel akı kullanımını gerektirir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
(- 7 kHz bant genişliği ve 2.000 toplam kazancını 700 Hz) nöral aktiviteyi kayıt süper β giriş enstrümantasyon amplifikatör kullanarak özelleştirilmiş bir ön amplifikatör ile gerçekleştirildi. Sunulan protokol ile imal İNCE elektrodun bir örneği Şekil 3'te gösterilmektedir. Birlikte iki serbest kenar dikiş ile yapılır sinir çevresindeki ince implante. Manşonun esneklik (Şekil 3B) bir gösteri uzunlamasına yönde esneklik koruyarak manşon sinir düzleştirir gösterir.
uzunlamasına yönde ağzı esnekliğe ilaveten, manşon, erken iyileşme implantasyon sonrası aşamaları, özellikle de sinir şişme yerleştirmek için esnek olmalıdır. manşet içindeki yüksek basınç kan damarları ve sinir içinde kan akışını tıkamaktadır olabilir. Sonuç olarak, basınç diast aşmamalıdır sinir şişme sonucu manşet içinde oluşturulanolic kan basıncı. Şekil 4 manşet içinde çeşitli basınç seviyeleri monte manşet tepkisini gösterir. Basınç arttıkça, elektrot, daha büyük bir enine kesit alanına oluşturmak üzere genişler. 67 mm Hg'de; Elektrot 1.25 katı orijinal enine kesit alanına genişler. Bu gözlem, manşon büyüklüğü sinirin en az 1,2 katı, ilk enine kesit alanı ise ağzı içindeki basınç artışı, 67 mm Hg altında kalırken, sinir 1.5 başlangıç kesit alanını genişletebilir olarak yorumlanabilir . Bu nedenle, en az 1.5 olan bir ağzı-ile-sinir kesit alanı oranı göstermesi sinir kol elektrodu, tasarım kriteri 15, 30, 31 karşılanmaktadır.
Işlevsellik ve imal manşet tasarımı istikrar bir köpek (Şekil 5) siyatik sinirinin üzerine implante ile incelenmiştir. Çalışma CWRU IACUC a kabul edildind ACURO. 1) sinyal-gürültü oranı (SNR), 2) temas empedansı ve canlı kayıt sağlayan kişileri 3) sayısı: üç parametre periyodik kronik implant süresi boyunca ölçüldü. nöral aktivitenin oranının baz aktivitesi (sarı segment) ortalama gücü üzerinde güç (kırmızı bölüm) ortalama olarak SNR tanımlanır. pencere hareketli 100 ms kullanılmıştır. 7.5 aylık implant süresi boyunca, SNR 5.10 ± 0.81 dB (Şekil 5B) değerine sahip sabit kalmıştır.
Kişilerin empedans büyüklüğü, 1 kHz'de in vivo olarak ölçülebilir ve Şekil 5C'de gösterilmiştir. Bu ölçümler RHD2000-Serisi amplifikatör değerlendirme sistemi kullanılarak yapılmıştır. empedans 2.55 ± 0.25 kÊ ortalama değeri ile kararlı olması (33 Trials, 16 kişileri (N = 528)) gözlenmiştir. Son olarak, zaman içinde etkisiz hale temasların sayısı aynı zamanda, Şekil 5C'de gösterilmiştir. Etkin olmayan sayısırehber implant süresince 2 altında kaldı. dışlanan kanal sayısına dalgalanma kayıt oturumları sırasında harici konnektör ve amplifikatör ve kazanmış fonksiyonu arasındaki kötü bağlantıdan çoğunlukla sonuçlandı.
Şekil 1:. FINE ve açık pozisyon ve hassas kesim gerektiren dört ana yapı bileşenlerindeki Unsurları A) GÜZEL bakış. Bu bileşenler şunlardır: İletişim dizi çerçeve (l), orta iletişim şeritlerin (II), bir referans kontaklar (III), PEEK aralayıcılar (IV) '. manşet sinire temas yerleştirme ile ilgili aşağıya bakacak. Aralama (IV) montajı. B) katlayın ve orta çerçevenin. C) t Katlanmış yapılandırma etrafında onları düzeltmek için merkez rehber ve adımların bir genişletilmiş görünüm sonra kaldırılır o. elektrot bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2:... Fabrikasyon Süreci A) rehberlik diyagramı, T1 ve S1 adım 4.1 sonunda yığınlarını B) aşama 4.7 ° C sonundaki boşluk segmentleri ve referans kişileri Montaj sırasında Elektrot Kareler) merkezi bağlılık adım 6.1 yılı sonunda S1 sayfasına rehber dizisi. D) aşama 6,5 sonunda elektrot vücudun içinde gömerek önce açar ve silikon tüp düzenlenmesi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: Protokolde tanımlanan Sinir Manşet Elektrot. A) açık konumda 16 -İletişim İNCE'ye fabrikasyon. Yol açar çıkış yeri. B başına 5 açar) köpekte siyatik sinir etrafındaki manşet yerleştirme Bir örnek dört demetleri halinde düzenlenmiştir. FINE'ın orta segment enine yönde yatay bir seyir ve manşet vücut uzunlamasına yönde. C) basık kesiti ve bir İNCE elektrot implante sonra fasiküller düzenlenmesini gösteren implante sinir otopsisi bir fotoğraf esnektir 12 hafta. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
incirure 4: İç Basıncı arttırmak için GÜZEL Tepki Bu ölçümler kapalı bir manşet içinde şişirilebilir elastik odasını koyarak yapılmış ve daha sonra basınç yavaş yavaş bir değişken uzunlukta su kolonunda artırılmıştır.. manşonun kesiti büyük ve küçük eksenleri basınç seviyesinde ölçülmüş ve eliptik bir enine kesiti (n = 20) enine kesit alanına hesaplamak için varsayılmıştır. Hata çubukları, standart sapmayı temsil ederler.
Şekil 5: Köpeklerde Siyatik Sinir Faaliyet Kronik Kayıt ile Manşet İşlevselliği Değerlendirilmesi A) Hayvan gönüllü bir koşu bandı üzerinde yürürken bir temas kaydedilen ham ENG sinyalinin A İki saniye örnek.. SNR) B. Aktivitesinin oranı ve bazal ortalama güçler olarak tanımlandı Ortalama SNR değerleri d gözlendiİmplant süresini uring. kontaklar empedans C) Ortalama değeri 1 kHz (siyah) ve işlevsel olmayan temasların sayıda zaman (kırmızı) üzerinden. 16 temasların 14 implant süresince fonksiyonel kalmıştır. Hata çubukları standart sapmayı temsil etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu makalede açıklanan imalat metodu nihai manşet kalitesini sağlamak amacıyla hünerli ve ince hareketleri gerektirir. Kayıt iletişim iki referans elektrot ortasına hassas bir şekilde yerleştirilmelidir. Bu yerleşim ölçüde kaslar elektriksel aktivitesini 27 çevredeki parazitleri azaltmak için gösterilmiştir. imalat sırasında temas göreli konumu herhangi bir dengesizlik ağzı dışında üretilen ortak mod müdahale sinyallerinin geri çevrilmesi ile düşürebilir. Ancak, dikkatli tekniği ile referans temaslarda hiçbir fark dengesizlik çok az gözlendi.
Çeşitli iyileştirmeler ilk hayvan denemeleri sırasında karşılaşılan arıza modlarının ele manşet tasarımı yapılmıştır. Bu modlar ve ilgili iyileştirmeler şunlardır:
Kurşun kırılma: Referans kontakların uçları kaynak noktada başarısız gözlendi. bu faylınakurşun elektrot çıkar yerinde yetersiz gerginlik giderici atfedilen yeniden. Bu sorun çıkmadan önce elektrot vücudun içinde referans potansiyel bir uzunluğa dahil edilerek çözüldü.
Site Hatası Kapanış: Post-implant manşet açma gözlenen ve silikon yoluyla sütür kesme atfedilmiştir. Bu sorun, bir takviye örgü eklenmesi ve kolluğu sütür için ipek gibi yumuşak dikiş materyali kullanılarak çözüldü.
Hareket eserler: Büyük spontan eserler (> 100 mV) kayıt manşetleri ilk tasarımı ile karşılaşılmıştır. Benzer eserler daha önce 23 bildirildi ancak ele alınmamıştır. Bu eserler triboelektrik gürültü olarak bulundu ve iki farklı iletken olmayan malzemelerin kurşun tellerin hareketine ilişkin kurşun ve gerilim ani boyunca şarj üretebilir gerçeği atfedilen bulundu. Özel olarak, silikon tuiletişim açar ve kurşun hareketi sırasında iletken çekirdek oluşturan sivri İlanlar 'İlanlar aralarında ve içine yük transferi neden yalıtım malzemesi (politetrafloroetilen) farklı şarj çekimlere sahip,' çevreleyen bing. Bu eserler doğanın doğrulama normal tuzlu su yolunda benzer kablo yapısının hareketini yeniden tarafından yapıldı ve benzeri eserler gözlendi. Bu sorunu çözmek için, yalıtım malzemesi içine boru malzemesi benzer yük afiniteye sahip olmalıdır.
Elektrot Koruma: bir koruma tabakası (altın metal folyo), aynı zamanda, ek EMG azalma 28 sağlamak için manşet dış yüzlerine ilave edildi. folyo manşet dışından kaynaklanan parazit akımları şantlar elektrod gövde boyunca bir düşük empedanslı yolu oluşturur.
Bağlantı Hatası: Bu gözlendi deri yoluyla deri bağlantıgüvenilir değildi ve en fazla 16 kişiler (Şekil 5C kırmızı arsa) ve 2 ile süreksizlik neden oldu. Bu nedenle, kayıt cihazına bağlantı genel arayüz güvenilirliğini artırmak için geliştirilmesi gerekmektedir.
Bu protokol ile üretilen elektrotlar köpeklerde implante edilmiştir. Malzemelerin bazıları (örneğin, lehim kalay, şeffaflık levha) henüz insan kullanımı için onaylanmış değil bu elektrot dahil. Bazı FDA uzun vadeli implantlar (örneğin, silikon, PEEK, Platin / Iridium levha) cihazları onaylı Ancak, elektrot yapısını oluşturan malzemelerin seçimi dahildir. Bu nedenle, insan uygulama içine süreci sadece çeviri dikkatli takım malzemelerinin seçimi ve uygun temiz oda şartlarında imalat gerektirir.
Üç ana alternatif yaklaşımlar periphe biçimlendirebiliyor multicontact sinir manşet elektrotlar üretmek için araştırılmıştırral sinirler. İlk sıcak bıçak tekniği 13'tür. Güvenilir, yüksek kontak yoğunluklu ve yüksek temas yerleştirme hassasiyet (238 ± 9 mikron kontak aralığı) ile para cezaları üretimi için maliyet-etkin bir yaklaşım olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, bu yöntem ile üretilen manşetler sert ve uzun süreli implantasyon için genel mekanik özelliklerinin müsait değildir. İkinci yaklaşım lazer desenlendirme 24 olduğunu. Nd: YAG lazer çok katmanlı platin püskürtülen PDMS desenleri oluşturarak kişileri oluşturmak için kullanılır olmuştur. Bu yaklaşım son derece tekrarlanabilir ve yüksek hassasiyetli özellikleri (30 mikron) elde rağmen, gerekli makine çok özel ve elektrotların uzun vadeli biyouyumluluk araştırılmamıştır. Üçüncü yaklaşım silikon kauçuk 25, 26 üzerine sabit platin disklerin veya kürelerden yapılmış el yapımı kişiler dizidir.
Bu yaklaşım pahalı ekipman ve kullanımları gerektirmezyüksek biyo-uyumlu maddeler. Bu yaklaşımın temel sakıncaları yüksek tolerans (> 0.5 mm) ve insan hatası yüksek bağımlılık vardır. Bu protokol açıklanan imalat prosedürü temasların kesin yerleşimini verir nedeniyle fikstür çerçevenin önceden tanımlanmış geometri yüksek tekrarlanabilir olduğunu. orta kişiler arasındaki mesafe 0.51 ± 0.04 mm (n = 70) olarak ölçüldü ve kontakların boyutları lazer kesim makineleri hoşgörü ile belirlenir.
Bu prosedür ile üretilen para cezaları sinir içinde fasiküller yerini tespit etmek ve bir Faraday kafesi olmadan ve 5.10 ± 0.81 dB SNR ile serbestçe hareket hayvanlarda fasikül sinyalleri kurtarmak için uygun bir algoritma ile yeteneğine sahiptir. Bu tasarım, sinir stimülasyonu için uygun olan ve en az eserler 29 kutuplu manşon konfigürasyonu kullanılarak seçici uyarılması için kullanılabilir. Bu üretim tekniği de vardıresneklik, monopolar stimülasyon ve sinir iletim hızı kayıt gibi özel uygulamalar için manşetleri çeşitli üretmek için.
Monopolar tasarım merkezi kişileri tutarken dört referans kişileri kaldırarak uygulanabilir. Ortaya çıkan manşet sonra uzunluğu kısa olabilir ve ayrıca bir tarafı (iki yerine bir silikon tüp çifti) çıkmak için tüm yol açar yönlendirme tarafından değiştirilebilir. hız kayıt elektrot dört ek kontak dizisi çerçeveleri ile referans elektrotlar değiştirilmesi ve daha sonra ters çıkış yeri doğru elektrot vücudun içinde ekstra temasların yol açar düzenleyerek uygulanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim. Bu yazıda yer alan tedarikçiler sadece referans için verilmiştir.
Acknowledgments
Bu çalışma Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Merkezi, Pasifik Hibe / Sözleşme No.N66001-12-C-4173 ile Dr. Jack Judy ve Dr Doug Weber himayesinde Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) MTO sponsor oldu . Biz kompozit sinir manşet tasarımın gelişimindeki katkılarından dolayı imalat sürecinde yaptığı yardım için Thomas Eggers ve Ronald Triolo Matthew SCHIEFER Lee Fisher ve Max Freeburg teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Platinum-Iridium foil | Alfa Aesar | 41802 | 90% Platinum Iridium |
| DFT wires | Fort Wayne Metals | 35N LT-DFT-28%Ag | |
| Lead connector | Omnetics Connector Corporation | MCS-27-SS | |
| Silicone sheet | Speciality Silicon Fabricator | 0.005" x 12" x 12" Silicone Sheet | High durometer, vulcanized |
| Polyether ether ketone (PEEK) sheet | Peek-Optima | 0.005 sheet LT3 grade | |
| polyester stabelizing mesh | Surgicalmesh | PETKM2002 | |
| Silicon tubing (0.04" I.D. 0.085" O.D.) | Silcon Medical/NewAge Industries. | 2810458 | |
| Outer shielding layer | Alfa Aesar, A Johnson Matthey | MFCD00003436 (11391) | Gold foil, 0.004" thick |
| Transparency sheet | APOLLO | APOCG7060 | |
| Ultrasonic bath cleaner | Terra Universal | 2603-00A-220 | |
| Isotemp standard lab oven | Fisher Scientific | 13247637G | |
| Optical microscope | Fisher Scientific | 15-000-101 | |
| Tweezers | Technik | 18049USA (2A-SA) | |
| Surgical blade handles | Aspen Surgical Products | 371031 | |
| Base frame | McMaster-Carr | 9785K411 | |
| Support beam | McMaster-Carr | 9524K359 | |
| Two parts silicone | Nusil | MED 4765 | |
| Soldering Flux | SRA Soldering Products | FLS71 | |
| Tape | 3M Healthcare | 1535-0 (SKUMMM15350H) | Paper, hypoallergenic surgical tape |
| Spot welding machine | Unitek | 125 Power Supply with 101F Welding Head | |
| Laser cutting platform | Universal Laser Systems | PLS6.150D | 150 watts laser |
References
- Naples, G. G., et al. A spiral nerve cuff electrode for peripheral nerve stimulation. Biomed Eng, IEEE Tran. 10, 905-916 (1988).
- Tyler, D. J., Durand, D. M. Functionally selective peripheral nerve stimulation with a flat interface nerve electrode. Neur Sys Rehab Eng., IEEE Trans. 10, 294-303 (2002).
- Navarro, X., et al. A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems. J Perip Ner Sys. 10, 229-258 (2005).
- Avery, R. E., Wepsic, J. S. Implantable nerve stimulation electrode. U.S. Patent. , 3,774,618 (1973).
- Avery, R. E., Wepsic, J. S. Implantable electrodes for the stimulation of the sciatic nerve. U.S. Patent. , 3,738,368 (1973).
- Hagfors, N. R. Implantable electrode. U.S. Patent. , 3,654,933 (1972).
- Haugland, M. A flexible method for fabrication of nerve cuff electrodes. Eng Med Bio Soc. 1, 359-360 (1996).
- Stein, R. B., et al. Stable long-term recordings from cat peripheral nerves. Brain Res. 128, 21-38 (1977).
- Julien, C., Rossignol, S. Electroneurographic recordings with polymer cuff electrodes in paralyzed cats. J N Sci Meth. 5, 267-272 (1982).
- Van der Puije, P. D., Shelley, R., Loeb, G. E. A self-spiraling thin-film nerve cuff electrode. Can Med Bio Eng Conf. , 186-187 (1993).
- Hoffer, J. A., Loeb, G. E., Pratt, C. A. Single unit conduction velocities from averaged nerve cuff electrode recording in freely moving cats. J N Sci Meth. 4, 211-225 (1981).
- Loeb, G. E., Peck, R. A. Cuff electrodes for chronic stimulation and recording of peripheral nerve activity. J N Sci Meth. 64, 95-103 (1996).
- Wodlinger, B. Extracting Command Signals from Peripheral Nerve Recordings. , Case Western Reserve University. Ph.D. Thesis (2011).
- Rozman, J., Zorko, B., Bunc, M. Selective recording of electroneurograms from the sciatic nerve of a dog with multi-electrode spiral cuffs. Jap J Phy. 50, 509-514 (2000).
- Ducker, T. B., Hayes, G. J. Experimental improvements in the use of elastic cuff for peripheral nerve repair. J N Sur. 28, 582-587 (1968).
- Tan, D. W., et al. A neural interface provides long-term stable natural touch perception. S T Med. 6, (2014).
- Branner, A., et al. Long-term stimulation and recording with a penetrating microelectrode array in cat sciatic nerve. Bio Med Eng, IEEE Trans. 1, 146-157 (2004).
- Micera, S., et al. Decoding information from neural signals recorded using intraneural electrodes: toward the development of a neurocontrolled hand prosthesis. P IEEE. 98, 407-417 (2010).
- Kozai, T. D., et al. Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces. N Mat. 11, 1065-1073 (2012).
- Sinha, G. Charged by GSK investment, battery of electroceuticals advance. Nat Med. 19, 654-654 (2013).
- Tyler, D. J., Durand, D. M. Chronic response of the rat sciatic nerve to the flat interface nerve electrode. A Biom Eng. 31, 633-642 (2003).
- Schiefer, M. A., et al. Selective stimulation of the human femoral nerve with a flat interface nerve electrode. J N Eng. 7, 026006 (2010).
- Edell, D. J. A peripheral nerve information transducer for amputees: long-term multichannel recordings from rabbit peripheral nerves. Bio med Eng, IEEE Trans. 2, 203-214 (1986).
- Schuettler, M., et al. Fabrication of implantable microelectrode arrays by laser cutting of silicone rubber and platinum foil. J N Eng. 2, 121 (2005).
- Pudenz, R. H., Bullara, L. A., Talalla, A. Electrical stimulation of the brain. I. Electrodes and electrode arrays. S Neur. 4, 37-42 (1975).
- Craggs, M. D. The cortical control of limb prostheses. , U of Lon. PhD Thesis 21-27 (1974).
- Struijk, J. J., Thomsen, M. Tripolar nerve cuff recording: stimulus artifact, EMG and the recorded nerve signal. Eng in Med Bio Soc. 2, 1105-1106 (1995).
- Sadeghlo, B., Yoo, P. B. Enhanced electrode design for peripheral nerve recording. N Eng, Int IEEE/EMBS Conf. , 1453-1456 (2013).
- Yoo, P. B., Sahin, M., Durand, D. M. Selective stimulation of the canine hypoglossal nerve using a multi-contact cuff electrode. Ann Bio Med Eng. 32, 511-519 (2004).
- Rydevik, B., Lundborg, G., Bagge, U. Effects of graded compression on intraneural blood flow: An in vivo study on rabbit tibial nerve. J hand Surg. 6, 3-12 (1981).
- Ogata, K., Naito, M. Blood flow of peripheral nerve effects of dissection, stretching and compression. J Hand Sur. 11, 10-14 (1986).
- Boretius, T., et al. A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve. Bio Sen and Bio Elec. 26, 62-69 (2010).
- Stieglitz, T., Schuettler, M., Meyer, J. U., Micromachined, polyimide-based devices for flexible neural interfaces. Bio Med Micro Dev. 2, 283-294 (2000).
