用于测量神经反应-A的方法和仪器技术

一种用于测量对刺激的神经反应的方法。通过将一个传感电极连接至测量电路，以允许这一测量电路朝向生物电学上定义的稳态安定下来，从而在刺激之前，使这一测量电路安定。通过将刺激电极彼此短路来回收这些刺激电极上的电荷。然后，向神经组织施加一个来自这些刺激电极的电刺激，同时保持该传感电极与这一测量电路断开。在该刺激之后，强加一个延迟，在该延迟期间这些刺激电极是开路的并且该传感电极与这一测量电路和这些刺激电极是断开的。在该延迟之后，通过将该传感电极连接至这一测量电路来测量存在于该传感电极上的神经反应信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量神经反应-A的方法和仪器相关申请的交叉引用本申请要求于2011年5月13日提交的澳大利亚临时申请号2011901817的权益，将其通过引用结合在此。
本专利技术涉及对刺激的神经反应的测量，并且具体地涉及通过使用被植入在神经通路的近端的一个或多个电极对复合动作电位的测量。_4] 专利技术背景使用神经调节来治疗多种失调，包括慢性疼痛、帕金森氏病、以及偏头痛。神经调节系统向组织施加一个电脉冲以产生治疗效果。当被用来缓解慢性疼痛时，将电脉冲施加至脊髓的背柱(DC)或背根神经节(DRG)。这样的一个系统典型地包括一个植入式电脉冲发生器，以及一个电源，例如可以通过经皮感应传递而可再充电的电池。将一个电极阵列连接至该电脉冲发生器 ，并且将其放置于背柱上的背侧硬膜外腔中。由电极向背柱施加的电脉冲导致神经元的去极化，以及传播动作电位的产生。被以此方式刺激的纤维抑制疼痛从脊髓中的那个区段向大脑的传递。尽管脊髓刺激(SCS)的临床效果是明确的，但是涉及的精确机制却理解很差。DC是电刺激的靶标，因为它包含感兴趣的传入Αβ纤维。Αβ纤维介导来自皮肤的触摸、振动以及压力的感觉。普遍的看法是SCS仅刺激DC中的少数A β纤维。SCS的疼痛缓解机制被认为包括具有抑制效应的Αβ纤维的诱发逆向活性，以及在疼痛抑制中发挥作用的Αβ纤维的诱发顺向活性。还认为SCS募集主要位于DC中的Αβ神经纤维，其中诱发反应从DC进入背角的反向传播被认为以抑制方式与宽动态范围神经元形成突触。还可以使用神经调节来刺激传出纤维，例如以诱导运动功能。通常，在神经调节系统中产生的电刺激触发神经动作电位，然后该神经动作电位具有抑制亦或兴奋效果。可以使用抑制效果来调节不希望的过程，例如疼痛的传递；或来产生希望的效果，例如肌肉的收缩。在大量纤维之中产生的动作电位相加以形成复合动作电位(CAP)。CAP是来自大量单个纤维动作电位的反应的总和。记录的CAP是大量不同纤维去极化的结果。传播速度在很大程度上由纤维直径决定，并且对于如在背根进入区(DREZ)以及背柱附近发现的大的有髓纤维而言，速度可以超过60ms—1。由一组类似纤维的放电产生的CAP被测量为正峰电位P1、然后是负峰NI，随后是一个第二正峰P2。这是由当动作电位沿着单独的纤维传播时，激活区经过记录电极而产生的。为了更好地理解神经调节和/或其他神经刺激的效果，记录由该刺激导致的CAP是令人希望的。然而，由于观察到的CAP信号将典型地具有在微伏范围内的最大振幅，而被施加以诱发CAP的刺激典型地是若干伏，所以这是一个困难的任务。电极假象通常由该刺激产生，并且在整个CAP出现的时间显示若干几毫伏的衰减输出，这为分离感兴趣的CAP呈现了一个显著障碍。一些神经调质使用单相脉冲并且具有电容器以确保没有DC流向该组织。在这样的一种设计中，电流(刺激电流亦或平衡电流)始终流过电极，这妨碍脊髓电位(SCP)测量尝试。此外，测量电路中的高通滤波器极点产生具有单相脉冲的增加的电假象。电容器在该刺激之后，立即按最高速率回收电荷，这不令人希望地在诱发反应发生的同时产生最大假象。为了在5V输入刺激的存在下，以IuV的分离度分解IOuV SCP，例如需要具有134dB的动态范围的放大器，这在植入系统中是不切实际的。由于神经反应可以与刺激和/或刺激假象同时发生，所以CAP测量为放大器的设计提出一个困难的挑战。在实践中，电路的许多非理想的方面导致假象，并且由于这些假象大部分具有可以是正极性或负极性的衰减指数外观，所以其识别和消除可以是费劲的。已经提出了多个途径用于记录CAP。King (金)(美国专利号5，913，882)使用与刺激部分物理隔开的电极测量脊髓电位(SCP)。为了避免在刺激假象期间的过程中的放大器饱和，在该刺激之后至少1-2.5ms开始记录。在典型的神经传导速度中，这需要这些测量电极与刺激位点隔开约IOcm或更远，这是不令人希望的，因为此测量然后必然出现在不同脊柱区段并且可能具有减少的振幅。Nygard (尼加德)(美国专利号5，785，651)测量在耳蜗中的听觉神经上的诱发CAP，并且目的在于通过续发事件来处理假象，这些续发事件包括:(I)通过将刺激电极与传感电极相互短路来平衡电极；(2)经由刺激电极施加一个刺激，同时传感电极与刺激电极并且与测量电路都是开路的；(3) —个延迟，其中刺激电极被切换至开路并且传感电极保持开路；以及(4)测量，通过将传感电极切换进测量电路。Nygard (尼加德)还教授了在该刺激之后，使放大器归零的方法。当电极不处于平衡时，在刺激之后的期间的过程中，为该放大器设置一个偏置点。因为在每个周期中都要重新设置该偏置点，所以它易受噪声影响。在归零相位 期间，Nygard (尼加德)测量放大器是微分器，这使得当使用具有有线增益和带宽的非理想放大器用于实施时，它易受噪声摄取和输入瞬变的影响。Daly (戴利)(美国专利申请号2007/0225767)利用双相刺激加上一个经由反馈精制的(refined)第三相“补偿”刺激以对抗刺激假象。至于Nygard (尼加德)，Daly (戴利)的焦点是耳蜗。Daly (戴利)测量续发事件包括:(I)静止相位，其中刺激电极和传感电极被切换至Vdd ； (2)施加刺激并且然后是补偿相位，同时传感电极与刺激电极并且与测量电路都是开路的；(3)约I μ s的负载安定相位，其中刺激电极和传感电极与Vdd短路；以及(4)测量，其中刺激电极与Vdd和电流源开路，并且其中传感电极被切换至这一测量电路。然而，Iys的负载安定周期对于电极的平衡而言太短，电极的平衡典型地具有约100 μ S的时间常数。另外，将传感电极连接至Vdd将电荷推动到传感电极上，这恶化了设计该电路来解决的非常问题。当诱发反应晚于假象出现的时间出现时、或当信噪比足够高时，测量它们更不困难。假象通常被限制在刺激之后的l-2ms的时间并且因此其条件是在这个时间窗之后测量神经反应，可以获得数据。这是在手术监测中的情况，其中在刺激电极和记录电极之间存在大的距离，这样使得从刺激位点到记录电极的传播时间超过2ms。由于耳蜗中的独特的构造以及更紧的连接，所以耳蜗植入物使用相对于有时SCS所需的几十mA小的刺激电流，并且因此在耳蜗系统中测量的信号呈现出相对更低的假象。然而，为了表征来自背柱的反应，需要高的刺激电流和电极之间的靠近，并且因此与现存的“手术监测”技术相反，测量工艺必须直接克服假象。已经被包括在本说明书中的文献、作用、材料、装置、物品或类似物的任何讨论唯一用于提供本专利技术的背景的目的。这并不被看作是承认任何或所有这些事项形成现有技术基础的一部分或任何或所有这些事项是与本专利技术相关的领域中的公共常识，虽然它在本申请的每个权利要求的 优先权日:之前存在。贯穿本说明书，“包括(comprise)” 一词或变化形式(例如“包括了(comprises)”或“包括着(comprising)，，)应被理解为意指包括所陈述的要素、整体或步骤，或者多个要素、整体或步骤的群组，但不排除任何其他要素、整体或步骤，或者多个要素、整体或步骤的群组。专利技术概沭根据一个第一方面，本专利技术提供了用于测量对刺激的神经反应的方法，该方法包括:通过将一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量对刺激的神经反应的方法，该方法包括：通过将一个传感电极连接至测量电路，以允许这一测量电路朝向生物电学上定义的稳态安定下来，从而在刺激之前，使这一测量电路安定；通过将刺激电极彼此短路来回收这些刺激电极上的电荷；向神经组织施加一个来自这些刺激电极的电刺激，同时保持该传感电极与这一测量电路断开；强加一个延迟，在该延迟期间这些刺激电极是开路的并且该传感电极与这一测量电路和这些刺激电极是断开的；并且在该延迟之后，通过将该传感电极连接至这一测量电路来测量存在于该传感电极上的神经反应信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.13 AU 20119018171.一种用于测量对刺激的神经反应的方法，该方法包括: 通过将一个传感电极连接至测量电路，以允许这一测量电路朝向生物电学上定义的稳态安定下来，从而在刺激之前，使这一测量电路安定； 通过将刺激电极彼此短路来回收这些刺激电极上的电荷； 向神经组织施加一个来自这些刺激电极的电刺激，同时保持该传感电极与这一测量电路断开； 强加一个延迟，在该延迟期间这些刺激电极是开路的并且该传感电极与这一测量电路和这些刺激电极是断开的；并且 在该延迟之后，通过将该传感电极连接至这一测量电路来测量存在于该传感电极上的神经反应信号。2.如权利要求1所述的方法，其中在该刺激后延迟期间，该传感电极是开路的，以便与该阵列中的所有其他的电极断开，以阻止电荷从其他非刺激电极转移至该传感电极。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中进行重复的测量周期，并且其中允许该测量放大器在多个周期上积攒一个生物电学上定义的稳态偏置点而无需在每个周期中重新设置该偏置点。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中这一安定周期足够长以允许这些电极和电路达到一个如被刺激率所允许的平衡。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法,其中该延迟在大体上零至Ims的范围内。6.如权利要求5所述的方法，其中该延迟在大体上50μ s至200 μ s的范围内。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中将该延迟设置为确保该测量放大器不被饱和的值，并且因此当被连接而未经历限幅时始终线性地执行。8.如权利要求7所述的方法，其中应用一个反馈环路，以确定针对一个给定的刺激避免放大器饱和的适合的最小延迟。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中将来自该传感电极或每个传感电极的信号传递至测量放大器的输入端的一个采样保持电路。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在该传感电极与该测量放大器之间提供一个缓冲放大器或跟踪放大器，这样使得该缓冲器的高反向阻抗有效地阻止开关瞬变现象被传送至该传感电极，由此避免当经受这样的瞬变时，在该传感电极上可能出现的假象。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中该缓冲放大器被配置为:给出用来驱动取样保持电路的储能电容器的电流增益。12.如权利要求10或权利要求11中任一项所述的方法，其中在该传感电极与该缓冲器之间插入一个串联电容器以避免与该组织的DC传输。13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中该刺激和这些传感电极选自植入式电极阵列。14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中该电极阵列中的每个电极配备有一个相关联的测量放大器，对其进行配置，以便避免将这个或这些传感电极切换至一个共享测量放大器的需要。15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中该测量是通过将来自单个的传感电极的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·路易斯·帕克，彼得·斯科特·瓦尔莱克·辛格，迪安·迈克尔·卡兰托尼斯，
申请(专利权)人：萨鲁达医疗有限公司，
类型：
国别省市：