Fabricação de alta Contact densidade, eletrodos nervosas Plano de Interface para gravação e estimulação Applications

A interface com o sistema nervoso periférico (SNP) proporciona o acesso a sinais de comando neural altamente processados ​​como eles viajam para diferentes estruturas no interior do corpo. Estes sinais são gerados por axônios confinados dentro de fascículos e rodeado por células perineuro bem-articulado. A magnitude dos potenciais mensuráveis ​​resultantes das actividades neuronais é afectado pela impedância das várias camadas dentro do nervo, tais como a camada perineuro altamente resistivo que rodeia os fascículos. Por conseguinte, duas abordagens têm sido exploradas de interface de acordo com o local de gravação em relação à camada perineuro, nomeadamente abordagens intrafasciculares e extrafascicular. abordagens intra-fasciculares colocar os eletrodos no interior dos fascículos. Exemplos dessas abordagens são a matriz Utah ^17, o eletrodo Longitudinal Intra-fascicular (LIFE) ^18, eo eletrodo transversal intra-fascicular multicanal (TIME) ^32. Ttécnicas stas podem gravar selectivamente a partir do nervo, mas não têm sido mostrados para reter fiavelmente funcionalidade por longos períodos de tempo in vivo, provavelmente devido ao tamanho e a conformidade do eléctrodo ^12.

abordagens extra-fasciculares colocar os contatos ao redor do nervo. Os eléctrodos de punho utilizados nestas abordagens não comprometer o perineuro nem o perineuro e têm mostrado ser tanto um meio seguro e robusto de gravação a partir do sistema nervoso periférico ^12. No entanto, as abordagens extra-fascicular não têm a capacidade de medir a atividade única unidade – em comparação com modelos intra-fasciculares. Neuroprotéticos aplicações que utilizam eléctrodos de punho nervosas incluem a activação do membro inferior, a bexiga, o diafragma, o tratamento de dor crónica, bloqueio da condução neural, feedback sensorial, e electroneurograms gravação ^1. As aplicações potenciais para utilizar interface de nervos periféricos incluem descansooring movimento para vítimas de paralisia com estimulação elétrica funcional, registrando atividade do neurônio motor de nervos residuais para controlar próteses de membros movidos em amputados, e interface com o sistema nervoso autônomo para entregar medicamentos bio-eletrônica ^20.

A implementação de design do eletrodo cuff é o eletrodo nervo interface plana (FINE) ^21. Este projeto remodela o nervo em uma seção de flat-cruz com circunferência maior em comparação com uma forma redonda. As vantagens deste projeto são aumento do número de contatos que pode ser colocado sobre o nervo, ea proximidade dos contatos com os fascículos internos rearranjadas para gravação e estimulação seletiva. Além disso, os nervos das extremidades superiores e inferiores em grandes animais e humanos pode assumir várias formas e a reformulação gerado pela FINA não distorce a geometria natural do nervo. Estudos recentes têm mostrado que FINO é capaz de restaurar a sensação ema extremidade superior ¹⁶ e o movimento de restauração na extremidade inferior ²² com a estimulação eléctrica funcional em seres humanos.

A estrutura básica de um eléctrodo de manguito consiste na colocação de vários contactos de metal sobre a superfície de um segmento de nervo, e, em seguida, isolamento destes contactos, juntamente com o segmento do nervo dentro de um manguito não condutor. Para alcançar esta estrutura de base, vários modelos têm sido propostos em estudos anteriores, incluindo:

(1) Contatos de metal incorporado em uma malha de Dacron. A malha é então enrolada em torno do nervo e a forma manguito resultante segue a geometria dos nervos ^{4, 5.}

(2) Dividir desenhos cilindros que utilizam cilindros rígidos e não condutores pré-moldada para fixar os contactos em torno do nervo. O segmento do nervo que recebe este cuff é remodelada em geometria interna do manguito ^6-8.

(4) segmentos não isolados dos fios condutores colocados contra o nervo para servir como os contatos dos eletrodos. Estas ligações são ou tecido em tubo de silicone ¹¹ ou moldada em silicone cilindros aninhados ^12. Um princípio semelhante foi utilizado para construir multas arranjando e fundindo fios isolados para formar uma matriz, e, em seguida, uma abertura através do isolamento é feito por remoção de um pequeno segmento de pelo meio desses fios ¹³ unidas. Estes projetos assume um corte transversal do nervo volta e estar de acordo com este assumiu a geometria do nervo.

Eléctrodos (5) com base poliimida flexível ³³ com contatos formados por micro-usinagem estrutura de poliimida, e depois integrar em folhas de silicone esticado para formar punhos auto-enrolando. Este projeto também assume um corte transversal do nervo rodada.

Eléctrodos de punho deve ser flexível e auto-colagem, a fim de evitar o estiramento e compressão do nervo que podem causar danos nos nervos ^3. Alguns dos mecanismos conhecidos pelo qual eletrodos rotador podem induzir esses efeitos são a transmissão de forças dos músculos adjacentes ao punho e, consequentemente, para o nervo, incompatibilidade entre o manguito e as propriedades mecânicas do nervo, ea tensão indevida nas derivações do manguito. Estas questões de segurança levar a conjunto específico de restrições de design na flexibilidade mecânica, configuração geométrica, eo tamanho ^1. Estes critérios são particularmente challenging no caso de uma contagem de finos de alta contacto porque o balonete deve ser, ao mesmo tempo rígido na direcção transversal para remodelar o nervo e flexível na direcção longitudinal para evitar danos, bem como acomodar múltiplos contactos. Auto-dimensionamento projetos espirais podem acomodar vários contatos ^algemá-14, mas o manguito resultante é um pouco rígida. poliimida concepção flexível pode acomodar um elevado número de contactos, mas são propensas à delaminação. O projeto da disposição do fio ¹³ produz uma multa de seção transversal plana, mas a fim de manter esta geometria os fios são fundidos ao longo do comprimento do manguito produzir rostos duros e bordas afiadas fazendo então inadequado para implantes de longo prazo.

A técnica de fabricação descrito neste artigo produz uma multa alta densidade de contacto com estrutura flexível que pode ser feita à mão com consistentemente alta precisão. Ele usa um polímero rígido (poliéter éter cetona (PEEK)) para permitir que p precisalacement dos contatos. O segmento de PEEK mantém uma secção transversal plana no centro do eléctrodo enquanto permanece flexível na direcção longitudinal ao longo do nervo. Este desenho também minimiza a espessura e a rigidez geral do punho desde o corpo do eléctrodo não tem de ser rígido, a fim de nivelar o nervo ou proteger os contactos.