纵行神经束内电极的生物相容性及其记录的信号在电子假手控制中应用的实验研究

来源 :复旦大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:weizx20090123
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目的:假肢是人缺损肢体的替代物,用以弥补缺损肢体的形状和功能。肌电控制假手是临床上最常用的电子假肢,它虽然可以恢复肢体的外形和部分功能,但其准确率令人难以满意且受多种因素的影响。大多数学者认为电子假手的动作准确率达到95%以上才具有实用性,但目前肌电假手完成动作的准确率在45~90%之间,一般为70%左右。肌电控制假手准确性差的主要原因是肌电信息本身的缺陷,因此要提高电子假手控制的准确性,尤其是要提高多功能多自由度电子假手动作的准确性,就必须开发新的假肢控制信息源。本试验的目的在于应用纵行神经束内电极记录周围神经束的电信号,探讨新的假肢控制信息源控制电子假手的可能性。方法:应用直径60μm聚四氯乙烯绝缘的铂铱合金丝(95%Pt5%Ir)自行制作纵行神经束内电极,将其植入家兔坐骨神经束中,并同时插入Bionic公司生产的针状神经束内电极作为对照,通过测定神经动作电位和复合肌肉动作电位检测其记录和刺激特性;然后将自制的纵行神经束内电极长期植入(6个月)家兔坐骨神经的神经束内,应用Dantec经颅电刺激系统,分别在术后即刻、0.5、1、2、3、4、6个月时记录运动诱发电位和皮层体感诱发电位,观察电极长期植入神经束内记录信号的变化;术后6个月信号记录结束后,取电极植入处的神经束进行病理检查,了解电极对神经束的影响。在证实自制纵行神经束内电极与周围神经具有良好的生物相容性后,将电极植入一名残肢志愿受试者残肢的三条主要神经(桡神经、尺神经、正中神经)的神经束中,记录志愿受试者在意识中完成不同手的动作时的信号,并将其应用于电子假肢的实时控制。结果:当纵行神经束内电极作为记录电极时,测定的下行性和上行性神经动作电位的峰间波幅的平均值分别为550.0±92.0μV和470.5±122.1μV,而针状神经束内电极记录的峰间波幅的平均值为496.5±93.8μV和425.0±76.7μV。两者间的差别均不具有统计学意义(配对t检验,t值分别为-0.411和1.059,p均>0.05)。当纵行神经束内电极作为刺激电极并与神经外钩状电极比较时,发现纵行神经束内电极具有选择性刺激的特性。将纵行神经束内电极长期植入家兔坐骨神经束时,发现12只家兔中有3只家兔的纵行神经束内电极分别在术后2、3、6个月时因断裂而丧失记录功能。当纵行神经束内电极作为记录电极时,两条纵行神经<WP=7>束内电极在同一时间记录的MEPs的潜伏期和峰间波幅间的差别均无统计学意义(配对t检验,p均>0.05)。但随时间延长,同一纵行神经束内电极在不同时间记录的MEPs的潜伏期和峰间波幅间的差别均具有极显著性统计学意义(方差分析,p均<0.001)。经组间比较,MEPs的潜伏期在术后一个月内无明显变化,以后明显延长,但3个月以后趋于稳定;MEPs的峰间波幅在术后一个月内变化不明显,以后明显降低,3个月后又趋于平稳。当纵行神经束内电极作为刺激电极时,通过分别刺激两条纵行神经束内电极在同一时间经颅顶部皮下的针状电极记录的CSEPs的潜伏期和峰间波幅间的差别均无统计学意义(配对t检验,p均>0.05)。但随时间延长,通过刺激同一纵行神经束内电极,经颅顶部皮下针状电极在不同时间记录的CSEPs的潜伏期间的差别均具有极显著性统计学意义(方差分析,p均<0.001)。经组间比较,CSEPs的潜伏期的变化趋势与MEPs的潜伏期的变化趋势基本相同。刺激同一纵行神经束内电极在不同时间记录的CSEPs的峰间波幅虽然随时间延长有下降的趋势,但其间的差别无统计学意义(方差分析,p>0.05)。术后6个月时,取电极植入处的神经束进行病理检查,光镜下可见电极周围有一层纤维细胞和结缔组织将电极包裹,纤维细胞外围有一层神经纤维稀疏区,其间有神经纤维的脱髓鞘改变,部分神经纤维变细,但未发现电极周围有炎性细胞浸润。透射电镜下可见电极周围的纤维细胞增生,粗髓纤维水肿、脱髓鞘改变,并可见吞噬有髓鞘碎片的巨噬细胞。无论光镜还是透射电镜观察,电极周围均未发现有神经瘤的形成。在人体实验中,残肢志愿受试者在意识中完成不同动作时,不同神经束内的纵行神经束内电极记录的信号有一定的差异,在对7个自由度电子假肢进行实时控制时,发现有些记录到的信号可以驱动假肢。结论:动物实验证明自制纵行神经束内电极具有良好的记录和刺激特性,与周围神经束有良好的生物相容性,可以长期植入周围神经中,稳定地记录到信号。电极对周围神经产生的损害较小,并且无炎症反应和神经瘤的形成。临床试验证实纵行神经束内电极可以记录到人体生理活动时周围神经束内有规律的电信号,可望用于电子假手的控制。
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