[发明专利]通过非正交和正交轨道插入颅骨内的医疗装置及其使用方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及用于进入颅骨和颅内结构的医疗装置、系统和方法。具体地讲，本发明涉及改变脑功能和治疗颅骨和颅内病变。更具体地讲，本发明涉及在颅骨内或通过颅骨手术植入电极或其它装置从而改变或改善脑功能和诸如中风、抽搐、退行性病变和脑肿瘤的病理状态。最具体地讲，本发明涉及使手术方法和危险最少化并且使可在颅骨内或通过颅骨植入的装置的长度以及容纳电荷的能力最大化。

相关技术的描述

脑的电刺激可改善和减轻许多神经病状。脑刺激成功的实例包括针对帕金森氏病(Parkinson’s Disease)、震颤、张力障碍、其它运动障碍、癫痫和疼痛的深脑刺激。另外，深脑刺激的潜在新部位证明了对于诸如肥胖症、抑郁症、精神病症、记忆力、偏头痛和最低意识状态的其它病状的满意效果。

深脑刺激涉及通过颅骨中的钻骨孔(burrhole)将长电极放置于距离脑表面的靶标深度处。该电极在立体定向引导下放置，该定向引导在有或没有框架的情况下进行。诸如Leksell框架的基于框架的系统需要通过固定到颅骨的许多螺钉将刚性立体定向框架夹紧到头骨上。无框系统利用放置在皮肤上的基准标记物。在这两种方法中，MRI（磁共振成像）或CT（计算机断层摄影）扫描都利用适当位置处的框架或基准标志进行。在基于框架的立体定向中，进行脑和靶标区域的计算机辅助重建来相对于框架坐标定位靶标。在无框立体定向中，使颅骨和脑的三维重建与基准标记物的三维构型相匹配。两种情况下的最后结果是能够将电极准确地放置到几乎脑的任何部分中。

大脑皮层是产生用于治疗干预的高电位的另一结构。在深脑刺激中，电极穿过大脑皮层以及皮层下脑结构，到达受累的深脑核，因此有损伤干预的健康脑组织和血管的危险。这些不必要但不可避免的损伤可潜在地导致脑功能丧失、中风和颅内出血。另一方面，大脑皮层的刺激较安全，因为电极放置在脑表面上，或者甚至放置在脑覆盖层即，硬脑膜的外面，这是一种称为硬膜外电极刺激的技术。另外，大多数皮层下或深脑结构与皮层中的已知靶标相联系，使得这些靶标成为用于皮层刺激的候选物。因此，直接刺激皮层可影响直接或间接地与皮层靶标通信的皮层下和深脑结构。先前的研究已经证明使用皮层刺激治疗癫痫、中风康复、疼痛、抑郁症和失明取得成功。

除了病理病状的治疗之外，脑刺激和记录还具有加强或改善脑功能的几乎无限的潜力。这些技术使得脑能绕开诸如由于脊髓损伤、肌萎缩性侧索硬化(ALS)、中风、多发性硬化(MS)和失明引起的功能失调性神经元。在这些情况下的脑记录和刺激技术提供了供神经信号越过输入侧和输出侧上的受损伤或功能失调性神经元的桥梁。例如，在ALS或患闭锁综合征的患者的情况下，患者是清醒的且有意识，但没有与环境互动的任何能力。这些患者被基本捕获在其脑内。近来，已经证明，通过将记录电极直接放置在脑表面上，这些患者可学会经由他们自己的脑波来控制计算机光标和其它装置。这种经由脑波直接控制外部装置的方法被称作脑-机介面。

脑-机介面也使用在颅骨外部记录的脑波-脑电图(EEG)来实施，该脑电图利用放置在头皮上的电极检测穿过颅骨的神经信号。虽然没有侵害，但是使用EEG信号的脑-机介面一般因颅骨所致的脑波振幅显著衰减而受限。在脑信号之中仅最大的电位可被EEG途径检测到。

类似地，可采用经颅磁刺激(TMS)或经颅直流电流刺激(tDCS)通过颅骨激活皮层和一些皮层下纤维。在这种途径中，磁波(TMS)或电流(tDCS)在颅骨外面的头皮上激活并且传输通过颅骨从而激活皮层和皮层下纤维的部分。TMS已经有效治疗许多病症，诸如抑郁症、偏头痛和运动障碍。另外，一些报道指出，TMS可能能够增强记忆力和注意力。类似地，tDCS在以低剂量应用时似乎改进一些学习形式。这一证据表明，皮层刺激在治疗中枢神经系统病变和增强正常脑功能方面可能有着极大、几乎无限种类的应用。

电刺激也已经有效地应用于治疗某些肿瘤。通过施加破坏肿瘤细胞的生理机能的电场，已经发现肿瘤缩小。脑中的肿瘤、特别是接近脑表面的肿瘤，诸如脑膜瘤，也可通过电刺激治疗。除了电场之外，热（热消融）和冷（冷冻消融）也被证明对肿瘤有效。