[发明专利]可植入的无线神经装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月17日提交的美国专利申请号61/453,799、2011年8月26日提交的61/527,956，和2011年12月12日提交的61/569,619的优先权，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。

政府支持

这项研究得到美国国立卫生研究院(National Institute of Health；NIBIB和NCMRR/NICHD)的生物工程研究合作计划(Bioengineering Research Partnership Program；1R01EB007401-01)、国家科学基金会(National Science Foundation)的EFRI计划(#0937848)，和美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency；DARPA)的加速损伤恢复的重组和可塑性计划(Reorganization and Plasticity to Accelerate Injury Recovery program；REPAIR)(N66001-10-C-2010)的支持。如上述拨款的条件所规定，美国政府在本发明中可能具有某些权利。

技术领域

本发明涉及可植入无线装置和在体内使用所述植入物的方法。

背景技术

存在许多方法用于通过使用不同神经传感器探针来撷取来自动物和/或人的大脑的电或磁信号。这些探针可存在于受试者头部外侧(如在EEG、MEG和fMRI中)、皮肤与颅骨之间的间隙中，或在颅骨下方紧邻大脑顶部或穿入大脑。颅骨下方的位于大脑顶上的探针在本文中称为皮质电描记(ECoG)阵列，而其中个别传感器元件穿入大脑组织的那些探针称为多电极阵列(MEAs)。虽然ECoG和MEAs具有侵入性，但是与基于EEG的方法相比，ECoG和MEAs提供关于神经回路功能的详细得多的信息。具体地说，MEAs已被证明能够提取具有空间和时间分辨率的神经回路信号，其中阵列的每个个别元件(微电极)报告单个神经细胞，从而使得能够撷取与特定功能高度相关的信息。实例为撷取来自一百个神经元的信息，这些神经元的协同运作可发出手臂、手或手指运动的具体命令。

考虑到人或动物受试者的外皮是抗御环境的保护性壳层，植入或施用于皮肤下方的任何大脑传感器被认为是“侵入性的”。ECoG和MEA多电极植入物均为侵入性探针的实例。在使用所述探针时，一个主要技术难题是通过合适的电子采集仪器来撷取以电脉冲形式产生的大脑信号以便进一步解译，在本文中称为解码。电子采集仪器通常包括将来自传感器阵列的信号放大的模拟电路、其后续多重传输(以便使数据串行化)、转换为数字数据流(A/D转换)，和传输数字化神经数据以便后续信号处理和使用。信号处理涉及解码策略，其使用数学模型将大脑信号解译并且转换成有用电子命令，从而可直接通过受试者大脑发出的命令来操作诸如机器人臂、打字机或其它外部装置的装置。

发明内容

已知在现有技术中存在大脑-机器接口，并且其用于在不同情况下提供大脑监测，如对于接受发作性脑病活动评估的患者来说，使用将大脑的致痫区域作图的硬膜下栅格电极来进行癫痫监测。然而，在不能以无线方式来传输数据遥测的情况下，所述患者被限制于医院病床附近长达两周以便接受监测，并且繁多的外部电缆将其束缚至外部电子设备。如以下所公开的可佩带的无线紧凑装置提供了如下能力：所提供的移动性超过使用电缆连接可提供的移动性，并且还允许患者回到家里以便长时间接受评估，从而与目前可行的方案相比，能够在更长的时间内安全地和舒适地采集诊断数据。

描述可植入、无线神经接口装置的概念和实行方案，所述装置在下文中被称为亚急性布朗神经卡(sub-acute Brown neural card；SBNC)，其使得能够在大脑与外界之间进行通信，其中“外界”主要由许多电子控制的装置和装置系统组成。