[发明专利]用于测量神经反应-A的方法和仪器

说明书

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。

技术领域

本发明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。

发明背景

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Aβ纤维。Aβ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Aβ纤维。SCS的疼痛缓解机制被认为包括具有抑制效应的Aβ纤维的诱发逆向活性，以及在疼痛抑制中发挥作用的Aβ纤维的诱发顺向活性。还认为SCS募集主要位于DC中的Aβ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N1，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1uV的分离度分解10uV 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10cm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。