Summary
Este artigo fornece uma descrição detalhada sobre o processo de fabricação de um eletrodo de nervo de interface plana de alta contato densidade (FINE). Este eletrodo é otimizado para gravação e estimular a atividade neural seletivamente dentro de nervos periféricos.
Abstract
Muitas tentativas têm sido feitas para a fabricação de vários eléctrodos de contacto de punho nervo que são seguros, robusto e fiável para aplicações de longa duração neuroprotéticos. Este protocolo descreve uma técnica de fabricação de um eletrodo manguito nervo cilíndrica modificada para atender a esses critérios. habilidades de design mínimo auxiliado por computador e fabricação (CAD e CAM) são necessárias para produzir consistentemente punhos com alta precisão (colocação de contacto 0,51 ± 0,04 mm) e vários tamanhos de punho. A precisão na distribuição espacialmente os contactos e a capacidade de reter uma geometria predefinida conseguido com este projeto são dois critérios essenciais para otimizar a interface do manguito para gravação e estimulação seletiva. O desenho apresentado também maximiza a flexibilidade na direcção longitudinal, mantendo uma rigidez suficiente na direcção transversal para remodelar o nervo, utilizando materiais com diferentes elasticidades. A expansão do corte transversal do manguitoárea como um resultado do aumento da pressão no interior do balonete foi observado ser de 25% a 67 mm Hg. Este teste demonstra a flexibilidade da manga e a sua resposta ao nervo inchaço pós-implante. A estabilidade dos contatos 'interface e qualidade de gravação também foram examinados com contatos' impedância e métricas de relação sinal-ruído de um manguito cronicamente implantado (7,5 meses), e observou-se 2,55 ± 0,25 kW e 5,10 ± 0,81 dB, respectivamente.
Introduction
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.
Self-enrolando projetos onde os contatos são fechados entre duas camadas de isolamento. A camada interna é fundida enquanto esticado com uma camada estendeu-un externo. Com diferentes comprimentos naturais de repouso para as duas camadas ligadas faz com que a estrutura final para formar uma espiral flexível que se enrola em torno do nervo. O material utilizado para estas camadas tenham sido tipicamente polietileno 9 poliimida 10, e uma borracha de silicone.
(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.
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Protocol
1. Eletrodo Preparação Components
- Reúna quatro componentes dos eléctrodos que necessitam de corte de precisão (foi utilizado de corte a laser, por favor, consulte a Lista de Materiais) antes do processo de fabricação. Estes componentes são (Figura 1):
Contatos estrutura matriz: Este quadro é feito de 125 mm folha grossa poliéter éter cetona (PEEK). Ele abrange toda a largura da braçadeira e mantém os contactos médios e tem extremidades em forma de serpentina (Figura 1B). Os contatos do meio são enrolados nos canais de guia; por conseguinte, a largura exposta dos contactos é limitada pela largura dos canais e o espaçamento é determinado pelo espaçamento entre os canais.
Os contactos médios tiras: Os contactos médios são formados por envolvimento destas tiras em torno do quadro matriz contactos (Figura 1B). Corte as tiras para fora do / 10% de folha de platina irídio com a largura dos canais de guia e adicionar o comprimento extra para permitir que a be totalmente dobrado em torno do quadro. Spot-solda de chumbo do contato a 0º ângulo com o eixo principal da tira.
Os contatos de referência: Quatro referências são necessários. A longa dimensão desses contatos é ligeiramente menor do que a largura do manguito para contê-los totalmente no interior do manguito. Ponto de solda cada contato referência a uma vantagem aos 90º de ângulo com o eixo principal do contato.
Espaçadores PEEK: Os espaçadores são usados para criar a região mais fina no eléctrodo para permitir a dobragem e de fecho (Figura 1C). Todos os espaçadores são feitas de PEEK (outro material pode ser utilizado) e cortada para o comprimento do eléctrodo. A largura do espaço do meio é igual à altura do eléctrodo.
2. Contatos Matriz de Preparação
- Limpar os componentes feitos no passo um por sonicação em etanol durante 2 min a 40 kHz e a temperatura ambiente, em seguida, 2 minutos em água desionizada destilada sob os mesmos parâmetros de sonicação. Deixe secar.
- Inspecione visualmente acontatos para quaisquer defeitos, como resíduos de corte a laser ou deformações de superfície.
- Posicionar os contatos um a um sob o microscópio com o ponto de solda voltada para cima. Segurar o contacto com pinças em aproximadamente 1/3 do comprimento de partida a partir da extremidade livre. Elevar a liderança a um ângulo de 45º, mantendo o contato para fazer a primeira curva.
- Coloque o contato pré-curvada debaixo do quadro matriz com a solda voltada para cima. Segure a estrutura para baixo com uma pinça e elevar a liderança a um ângulo de 45º para fazer uma segunda curva. Enquanto continua segurando o quadro para baixo, agarrar a extremidade livre do contato com pinças e dobre em um ângulo de 180º (dobra em direção à linha média do frame).
- Endireitar e puxar o contacto em direção do operador e, em seguida, dobre a 180º de ângulo (fold para a linha do meio). O ponto de soldadura por pontos deve agora ser colocado entre as duas extremidades dobradas.
- Repita os passos de 2,3-2,5 para os contatos restantes. Faça tão apertada quanto possível. Alterne a ContaCT leva em cada lado da estrutura de matriz.
3. Guia Cuff Disposição
- Criar um diagrama 2D do manguito na posição aberta plano.
NOTA: Use qualquer software CAD para produzir um diagrama em escala verdadeira. Este diagrama irá determinar as dimensões do eléctrodo e o local de posicionamento para os vários componentes dos eléctrodos. - Imprimir o diagrama 2D em papel de impressão regular para dimensionar usando a máquina de impressão comum, e em seguida, cortar a 5 cm por 5 cm pedaço quadrado com o desenho localizado no centro.
- Cortar 5 cm por 5 cm pedaço quadrado da folha de transparência térmico (T1) com um bisturi.
- Coloque a peça T1 transparência na parte superior do diagrama de papel e, em seguida, colocar as duas camadas na placa de base com o diagrama voltado para cima. Gravá-los para baixo para a placa de base com uma fita adesiva.
4. eletrodo base de camada e referência Contatos Placement
- Cortar 5 cm por folha de silicone 5 cm com um bisturi (S1), e then coloque-o sobre a camada de transparência. Comece por deixar cair um canto e desça lentamente o resto da folha para evitar bolhas de interceptação entre folhas S1 (Figura 2A) T1 e.
- Misture aproximadamente 2 g de silicone não curado, conforme indicado na folha de dados do fabricante. Rigorosamente agitar as duas partes em conjunto com esterilizado mexendo pau de madeira. Coloque a mistura em uma câmara de vácuo durante 3 min. Ciclo o vácuo para eliminar as bolhas que sobem para a superfície. Pré-aqueça o forno a 130 ºC Isotemp.
Nota: As luvas de látex pode inibir o processo de cura de silicone. luvas de látex também contêm enxofre, que pode deixar contaminantes nas superfícies de trabalho. Usando luvas de borracha nitrílica vez é recomendado. - Usando a ferramenta de escolha dentária, aplicar uma fina linha de silicone não curado ao longo do meio de segmentos espaçadores onde estão localizados no diagrama de guiamento.
- Coloque os espaçadores para as regiões designadas, e, em seguida, pressione-os contra o S1 folha de silicone.
- Parcialmente curar o silicone no forno Isotemp durante 30 minutos, deixe esfriar por 10 minutos.
- Coloque os contatos de referência para os locais designados. Certifique-se de que os pontos de solda são voltado para cima e leads de contacto são encaminhados para a linha média do manguito para sair na outra extremidade. Depois de garantir o posicionamento correto, pressione os contatos abaixo sobre o S1 camada de silicone. Depósito de silicone não curado para os furos de passagem.
- Fita para baixo os fios e, em seguida, curar totalmente o silicone a 130 ° C durante 90 minutos, ou durante a noite à temperatura ambiente (Figura 2B).
5. Centro Placement Contatos Matriz
- Cortar 1,5 cm por parte transparência 5 cm com um bisturi (T2). Fita para baixo a referência leva longe da região média para impedi-los de correr por baixo da matriz contactos durante o passo seguinte.
- Coloque as matrizes de contacto sobre a localização dedicado com o lado de leads para cima. Depositar silicone não curado para alinhavar a matriz emlugar.
- Coloque a peça de 5,1 (T2) através da linha média do eletrodo e sobre os arranjos para mantê-los para baixo, e em seguida, cole as extremidades enquanto pressiona para baixo sobre as matrizes. alinhar manualmente a matriz com a posição dedicado. Fita para baixo as ligações fora do perímetro do manguito.
- Coloque a barra pequena luminária em todo o centro do eléctrodo e sobre o segmento transparência T2. Apertá-lo até a placa de base com pressão moderada para pressionar os contactos média contra a camada S1 base de silicone.
- curar completamente o silicone durante 90 min a 130 ° C, ou durante a noite a RT.
6. Incorporar os componentes dos eléctrodos
- Retirar a pequena barra de fixação e remova cuidadosamente a folha transparente T2 para expor as matrizes de contacto média. Remova todas as fitas que mantêm os leads para ambas as referências e contatos médio (Figura 2C).
- Corte um pedaço quadrado da folha de transparência com um bisturi para a mesma largura doeléctrodo e de 5 cm de comprimento (T3), e em seguida cortar uma peça quadrada de folha de silicone para cobrir a superfície inteira do eléctrodo (S2).
- Coloque a folha de silicone (S2) na parte superior da peça de transparência (T3) e esticá-la para remover quaisquer ondas ou irregularidades e para eliminar bolhas de ar fique preso no meio.
- Corte quatro pedaços de tubos de silicone; 5 cm de comprimento cada um. Colocá-los no local de saída dos condutores que lhe forem atribuídas no esquema orientador. Deixe um espaço de 2 mm entre a aresta do eléctrodo e as bordas dos tubos. Enquanto mantém pressionada cada par de tubos com uma pinça, fita para baixo os tubos a partir de 1 mm de distância da extremidade do tubo. Repita o procedimento para o outro par.
- Organizar e leads dos contatos médias e as referências em feixes, e depois passá-los através do tubo correspondente perto dos locais de saída. Repita o procedimento para os outros três tubos. (Figura 2D).
- Depositar generosa quantidade de silicone não curado por todo o corpo do eléctrodo.
NOTA: Evite a formação de umIR bolhas durante este passo, quer vertendo lentamente o silicone não curado a partir do recipiente de mistura aspirado ou injectando-o com uma seringa. - Coloque a estrutura de 6,3 na parte superior do silicone não curada depositada com a folha de silicone S2 voltado para baixo. Alinhar a peça transparência T3 com o eletrodo, mantendo a folha de silicone S2 aderiram a ele.
- Fita para baixo o T3 pedaço transparência e, em seguida, aplicar pressão para canalizar as bolhas de ar aprisionadas. Coloque a barra grande luminária em todo o centro do eléctrodo e sobre a T3 segmento de transparência. Em seguida, fixe-a à placa de base com uma pressão moderada. curar completamente o silicone durante 90 min a 130 ° C, ou durante a noite a RT.
7. Blindagem Camada Placement (recomendado para a gravação punhos)
- Remova a grande barra de fixação e descamar a peça transparência (T3) com uma pinça. Coloque a folha de blindagem no centro de cada face do eléctrodo e aplicar pressão ligeira to pressioná-los para o eletrodo. Depósito de silicone não curado para os furos de passagem.
- Parcialmente curar o silicone por 30 minutos a 130 ºC, e depois deixe esfriar completamente à temperatura ambiente. Colocar fita adesiva ao longo das extremidades exteriores do eléctrodo e sobre as divisórias de fecho para evitar a adição de silicone não curado extra para estes segmentos.
- Repita os passos 6.6 a 6.8.
8. Cortar o eletrodo Finalizado
- Descolar e cortar o excesso de silicone na parte superior da fita adesiva adicionado no passo 7.2 utilizando lâmina de bisturi, com cuidado, em seguida, remover a fita adesiva.
- Cortar janelas através do silicone para expor os segmentos espaçadores através da camada S2. Extrair os segmentos espaçadores embarcados com pinças. Esta etapa vai deixar espaços vazios e formam folha de silicone único flexível para estas regiões (originalmente S1).
- Descascar o excesso de silicone na parte superior das fitas adesivas que cobrem os tubos de silicone, e, em seguida, cortado com Blad bisturie para nivelar os tubos com o corpo do eléctrodo.
- Corte em torno do perímetro do eléctrodo para baixo a placa de base.
- Corte um triângulo entre cada par de tubos completamente através da placa de base, e no lado externo seguindo o diagrama guiando a moldar locais de saída dos leads. Remover todo o material de silicone que foi isolada a partir do corpo do eléctrodo durante os últimos passos.
9. Expor contatos e camadas de blindagem
- Cortar janelas através da S2 camada de silicone que cobre a camada de blindagem. Deslizar a sutura em filamentos de polipropileno entre a base eléctrodo (camada S1) e a T1 camada transparente sobre a placa de base para deslaminar do eléctrodo braçadeira acabada.
- Virar o eletrodo de tal forma que os contatos centro e da S1 camada de silicone estão voltados para cima, em seguida, expô-los por cortar janelas através da camada S1 base de silicone. Repita o procedimento para os contatos de referência exteriores expondo 1 mm segmentos de largura ao longo do centro da cONTATOS. Assegure-se que a estabilização por meio de furos de passagem nos lados dos contactos de referência são totalmente incorporado dentro do corpo do eléctrodo.
10. solda um conector para as ligações
- Depósito substância solda sobre as ligações e sobre os pinos connecter separadamente e, em seguida, calor e fundir as duas partes em conjunto com ferro de solda.
Nota: Os cabos DFT consistem de núcleo de prata cercado por uma camada externa feita fora do níquel-cobalto MP35N liga de base. Depositando a substância de solda sobre esses fios requer o uso de fluxo de especialidade para permitir aderindo ao fio (consulte a Lista de Materiais).
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Representative Results
Gravação actividade neuronal foi realizada com um pré-amplificador personalizada usando amplificador super-β instrumentação de entrada (700 Hz - largura de banda de 7 kHz e ganho total de 2,000). Um exemplo do eléctrodo FINA fabricado com o protocolo apresentado é mostrado na Figura 3. A implantação do finas em torno do nervo por sutura é feito os dois bordos livres em conjunto. Uma demonstração da flexibilidade da bainha (Figura 3B) indica que a braçadeira achata o nervo, mantendo a flexibilidade na direcção longitudinal.
Além disso a flexibilidade do manguito na direcção longitudinal, a manga também deve ser elástico para acomodar inchaço do nervo, especialmente na cicatrização precoce fases de pós-implantação. Pressão elevada no interior do manguito pode contrair os vasos sanguíneos e obstruir o fluxo sanguíneo no interior do nervo. Por conseguinte, a pressão gerada no interior do balonete, como resultado do inchaço do nervo não deve exceder o diastolic sangue pressão. A Figura 4 mostra a resposta do punho montado para vários níveis de pressão no interior do balonete. Medida que a pressão aumenta, o eléctrodo se expande para formar uma área de secção transversal maior. Aos 67 mm Hg; o eletrodo se expande para 1,25 vezes a sua área de seção transversal original. Esta observação pode ser interpretada como se o tamanho da braçadeira é de pelo menos 1,2 vezes a área de secção transversal inicial do nervo, o nervo pode expandir-se para 1,5 o seu inicial área de corte transversal enquanto que o aumento resultante na pressão no interior do balonete permanece sob 67 milímetros de Hg . Por conseguinte, a criação critério 15, 30, 31 para um eléctrodo de manguito nervo a exibir uma proporção de pelo menos 1,5 transversal manguito-a-área da secção do nervo é satisfeito.
A funcionalidade e estabilidade do desenho manguito fabricado foi examinada por implantando-o no nervo ciático de um cão (Figura 5). O estudo foi aprovado pelo CWRU IACUC umACURO nd. Três parâmetros foram medidos periodicamente através da duração crónica implante: 1) a relação sinal-para-ruído (SNR), 2) o contacto da impedância e 3) o número de contactos que fornecem gravação viável. A SNR é definida como a razão de actividade neural potência média (segmento vermelho) através da potência média da actividade da linha de base (segmento amarelo). Foi utilizado 100 ms janela móvel. Durante toda a duração do implante de 7,5 meses, o SNR permaneceu constante com um valor de 5,10 ± 0,81 dB (Figura 5B).
A magnitude da impedância 'contactos foi medida in vivo a 1 kHz e é mostrado na Figura 5C. Essas medições foram feitas usando o sistema de avaliação amplificador RHD2000-Series. A impedância foi observada a ser estáveis, com um valor médio de 2,55 ± 0,25 kW (33, 16 Ensaios contactos (N = 528)). Finalmente, o número de contactos que se tornou inactivo ao longo do tempo também é mostrado na Figura 5C. O número de inativoscontactos permaneceu abaixo de 2 para a duração do implante. A flutuação no número de canais excluídos resultou principalmente de uma má conexão entre o conector externo eo amplificador e função recuperou durante as sessões de gravação.
Figura 1: Visão geral da FINA e seus componentes A FINE) na posição aberta e os quatro principais componentes de construção que exigem corte de precisão.. Esses componentes são: Contactos quadro array (I), as tiras de meia contatos (II), os contatos de referência (III), espaçadores PEEK (IV). A braçadeira é virada para baixo no que diz respeito à colocação de contactos contra o nervo. Os espaçadores (IV) são removidos após a montagem. B) Uma visão expandida dos contatos centro e as etapas de dobrar e corrigi-los em torno do quadro do meio. C) configuração dobrada de t ele eletrodo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2:... Instantâneos do eléctrodo durante o processo de fabricação A) O guiamento diagrama, T1 e S1 pilhas no final da etapa 4.1 B) de montagem dos segmentos espaçadores e os contactos de referência no final do passo de 4,7 C) fazer aderir o centro matriz de contatos para folha S1 no final da etapa 6.1. D) Organizar os condutores e tubo de silicone antes de integrá-las dentro do corpo do eletrodo no final da etapa 6.5. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: A Nerve Cuff Eletrodo descrito no protocolo. A) A fabricado 16 -contacts finas na posição aberta. Os cabos estão dispostos em quatro pacotes de 5 ligações por saída do site. B) um exemplo da colocação da manga em torno do nervo ciático no cão. O segmento médio da multa manteve-se estável no sentido transversal, eo corpo cuff é flexível no sentido longitudinal. C) Uma fotografia do nervo implantado post mortem que mostra a secção transversal achatada eo arranjo dos fascículos após a implantação de um eletrodo bem para 12 semanas. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
FIGure 4: Resposta FINA ao aumento da pressão interna Essas medições foram feitas colocando uma câmara elástica inflável dentro de um punho fechado, e, em seguida, a pressão foi aumentada gradualmente por uma coluna de água -length variável.. Os eixos maior e menor da secção transversal do balonete foram medidos em cada nível de pressão e uma secção transversal elíptica foi assumida, a fim de calcular a área de corte transversal (n = 20). As barras de erro representam o desvio padrão.
Figura 5: A Avaliação do Cuff Funcionalidade com gravação crônica da atividade do nervo ciático do cão A) A Dois segundos exemplo de sinal ENG cru em um contato enquanto o animal é voluntariamente andar em uma esteira.. SNR foi definida como a razão de actividade e potências médias da linha de base. B) Os valores médios foram observados d SNRurante a duração do implante. C) Valor médio da impedância contatos a 1 kHz (preto) e número de contatos não-funcionais ao longo do tempo (vermelho). 14 dos 16 contactos se funcional durante toda a duração do implante. As barras de erro representam o desvio padrão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O método de fabrico descrito no artigo exige grande destreza e movimentos finos, a fim de garantir a qualidade do manguito final. Os contatos de gravação deve ser colocado precisamente no meio dos dois eletrodos de referência. Esta colocação tem sido mostrado para reduzir significativamente a partir de interferências circundante músculos actividade eléctrica 27. Qualquer desequilíbrio na posição relativa do contacto durante a fabricação pode degradar a rejeição de sinais de modo a interferir comuns gerados fora do balonete. No entanto, com a técnica de cuidado muito pouco ou nenhum desequilíbrio perceptível nos contatos de referência foi observada.
Várias melhorias foram feitas para o design manguito para abordar os modos de falha encontrados durante testes em animais iniciais. Estes modos e as melhorias correspondentes são:
Quebra vantagem: foram observados os fios de contactos de referência para falhar no ponto de solda. este failuO ER foi atribuído ao alívio de tensão insuficientes, no local onde o chumbo sai do eléctrodo. Este problema foi resolvido pela incluindo um comprimento de ligações de referência no interior do corpo do eléctrodo antes de sair.
Fechando falha no site: abertura manguito pós-implante foi observado e atribuído ao corte de sutura através do silicone. Este problema foi resolvido através da adição de uma malha de reforço e utilizando material de sutura de seda mais macio, tal como a sutura da braçadeira.
Artefatos de movimento: Grandes artefatos espontâneas (> 100 mV) foram encontrados com o primeiro desenho dos punhos de gravação. Artefatos semelhantes foram anteriormente relatados 23, mas não foram abordadas. Estes artefactos foram encontrados para ser ruído triboeléctricas e é atribuído ao facto de que os dois materiais não condutores diferentes pode gerar carga ao longo dos picos de tensão de chumbo e relacionados com o movimento dos cabos. Em particular, o silicone TUbing que envolve os fios de contato e 'material isolante (politetrafluoretileno) têm diferentes afinidades de carga, o que provoca transferência de carga entre eles e para os condutores' os fios núcleo condutor picos formando durante o movimento do chumbo. A validação da natureza destes artefactos foi feita por meio da reconstrução do movimento da estrutura de cabo semelhante no caminho de solução salina normal e não foram observadas artefactos semelhantes. Para resolver este problema, o material de isolamento deve ter afinidade carga semelhante à do material de tubagem envolvente.
Eléctrodo de blindagem: Uma camada de blindagem (folha de metal ouro) foi também adicionada às faces exteriores da braçadeira para fornecer redução adicional 28 EMG. A folha cria um caminho de baixa impedância ao longo do corpo eletrodo que desvia correntes de interferência originadas fora do manguito.
A falha de ligação: Observou-se que a ligação transcutânea através da pelenão era confiável e causou descontinuidade com até 2 dos 16 contactos (lote vermelho na Figura 5C). Portanto, a conexão com o dispositivo de gravação deve ser melhorados para aumentar a fiabilidade global de interface.
Os eletrodos produzidos com este protocolo foram implantados em cães. Alguns dos materiais incluídos neste eléctrodo (por exemplo, solda de estanho, folha de transparência) ainda não foi aprovado para uso humano. No entanto, a selecção dos materiais que formam a estrutura do eléctrodo são incluídos em algumas FDA dispositivos para implantes de longo prazo (por exemplo, de silicone, PEEK, folha de platina / irídio) aprovado. Portanto, traduzindo o processo em aplicação em seres humanos só exige seleção cuidadosa dos materiais de ferramentas, e a fabricação em condições adequadas de sala limpa.
Três principais abordagens alternativas têm sido explorados para produzir eletrodos manguito nervo Multicontact que pode remodelar periphenervos ral. A primeira é a técnica de faca quente 13. Tem sido demonstrado ser uma abordagem de baixo custo para fabricar de forma confiável multas com alta densidade de contacto e precisão colocação alta de contacto (238 ± 9 mm de espaçamento de contato). No entanto, as bainhas produzidos por este método são rígidas e as propriedades mecânicas globais podem não adequados para implantação de longo prazo. A segunda abordagem é a padronização de laser 24. Nd: YAG têm sido usados para formar os contatos através da criação de padrões em PDMS cuspiu-platina multi-camadas. Embora esta abordagem é altamente reprodutível e proporcionar características de precisão elevadas (30 uM), a maquinaria necessária é muito especializada e a biocompatibilidade a longo prazo dos eléctrodos não foi investigada. A terceira abordagem é matriz artesanais contatos feitos de discos de platina ou esferas fixas em borracha de silicone 25, 26.
Esta abordagem não requer equipamentos e usos caromateriais altamente biocompatíveis. As principais desvantagens desta abordagem são a alta tolerância (> 0,5 mm) e a forte dependência de erro humano. O processo de fabrico descrito neste protocolo produz posicionamento preciso dos contactos e é altamente reprodutível devido à geometria pré-definida do quadro de fixação. O espaçamento entre os contactos do meio foi medida a 0,51 ± 0,04 mm (n = 70), e as dimensões dos contactos são determinados pela tolerância das máquinas de corte a laser.
As multas fabricados com este procedimento são capazes com o algoritmo apropriado para detectar a localização dos fascículos dentro do nervo e para recuperar os sinais fasciculares em animais que se deslocam livremente, sem uma gaiola de Faraday e com SNR de 5,10 ± 0,81 dB. Este projeto é apropriado para a estimulação do nervo e poderia ser usado para a estimulação seletiva usando a configuração manguito tripolar com artefatos mínimos 29. Esta técnica de fabricação tem também aflexibilidade para produzir uma variedade de punhos para aplicações específicas, tais como a estimulação monopolar e gravação de velocidade do nervo.
monopolar desenho pode ser implementado através da remoção de quatro contactos de referência, mantendo os contactos centrais. O manguito resultante pode então ser mais curto em comprimento e podem ser ainda mais modificados ao encaminhar todos os leva a saída de um lado (um par de silicone tubo, em vez de dois). O eléctrodo de registo de velocidade pode ser implementado através da substituição dos eléctrodos de referência com quatro quadros de disposição dos contactos adicionais e, em seguida, organizando os eléctrodos dos contactos adicionais no interior do corpo do eléctrodo em direção ao local de saída oposta.
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Disclosures
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes. Os fornecedores listados neste manuscrito são fornecidos apenas para referência.
Acknowledgments
Este trabalho foi patrocinado pela MTO Defesa Advanced Research Projects Agency (DARPA), sob os auspícios do Dr. Jack Judy e Dr. Doug Weber através do espaço e Guerra Naval Systems Center, Pacific Grant / Contrato No.N66001-12-C-4173 . Nós gostaríamos de agradecer Thomas Eggers por sua ajuda no processo de fabricação, e Ronald Triolo, Matthew Schiefer, Lee Fisher e Max Freeburg por sua contribuição no desenvolvimento do projeto do manguito nervo composto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Platinum-Iridium foil | Alfa Aesar | 41802 | 90% Platinum Iridium |
| DFT wires | Fort Wayne Metals | 35N LT-DFT-28%Ag | |
| Lead connector | Omnetics Connector Corporation | MCS-27-SS | |
| Silicone sheet | Speciality Silicon Fabricator | 0.005" x 12" x 12" Silicone Sheet | High durometer, vulcanized |
| Polyether ether ketone (PEEK) sheet | Peek-Optima | 0.005 sheet LT3 grade | |
| polyester stabelizing mesh | Surgicalmesh | PETKM2002 | |
| Silicon tubing (0.04" I.D. 0.085" O.D.) | Silcon Medical/NewAge Industries. | 2810458 | |
| Outer shielding layer | Alfa Aesar, A Johnson Matthey | MFCD00003436 (11391) | Gold foil, 0.004" thick |
| Transparency sheet | APOLLO | APOCG7060 | |
| Ultrasonic bath cleaner | Terra Universal | 2603-00A-220 | |
| Isotemp standard lab oven | Fisher Scientific | 13247637G | |
| Optical microscope | Fisher Scientific | 15-000-101 | |
| Tweezers | Technik | 18049USA (2A-SA) | |
| Surgical blade handles | Aspen Surgical Products | 371031 | |
| Base frame | McMaster-Carr | 9785K411 | |
| Support beam | McMaster-Carr | 9524K359 | |
| Two parts silicone | Nusil | MED 4765 | |
| Soldering Flux | SRA Soldering Products | FLS71 | |
| Tape | 3M Healthcare | 1535-0 (SKUMMM15350H) | Paper, hypoallergenic surgical tape |
| Spot welding machine | Unitek | 125 Power Supply with 101F Welding Head | |
| Laser cutting platform | Universal Laser Systems | PLS6.150D | 150 watts laser |
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