荧光传感复合深部电极
阅读说明：本技术 荧光传感复合深部电极 (Fluorescence sensing composite deep electrode ) 是由 陈晗青 安小广 李凯旺 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种荧光传感复合深部电极,属于医疗器械领域,包括：管体,管体外部沿着轴向方向依次设置有若干个环形电极,每个环形电极各连接有一条电极导线,管体的一端为封闭端；管体上还设置有若干个光纤传感器,光纤传感器包括检测端和传输端,所述检测端用于检测荧光指示剂与神经元活动过程中的金属离子作用时产生的荧光；电极导线远离环形电极的一端以及所述光纤传感器的传输端从管体远离封闭端的一端引出。本申请提供的荧光传感复合深部电极在神经外科手术和脑脊神经功能研究领域,能够实时、同步和同位地采集监测区域内的脑电信号和金属离子浓度及分布情况,提高了对神经活动的监测精度和对神经系统疾病的病灶诊断精度及效率。(The application relates to a fluorescence sensing composite deep electrode, which belongs to the field of medical instruments and comprises: the electrode comprises a tube body, wherein a plurality of annular electrodes are sequentially arranged outside the tube body along the axial direction, each annular electrode is connected with an electrode lead, and one end of the tube body is a closed end; the tube body is also provided with a plurality of optical fiber sensors, each optical fiber sensor comprises a detection end and a transmission end, and the detection ends are used for detecting fluorescence generated when the fluorescence indicator reacts with metal ions in the neuron activity process; and one end of the electrode lead, which is far away from the annular electrode, and the transmission end of the optical fiber sensor are led out from one end, which is far away from the closed end, of the tube body. The fluorescence sensing composite deep electrode can acquire electroencephalogram signals and metal ion concentration and distribution conditions in a monitoring area in real time, synchronously and in-situ in the fields of neurosurgery and cerebrospinal nerve function research, and improves the monitoring precision of nerve activity and the focus diagnosis precision and efficiency of nervous system diseases.)
技术领域
本申请涉及医疗器械
技术领域
，尤其涉及一种荧光传感复合深部电极。背景技术
神经电生理监测电极被广泛应用于神经外科手术和脑脊神经功能研究领域，例如在癫痫的诊断过程中，通过在大脑植入神经电生理监测电极，可以采集脑内神经元活动产生的电信号，脑电信号经外部处理后成为脑电图，它可以帮助医生定位癫痫的病灶位置。在脊髓神经外科手术中，通过植入电生理监测电极可实时反馈脊电信号变化，防止手术中的误操作。由于神经活动的复杂性，仅依靠单一的脑电或脊电信号易出现监测误差，并且神经外科手术是不可逆的，一旦切除位置判断错误，很容易破坏大脑密集的功能区，造成无法挽回的后果。
发明内容
为了在神经外科手术或神经功能研究过程中精准监测神经活动，本申请提供一种荧光传感复合深部电极。
本申请提供的一种荧光传感复合深部电极采用如下的技术方案：
一种荧光传感复合深部电极，包括：
管体，所述管体外部沿着轴向方向依次设置有若干个环形电极，每个环形电极各连接有一条电极导线，所述管体的一端为封闭端；
所述管体上还设置有若干个光纤传感器，所述光纤传感器包括检测端和传输端，所述检测端用于检测荧光指示剂与神经元活动过程中的金属离子作用时产生的荧光；
所述电极导线远离环形电极的一端以及所述光纤传感器的传输端从管体远离封闭端的一端引出。
通过采用上述技术方案，能够同时、同步地获取脑电信号和金属离子的浓度及分布情况，神经元细胞内外的钠、钾、钙等金属离子的流动会触发神经传导，当大脑局部区域神经活动加剧时，该部位的离子浓度和分布将有别于其他正常区域；神经活动相关金属离子的浓度和分布信息可与脑电信息相互对照，进而提高神经系统疾病的病灶诊断精度和效率。
可选的，所述管体的封闭端由一端闭合的环形电极形成。
通过采用上述技术方案，不仅能够使管体内部形成密封空间，而且能够对相应位置的神经元电信号进行监测。
可选的，所述光纤传感器的数量为多个，多个光纤传感器平均分为若干组，每组光纤传感器的检测端靠近环形电极设置，每组光纤传感器所包括的若干个光纤传感器的检测端在管体的同一轴向截面上沿着管体的周向均匀分布；
所述光纤传感器的检测端从管体的侧壁伸出。
通过采用上述技术方案，将光纤传感器靠近环形电极设置，能够实现脑电与神经元活动的同步、同位监测，并且将光纤传感器设置于不同截面上能够提高神经元活动监测的准确性。
可选的，所述光纤传感器的检测端伸出管体的距离小于环形电极的外表面与管体外表面之间的距离。
通过采用上述技术方案，能够降低光纤传感器对人体组织的损伤。
可选的，所述管体内远离封闭端设置有束线管，若干个所述光纤传感器的传输端均穿设于束线管内。
通过采用上述技术方案，能够使光纤传感器的线路在管体内布局整齐。
可选的，位于所述管体的封闭端的环形电极上开设有第一过孔，所述光纤传感器的检测端从所述第一过孔伸出或与相应环形电极闭合的端部平齐。
通过采用上述技术方案，能够对管体封闭端对应位置处的神经元电信号和离子传递情况进行同步、同位监测。
可选的，所述管体的封闭端由插接于管体内的探头部形成，所述探头部沿着轴向开设有第二过孔，所述光纤传感器的检测端从所述第二过孔伸出或与所述探头部远离管体的端部平齐。
通过采用上述技术方案，能够提高光纤传感器的稳固性。
可选的，所述光纤传感器包括至少一根传导光纤。
通过采用上述技术方案，能够对神经元活动进行单点监测或区域监测。
可选的，所述管体由聚氨酯材料、硅胶材料或聚酰亚胺材料制成，所述管体的外径为0.3-3mm。
通过采用上述技术方案，使得管体具有良好的柔韧性并且体积小巧，便于将复合电极置于人体内并减少对人体组织的损伤。
可选的，所述环形电极和所述电极导线的材料为铂铱合金、不锈钢或镍铬合金，相邻的环形电极间距为1-15mm。
通过采用上述技术方案，能够对神经元的活动进行多点监测，并保证良好的信号输出特性。
可选的，所述管体内穿设有用于注射荧光指示剂的注射管，所述注射管的一端从所述封闭端穿出或与所述封闭端平齐，所述注射管的另一端从管体远离封闭端的一端引出。
通过采用上述技术方案，能够在荧光传感复合深部电极植入脑组织后再注射荧光指示剂，简化了外科手术或研究的步骤。
综上所述，本申请提供的荧光传感复合深部电极能够在神经外科手术和脑脊神经功能研究过程中，对神经元电信号和与神经活动密切相关的金属离子分布情况进行实时、同步和同位地监测，提高了术前病灶诊断的精度和效率，进而显著降低神经外科手术的治疗风险。
附图说明
图1是实施例1的荧光传感复合深部电极的结构示意图；
图2是实施例1的荧光传感复合深部电极的剖面结构示意图；
图3是图2中A部分的局部放大图；
图4是实施例2的荧光传感复合深部电极的剖面结构示意图；
图5是实施例3的荧光传感复合深部电极的剖面结构示意图；
图6是图5中B部分的局部放大图。
附图标记说明：1、管体；2、环形电极；21、电极导线；22、第一过孔；23、注射过孔；3、光纤传感器；31、检测端；32、传输端；4、束线管；5、连接块；6、电极延伸导线；7、光路延伸导线；8、插头；9、探头部；91、第二过孔；100、注射管。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
实施例1
参照图1，本申请实施例公开一种荧光传感复合深部电极，包括管体1，管体1外部沿着轴向方向依次设置有若干个环形电极2，其中一个环形电极2的一端闭合并设置于管体1的一端形成管体1的封闭端。环形电极2的闭合端呈圆弧形，以降低环形电极2植入人体时对人体组织造成的损伤。
管体1采用聚氨酯、硅胶或聚酰亚胺等有机高分子材料制作，以保证其具有较好的柔韧性。管体1的外径设置为0.3-3mm，以便于能够根据外科手术需求植入人体中。
在本申请中，环形电极2嵌入设置于管体1的外表面，并且若干个环形电极2在管体1外表面同轴均匀分布，相邻的环形电极2之间的距离设置为1-15mm，以便能够多点采集神经元电信号并保证诊断的准确性。本领域技术人员可以根据需要对电极数量进行设定，例如可以为4-8个。
参照图2和图3，每个环形电极2上各自连接有一条电极导线21，在与位于管体1中部的环形电极2对应的位置，管体1上开设有走线孔，电极导线21从走线孔进入管体1内部并从管体1的远离封闭端的一端引出，以便于与外部的信号处理设备连接。
环形电极2和电极导线21采用铂铱合金、不锈钢或镍铬合金等材料制作，以保证良好的信号传输特性。
参照图3，管体1上设置有多个光纤传感器3，光纤传感器3包括检测端31和传输端32。多个光纤传感器3平均分为若干组，其中，光纤传感器3的分组数量可以与环形电极2的数量相同，但为了降低荧光传感复合深部电极的制造难度，在保证神经活动监测满足使用要求的前提下，可以减少光纤传感器3的数量从而使得光纤传感器3的分组数量小于环形电极2的数量。若干组光纤传感器3的检测端31沿着管体1的轴向均匀分布于不同的截面上，并且，在同一截面上，光纤传感器3的检测端31沿着管体1的周向均匀分布。在本实施例中，同一截面上的光纤传感器3的数量设置为4个，但在实际使用中，本领域技术人员可以根据需要对同一截面上的光纤传感器3的数量进行选择。
光纤传感器3的检测端31从管体1的侧壁伸出，以便于能够采集注入荧光指示剂后脑脊液所发出的荧光。光纤传感器3的检测端31伸出管体1侧壁的距离应小于环形电极2外表面与管体1外表面之间的距离，以避免光纤传感器3的检测端31将人体组织损伤。应注意的是，为了保证对神经元电信号和金属离子分布情况的实时、同位和同步监测，优选将光纤传感器3的分组数量设置为与环形电极2的数量相同且一一对应，并且，每组光纤传感器3检测端31靠近环形电极2设置。
容易理解的是，本领域技术人员也可以根据实际需要确定光纤传感器3的检测端31在管体1上的排布方式，只要能够进行神经活动监测即可。
在本申请中，光纤传感器3为结构型光纤传感器，其包括若干组传导光纤束，每组传导光纤束包括多根传导光纤。由于光纤束的截面积较大且包括的传导光纤数量多，能够对一定区域的荧光信号进行采集从而形成获得区域影像，从而提高对神经传导过程监测的准确性。在本申请中，荧光传感器所包括的传导光纤束的数量可以为一组也可以为多组，本领域技术人员可以根据需要进行选择。
在本申请中每个光纤传感器3的传输端32从管体1的远离封闭端的一端穿出，以便于外部信号处理设备连接。为了使传导光纤在管体1内部布局整齐，参照图2和图3，可以在管体1内部远离封闭端的一端设置束线管4，每个光纤传感器3的传导光纤均穿设于束线管4内并从管体1远离封闭端的一端穿出。
参照图2，管体1远离封闭端的一端设置有连接块5，连接块5可以与管体1固定连接或可拆卸连接，连接块5可以采用与管体1相同或不同的有机高分子材料。连接块5上固定连接有用于与信号处理设备连接的电极延伸导线6和光路延伸导线7，电极延伸导线6在连接块5内部与电极导线21连接，光路延伸导线7在连接块5内部与光纤传感器3的传输端32连接。
当连接块5与管体1固定连接时，管体1以及束线管4 对应的端部可以与连接块5通过注塑成型的方式形成为一体结构，电极延伸导线6与电极导线21的连接点以及光路延伸导线7与光纤传感器3的传输端32的连接点固定于连接块5内部。
当连接块5与管体1可拆卸连接时，管体1的端部可以与连接块5螺纹配合，束线管4的端部延伸至连接块5内即可，电极延伸导线6与电极导线21的连接点以及光路延伸导线7与光纤传感器3的传输端32的连接点可以位于管体1内。
电极延伸导线6和光路延伸导线7的末端连接有插头8，以便于与信号处理设备连接。
在本申请中，信号处理设备可以是多模态脑机接口系统。
实施例2
参照图4，本实施例与实施例1的不同之处在于，位于管体1封闭端的环形电极2上开设有第一过孔22，第一过孔22的轴线优选设置为与管体1的轴线重合。光纤传感器3的检测端31从第一过孔22伸出或与该环形电极2的端部平齐。在本实施例中，光纤传感器3包括若干组根传导光纤束，从而能够对管体1封闭端的端部所对应的区域进行荧光采集。
本实施例中，位于管体1的封闭端的环形电极2上还开设有注射过孔23。管体1内部穿设有注射管100，注射管100的一端从注射过孔23伸出或与注射过孔23平齐，注射管100的另一端由连接块5穿出。注射管100由连接块5伸出的一端可以与外部的荧光指示剂注射工具连接。由此，当荧光传感复合深部电极植入脑内时，可以通过注射管100向脑组织内部注射荧光指示剂，简化了先向脑内注射荧光指示剂再植入电极的繁琐步骤，提高了手术或研究过程的效率。对于注射过孔23在该环形电极23上的位置，本领域技术人员可以根据需要进行设定。
容易理解的是，在本申请的实施例1中，也可以在位于封闭端的环形电极2上开设注射过孔23，并在管体1内部以相同的方式设置注射管100。此时，虽然荧光指示剂只由管体1的封闭端注射至脑脊液，但在脑脊液的流动和脑内压力的作用下，荧光指示剂会沿着荧光传感复合深部电极的轴向扩散和流动，从而使得各个光纤传感器3均能够采集到荧光。
实施例3
参照图5和图6，本实施例与实施例1的不同之处在于，管体1的封闭端由探头部9形成。其中，探头部9整体呈圆柱形，采用不锈钢等金属材料制成，探头部9的一端插接于管体1内，另一端呈光滑的圆弧面。探头部9能够对光纤传感器3起到良好的稳固作用。在探头部9中心沿着轴向开设有第二过孔91，光纤传感器3的检测端31从第二过孔91伸出或者与探头部9远离管体1的一端表面平齐。本实施例中光纤传感器3的结构与实施例2中的光纤传感器3结构相同，图6所示的光纤传感器3包括多组传导光纤束。
在实施例3中，管体1内部也可以穿设有注射管100，注射管100的一端从探头部9穿出或与探头部9的端部平齐，以便于荧光指示剂能够沿着注射管100注射至脑脊液内。注射管100的另一端也由连接块5穿出。
本申请公开的荧光传感复合深部电极的工作原理为：
在生物学上，神经元细胞内外的钠、钾、钙等金属离子的流动会触发神经传导，并在此过程产生电信号。当大脑局部地区神经活动加剧时，该部位的离子浓度和分布将有别于其他正常区域。因此神经细胞内外的钠、钾、钙等金属离子的浓度和分布能够直接反映出神经元的活动特性。金属离子荧光指示剂与相应金属离子结合能够产生荧光，当离子浓度和分布不同时，荧光的强度、颜色以及分布情况均不同，从而间接地将与神经活动相关的金属离子的浓度和分布情况采集到体外，为医生诊断如癫痫、帕金森等神经系统疾病提供有力的数据支撑。荧光传感复合深部电极在植入脑组织后，先将荧光指示剂经注射管100注射至电极监测区域，荧光指示剂渗入电极与脑组织间的空隙，若干个环形电极2能够检测神经元电信号，光纤传感器3则对相应区域的荧光信号进行检测。当环形电极2输出的电信号和光纤传感器3输出的光信号输出至外部的信号处理设备时，能够获得神经元电信号的波形图以及神经元活动过程中金属离子的浓度和分布情况。
本申请提供的荧光传感复合深部电极，通过实时、同步且同位地采集神经元电信号和与神经活动密切相关的金属离子分布情况，能够在进行神经外科手术或神经功能研究时精准监测神经活动，提高了对病灶区的定位精度和外科手术的成功率。
以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。