[发明专利]检测外周神经中的活动

说明书

本发明涉及用于检测人或动物受试者的外周神经中的活动的方法和装置。

介绍

用于治疗疾病和其他医学病症的特定外周神经的电调制(包括刺激和阻断)是已知的，例如通过电刺激迷走神经来治疗诸如焦虑症、肥胖症和心脏病症的病症，以及通过调节颈动脉窦和肾神经来治疗高血压。

对于许多不同的目的而言，监测外周神经中的电活动也可以是期望的。例如，Famm等人,Nature第496卷第161页,2013年4月11日讨论了“电疗法(electroceuticals)”的发展，其中可以靶向单独的神经纤维以治疗特定病症，并且观察到研究人员需要绘制与疾病相关的神经和脑部区域以鉴定最佳干预点。

用于检测和监测外周神经中的电活动的当前技术包括使用尖锐电极(其被用于穿透到神经内部)，例如以检测神经横截面中特定位置处的电压。然而，该技术是侵入性的，有潜在的损害，并且可同时监测的位置数量受可同时使用的电极数量的限制。可以使用神经外部的电极来监测神经内的电活动，但可以达到的神经内的分辨度相当有限。

本发明解决了相关现有技术的问题和限制。

发明概述

自主神经通常包括具有不同功能活动的数百或数千个神经纤维。在靠近末端器官的较小神经中，差异可能与特定器官内的不同受体类型和位置有关。在较大的自主神经中，存在与特定器官相连的神经纤维束。例如，颈部的颈部迷走神经与大约十个不同的器官如心脏和肾脏相连。躯体神经类似地包含神经纤维，神经纤维束和与受试者的不同肌肉、肌肉的部分和其他位置相连的神经的其它区域。

本发明的一个目标是帮助局部化神经内的不同活动领域。因此，本发明提供了使用电阻抗断层摄影术(EIT)对外周神经内的电活动的横截面进行成像的方法和装置。关于使用穿透电极直接测量神经纤维活动，本发明能够提供在神经的整个横截面上神经活动的图像。根据本发明的设备适用于长期植入，因此可以原位留在人类受试者中。

关于使用反源建模来测量神经内的局部活动，使用电阻抗断层摄影术提供了一种反向解决方案(图像重构)，其在原理上是独特的，与反源建模不同。在EIT中，从相同数量的电极进行更多的独立测量，例如，将探测电流施加到大量不同的电极对，并且对于每个探测电流对，从大量其他电极对收集产生的电压对。使用EIT时，还可以使用阻抗载波AC探测电流和锁定放大器来提高信噪比。

本发明可以应用于各种外周神经，包括躯体神经和自主神经，诸如迷走神经和坐骨神经。

更具体地，本发明提供了一种确定人或动物受试者的外周神经中的电性质的方法，所述方法包括：将围绕所述外周神经的周界的多个电极隔开；对于多个所述电极的组合中的每一个，向所述组合的电极施加探测电信号并测量一个或多个所述电极处所产生的电响应；和使用所述电响应来确定所述周界内所述外周神经的电性质。

每个探测电信号通常是电流信号，并且所产生的电响应通常被测量为电压，从而外周神经的阻抗(或等效地，电导)因此确定了。在适当处理所产生的电响应之后，例如包括从载波频率解调，在适当时解复用等等，可以使用电阻抗断层摄影术图像重构来确定神经的周界内一个或多个位置处的电性质。然而，如果需要，可以使用其它的映射、模式匹配和类似技术来获得神经内电活动的有用测量，而不经过正式的EIT重构过程。

快速神经活动期间电阻变化的机制被认为是离子通道开放，使得电流进入细胞内空间。随着探测电信号的AC频率增加，所施加的电流倾向于由于膜电容而发生短路，从而使得阻抗变化减小。然而，现有技术尚不清楚怎样的频率范围可适合于在外周神经上进行EIT。在1/f一般生理噪声和电子噪声以及载波带通中存在的诱发复合动作电位的分量中可能会发现贡献噪声效应。因此，本发明人利用实验来判断怎样的频率范围能够例如在信噪比方面提供改进的性能。

为此，探头电信号优选地具有在1kHz至20kHz范围内的频率，该范围优选包括端值。

更具体地说，探测电信号优选地具有在5kHz至12kHz范围内、在4kHz至8kHz范围内、在5kHz至7kHz范围内或在9kHz至11kHz范围内的频率，在每种情况下，所述范围优选地包括指定的端值。发明人已发现：在这些特定频率范围内、更一般地在1至20kHz范围内的探测电信号有利于在所产生的电响应方面以及因此在确定的电性质方面提供经改善的信噪比。这些实验结果和范围特别适用于外周神经内所含的有髓鞘的轴突。