神经束内微电极采集家兔附近神经电信号的实验研究
【摘要】 目的 先容采用神经束内微电极,采集附近神经的电生理信号的动物模型。方法医学论文帮写网对12只家兔,在放大10倍手术显微镜下将外部绝缘、直径为60μm的金属丝(95%铂、5%铱合金)直接插入其坐骨神经束中作为记实电极,神经束外用同样微电极为参考电极,医学论文网远端连接肌电图仪。在神经束插入点近端及远端以钩状电极刺激,记实神经束电信号。结果 在11只家兔后肢中成功地导出电信号,1只失败。分析导出的电信号其波形均具有运动及感觉神经动作电位的特征。结论 神经束内微电极可以不乱地记实到附近神经的电信号,能作为附近神经束电信号采集和分析的方法。
【枢纽词】 附近神经; 诱发电位; 动物,实验; 神经束内微电极
Experimental study on harvesting the electrical signal of peripheral nerve at rabbits by intrafascicular micro-electrodes 【Abstract】 Objective To set up an animal model in harvesting the electrical signal of peripheral nerve byintrafascicular micro-electrodes.Methods Twelve rabbits were involved. Recording electrode fabricated from externalinsulated wire 60μm in diameter ( 95% Pt-5% Ir alloy ) was inserted directly under operating microscope by 10Xmagnification into the fascicle of the sciatic nerve, while another similiar electrode was placed outside the fascicle asreference electrode. Both distal ends were connected with electromyogram. Stimulating with 2 hook electrodes at theproximal and distal points from the inserted electrode, the signal was recorded.Results Electrical signal wassuccessfully recorded in 11 legs of rabbits, with failure in 1 case. The signals recorded had the characteristic of themotor or sensory nerve action potentials.Conclusions Intrafascicular micro-electrodes can record the electrical signalof peripheral nerve stably. It could serve as a method of harvesting and assessment for the electrical signal recording ofperipheral nerve.
【Key words】 Peripheral nerves; Evoked potentials; Animals,laboratory; Intrafascicular electrodes
跟着微电子技术的提高和电脑技术的日新月异,多自由度电子假肢得到越来越广泛的运用[1~3]。要实现对多自由度电子假肢的控制需要多个信息源,而长期可植入神经束内微电极的发展[4~7],使得记实外周神经纤维小分支的流动已成为可能。本研究主要通过将微电极植入家兔坐骨神经束内,给电刺激后采集其电信号并进行分析,建立了附近神经束电信号采集和分析的动物模型,旨在为从神经束内获取附近神经电信号的方法提供实验依据。材料与方法
1.实验动物:出生后6个月左右的健康家兔12只,雌雄不拘,体重3.5 kg左右。
2.神经束内微电极的制作:材料为95%铂、5%铱合金,由制模平均拉丝成直径为60μm的金属丝,外加以5μm聚脂类绝缘体(PVDF材料)涂层制成神经内微电极。
3.神经束内微电极的预备及植入:截取两根60 mm和65 mm的微电极,将电极近端除留存1.5 m长度外,其余部门整洁地包裹湿细棉花束,在酒精灯外焰过火控制去除绝缘层。同法去除电极远端8 m的绝缘层备用,并在显微镜下观察验证绝缘层已被除。家兔用3%戊巴比妥钠(3.5 mg/kg)经耳垂静脉慢推注麻醉,双侧后肢除毛,消毒铺巾。纵行切开后后侧皮肤及皮下组织,显露坐骨神经。在放大10倍术显微镜下在选定的统一水平(12只兔)挑选最粗的神经束,用显微镊子剥离其外面2 mm长的神经膜而不能损伤束膜,神经束不须分离。用神经拉钩神经保持适度张力,在放大25倍手术显微镜下,用微持针器夹持在60 mm长电极近真个顶部区域,按6斜角持续、柔柔地用力直至刺破神经束膜后,在与神长轴平行的位置将微电极埋入神经束。电极近端8 mm全部埋入神经束,以11-0显微缝线将电极插入点远端以多点分别固定在神经外膜上。在附近神经外膜的外面放置1根65 mm长的微电极作参考电极,该电极用显微缝线固定在坐骨神经附近组织。
4.微电极游离真个处理:微电极游离端套入直径为0.5 mm长8 mm的硅胶管内,游离端电极分别在硅胶管外露出10 mm和12 mm,以区分神经束内、外微电极。硅胶管缝埋入皮下作为标记,微电极游离端埋于皮下脂肪内。硅胶管近、远端以医用胶(北京瞬康)封锁管腔固定电极。5.测定术后即时信号:在坐骨神经微电极埋入处近侧置2个神经外钩状电极作为刺激电极,以神经外铂铱微电极作为参考电极,附近肌肉组织接地。以神经束内微电极作为记实电极,其游离端与信号采集系统相连(Paseidon NDI-500海神号肌电图仪)。以一定强度的矩形波刺激(详见A、B组),神经束动作电位的信号即可泛起在肌电图仪显示屏上,并可同时进行记实(A组)。再在坐骨神经微电极埋入处远侧置两个神经外钩状电极作为刺激电极同法记实电信号(B组)。即可通过神经束内微电极获得2组电信号,观察并分析各组电信号。A组刺激信号的敏捷度1 mV,刺激强度9.6 mA,时程1 ms。B组刺激信号的敏捷度1 mV,刺激强度15.6 mA,时程2 ms。结 果神经束内微电极可以不乱地记实到附近神经的电信号。12只家兔后肢中11只成功导出电信号,1只未能导出电信号,由于微电极在植入时曾被反复折弯。A组波形为典型的运动神经动作电位。其潜在期为[(2.72±1.66) ms,-x±s,下同]。峰值为(6.44±5.31)μV,传导速度为(41.60±18.86) m/s。B组波形具有感觉神经动作电位的特征。其潜在期为(2.22±0.89) ms,峰值为(1 556.1±1 733.0)μV,传导速度为(17.34±7.00) m/s
。讨 论
为完善假肢功能性电刺激的闭环控制系统,常需用神经束内微电极得到肌肉的气力、肢体的位置及皮肤的接触或受压等信息[8~10]。不少学者致力于研究长期可植入性神经束内的微电极以记实外周神经流动[4~6,11]。这些电极记实了很多神经细胞的流动。细胞的大小、轴突的传导速度、细胞和记实电极之间的间隔等因素决定了不同神经细胞的动作电位具有各自的特征波形,因而可以用来从多单元信号中辨别各单的流动。传统的神经外电极只能记实复合的动作电位,轻易压迫神经造成损伤,神经束内微电极能高选择地在一系列动作电位中分辨出单个感慨感染器所代表的肤感觉或用于对神经的选择性刺激。1989年Malago等[5]分别使用25μm Isonel绝缘的铂丝、直径50μTeflon绝缘的90%铂、10%铱合金丝及外层绝缘的根7μm碳纤维作为神经束内微电极,对鼠的坐骨神和猫的尺神经作了研究,以为具1 ~ 2 mm纵行记区域的90%铂10%铱合金丝记实的信号的信噪比好。微电极埋入时以与电极相连的50 mm锐头钨针导引,穿入束膜并穿出后再将钨针剪断,头端电极暴在神经束膜外10 mm处。1991年Lefurge等[11]将1290%铂10%铱微电极埋入猫的桡神经中长达6个月电极游离端加以软组织笼盖后埋于皮下,每次检查沿肘上切口暴露微电极。实验发现电极信号数目和小基本不乱,表明神经与微电极具较好的生物相容性然而记实动作电位振幅逐渐下降,微电极与记实细群间发生缓慢移动。McNaughton等[10]以为因为坚的微电极与柔软的神经组织不匹配造成电极的微移电极附近持续的纤维化。本实验用95%铂5%铱合金作为神经束内微电材料,材料较90%铂10%铱微电极更柔韧,可以更地避免因机体附近软组织的流动而造成断裂,与周神经的生物相容性更好,导电性好,铂铱合金化学性定,能耐受附近组织液的长期侵蚀,理论上更适合长埋入。实验证实该电极可以不乱地记实到附近神经电信号,重复性好,可以长期埋入。本实验建立了家兔附近神经电信号检测的动物型。本组1只家兔后肢坐骨神经在微电极埋入时因力不当未能穿过神经束膜而致电极反复直角折弯造绝缘层内微电极断裂,最后未能引出信号。用本法进行长期微电极埋入,用肌电图仪分析信号时每次均需局部切开暴露电
