趙太云，陳昭陽，楊德智，薛 林

1.北京大學(xué)第一醫(yī)院，北京 100034

2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100083

0 引言

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾患，其發(fā)作時表現(xiàn)為大腦神經(jīng)元興奮性增高以及過度同步化放電，并導(dǎo)致短暫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常[1]。從1988年起，左側(cè)迷走神經(jīng)間斷性電刺激被提議作為癲癇的一種輔助療法，該迷走神經(jīng)電刺激方法（VNS）是一種可逆性的神經(jīng)調(diào)節(jié)治療，不破壞腦組織和神經(jīng)組織，起到對因治療作用，治療或延緩病情進展，是目前最理想的外科治療方法[2，3]。作為難治性癲癇的輔助治療方法，VNS對于難治性部分性癲癇的成人和兒童患者均有效并耐受性良好[5]。除此以外，即使癲癇發(fā)作沒有顯著降低，患者的生活質(zhì)量也有所改善[5]。

然而，由于迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的體積小，重量輕，要滿足長期植入要求，其加工工藝復(fù)雜，涉及到生物相容性材料、高精度制造加工及工藝設(shè)計以及生物醫(yī)學(xué)工程等多方面的學(xué)科，技術(shù)門檻高，加之國外廠商的技術(shù)保密，導(dǎo)致我國的迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的發(fā)展緩慢。

本文對植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的脈沖刺激系統(tǒng)和外圍電極導(dǎo)管的集成化設(shè)計和制造技術(shù)進行了研究，解決了其關(guān)鍵技術(shù)問題，并進行家兔動物試驗，驗證了其有效性和可靠性。

1 迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)方案

系統(tǒng)的組成及其工作方式：迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)包括脈沖刺激系統(tǒng)和電極導(dǎo)管兩部分組成，如圖1所示。其中，脈沖刺激系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器和體外控制器；電極導(dǎo)管包括導(dǎo)管和刺激電極；而體外控制器包括磁鐵和程控儀三部分。

圖1 迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)圖

迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的工作方式為：

1）程控儀，與病人體內(nèi)的植入脈沖發(fā)生器進行射頻通訊，讀取脈沖發(fā)生器的狀態(tài)信息，并設(shè)置自動刺激模式和磁鐵刺激模式的脈沖參數(shù)；

2）脈沖發(fā)生器默認(rèn)工作狀態(tài)為自動刺激模式，根據(jù)設(shè)置的脈沖參數(shù)定時向刺激電極發(fā)射刺激脈沖；

3）如果需要立即實施電刺激，只需用磁鐵在病人胸前對準(zhǔn)植入體內(nèi)的脈沖發(fā)生器劃過，脈沖發(fā)生器立即啟動磁鐵刺激模式，根據(jù)設(shè)置的磁鐵刺激模式脈沖參數(shù)向電極發(fā)射刺激脈沖。

其中，迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的核心部件是脈沖發(fā)生器和電極導(dǎo)管，其結(jié)構(gòu)如圖2和3所示。

圖2 脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖

脈沖發(fā)生器的外殼用于將電源和刺激電路封裝在一個氣密性空間內(nèi)；饋通用于將電刺激信號引出外殼；頂蓋提供適當(dāng)?shù)男螤羁臻g便于饋通與電極導(dǎo)管進行可靠電連接；連接體在饋通和電極導(dǎo)管之間作為電連接中間體；緊固螺釘將連接體和電極導(dǎo)管相連；密封塞用于在緊固螺釘緊固后將其絕緣隔離；錨件用于將外殼和頂蓋機械聯(lián)接。

圖3 電極導(dǎo)管結(jié)構(gòu)圖

電極導(dǎo)管中連接器、導(dǎo)線、電極三部分。電極直接和迷走神經(jīng)接觸，進行放電刺激；連接器和頂蓋內(nèi)部的連接體進行電連接，將刺激信號引導(dǎo)至電極導(dǎo)管；導(dǎo)線將連接器和電極電連接。電極導(dǎo)管的外部將電刺激信號引入迷走神經(jīng)，是脈沖發(fā)生器與目標(biāo)神經(jīng)的聯(lián)系紐帶。

2 動物實驗

完成10只家兔的植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的動物試驗，手術(shù)過程簡述如下：植入刺激器和電極導(dǎo)管消毒，手術(shù)器械消毒；家兔固定在手術(shù)臺上并麻醉；鋪無菌單，分離左側(cè)迷走神經(jīng)，安裝電極，放置好兩個電極螺旋的位置，妥善固定；家兔左側(cè)背部切口，創(chuàng)建皮下隧道，引導(dǎo)管至背部切口處；將導(dǎo)管插入脈沖發(fā)生器，旋緊兩個緊固螺釘，進行電極阻抗測試；逐層縫合傷口；進行通訊連接，確認(rèn)正常。手術(shù)過程照片如圖4所示。

圖4 神經(jīng)電刺激系統(tǒng)植入手術(shù)

圖5 家兔頸部皮膚測量的刺激脈沖波形

家兔手術(shù)后13天，恢復(fù)良好，開始進行電刺激功能測試。在家兔頸部用盤電極測量到的電刺激信號。在家兔頸部的傷口上、下各布置一個電極，然后兩通道差分得到電刺激信號。在啟動電刺激后，在頸部電極附近皮膚測量到刺激脈沖的波形，如圖5中的“BP1”所示。

3 結(jié)論

本文基于迷走神經(jīng)電刺激抗癲癇的機制，設(shè)計出迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，通過對家兔動物試驗，驗證了所設(shè)計的迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的功能和安全。

本文提出的植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)滿足了迷走神經(jīng)刺激的要求，在此基礎(chǔ)上針對不同的神經(jīng)目標(biāo)更換相應(yīng)刺激電極即可用于深部腦刺激、骨髓刺激、肌肉刺激以及膀胱組織刺激等不同場合，為我國植入電刺激儀器的拓展進行了初步探索。

[1]Lulic.D，Ahmadian A，Vaaj AA.Vagus nerve stimulation.Neurousurg Focus，2009，27(3):E5.

[2]Vonck K，De Herdt V，Thalamic and limbic involvement in the mechanism of acion of vagus nerve stimulation，a SPECT study.Seizure，2008，17(8):699-706.

[3]周建鵬.迷走神經(jīng)電刺激治療難治性癲癇的作用機制與臨床應(yīng)用[J].中國微侵襲神經(jīng)外科，2011，16(11)：522-525.

[4]趙妍，付饒，王庭槐.迷走神經(jīng)刺激治療難治性癲癇的研究現(xiàn)狀[J].新醫(yī)學(xué)，2010，41(2)：123-127.

[5]Kostov k，Long term vagus nerve stimulation in the treatment of Lennox-Gastaut syndrome.Epilepsy Behav，2009，16(2):321-324.