CN109645991A - 一种智能颅内皮质电极及其精确采集皮质脑电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能颅内皮质电极,包括:“梳状”条/片电极阵列(Ⅰ)和智能电极接触状态检测器(Ⅱ);所述“梳状”条/片电极阵列(Ⅰ)由m条相同的n点条形电极组成,包括“梳状”柔性基底(1)、嵌套在柔性基底(1)中的阵列电极(2)、埋置在柔性基底(1)中的电极丝(3)、用于包裹电极丝(3)的导联线套管(4)和电极输出插头(5)。各柔性基底(1)在“梳状”柔性基底(1)的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离,有利于电极良好接触大脑皮质,并保持各电极间的相对位置固定。所述智能电极接触状态检测器(Ⅱ)连接“梳状”条/片电极阵列,能够实时检测电极与大脑皮质的接触状态,从而保证ECoG的精确采集。
Description
技术领域
本发明涉及脑电分析的神经外科临床应用技术领域,特别是涉及一种智能颅内皮质电极及其精确采集皮质脑电的方法。
背景技术
依据人体生物电原理和神经***反射弧原理,以及功能脑电特异性原理,基于皮质脑电(electrocorticogram,ECoG)分析的术中脑功能定位被广泛应用于神经***的科学研究和神经外科临床应用。基于皮质脑电分析的术中脑功能定位首先在大脑植入硬膜下行列式颅内皮质电极,拍摄术中矩阵式电极图片,并采集各种脑功能活动的皮质脑电信号;然后通过建模、分析各个电极特异性脑电的脑功能区属性,同时识别定位硬膜下矩阵式电极的图像坐标和序号;最后绘制各个脑功能区的功能映射图,从而精确定位各个脑功能区边界。其中,精确采集各种脑功能活动的皮质脑电信号是术中脑功能定位的基础。
采集皮质脑电(ECoG)的颅内皮质电极主要有条形和片形两种形态。其中,片形颅内皮质电极的柔性基底内部嵌有m×n个行列式电极。由于各个电极放置的相对位置固定,有利于识别定位颅内皮质电极的图像坐标和序号。但是,由于颅内皮质电极片均嵌在“平面形”柔性基底中,各相邻电极片之间相互以“多向”方式拉伸牵制,不能随意变形成各种“曲面”;而大脑皮质表面结构为各种凹凸不平的“曲面”,并且存在脑组织液的干扰。因此,出现片形颅内皮质电极与大脑皮质表面接触不紧密问题,接触不良,甚至悬空,导致采集的脑电信号不准确、不完整,进而影响脑电信号的建模分析以及术中脑功能区定位。而为了解决这类电极与颅内皮质接触不紧密的问题,通常在神经外科手术中采用滴加导电性生理盐水方法,将大脑皮质的ECoG信号传到电极片。但是,生理盐水也必然导致相关电极短路,而相互短路电极采集到的ECoG信号相同。因此,出现各个电极ECoG信号的特异性丢失问题,同样导致采集的脑电信号不可靠、不准确,进而误导脑电信号的建模分析以及术中脑功能区定位。
同时,条形颅内皮质电极的柔性基底内部嵌有1*n个电极片,颅内皮质电极片均嵌在“直线形”柔性基底中,各相邻电极片之间相互以“单向”方式拉伸牵制,容易变形成各种的“平面曲线”。而大脑表面结构凹凸不平,其横截面也是“平面曲线”。因此,条形颅内皮质电极与大脑皮质表面较容易(但不绝对)接触紧密,有利于准确采集脑电信号。但多条条形颅内皮质电极放置在大脑皮质时,其相对位置不易固定,不利于识别定位颅内皮质电极的图像坐标和序号。
综上所述,无论是条形还是片形颅内皮质电极,电极与大脑颅内皮质表面接触状态不同程度地存在4个问题:电极接触不良或悬空,电极相互短路,电极坐标相对位置不固定,而且上述问题出现具有随机性,使脑电信号的采集具有不确定性。将导致采集的脑电信号不准确、不完整和不确定,进而无法进行脑电信号的精确建模分析以及术中脑功能区定位。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明提供一种智能颅内皮质电极及其精确采集皮质脑电的方法。
本申请的具体方案如下:
一种智能颅内皮质电极,包括:“梳状”条/片电极阵列Ⅰ和智能电极接触状态检测器Ⅱ;所述“梳状”条/片电极阵列Ⅰ由m条相同的n点条形电极组成m≥1,n≥1,包括“梳状”柔性基底1、嵌套在柔性基底1中的阵列电极2、埋置在柔性基底1中的电极丝3、用于包裹电极丝3的导联线套管4和电极输出插头5。其中,条形电极包括的阵列电极点2的数量为n点,电极丝3的一端与阵列电极点2连接,另一端穿过导联线套管4与电极输出插头5的一端连接,电极输出插头5的另一端又与智能电极接触状态检测器Ⅱ连接。各条形电极柔性基底在“梳状”柔性基底1的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离。
优选地,所述智能电极接触状态检测器Ⅱ包括:电源供电模块、模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块;所述模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块依次连接,所述模拟开关控制模块的另一端和电极输出插头5连接,所述模拟开关控制模块还和控制终端连接,所述电源供电模块和模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块均连接。
优选地,所述柔性基底的材料为医用硅胶。
优选地,所述阵列电极点2的中间部分为凸起的圆形片、椭圆形片和环形片中的任意一种,所述阵列电极点2的材料为医用不锈钢、铂铱合金和铂银钦合金中的至少任意一种。
优选地,所述电极丝3为医用不锈钢、铂铱合金、铂银钦合金中的任意一种;所述电极丝3表面包覆有绝缘材料,所述绝缘材料为聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对二甲苯、聚氯乙烯中的至少一种。
优选地,所述导联线套管4为绝缘材料的硅橡胶套。
优选地,所述电极输出插头5为圆柱形,所述电极输出插头5的表面包含n点裸露的导电点,n点导电点分别和单条电极的n个电极点连接。
一种智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法,包括:
将智能颅内皮质电极中的“梳状”条/片电极阵列Ⅰ和大脑皮质接触;
控制端通过控制模拟开关控制模块将皮质电阻检测模块和电极输出插头5连通;
皮质电阻检测模块采集大脑皮质的皮质电阻数据,并将采集到的皮质电阻数据发送至分析判断模块;
分析判断模块对皮质电阻数据进行分析,根据分析结果判断阵列电极点2与大脑皮质的接触状态;
状态显示模块对接触状态进行显示。
优选地,所述接触状态为阵列电极点2接触不良、电极点悬空、电极点之间相互短路和正常中的任意一种;分析判断模块根据分析结果判断阵列电极点2与大脑皮质的接触状态的逻辑为:预设电阻上限RH=60KΩ,电阻下限RL=3500Ω,相邻电极点a与电极点b之间的皮质电阻为Rab,若RH>Rab>RL,则电极a与电极点b与大脑皮质接触状态均为正常;Rab<RL,则电极a与电极点b相互短路。
优选地,若接触状态为正常,状态显示模块显示绿色;若接触状态为电极a与电极点b相互短路,状态显示模块显示蓝色;若接触状态为电极a、电极点b与大脑皮质接触不良或悬空,状态显示模块显示红色。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.本发明包括“梳状”条/片电极阵列,所述“梳状”条/片电极阵列Ⅰ由m条相同的n点条形电极组成m≥1,n≥1,包括“梳状”柔性基底1、嵌套在柔性基底1中的阵列电极2、埋置在柔性基底1中的电极丝3、用于包裹阵列电极2的导联线套管4和电极输出插头5。各柔性基底1在“梳状”柔性基底1的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离,有利于电极良好接触大脑皮质,并保持各电极间的相对位置固定。
2.本发明的智能电极接触状态检测器Ⅱ连接“梳状”条/片电极阵列,检测各相邻电极点间皮质电阻数据,通过皮质电阻数据分析、判断各电极与大脑皮质接触状态并显示:电极点接触不良或悬空、电极相互短路、正常。智能电极接触状态检测器通过实时检测电极放置状态,提示医生发现未放置好的电极以便及时调整,消除脑电信号采集的不确定性,从而保证采集到准确的ECoG信号。
附图说明
图1为本发明的智能颅内皮质电极的示意性结构图。
图2为本发明的“梳状”条/片电极的截面图。
图3为本发明的智能颅内皮质电极与大脑皮质接触的示意图。
图4为本发明的智能电极接触状态检测器的结构原理框图。
图5为本发明的智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1-4、一种智能颅内皮质电极,包括:“梳状”条/片电极阵列Ⅰ和智能电极接触状态检测器Ⅱ;所述“梳状”条/片电极阵列Ⅰ由m条相同的n点条形电极组成,m≥1,n≥1,在本实施例,m=8,n=8,包括“梳状”柔性基底1、嵌套在柔性基底1中的阵列电极2、埋置在柔性基底1中的电极丝3、用于包裹电极丝3的导联线套管4和电极输出插头5。其中,条形电极包括的阵列电极点2的数量为n点,电极丝3的一端与阵列电极点2连接,另一端穿过导联线套管4与电极输出插头5的一端连接,电极输出插头5的另一端又与智能电极接触状态检测器Ⅱ连接。各柔性基底1在“梳状”柔性基底1的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离。
在本实施例,“梳状”条/片形电极阵列Ⅰ的长度为100mm,宽度为80mm;排列方式为8条×8点,阵列电极点2间距为10mm;
在本实施例,所述智能电极接触状态检测器Ⅱ包括:电源供电模块、模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块;所述模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块依次连接,所述模拟开关控制模块的另一端和电极输出插头5连接,所述模拟开关控制模块还和控制终端连接,所述电源供电模块和模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块均连接。
在本实施例,所述柔性基底的材料为医用硅胶,基底透明。在8条条形电极之间的柔性基底空白处开设“梳状”通道,每条条形电极的基底长为100mm,宽度约为8mm,相邻电极条间的“梳状”通道宽度为2mm;在“梳状”柔性基底1的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离,消除相邻电极之间的“多向”拉伸牵制,有利于电极良好接触大脑皮质;并保持各电极放置的相对位置固定,便于精确提取各电极点的坐标。
在本实施例,所述阵列电极点2的所中间部分凸起的圆形片,材料选自医用铂铱合金,凸起部分的直径为2.5mm;所述电极丝材料选自医用铂铱合金,直径为0.08mm。
在本实施例,所述电极丝3为医用不锈钢、铂铱合金、铂银钦合金中的任意一种;所述电极丝3表面包覆有绝缘材料,所述绝缘材料为聚氨酯。
在本实施例,所述导联线套管4为绝缘材料的硅橡胶套,长度为600mm。
在本实施例,所述电极输出插头5为圆柱形,所述电极输出插头5的表面包含8点裸露的导电点,8点导电点分别和单条电极的8个电极点连接,材料选自医用铂铱合金。所述电极输出插头5通过接线盒和所述智能电极接触状态检测器Ⅱ连接。
参见图5、上述智能颅内皮质电极适用的智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法,包括:
S11,将智能颅内皮质电极中的“梳状”条/片电极阵列Ⅰ和大脑皮质接触;
S12,控制端通过控制模拟开关控制模块将皮质电阻检测模块和电极输出插头5连通;这样使得“梳状”条/片电极阵列Ⅰ和智能电极接触状态检测器Ⅱ连接。
S13,皮质电阻检测模块采集大脑皮质的皮质电阻数据,并将采集到的皮质电阻数据发送至分析判断模块;
S14,分析判断模块对皮质电阻数据进行分析,根据分析结果判断阵列电极点2与大脑皮质的接触状态;
S15,状态显示模块对接触状态进行显示。
在本实施例,所述接触状态为阵列电极点2接触不良、电极点悬空、电极点之间相互短路和正常中的任意一种;分析判断模块根据分析结果判断阵列电极点2与大脑皮质的接触状态的逻辑为:预设电阻上限RH=60KΩ,电阻下限RL=3500Ω,相邻电极点a与电极点b之间的皮质电阻为Rab,若RH>Rab>RL,则电极a与电极点b与大脑皮质接触状态均为正常;Rab<RL,则电极a与电极点b相互短路。
在本实施例,若接触状态为正常,状态显示模块显示绿色;若接触状态为电极a与电极点b相互短路,状态显示模块显示蓝色;若接触状态为电极a、电极点b与大脑皮质接触不良或悬空,状态显示模块显示红色。
实验结果表明:本发明的智能电极接触状态检测器能够实时检测电极放置状态,检测准确率达到100%,可以充分保证精确采集各种脑功能活动的皮质脑电信号。通过实时检测电极放置状态,提示医生发现未放置好的电极以便及时调整,消除脑电信号采集的不确定性,从而保证采集到准确的ECoG信号。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种智能颅内皮质电极,其特征在于,包括:“梳状”条/片电极阵列(Ⅰ)和智能电极接触状态检测器(Ⅱ);所述“梳状”条/片电极阵列(Ⅰ)由m条相同的n点条形电极组成(m≥1,n≥1),包括“梳状”柔性基底(1)、嵌套在柔性基底(1)中的阵列电极(2)、埋置在柔性基底(1)中的电极丝(3)、用于包裹电极丝(3)的导联线套管(4)和电极输出插头(5);其中,条形电极包括的阵列电极点(2)的数量为n点,电极丝(3)的一端与阵列电极点(2)连接,另一端穿过导联线套管(4)与电极输出插头(5)的一端连接,电极输出插头(5)的另一端又与智能电极接触状态检测器(Ⅱ)连接;各柔性基底(1)在“梳状”柔性基底(1)的“梳背”处连接,在“梳齿”处分离。
2.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述智能电极接触状态检测器(Ⅱ)包括:电源供电模块、模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块;
所述模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块依次连接,所述模拟开关控制模块的另一端和电极输出插头(5)连接,所述模拟开关控制模块还和控制终端连接,所述电源供电模块和模拟开关控制模块、皮质电阻检测模块、分析判断模块、状态显示模块均连接。
3.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述柔性基底(1)的材料为医用硅胶。
4.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述阵列电极点(2)的中间部分为凸起的圆形片、椭圆形片和环形片中的任意一种,所述阵列电极点(2)的材料为医用不锈钢、铂铱合金和铂银钦合金中的至少任意一种。
5.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述电极丝(3)为医用不锈钢、铂铱合金、铂银钦合金中的任意一种;所述电极丝(3)表面包覆有绝缘材料,所述绝缘材料为聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对二甲苯、聚氯乙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述导联线套管(4)为绝缘材料的硅橡胶套。
7.根据权利要求1所述的智能颅内皮质电极,其特征在于,所述电极输出插头(5)为圆柱形,所述电极输出插头(5)的表面包含n点裸露的导电点,n点导电点分别和单条电极的n个电极点连接。
8.一种智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法,其特征在于,包括:
将智能颅内皮质电极中的“梳状”条/片电极阵列(Ⅰ)和大脑皮质接触;
控制端通过控制模拟开关控制模块将皮质电阻检测模块和电极输出插头(5)连通;
皮质电阻检测模块采集大脑皮质的皮质电阻数据,并将采集到的皮质电阻数据发送至分析判断模块;
分析判断模块对皮质电阻数据进行分析,根据分析结果判断阵列电极点(2)与大脑皮质的接触状态;
状态显示模块对接触状态进行显示。
9.根据权利要求8所述的智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法,其特征在于,所述接触状态为阵列电极点(2)接触不良或悬空、电极点之间相互短路和正常中的任意一种;
分析判断模块根据分析结果判断阵列电极点(2)与大脑皮质的接触状态的逻辑为:预设电阻上限RH=60KΩ,电阻下限RL=3500Ω,相邻电极点a与电极点b之间的皮质电阻为Rab,若RH>Rab>RL,则电极a与电极点b与大脑皮质接触状态均为正常;Rab<RL,则电极a与电极点b相互短路。
10.根据权利要求9所述的智能颅内皮质电极精确采集皮质脑电的方法,其特征在于,若接触状态为正常,状态显示模块显示绿色;若接触状态为电极a与电极点b相互短路,状态显示模块显示蓝色;若接触状态为电极a、电极点b与大脑皮质接触不良或悬空,状态显示模块显示红色。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190419 |
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