一種迷走神經電刺激系統

趙太云，陳昭陽，楊德智，薛 林

1.北京大學第一醫院，北京 100034

2.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100083

0 引言

癲癇是一種常見的神經系統疾患，其發作時表現為大腦神經元興奮性增高以及過度同步化放電，并導致短暫性中樞神經系統功能失常[1]。從1988年起，左側迷走神經間斷性電刺激被提議作為癲癇的一種輔助療法，該迷走神經電刺激方法（VNS）是一種可逆性的神經調節治療，不破壞腦組織和神經組織，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，即使癲癇發作沒有顯著降低，患者的生活質量也有所改善[5]。

然而，由于迷走神經電刺激系統的體積小，重量輕，要滿足長期植入要求，其加工工藝復雜，涉及到生物相容性材料、高精度制造加工及工藝設計以及生物醫學工程等多方面的學科，技術門檻高，加之國外廠商的技術保密，導致我國的迷走神經電刺激系統的發展緩慢。

本文對植入式迷走神經電刺激系統的脈沖刺激系統和外圍電極導管的集成化設計和制造技術進行了研究，解決了其關鍵技術問題，并進行家兔動物試驗，驗證了其有效性和可靠性。

1 迷走神經電刺激系統方案

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

圖1 迷走神經電刺激系統圖

迷走神經電刺激系統的工作方式為：

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

2）脈沖發生器默認工作狀態為自動刺激模式，根據設置的脈沖參數定時向刺激電極發射刺激脈沖；

3）如果需要立即實施電刺激，只需用磁鐵在病人胸前對準植入體內的脈沖發生器劃過，脈沖發生器立即啟動磁鐵刺激模式，根據設置的磁鐵刺激模式脈沖參數向電極發射刺激脈沖。

其中，迷走神經電刺激系統的核心部件是脈沖發生器和電極導管，其結構如圖2和3所示。

圖2 脈沖發生器結構圖

脈沖發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；饋通用于將電刺激信號引出外殼；頂蓋提供適當的形狀空間便于饋通與電極導管進行可靠電連接；連接體在饋通和電極導管之間作為電連接中間體；緊固螺釘將連接體和電極導管相連；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接。

圖3 電極導管結構圖

電極導管中連接器、導線、電極三部分。電極直接和迷走神經接觸，進行放電刺激；連接器和頂蓋內部的連接體進行電連接，將刺激信號引導至電極導管；導線將連接器和電極電連接。電極導管的外部將電刺激信號引入迷走神經，是脈沖發生器與目標神經的聯系紐帶。

2 動物實驗

完成10只家兔的植入式迷走神經電刺激系統的動物試驗，手術過程簡述如下：植入刺激器和電極導管消毒，手術器械消毒；家兔固定在手術臺上并麻醉；鋪無菌單，分離左側迷走神經，安裝電極，放置好兩個電極螺旋的位置，妥善固定；家兔左側背部切口，創建皮下隧道，引導管至背部切口處；將導管插入脈沖發生器，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，確認正常。手術過程照片如圖4所示。

圖4 神經電刺激系統植入手術

圖5 家兔頸部皮膚測量的刺激脈沖波形

家兔手術后13天，恢復良好，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 結論

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

本文提出的植入式迷走神經電刺激系統的各項性能指標滿足了迷走神經刺激的要求，在此基礎上針對不同的神經目標更換相應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.迷走神經電刺激治療難治性癲癇的作用機制與臨床應用[J].中國微侵襲神經外科，2011，16(11)：522-525.

[4]趙妍，付饒，王庭槐.迷走神經刺激治療難治性癲癇的研究現狀[J].新醫學，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.