Устройство для измерения деятельности спинного мозга позвоночника

Устройство для измерения деятельности спинного мозга позвоночника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству для измерения деятельности спинного мозга позвоночных.

Используемый здесь термин «деятельность» означает любые изменения оптических, химических или физических свойств спинного мозга, которые могут, в частности, свидетельствовать о нервной реакции на моторный или когнитивный акт.

Уровень техники

Моторный акт является результатом ряда энергетических процессов, приводящих к передаче нервного сигнала через спинной мозг на эффекторные нервные отростки. Частичное или полное повреждение спинного мозга приводит к дистрофии нервных путей, которые оказываются больше не способны передавать сигналы на спинные нервные клетки, расположенные после повреждения, что может приводить к параличу, а также к нарушению функционирования верхних путей, идущих к мозгу, тем самым вызывая потерю чувствительности.

Понимание механизмов передачи нервных сигналов вдоль позвоночного столба необходимо для разработки максимально эффективных методов терапевтического лечения.

Известно, что во время когнитивной или моторной деятельности может наблюдаться изменчивость распределения оксигемоглобина (НbО) и дезоксигемоглобина (Нb) из кровеносных сосудов и капилляров, орошающих нервные области коры головного мозга и позвоночного столба.

За счет использования оптического устройства формирования изображения, позволяющего обнаруживать подобные изменения в объеме циркулирующей крови, а также оксигенацию, стало возможным изучать нервные ткани мозга. Тем не менее размеры используемой аппаратуры слишком велики для того, чтобы их можно было установить на других частях тела или постоянно имплантировать позвоночному. Причем если для получения доступа к тканям головного мозга достаточно трепанации, то получение доступа к тканям спинного мозга является более сложной задачей и требует проведения ламинэктомии. Наконец, известные оптические устройства формирования изображений преимущественно содержат оптические волокна, а подобные волокна сложнее использовать в спинном мозге, поскольку их форма не позволяет интегрировать их обычным образом для измерения гемодинамической реакции.

В настоящее время основным средством изучения спинного мозга, в целом, является магнитно-резонансная томография (МРТ), которая позволяет получать изображения спинного мозга и проводить анализ тканей спинного мозга. Тем не менее подобные исследования являются наружными, а нервная деятельность, регистрируемая в тканях спинного мозга, неоднозначна и трудно поддается толкованию у разных пациентов.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в создании имплантируемого устройства, позволяющего измерять деятельность спинного мозга у позвоночных, в котором устранены вышеуказанные недостатки.

Поставленная задача решена в измерительном устройстве для измерения деятельности спинного мозга у позвоночных, содержащем, по меньшей мере, основной зонд, форма которого позволяет крепить его на остистом отростке позвонка и удерживать на месте с противоположных сторон позвонка, по меньшей мере, один передатчик для передачи одной волны, способной взаимодействовать со спинным мозгом, а также, по меньшей мере, один сопряженный приемник для приема волны, вступившей во взаимодействие со спинным мозгом, и формирования сигнала с информацией о деятельности спинного мозга.

Основной зонд устанавливается путем осуществления простого надреза на позвонке пациента и растягивания мышц с обеих сторон позвонка для помещения поверх него зонда. Для этого необходимо всего лишь прикрепить основной зонд к остистому отростку при помощи винтов или клея. Хирургическое вмешательство, таким образом, осуществляется быстро и просто.

Таким образом, предложенное устройство для измерения деятельности спинного мозга позвоночных позволяет повысить точность получаемой информации о деятельности спинного мозга за счет того, что оно обладает значительно уменьшенными размерами по сравнению с известными устройствами и может быть имплантированным постоянным образом в остистый отросток позвонка наиболее близко к спинному мозгу. Кроме того, такое устройство исключительно легко устанавливать на указанный позвоночник.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более понятно после ознакомления с нижеследующим описанием со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг.1 показан позвонок с установленным на нем основным зондом согласно изобретению, вид в перспективе;

на фиг.2 показан позвонок с установленным на нем основным зондом, изображенным на фиг.1, вид в сечении;

на фиг.3 показан основной зонд, изображенный на фиг.1, вид в перспективе;

на фиг.4 показан позвонок с установленным на нем основным зондом, а также сопряженным вспомогательным зондом согласно изобретению, вид в сечении;

на фиг.5 показан вспомогательный зонд, изображенный на фиг.4, вид в перспективе.

Осуществление изобретения

Изобретение показано на примере позвонка кота. Разумеется, изобретение не ограничено данной областью применения.

Со ссылкой на фигуры с 1 по 3 измерительное устройство согласно изобретению содержит основной зонд, форма которого позволяет крепить его на отростке 2 позвонка 3. Основной зонд 1, изготовленный из полимера, пропускающего инфракрасное излучение, имеет форму вилки 4 с двумя зубцами 4а, 4b и ручкой 5, выступающей от вилки 4.

Подобная форма позволяет упростить хирургическое вмешательство, хирургу нужно всего лишь раздвинуть мышцы, расположенные по бокам от позвонка 3 и установить вилку 4 на отросток 2 в направлении, обозначенном стрелкой на фиг.1. В данном положении вилка установлена поверх части позвонка, образующего позвоночный канал, а ручка 5 находится напротив отростка 2. После этого основной зонд 1 предпочтительно крепится при помощи ручки 5 к отростку 2, например, при помощи биологически совместимого клея или титанового винта.

На зубце 4а установлен инфракрасный излучатель 6, излучение от которого проходит через спинной мозг 7 позвонка и после взаимодействия с тканями спинного мозга принимается инфракрасным приемником 8, установленным на другом зубце 4b. Инфракрасное излучение проходит через костные стенки и взаимодействует с гемоглобином в крови, находящейся в спинном мозге 7, тем самым позволяя отслеживать васкулярную деятельность спинного мозга 7 при его напряжении. Приемник 8 преобразует принимаемое им излучение в электрический сигнал, содержащий информацию о подобной васкулярной деятельности, которая в свою очередь содержит информацию о нервной деятельности.

У основного зонда 1 имеются электронные средства 9 для преобразования электрического сигнала в цифровые данные. В данном примере цифровые данные помещаются в память, а впоследствии передаются. Для этого у основного зонда 1 имеется инфракрасный передатчик 10 и инфракрасный приемник 11, осуществляющие обмен данными в двоичном формате с инфракрасным приемопередатчиком, удаленным от основного зонда 1. Как вариант, цифровые данные могут передаваться в реальном времени, без помещения в память.

Цифровые данные, формируемые подобным образом, предпочтительно передаются на удаленный приемопередатчик D для отслеживания васкулярной деятельности спинного мозга после его стимуляции. Например, приемопередатчик может быть сопряжен с внешним управляющим устройством, выполненным с возможностью управления приводами, воздействующими на организм позвоночного для компенсации его недостаточности. Например, управляющее устройство может использоваться для управления насосом или имплантом, подающим химическое вещество в случае обнаружения деятельности спинного мозга при помощи основного зонда.

В данном примере основной зонд 1 запитывается от электрической цепи, расположенной за пределами основного зонда 1, создающей переменное магнитное поле, тем самым подавая ток на антенну 12, которая в данном случае находится в ручке 5. Электронные средства 9 выполнены с возможностью регулировки потенциала, создаваемого в антенне 12 таким образом, чтобы создаваемый потенциал мог непосредственно использоваться зондом 1. В данном примере для того чтобы зонд мог функционировать даже в том случае, если он находится на удалении от источника индукции, предпочтительно использовать данный потенциал для зарядки встроенного аккумулятора 13.

Со ссылкой на фигуры 4 и 5, а также согласно частному варианту осуществления изобретения отдаленный приемопередатчик D может быть соединен со вспомогательным зондом 14, имплантированным внутрь позвонка 3, чтобы находиться в непосредственном контакте со спинным мозгом 7. Согласно предпочтительному варианту имплантации, после того как мышцы, расположенные вокруг позвонка, раздвинуты, хирург проводит ламинэктомию позвонка, вставляет вспомогательный зонд 14 в позвоночный канал и восстанавливает позвонок при помощи полимерной смолы. Со ссылкой на фигуры 3-5, а также согласно предпочтительному варианту стабилизации положение вспомогательного зонда 14 стабилизируется при помощи магнитного соединения с основным зондом 1: у каждого из зондов имеются магниты 15, 16, причем магниты одного зонда имеют одинаковую полярность, противоположную полярности магнитов другого зонда. Толщина позвонка 3 относительно небольшая для того, чтобы магниты 15, 16 могли взаимно притягиваться через костную стенку, тем самым стабилизируя положение вспомогательного зонда 14 относительно основного зонда 1. Подобное крепление более предпочтительно по сравнению с креплением при помощи хирургических швов, поскольку оно упрощает проведение хирургической операции.

Вспомогательный зонд 14 может выполнять несколько функций:

- измерение нервной деятельности спинного мозга 7. Для этого у вспомогательного зонда 14 имеется датчик 17, реагирующий на наличие нескольких биологических молекул в цереброспинальной жидкости и формирующий электрический сигнал. У вспомогательного зонда 14 имеются электронные средства 18 для преобразования подобного сигнала в цифровые данные; а также

- стимулирование нервной деятельности спинного мозга при помощи химических и/или электрических средств. Для этого у вспомогательного зонда 14 имеется емкость 19 с мембраной для хранения химических веществ; микродвигатель 20, взаимодействующий с мембраной для ее выборочного перемещения, обеспечивая тем самым подачу химических веществ в спинной мозг 7. Кроме этого, электроды 21 могут создавать местный потенциал на осевых цилиндрах спинного мозга 7, соприкасающихся с электродами 21.

В данном примере у приемопередатчика D вспомогательного зонда 14 имеется инфракрасный излучатель 22 и инфракрасный приемник 23, которые осуществляют обмен данными в двоичном формате с инфракрасным передатчиком 10 и инфракрасным приемником 11 основного зонда 1. Поэтому проводных соединений между двумя зондами для передачи данных, формируемых электронными средствами 18, или получения команд от основного зонда 1 не требуется. Запитывание вспомогательного зонда 14 также осуществляется беспроводным образом: в предпочтительном устройстве антенна 24 осуществляет обмен данными с антенной 12 основного зонда 1 индукционно. Электронные средства 18 выполнены с возможностью преобразования потенциала, создаваемого в антенне 24, в потенциал, который может непосредственно использоваться вспомогательным зондом 14. В данном примере предпочтительно использовать подобный потенциал для подзарядки встроенного аккумулятора 25.

Следует отметить, что вспомогательный зонд должен быть миниатюрным, поскольку он имплантируется в непосредственной близости от спинного мозга, являющегося исключительно чувствительным органом. Вследствие его размеров продолжительность эксплуатации вспомогательного зонда ограничена, а для запитывания его приходится соединять через регулярные интервалы времени с более крупным зондом, в данном случае с основным зондом.

Изобретение не ограничено рассмотренным выше описанием и допускает любые варианты, не выходящие за объем, определяемый формулой изобретения.

В частности, хотя отмечалось, что передача данных между вспомогательным зондом 14 и основным зондом 1, а также между основным зондом 1 и приемопередатчиком, удаленным от основного зонда 1, осуществляется при помощи инфракрасного излучения, можно использовать любые другие способы передачи данных, такие как идентификация с применением радиочастотных приборов (RFID), или осуществлять проводную передачу данных между основным зондом 1 и удаленным приемопередатчиком. Кроме этого, хотя отмечалось, что для обмена данными со вспомогательным зондом 14, а также с приемопередатчиком, удаленным от основного зонда, основной зонд 1 использует общую коммуникационную систему, разумеется, можно использовать зонд, оснащенный двумя коммуникационными системами.

Хотя упоминалось, что основной зонд 1 оснащен системой, измеряющей деятельность спинного мозга 7 за счет излучения электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, также можно использовать и другие известные технологии, например ультразвуковое волновое излучение.

Хотя упоминалось, что для непосредственного соприкосновения со спинным мозгом 7 вспомогательный зонд имплантируется внутрь позвонка 3, в целом вспомогательный зонд может имплантироваться таким образом, чтобы он соприкасался с любой функциональной тканью.

Как вариант, вспомогательный зонт может быть сопряжен с осмотическим насосом типа ALZET.

1. Устройство для измерения деятельности спинного мозга позвоночных, характеризующееся тем, что содержит, по меньшей мере, один основной зонд (1), форма которого позволяет крепить его на остистом отростке (2) позвонка (3) и удерживать на месте с противоположных сторон позвонка, по меньшей мере, один передатчик (6) для передачи волны, способной взаимодействовать со спинным мозгом (7), а также, по меньшей мере, один сопряженный приемник (8) для приема волны, вступившей во взаимодействие со спинным мозгом, и формирования сигнала с информацией о деятельности спинного мозга.

2. Устройство по п.1, в котором основной зонд имеет форму вилки (4), надеваемой на позвонок и содержит ручку (5), выступающую так, чтобы находиться напротив остистого отростка, когда основной зонд установлен на месте на позвонке.

3. Устройство по п.1, в котором волна, излучаемая передатчиком (6) основного зонда и принимаемая сопряженным приемником (8), является инфракрасным излучением.

4. Устройство по п.1, в котором основной зонд содержит коммуникационные средства (10, 11) для удаленного обмена данными, по меньшей мере, с одним удаленным приемопередатчиком (D), при этом коммуникационные средства включают в себя, по меньшей мере, один инфракрасный передатчик (10), передающий сигналы на удаленный приемопередатчик (D), и, по меньшей мере, один инфракрасный приемник (11), принимающий сигналы от удаленного приемопередатчика (D).

5. Устройство по п.4, в котором удаленный приемопередатчик (D) сопряжен, по меньшей мере, с одним вспомогательным зондом (14), находящимся в непосредственном контакте с функциональной тканью, при этом указанный вспомогательный зонд включает в себя средства (19, 20, 21) для стимулирования функциональной ткани и/или средства (17) для измерения деятельности функциональной ткани.

6. Устройство по п.5, в котором вспомогательный зонд выполнен с возможностью входить в непосредственный контакт со спинным мозгом, при этом у вспомогательного зонда и основного зонда имеются магнитные средства (15, 16) для стабилизации положения вспомогательного зонда в позвонке.

7. Устройство по п.5, в котором средства для стимулирования спинного мозга содержат электроды (21) для создания местного потенциала на осевых цилиндрах, соприкасающихся с электродами.

8. Устройство по п.5, в котором средства для стимулирования спинного мозга содержат емкость (19) для хранения молекул, соединенную со средствами (20) для постепенного высвобождения указанных молекул в спинной мозг.

9. Устройство по п.5, в котором вспомогательный зонд содержит индукционные средства для удаленного приема электроэнергии, при этом индукционные средства включают в себя, по меньшей мере, одну антенну (24).

10. Устройство по п.1, в котором основной зонд включает в себя индукционные средства для удаленного приема электроэнергии, при этом индукционные средства содержат, по меньшей мере, одну антенну (12).