Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КАРТИРОВАНИЯ СКРЫТЫХ КОРТИКАЛЬНЫХ ФОРМАЦИЙ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургическим инструментам для функционального картирования коры головного мозга.

Уровень техники

Функциональное картирование - это определение функциональной специализации нервных структур при помощи передачи различных видов энергии по направлению к нервной ткани и обратно, в частности, при помощи регистрации электрической активности различных областей коры головного мозга или стимуляции их электрическим током.

Функциональное картирование используется при операциях по удалению опухолей, эпилептогенных зон и других патологических образований, затрагивающих те или иные части центральной и периферической нервной системы, для выявления и сохранения функционально значимых структур при максимально радикальной резекции патологического очага. Кроме того, функциональное картирование используется при фундаментальных исследованиях нервной деятельности.

Кора головного мозга человека и многих других млекопитающих представляет собой высший отдел центральной нервной системы и состоит из двух фракций - поверхностной (открытой) и глубокой (скрытой). Глубокая фракция занимает у человека две трети объема коры больших полушарий и представлена совокупностью скрытых кортикальных формаций (СКФ) - впячиваний коры, образующих стенки определенных борозд.

С хирургической точки зрения СКФ являются труднодоступными структурами в силу своего сложного топографо-анатомического расположения по отношению к другим частям мозга: его серому и белому веществу, оболочкам, сосудам и ликворным пространствам. Существующие в настоящее время инструменты для функционального картирования не позволяют преодолеть сложность строения СКФ и обеспечить эффективное исследование их активности, что обуславливает низкую степень изученности данных образований.

На сегодняшний день известно несколько разновидностей инструментов, применяемых для функционального картирования коры головного мозга, а именно: электроды-полоски, электроды-сетки, глубинные электроды и электроды-зонды. Данные электроды широко используются для картирования поверхностной фракции коры, но плохо подходят для изучения ее глубокой фракции и других труднодоступных отделов, к которым также относится кора продольной (межполушарной) и поперечной мозговых щелей.

Электроды-полоски и электроды-сетки представляют собой тонкие пластинки из пластичного полимера, содержащие от 2 до 64 и более круглых металлических рабочих контактов диаметром от 2 до 5 мм с межконтактными расстояниями от 5 до 10 мм и зазорами между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса от 1,8 до 2,3 мм, устанавливаемые в субдуральное пространство в проекции исследуемой корковой области [1, 3, 4, 5, 6].

Недостатки данных электродов: 1) слишком большие рабочие контакты, межконтактные расстояния и зазоры между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса, затрудняющие картирование СКФ в силу того, что из-за указанных размеров данные электроды можно поместить только в некоторые, наиболее крупные, борозды, при этом картированию доступна не вся площадь их стенок; 2) отсутствие стереометрических меток, не позволяющее объективно судить о пространственных характеристиках исследуемых образований и расположении электрода по отношению к ним; 3) слишком податливая рабочая часть, не способная поддерживать необходимую конфигурацию.

Глубинные электроды представляют собой тонкие изолированные пластичным полимером стержневидные трубки диаметром от 0,8 до 2 мм, содержащие от 4 до 28 и более цилиндрических металлических рабочих контактов, внедряемые в паренхиму головного мозга при помощи стереотаксической техники [1, 2, 3, 5].

Недостатки данных электродов: 1) введение в мозговую паренхиму, что позволяет картировать только те структуры, которые находятся на оси продвижения электрода, и обуславливает 2) потребность в большом количестве электродов, совместно покрывающих большую область интереса, но при этом травмирующих мозг и многократно повышающих время и стоимость операции; 3) потребность в стереотаксическом аппарате, что также увеличивает время и стоимость операции.

Электроды-зонды представляют собой изолированные пластичным полимером металлические стержни с одним или двумя неизолированными кончиками, которыми хирург прикасается к исследуемой мозговой структуре [1, 3, 5].

Недостатки данных электродов: 1) отсутствие изоляции по всему диаметру кончиков, что снижает эффективность функционального картирования СКФ за счет неселективной стимуляции противолежащих стенок соответствующих борозд и обуславливает 2) необходимость сильной тракции или даже резекции ограничивающих доступ частей СКФ, что травмирует мозг; 3) отсутствие стереометрических меток, не позволяющее объективно судить о пространственных характеристиках исследуемых образований и расположении электрода по отношению к ним; 4) слишком ригидная рабочая часть.

Раскрытие изобретения

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении эффективности функционального картирования СКФ и других труднодоступных областей коры головного мозга.

Для достижения указанного технического результата разработан электрод, конструкция которого предусматривает три основных варианта.

Первый вариант содержит токопроводящие элементы и непроводящий корпус; токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт, по меньшей мере один провод и по меньшей мере один коннекторный контакт; корпус содержит рабочую и нерабочую части; рабочая часть имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент и по меньшей мере одну измерительную шкалу с началом отсчета на дистальном конце корпуса; нерабочая часть содержит по меньшей мере один кабель и/или рукоятку; активная поверхность каждого рабочего контакта расположена на одной из сторон рабочей части корпуса; форма и размеры рабочих контактов и межконтактные расстояния подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих контактов; зазоры между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Второй вариант содержит токопроводящие элементы и непроводящий корпус; токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт, по меньшей мере один провод и по меньшей мере один коннекторный контакт; корпус содержит рабочую и нерабочую части, каждая из которых имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент и по меньшей мере одну измерительную шкалу с началом отсчета на соответствующем конце корпуса; активная поверхность каждого рабочего и коннекторного контакта расположена на одной из сторон соответствующей части корпуса; рабочие и коннекторные контакты соответствуют друг другу по форме, размерам и межконтактным расстояниям, которые подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих или коннекторных контактов; зазоры между внешними краями рабочих и коннекторных контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Третий вариант содержит токопроводящие элементы и непроводящий корпус; токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт, по меньшей мере один провод и по меньшей мере один коннекторный контакт; корпус содержит рабочую и нерабочую части; рабочая часть имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент и по меньшей мере одну измерительную шкалу с началом отсчета на дистальном конце корпуса и изогнута по ребру; активная поверхность каждого рабочего контакта расположена на одной из сторон рабочей части корпуса; форма и размеры рабочих контактов и межконтактные расстояния подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих контактов; зазоры между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Толщина рабочей части корпуса не должна превышать ширину борозды интереса; ее верхним пределом следует считать 1 мм.

Электрод может содержать несколько рабочих и коннекторных контактов, при этом рабочие и/или коннекторные контакты могут иметь форму круга и одинаковый размер.

Электрод может содержать несколько рабочих и коннекторных контактов, при этом рабочие и/или коннекторные контакты могут образовывать двойные комплексы, иметь форму полукруга и одинаковый размер и располагаться таким образом, что основания контактов направлены к центру образуемых ими комплексов.

Электрод может содержать несколько рабочих и коннекторных контактов, при этом рабочие и/или коннекторные контакты могут образовывать четверные комплексы, иметь форму четверти круга и одинаковый размер и располагаться таким образом, что прямые углы контактов направлены к центру образуемых ими комплексов.

Рабочие и/или коннекторные контакты или их комплексы могут образовывать ряд, расположенный вдоль или поперек продольной оси корпуса, а также формировать матрицу, включающую их продольные и поперечные ряды.

Каждый токопроводящий элемент должен быть изготовлен из биосовместимого токопроводящего металла, например, серебра, золота, платины или нержавеющей стали.

Неактивные поверхности каждого токопроводящего элемента должны быть изолированы непроводящим веществом корпуса, биосовместимым непроводящим лаком и/или микродуговым оксидированием.

Каждый кабель может иметь круглое или прямоугольное сечение.

Каждый кабель может быть расположен перпендикулярно продольной оси корпуса.

Рукоятка может иметь круглое, овальное, треугольное, прямоугольное, пятиугольное, шестиугольное или восьмиугольное сечение, а также содержать подпальцевые выемки.

Корпус может быть изготовлен из биосовместимого непроводящего пластичного полимера, например, силикона, полиимида или тефлона.

Армирующий компонент может быть выполнен в виде по меньшей мере одной пластины, проволоки, сетки или диффузно рассеянных по веществу корпуса волокон или частиц.

Армирующий компонент может быть изготовлен из биосовместимого металла, например, нержавеющей стали или титана. При этом он должен быть изолирован непроводящим веществом корпуса, биосовместимым непроводящим лаком и/или микродуговым оксидированием.

Армирующий компонент может быть изготовлен из биосовместимого непроводящего пластичного полимера, например, полипропилена, полиуретана, полиэстера или поликарбоната.

Армирующим компонентом может являться каждый провод.

Метки измерительной шкалы могут иметь различные цвета, соответствующие значениям расстояния.

Выполнение корпуса тонким и гибким позволяет обеспечить малотравматичный доступ к структурам интереса: СКФ и другим труднодоступным отделам коры головного мозга, в частности, коре продольной (межполушарной) и поперечной мозговых щелей.

Введение в корпус армирующего компонента позволяет улучшить его механические свойства и усилить контроль положения дистального конца электрода, что важно при работе с глубоко расположенными образованиями.

Нанесение на корпус по меньшей мере одной измерительной шкалы позволяет обеспечить простую и точную оценку расположения картируемых структур относительно референтных анатомических ориентиров.

Расположение активной поверхности каждого рабочего и/или коннекторного контакта на одной из сторон корпуса позволяет повысить избирательность функционального картирования противолежащих частей структур интереса.

Оптимизация формы и размеров рабочих и/или коннекторных контактов и межконтактных расстояний, а также минимизация зазоров между внешними краями рабочих и/или коннекторных контактов и краями корпуса позволяют картировать структуры интереса на всем их протяжении.

Введение в корпус эргономичной рукоятки позволяет обеспечить его удобную ручную фиксацию.

Выполнение электрода симметричным позволяет менять рабочие и коннекторные контакты местами в зависимости от ситуации путем его переворачивания.

Придание корпусу изгиба по ребру позволяет обеспечить функциональное картирование структур интереса, имеющих особо сложное строение, например, СКФ, образующих стенки оперкулярных и инсулярных борозд, которые, в свою очередь, скрыты в глубине латеральной борозды и расположены перпендикулярно ее основной плоскости.

Вышеуказанные технические решения в совокупности позволяют повысить эффективность функционального картирования СКФ и других труднодоступных областей коры головного мозга.

Описание чертежей

На фиг. 1 изображен вариант предлагаемого электрода, содержащий кабель.

На фиг. 2 изображен вариант предлагаемого электрода, содержащий кабель и рукоятку.

На фиг. 3 изображен симметричный вариант предлагаемого электрода.

На фиг. 4 изображен вариант предлагаемого электрода, корпус которого изогнут по ребру.

На фиг. 5 изображены сечения А-А, Б-Б и В-В, показанные на фиг. 1-4.

На фиг. 6 представлена схема взаиморасположения структур в области абстрактной кортикальной борозды и образующей ее стенки СКФ.

На фиг. 7 представлена схема проведения функционального картирования СКФ, показанной на фиг. 6, при помощи предлагаемого электрода, установленного в соответствующую борозду и подключенного к блоку управления - нейростимулятору или нейрорегистратору. Электрод повернут к зрителю боком.

На фиг. 1-7 цифрами и буквами обозначены:

1 - рабочие контакты

2 - провода

3 - коннекторные контакты

4 - корпус

5 - армирующий компонент

6а - измерительная шкала с началом отсчета на дистальном конце корпуса

6б - измерительная шкала с началом отсчета на проксимальном конце корпуса

7 - кабель

8 - рукоятка

9 - скальп

10 - кости черепа

11 - твердая мозговая оболочка

12 - паутинная мозговая оболочка

13 - мягкая мозговая оболочка

14 - скрытая кортикальная формация

15 - борозда интереса

16 - кровеносный сосуд

17 - арахноидальные спайки

18 - электрод

19 - блок управления (нейростимулятор или нейрорегистратор)

Осуществление изобретения Первый вариант электрода содержит токопроводящие элементы (1 - 3) и непроводящий корпус (4). Токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт (1), по меньшей мере один провод (2) и по меньшей мере один коннекторный контакт (3). Корпус содержит рабочую и нерабочую части; рабочая часть имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент (5) и по меньшей мере одну измерительную шкалу (6а) с началом отсчета на дистальном конце корпуса; нерабочая часть содержит по меньшей мере один кабель (7) и/или рукоятку (8). Активная поверхность каждого рабочего контакта расположена на одной из сторон рабочей части корпуса. Форма и размеры рабочих контактов и межконтактные расстояния подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих контактов; зазоры между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Второй вариант электрода содержит токопроводящие элементы (1-3) и непроводящий корпус (4). Токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт (1), по меньшей мере один провод (2) и по меньшей мере один коннекторный контакт (3). Корпус содержит рабочую и нерабочую части, каждая из которых имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент (5) и по меньшей мере одну измерительную шкалу (6а, 6б) с началом отсчета на проксимальном или дистальном конце корпуса. Активная поверхность каждого рабочего и коннекторного контакта расположена на одной из сторон рабочей части корпуса. Рабочие и коннекторные контакты соответствуют друг другу по форме, размерам и межконтактным расстояниям, которые подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих или коннекторных контактов; зазоры между внешними краями рабочих и коннекторных контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Для применения второго варианта необходим кабель-коннектор, соединяющий электрод с блоком управления.

Третий вариант электрода содержит токопроводящие элементы (1-3) и непроводящий корпус (4); токопроводящие элементы включают по меньшей мере один рабочий контакт (1), по меньшей мере один провод (2) и по меньшей мере один коннекторный контакт (3); корпус содержит рабочую и нерабочую части; рабочая часть имеет две стороны, выполнена гибкой, включает армирующий компонент (5) и по меньшей мере одну измерительную шкалу (6а) с началом отсчета на дистальном конце корпуса и изогнута по ребру; активная поверхность каждого рабочего контакта расположена на одной из сторон рабочей части корпуса; форма и размеры рабочих контактов и межконтактные расстояния подобраны таким образом, что обеспечивают покрытие картируемых структур необходимым количеством рабочих контактов; зазоры между внешними краями рабочих контактов и краями корпуса минимальны или отсутствуют.

Предлагаемый электрод, в зависимости от варианта исполнения, предназначен для интраоперационного или экстраоперационного функционального картирования скрытых кортикальных формаций, а также других труднодоступных мозговых структур, в частности, кортикальных областей, образующих стенки продольной (межполушарной) и поперечной мозговых щелей.

Интраоперационное функциональное картирование проводится следующим образом. Пациенту оказывают анестезиологическое пособие, бритье и дезинфекцию кожи головы. Хирург последовательно осуществляет разрез скальпа (9); трепанацию черепа (10); рассечение твердой мозговой оболочки (11); бережную мобилизацию нервно-сосудистых структур в области определенной борозды (15); подключение электрода (18) к блоку управления (19) (нейростимулятору или нейрорегистратору) напрямую или при помощи дополнительных коннекторов; введение электрода в данную борозду на необходимую глубину, определяемую при помощи измерительной шкалы; и осуществление электростимуляции или регистрации электрической активности доступных участков СКФ (14), образующей стенки данной борозды.

В том случае, если картируемая СКФ на стенках содержит дополнительные борозды, плоскость которых перпендикулярна плоскости основной борозды (в качестве примера можно привести оперкулярные и инсулярные борозды, расположенные на стенках латеральной борозды), для картирования следует воспользоваться электродом, корпус которого изогнут по ребру; при этом его дистальную по отношению к изгибу часть необходимо согнуть по плоскости, после чего ввести электрод сначала в основную (например, латеральную), а затем - в дополнительную (например, оперкулярную или инсулярную) борозду.

Перед препаровкой борозды ее местоположение и внутреннее строение целесообразно идентифицировать при помощи системы оптической или электромагнитной нейронавигации.

Мобилизацию нервно-сосудистых структур можно осуществить при помощи арахноидальной диссекции, т.е. рассечения паутинной мозговой оболочки (12) и ее спаек (17) с мягкой мозговой оболочкой (13) и кровеносными сосудами (16), а также при помощи гидропрепаровки, т.е. инъекции физиологического раствора в субарахноидальное пространство препарируемой борозды под небольшим давлением.

Дополнительного расширения борозды и упрощения доступа к ее содержимому и стенкам можно добиться путем релаксации мозга, которая осуществляется, в числе прочего, при помощи внутривенного введения дегидратирующих средств, а также дренирования ликвора из субарахноидального пространства или мозговых желудочков.

Перед проведением электростимуляции или регистрации электрической активности исследуемых структур для уменьшения помех положение электрода можно зафиксировать при помощи устройства типа «третьей руки», например, гибкого плеча самоудерживающегося ретрактора.

При необходимости установления контакта с пациентом проводится его временное пробуждение.

По завершении картирования и других необходимых процедур электрод извлекается, рана послойно зашивается.

Экстраоперационное картирование отличается от интраоперационного тем, что один или несколько электродов устанавливают в борозды головного мозга пациента и оставляют там на необходимый для исследования срок. Электроды при этом подключаются к внешнему или имплантируемому в череп или подкожно-жировую клетчатку блоку управления (нейростимулятору или нейрорегистратору). Электростимуляцию или регистрацию электрической активности исследуемых структур осуществляют вне операции после некоторого восстановительного периода. При этом местоположение электродов необходимо верифицировать с помощью методов нейровизуализации.

Список использованной литературы

1. Каталог электродов и принадлежностей. Инфомед-Нейро. - 2013. - 67 с.

2. Gonzalez-Martinez J., Mullin J., Vadera S., Bulacio J., Hughes G., Jones S., Enatsu R., Najm I. Stereotactic placement of depth electrodes in medically intractable epilepsy. J Neurosurg. 2014 Mar; 120(3):639-44.

3. Intraoperative Monitoring Neurosurgical Accessories. GVB Gelimed. - 2016. - 32 p.

4. Lesser R.P., Crone N.E., Webber W.R. Subdural electrodes. Clin Neurophysiol. 2010 Sep; 121(9): 1376-92.

5. Product Catalog. Ad-Tech. - 2014. - Vol. 7. - 33 p.

6. Voorhies J.M., Cohen-Gadol A. Techniques for placement of grid and strip electrodes for intracranial epilepsy surgery monitoring: Pearls and pitfalls. Surg Neurol Int. 2013 Jul 26; 4:98.