與神經組織相互作用的裝置及其製造和使用方法與流程

2023-08-05 03:13:56 2

醫療裝置可以與受試者的組織相互作用以診斷或治療受試者。例如，受試者可以具有需要進行診斷和治療的神經學病理。

技術實現要素：

神經記錄和神經刺激裝置可被用於耳蝸、視網膜、外周神經系統、脊柱、大腦以及身體的其他部分。一般地，可以通過手術插入導電電極以及利用外部電子設備放大神經信號在深層大腦結構中執行神經記錄。能夠通過手術在目標中植入導電電極以及利用可植入脈衝發生器來嚮導電電極施加電信號來執行神經刺激。

導電電極可以通過立體定向手術或內診鏡檢查過程插入深層大腦結構內。在這些過程期間，引導插管可以靠近目標組織植入。導電電極可以通過插管送進至目標組織。

本文中說明的是一種對神經目標提供高度局部化神經記錄或神經刺激的微電極裝置。該裝置包括沿著可展開柔性銷的軸布置的多個電極。可展開柔性銷封裝在細長形探針軸內，並且能夠從其外殼擴展。另外，特別地製造的保護殼體可以聯接至細長形探針軸的至少一部分。在柔性銷的展開期間，微電極裝置的保護殼體減小柔性銷與探針軸之間的摩擦，並且因此降低了展開期間柔性銷的層離的風險。

根據本公開的一個方面，可植入微電極裝置包括具有外壁和遠端部的細長形軸。細長形軸限定貫穿的內部腔，外壁在其中限定多個窗口。端蓋與細長形軸的遠端部聯接。端蓋具有突出到細長形軸的內部腔內的截錐體端部。該裝置還包括與細長形軸的外表面聯接的保護管。保護管的一部分覆蓋多個窗口中的每一個的一部分。裝置還包括探針組件。探針組件包括多個柔性銷。多個柔性銷中的每一個可以通過多個窗口中的不同的窗口展開。多個柔性銷中的每一個以由端蓋的截錐體端部和保護管的遠端部限定的角度退出細長形軸。

在一些實施方式中，保護管構造成相當大地減小在通過多個窗口展開期間在多個柔性銷上引起的摩擦。與沒有保護管的裝置相比，保護管可以在展開期間將多個柔性銷上引起的摩擦減小大約50％與大約20％之間。保護管可以包括聚合物材料。在一些實施方式中，保護管和多個柔性銷包括相同基底材料。多個柔性銷可以構造成沿著端蓋的突出到內部腔和保護管內的截錐體端部滑動。保護管與多個柔性銷之間的摩擦係數可以在大約0.5與大約0.01之間，或者在大約0.2與大約0.01之間。

在一些實施方式中，微電極裝置還可以包括微型機電系統(MEMS)部件，微型機電系統部件可以包括第一組多個MEMS腿。第一組多個MEMS腿中的每一個可以與多個柔性銷之一的外表面對準並且聯接。該裝置還可以包括第二組多個MEMS腿，第二組多個MEMS腿可以通過可摺疊條帶聯接至第一組多個MEMS腿。第二組多個MEMS腿中的每一個可以與多個柔性銷之一的內表面對準並且聯接。MEMS腿可以包括至少一個電極。

在一些實施方式中，至少一個電極布置在多個柔性銷中的每一個上。探針組件還可以包括通過端蓋的中央通道展開的中央銷。端蓋的截錐體端部可以限定柔性銷與細長形軸的最小退出角。保護管可以限定柔性銷與細長形軸的最大退出角。在一些實施方式中，裝置包括至少四個窗口。

該裝置可以包括平移系統。平移系統可以包括平移環和平移器杆。平移系統可被構造成將平移環的旋轉運動轉換成平移器杆的軸向運動。平移器杆聯接至探針組件。在一些實施方式中，平移系統包括構造成將旋轉運動轉換成軸向運動以展開中央銷的第二平移環。

根據本公開的另一個方面，用於獲取神經活動數據的方法包括在神經目標的附近區域內植入微電極裝置。該裝置包括具有外壁和遠端部的細長形軸。細長形軸限定內部腔，外壁限定多個窗口。該裝置還包括與細長形軸的遠端部聯接的端蓋。端蓋具有突出到細長形軸的內部腔內的截錐體端部。該裝置還包括與細長形軸的外表面聯接的保護管。保護管的部分可以覆蓋多個窗口中的每一個的一部分。該裝置還包括具有多個柔性銷的探針組件。多個柔性銷中的每一個包括多個電極部位。該方法還包括通過多個窗口中的不同的一個窗口展開多個柔性銷中的至少一個。多個柔性銷可以以由端蓋的截錐體端部和保護管的遠端部限定的退出角展開。該方法還包括利用多個電極部位記錄神經活動。

在一些實施方式中，該方法可以包括將微電極裝置與立體定向設備聯接。多個柔性銷可以通過使微電極裝置的平移器環旋轉而展開。在一些實施方式中，微電極裝置可以包括使得柔性銷能夠獨立展開的多個平移器環。多個柔性銷可以縮回並且可以從神經目標移除神經探針。神經探針在受試者的大腦內的位置可以響應於所記錄的神經活動進行確定。該方法可以包括使神經探針與神經記錄和神經刺激裝置聯接。

在一些實施方式中，保護管構造成相當大地減小在通過多個窗口展開期間在多個柔性銷上引起的摩擦。保護管可以包括聚合物材料。保護管和多個柔性銷可以包括相同的基底材料。退出角的最小值可以由端蓋的截錐體限定，退出角的最大值可以由保護管的遠端部限定。在一些實施方式中，至少四個窗口限定在細長形軸的外壁中。在一些實施方式中，該方法包括使多個柔性銷沿著突出到內部腔和保護管內的截錐體端部滑動。

在一些實施方式中，該方法包括向旋轉平移系統施加旋轉力。旋轉的平移系統可以包括平移器杆。旋轉平移系統構造成將施加至旋轉平移系統的旋轉力轉換成平移器杆的軸向運動。平移器杆可以聯接至探針組件。

附圖說明

本文中說明的附圖用於例示目的。所說明的實施方式的各個方面可被誇大或放大地示出以便於理解所說明的實施方式。在附圖中，相同的附圖標記一般指代相同的特徵，在整個多個附圖中指代功能相似或結構相似的元件。附圖並不一定按比例繪製。附圖並非旨在以任何方式限制當前教導的範圍。從以下參照下述附圖的說明性說明書中可以理解上述系統和方法，在附圖中：

圖1是微電極裝置的一個實施方式的透視圖。

圖2A是適用於圖1的微電極裝置的示例性內部展伸子組件的平面圖。

圖2B和圖2C是適用於圖1的微電極裝置的示例性微電極探針組件的視圖。

圖2D-2F示出適用於圖1的微電極裝置的微電極探針組件的子部件。

圖2G-2J示出適用於圖1的微電極裝置的可摺疊延伸腿的各個視圖。

圖3A-3H示出適用於圖1的微電極裝置的示例連接墊片的各個視圖。

圖3I、3J和3K示出適用於圖1的微電極裝置的將聚合物絕緣層聯接至柔性電纜的各個視圖。

圖4A是適用於圖1的微電極裝置的示例性外部展伸子組件的平面圖。

圖4B是圖4A的具有保護管的外部展伸子組件的平面圖。

圖4C是圖4B的外部展伸子組件的橫截面圖。

圖5A是圖1的處於未展開狀態的微電極裝置的尖端的透視圖。

圖5B是圖1的處於未展開狀態的微電極裝置的尖端的橫截面圖。

圖6A是圖1的處於展開狀態的微電極裝置的尖端的透視圖。

圖6B是圖1的處於展開狀態的微電極裝置的尖端的橫截面圖。

圖6C-6H示出具有可獨立控制中心銷的微電極驅動器的尖端。

圖6I和6J示出具有固定中心銷的微電極驅動器的尖端。

圖7A是適用於圖1的微電極裝置的示例性平移系統的平面圖。

圖7B是圖7A的平移系統的橫截面圖。

圖7C是適用於圖1的微電極裝置的示例性平移系統的橫截面圖。

圖7D是圖7C的示例性平移系統的分解圖。

圖7E示出圖7A的平移系統的橫截面圖；

圖7F是圖7C的示例性平移系統的平移器杆和導向管的側視圖。

圖7G-7J示出沿著圖7C的平移系統的導向管運動的導向結構。

圖8A和圖8B分別是側視圖和橫截面圖，示出適用於圖1的微電極裝置的示例性標引系統。

圖8C-8G示出標引系統的各個部件如何裝配在一起。

圖9A-9E示出平移系統的系統性拆卸。

圖10A-10D示出具有多個平移器環的示例平移系統的視圖。

圖11A、圖11B和圖11C示出平移系統如何與示例性立體定向設備相互作用。

圖12示出平移系統與立體定向框架的一部分的相互作用以防止微電極裝置的拆除。

具體實施方式

以上介紹以及以下更詳細地論述的各種構思可以以多種方式中的任一種實施，所述構思不限於任何特定方式的實施方式。具體實施方式和應用的示例主要提供用於說明性目的。本文中討論的醫療裝置可以執行神經記錄和神經刺激操作以與組織電相互作用。在神經記錄的情況下，可以在神經組織上執行生理測量以診斷或治療患者。在神經刺激的情況下，電荷可被傳送至組織以便產生治療輸出或形成診斷結論。

本文中說明的是微電極陣列裝置及其製造和使用方法，以提供對神經目標的局部和有效的電刺激，神經目標比如為單獨神經元、神經元組和可以位於動物神經系統中，比如在人類大腦或動物大腦深處的神經組織。在比如為腳橋核的小的難發現大腦目標中或者在比如為底丘腦核的需要局部性水平的神經刺激的目標中，在大腦區域中需要許多微電極以利用電生理學記錄尋找目標。更大數量的微電極可以提高發現用於治療刺激所需的神經元的可能性。最接近目標大腦區域的微電極或微電極組可被用於慢性、治療刺激或抑制。

刺激可以高度局部化。在一些實施方式中，通過利用小電極，例如其直徑或寬度在大約2μm與大約2mm之間，對刺激進行局部化。這些微電極元件之間的相對間距可以在大約2μm與大約2mm之間。在一些例子中，直徑為大約150μm並且具有大約1000μm間距的微電極可被用於刺激神經組織。這種微電極元件的陣列可以包括一個或更多個這種元件(例如十六個元件)，每個元件布置在相應的位置或地點。

較小的微電極元件能夠提供神經刺激，由於一系列這種微電極能夠識別所關注的刺激區域，因此神經刺激是高度局部化和有效的。例如，這種微電極元件陣列中的一個或更多個微電極元件可被用於記錄檢測或記錄微電極元件附近的神經元活動。由微電極元件的相對小的尺寸或間距提供的這種細化可被用於獲得神經元活動在圍繞植入物的區域中的高度局部化映射。具有定位在神經目標的大致附近的多個微電極元件的適當地設定尺寸的微電極陣列可被用於通過識別定位在神經目標的非常具體的區域中那些一個或更多個微電極元件在不進行進一步重定位的情況下定位準確的神經目標。微電極陣列可被編程以在非常具體的區域中進行刺激，例如，利用一定數目的微電極元件來主動地刺激周圍神經元或神經元組織，同時該陣列的其他電極元件保持靜態。

在一些實施例中，微電極陣列定位在三維空間中，而非作為線性陣列或二維陣列植入在膜上。微電極陣列可以沿著軸定位並且從中央腔發散以便覆蓋目標組織。

在一些實施例中，包括具有相對小的尺寸或間距的元件的微電極陣列的細長形裝置可被用於獲得圍繞植入物的區域中的神經元活動的高度局部化映射。例如，配置有沿著裝置的遠端部的長度定位的微電極線性陣列的這種裝置可被放置到患者的大腦中。微電極陣列的元件可以包圍包括神經目標的區域。神經活動可以由微電極元件中的一個或更多個獨立地檢測。所檢測的活動可以捕獲在記錄器或顯示裝置中，設定臨床醫生能夠識別微電極元件中的哪一個或更多個最靠近指定目標定位。獲知微電極元件中的每一個沿著裝置的相應的位置以及確定到比如為患者的顱骨的參照的距離之後，目標的準確位置可被確定為沿著裝置的軌跡的距離。參照特定微電極元件測量距離。可以在不對細長形裝置進行任何重定位的情況下確定目標的位置，由此簡化醫療過程。

在一些實施例中，裝置用於急性內部手術用途；在定位目標之後移除。該裝置可以利用慢性探針替換或定位在確定的目標位置處。該裝置可以作為慢性裝置保持就位，相同微電極或不同的微電極用於在延長的時間段內記錄或刺激神經目標。

在一些實施方式中，本文中說明的微電極裝置包括內部展伸子組件和外部展伸子組件。外部展伸子組件可以包括限定內部腔的細長形軸。多個窗口朝向細長形軸的遠端部限定在細長形軸的壁中。微電極裝置還包括與細長形軸的遠端部聯接的端蓋。端蓋的一部分包括截錐體端部。端蓋的截錐體端部突出到細長形軸的內部腔內。保護管可以與細長形軸的外表面聯接。保護管可以覆蓋每個窗口的一部分。微電極裝置還可以包括探針組件。探針組件構造成滑動通過細長形軸的內部腔。探針組件可以包括柔性銷。柔性銷中的每一個與限定在細長形軸中的窗口之一對準，設定柔性銷能夠通過窗口展開。柔性銷通過窗口展開的角度至少部分地由端蓋的截錐體端部和保護管的遠端部限定。

圖1示出微電極裝置100的示例性實施方式。微電極裝置100可以包括至少一個細長形微電極引導組件105。引導組件105可以包括至少一個外部展伸子組件240和至少一個內部展伸子組件270。如圖1所示，微電極裝置100處於展開狀態。在展開狀態中，在內部展伸子組件270的微電極探針組件從外部展伸子組件240中突出時，內部展伸子組件270的遠端部是可見的。至少一個平移系統300(也稱為控制器300)可以與引導組件105的近端部聯接。

外部展伸子組件240可以提供保護殼體，內部展伸子組件270在被平移系統300驅動時滑動通過保護殼體。在一些實施方式中，外部展伸子組件240的壁形成限定內部腔的細長形軸。內部展伸子組件270可以貫穿外部展伸子組件240的內部腔。平移系統300可以由操作人員控制並且可以使操作人員能夠選擇微電極探針組件的柔性銷中的每一個展開的長度。

圖2A示出示例內部展伸子組件270。內部展伸子組件270包括聯接至展伸管271的遠端部的微電極探針組件600。微電極探針組件600還示出在圖2B和圖2C中。在一些實施方式中，展伸管271構成內部展伸子組件270的長度的大部分。內部展伸子組件270可以在長度和直徑方面有變化，但一般為至少大約28cm長，(例如至少20cm長、至少25cm長、至少28cm長、至少30cm長等等)以及直徑為大約1.27mm(例如直徑在1.0-2.0mm的範圍內)。

圖2B和圖2C示出示例性微電極探針組件600的視圖。如上所述，微電極探針組件600可以聯接至展伸管271的遠端部。如由展伸管271的剖切圖所展示的，展伸管271可以是中空的。展伸管271還可以是實心或非中空的。電接線(比如導電線或柔性PCB纜線)可以從平移系統300到微電極探針組件600的電極貫穿展伸管271(例如穿過中空空間)。電接線可以將電極電聯接至脈衝發生器或控制器。例如，刺激信號可以被遞送至電極，用於遞送至包圍植入電極的組織。另外，所記錄的信號可以從電極傳遞至脈衝發生器的反饋系統或外部數據記錄器。

參照圖2B和圖2C，其中，微電極探針組件600可以包括四個柔性銷202a、202b、202c和202d(共同地稱為柔性銷202)。柔性銷202可以包括沿其軸布置的多個電極610。柔性銷202中的四個(或其他數目)可以沿向前方向、向後方向、側向方向或中間方向突出。柔性銷202可以通過對展伸管271的遠端部進行雷射切割來製造。柔性銷202還可以由展伸管271單獨地製造，並且然後通過膠粘或雷射焊接聯接至展伸管271。其中，進一步關於圖2D-2E討論柔性銷202的單獨製造。

微電極探針組件600還包括沿著與內部展伸子組件270相同的縱向軸線的中心銷204。中心銷204可以是扁平線，在一些實施方式中，可以與柔性銷202分離。中心銷204可以通過膠粘或雷射焊接聯接至微電極探針組件600。中心銷204可以包括沿著其軸布置的多個電極610。

內部展伸子組件270的部件可以由生物相容的材料製造。在一些實施方式中，材料選擇成經受24小時的植入。材料還可被選擇成使其在大於24小時的持續時間內保持生物相容。微電極探針組件600的非導電部件可以由聚醯亞胺製造。微電極探針組件600的導電部件(例如電極610)可以由例如鉑、鉑-銥合金和金製造。

微電極探針組件600、柔性銷202和電極610可以定尺寸和成形為用於指定神經應用。例如，微電極探針組件600可以至少部分地放置在患者或其他受試者的中樞神經系統內。微電極探針組件600可被放置在身體的其他部分或器官內，比如脊柱的硬膜外腔內，或放置在外周神經系統內的其他位置內，或者放置在比如為肝臟或心臟的器官內。微電極探針組件600和柔性銷202的直徑和長度可以根據特定的解剖學目標而變化。在一些實施方式中，具有2-4、4-8、8-12和12-16柔性銷202。每個柔性銷202包括每柔性銷202的2-4、4-8、8-12、12-16和16-32電極610。

電極610可以定尺寸或間隔成從神經元記錄或刺激神經元。微電極探針組件600可被用於在神經目標處檢測或記錄神經元活動。自然地發生在神經目標內的神經元活動產生局部電磁場，局部電磁場能夠由微電極陣列的微電極元件中的一個或更多個檢測。例如，由神經元產生的電場可以使微電極元件中的一個或更多個偏振。這種偏振產生相對於比如為電接地或電極610中的另一個的參照的電勢。所檢測的電磁場從電極610中的一個或更多個傳導至微電極裝置100的外部的裝置。信號從電極610傳導通過中空展伸管271內的內部電導體。連接至微電極裝置100的外部裝置可以是一個或更多個另外的醫療裝置，另外的醫療裝置可以進一步處理所檢測的電動作。例如，電極610可以聯接至顯示裝置或記錄裝置，用於顯示或記錄來自神經目標的電動作。

在一些實施方式中，電極610中的一個或更多個用於電刺激神經目標。例如，一個或更多個外部產生的電信號可被應用於電極610中的一個或更多個。這些電信號可以通過內部電導體傳導至電極610中的一個或更多個。根據電信號的幅值和極性，能夠通過極化電極610感應電場。由這種偏振感應的電場可以與目標部位處的一個或更多個神經元相互作用。

圖2D和2E示出微電極探針組件600的子部件。一般說來，微電極探針組件600包括微機電系統(MEMS)部件和展伸管271。圖2D示出MEMS部件620和630，圖2E示出展伸管271。MEMS部件630包括用於柔性銷202的電極。MEMS部件630被分成三個區域：連接陣列500、臺肩631和MEMS腿605。MEMS部件620包括連接陣列500和單個MEMS腿605，並被用於形成中心銷204。圖2E示出在增加MEMS部件630和620之前的展伸管271。連接陣列500包括多個連接墊片510。連接陣列500可以為微電極探針組件600中的每個電極610提供連接點。

圖2F示出組裝的微電極探針組件600的剖面圖。如圖2F所示，每個MEMS腿605聯接至柔性銷202並且與柔性銷202對準。中心MEMS部件620可以與中心銷204聯接，MEMS主要部件630圍繞展伸管271的遠端部包裹，使得每個MEMS腿605與展伸管271的柔性銷202對準。在一些實施方式中，MEMS部件與展伸管271利用生物相容粘合劑進行聯接。

圖2G、2H和2I分別示出具有可摺疊延伸腿611的微電極探針組件600的剖視圖、側視圖和端視圖。可摺疊延伸腿611(也稱為MEMS腿611)延伸經過MEMS腿605以及然後沿著柔性銷202中的每一個的內表面摺疊。可摺疊延伸腿611中的每一個與柔性銷202之一的內表面612對準並且聯接。在該構造中，微電極探針組件600包括位於柔性銷202的內表面612和外表面613兩者上的電極610。可摺疊延伸腿611通過可摺疊條帶640與MEMS腿605聯接，可摺疊條帶640摺疊在柔性銷202中的每一個的遠端尖端上。

圖2J和2H分別示出具有可摺疊延伸腿611的微電極探針組件600的剖視圖和端視圖。在圖2J和圖2H的示例微電極探針組件600中，可摺疊條帶640摺疊在柔性銷202中的每一個的側面641上。

尤其參照圖2F，MEMS部件620和630中的每一個包括連接陣列500。連接陣列500可以包括多個連接墊片，用於與布置在MEMS部件620和630上的電極建立電連接。

圖3A示出示例連接墊片510的放大的俯視圖。圖3B示出連接墊片510的側視圖。連接墊片510中的每一個通過嵌入在MEMS部件的聚合物絕緣層512內的電導體與電極610電聯接。導電墊片511定位在聚合物絕緣層512的頂部上並且定位在嵌入在聚合物絕緣層512內的導電電纜線上。在導電墊片511中形成通孔514。在通孔514內，通過聚合物絕緣層512刻蝕十字形切口513。在一個實施例中，導電墊片511包括金。導電墊片511可以通過電鍍沉積在聚合物絕緣層512上沉積在鉑層上。

圖3C和圖3D分別示出具有穿過導電墊片511中的孔514的導電線550的連接墊片510的側視圖和俯視圖。該導電線550的另一端部連接至外部電子裝置或控制器。十字形切口513使得聚合物層512的區域能夠是柔性的並且一旦插入導電線550即可將導電線550臨時保持就位。在一個實施例中，線可以利用非導電粘合劑在下面緊固。在導電墊片511的表面551上，導電粘合劑被用於緊固線並且建立線550與導電墊片511之間的電接觸。在一些實施方式中，採用具有通路銷的PCB纜線，而非採用(或除嵌入之外)穿過導電墊片511的導電線550。

圖3E、3F、3G和3H示出聯接至柔性PCB纜線560的示例連接陣列500的各個視圖。柔性PCB纜線560可以包括多個通路銷565，通路銷565與連接陣列500中的連接墊片510對準。柔性PCB纜線560可以向多個連接排列500供電。通路銷565可以通過十字形切口513和導電墊片511中的通孔514插入–類似於線550如何通過通孔514插入。導電墊片511與通路銷565之間的電結合可以通過導電粘合劑形成。在一些實施方式中，通過將上述部件封裝在非導電粘合劑內提供機械強度。

圖3I、3J和3K示出了將聚合物絕緣層512聯接至柔性纜線560的各個視圖。在圖3I、3J和3K中，柔性pcb纜線560利用線接合法與聚合物絕緣層512聯接。可以通過利用與導電墊片511中的每一個聯接的接合線1600(例如直徑為大約25μm的金線)在兩個導電墊片511(例如金墊片)之間建立電連接。在一些實施方式中，接合線1600利用超聲振動和垂直壓力與導電墊片511聯接。柔性pcb纜線560的導電墊片511可以通過窗口1700進入，窗口1700穿過聚合物絕緣層512的各層。窗口可以是300μm×300μm。在一些實施方式中，窗口1700比導電墊片511大至少50％。

圖4A和4B示出示例性外部展伸子組件240的尖端的示例視圖。外部展伸管261可以延伸外部展伸子組件240的長度。外部展伸管261可以形成細長軸。作為細長軸的外部展伸管261的壁可以限定內部展伸子組件270能夠通過其自由滑動的內腔。外部展伸管261可以在長度和直徑方面有變化，但例如可以為至少大約28cm長，(例如至少20cm長、至少25cm長、至少28cm長、至少30cm長等等)以及直徑為大約1.27mm(例如直徑在1.0-2.0mm的範圍內)。外部展伸管261的內徑可以稍微大於內部展伸子組件270的外徑，使得內部展伸子組件270可以在外部展伸管261內自由地滑動。

端蓋262可被聯接至外部展伸管261的遠端部。在一些實施方式中，端蓋262通過膠粘或雷射焊接聯接至外部展伸管261。在其遠端部處，外部展伸管261的外壁可以限定四個窗口265。窗口265可以朝向外部展伸子組件240的遠端部限定。當組裝時，一個窗口265可以與柔性銷202中的每一個對準。具有更多或更少柔性銷202的實施例也分別包括更多或更少的窗口265，使得每個柔性銷202與一個窗口265相關。每個窗口265的寬度241可以比與窗口265相關的柔性銷202的寬度稍寬(例如在20％以內)。

圖4B示出外部展伸子組件240的尖端，其中保護管250聯接至外部展伸管261的外表面。保護管250的遠端部覆蓋每個窗口265的一部分並且將柔性銷202中的每一個從窗口265引導出。在一些實施方式中，保護管250沿著外部展伸管261的基本部分延伸。在一些實施例中，保護管250僅覆蓋外部展伸管261的靠近窗口265的部分。

圖4C示出外部展伸子組件240的尖端的橫截面圖。端蓋262包括聯接在外部展伸子組件240內的近端截錐體(或錐臺形狀)端部263。端蓋262可以聯接至外部展伸子組件240，使得截錐體端部263突出到由外部展伸管261的壁限定的內腔內。特別地參照圖6A和6B，端蓋262的截錐體端部263或保護管250能夠使得柔性銷202以預定軌跡(或角度)退出外部展伸子組件240。中心銷204的軌跡可以通過中心通道267控制。

圖5A示出處於非展開(或默認)狀態的微電極裝置100的尖端的透視圖。圖5B示出處於非展開狀態的微電極裝置100的尖端的橫截面圖。在非展開狀態中，柔性銷202中的每一個可以定位在端蓋262的截錐體端部263上並且與窗口265之一對準。中心銷204與中心通道267對準。在非展開狀態中，柔性銷202中的每一個可以包含在外部展伸子組件240內以便能夠植入裝置。在非展開狀態植入微電極裝置100提供能夠在微電極裝置100穿過通向目標組織過程中的周圍組織時降低由微電極裝置100引起的損傷。

圖6A和圖6B示出當微電極探針組件600處於展開狀態時的微電極裝置100的尖端。展開角552(或退出角)部分地由至少微電極裝置100的外徑、端蓋262的截錐體特徵263的尺寸和形狀以及保護管250的設置限定。例如，當內部展伸子組件270被驅動通過外部展伸子組件240時，柔性銷202的向內面向側面開始與端蓋262的截錐體特徵263接觸。這將柔性銷202從外部展伸子組件240中驅動出去。在柔性銷202的向外面向邊緣上，柔性銷202由保護管250引導。在一些實施方式中，截錐體特徵263確定柔性銷202和保護管250的退出角552，以確保柔性銷202不過度延伸超過所需退出角552。保護管250可以提供在柔性銷退出窗口265時的柔性銷202的退出角的上限，並且端蓋262的截錐體特徵263可以提供最小退出角。例如，如果保護管250朝向端蓋262的最遠端部在窗口265的較大部分上延伸，則柔性銷202的退出角在與保護管250延伸窗口265的較小部分的實施方式相比時將更淺。

圖6C-6H示出具有可獨立控制中心銷204的微電極驅動器100的尖端。圖6C-6H示出中心銷204在柔性銷202展開之前通過中心通道267的展開狀態。在一些實施方式中，中心銷204在柔性銷202之後展開。在其他實施方式中，中心銷204或柔性銷202中的僅一個展開。

尤其如圖6A所示，窗口265可以比柔性銷202稍寬(例如，在20％以內)。在一些實施方式中，窗口265的寬度241基本類似於柔性銷202的寬度，使得柔性銷202能夠自由地退出外部展伸子組件240，但是窗口265可以在展開期間控制柔性銷202的側向位置。例如，窗口265可以在柔性銷202退出外部展伸子組件240時減少柔性銷202的不希望的旋轉。

在一些實施方式中，柔性銷202和保護管250構造成在展開期間減少柔性銷202的層離。層離可以由柔性銷202與窗口265的外壁之間的摩擦引起。在一些實施方式中，使柔性銷202或微電極探針組件600層離的可能性通過使柔性銷202沿著截錐體特徵263和保護管250而非窗口265的壁滑動來減小。保護管250可以由與用於製造微電極探針組件600或柔性銷202的材料相同或相似的聚合物材料製成。可以選擇材料以減小保護管250與截錐體特徵263之間的摩擦。當與不具有保護管250的裝置相比時，保護管250和截錐體特徵263可被製造成在柔性銷202的展開期間減小磨損。在一些實施方式中，柔性銷202相對於保護管250或截錐體特徵263的摩擦係數在大約0.5與大約0.01之間、在大約0.3與大約0.01之間或小於大約0.1。在與柔性銷250摩擦不鏽鋼軸的裝置相比時，相對於由聚醯亞胺材料製成的保護管250摩擦的柔性銷202的摩擦係數可以為其一半大小。在一些實施方式中，由於柔性銷202與保護管250的外表面包括相同的基底材料，比如聚合物材料，由此獲得柔性銷202與保護管250之間的摩擦係數。

在一些實施方式中，保護管250和截錐體特徵263由與柔性銷202相同的材料製造以限制層離。例如，保護管250、柔性銷202或截錐體特徵263可以由聚醯亞胺製造。在一些實施方式中，所選擇的材料具有低摩擦係數(COF)。例如，所選擇的材料可以具有小於0.5、小於0.2或小於0.1的COF。相對低的COF使得柔性銷202能夠在展開期間從外部展伸子組件240平滑地滑出。低的COF通過在柔性銷202退出外部展伸子組件240時減小施加至柔性銷202的力來降低層離的風險。

特別是圖6A和圖6B、圖6I和圖6J示出了微電極探針組件600的展開。在一些實施方式中，如圖6I所示，中心銷204固定在展開狀態中。展開的中心銷204可以減輕組織取心，組織取心是中心通道267(沒有展開的中心銷204)能夠通過其切開組織的方法。為了降低取心的可能性，中心銷204可以固定在展開狀態中，可以填充中心通道267與中心銷204之間的任何間隙。在一些實施方式中，填充物形成中心銷204的基部與中心通道267之間的類似錐體的過渡。在一些實施方式中，可以在植入處理期間通過中心銷204作出記錄，例如用於確定微電極探針組件600的位置。圖6J示出柔性銷202的展開，其不改變中心銷204的位置。

圖7A示出示例性平移系統300的側視圖，圖7B示出平移系統300的橫截面圖。平移系統300可以驅動內部展伸子組件270穿過外部展伸子組件240以展開和縮回柔性銷202。如關於圖1所說明的，平移系統300聯接至引導組件105的近端部。如圖7A所示，控制器300的殼體包括平移器環311、可移除端蓋310和主體殼體312。

參照圖7B，平移系統300的內部構件包括鎖銷313、平移器杆330和引導銷320。在一些實施方式中，平移系統300通過將平移器環311的旋轉運動轉換成平移器杆330的沿著微電極裝置的長度的軸向運動來驅動內部展伸子組件270。平移器環311和平移器杆330可以用作絲槓以軸向地驅動平移器杆330和內部展伸子組件270。平移器環311的內孔可以包括與平移器杆330上的螺紋匹配的螺紋。當操作人員使平移器環311旋轉時，平移器環311的螺紋在平移器杆330的螺紋上施加力，並且在平移器杆330上引起軸向運動。平移器杆330可以通過雷射焊接或膠粘與探針組件600的內部展伸子組件270聯接。在一些實施方式中，平移器杆330聯接在平移系統300內，使其僅具有沿著平移系統300的中心軸線的一個運動自由度。

在一些實施方式中，控制器不具有平移器環311，而利用推拉杆展開柔性銷202。例如，推拉杆可以沿著其線性軸線聯接至內部展伸子組件270。當操作人員推動或拉動推拉杆時，運動被直接傳遞至內部展伸子組件270和柔性銷202。

平移系統300包括可移除後蓋310。移除該後蓋310提供通向內部展伸子組件270。後蓋310可以通過手或利用工具旋開。在一些實施方式中，平移器環311還可以在拆除後蓋310之後從平移系統300去除。在拆除後蓋310和平移器環311之後，為操作人員提供足夠的通道以去除平移器杆330和內部展伸子組件270。在一些實施方式中，後蓋310的拆除是使得操作人員能夠暴露微電極裝置100的內部構件並且在平移系統300內出現機械故障的情況下使內部展伸子組件270和柔性銷202縮回的安全機構。進一步關於圖9A–9E說明拆卸平移系統300的方法。

平移系統300可以包括定心銷321和一個或更多個引導銷320。在一些實施方式中，定心銷321被用於標引立體定向設備(例如，用於深層腦刺激手術的立體定向設備)中的微電極裝置100。例如，定心銷321和引導銷320可以在立體定向設備內以垂直排列設置，以指示微電極裝置100相對於立體定向設備的初始位置。在一些實施方式中，引導銷320形成與立體定向設備上的鎖匹配的鑰匙。引導銷320防止當利用平移器環311時可能引起的任何旋轉運動，並且還幫助微電極裝置100向立體定向設備的初始標引。

在一些實施方式中，定心銷321還加強外部展伸子組件240的使得微電極裝置100一般夾緊至立體定向設備的部分。在一些實施方式中，引導銷320彼此分離大約4mm(按照通過其縱向軸線之間的距離測量)。在一些實施方式中，每個引導銷320與定心銷321間隔開大約2mm(按照由其縱向軸線之間的距離測量)。進一步關於圖9A-9E論述平移系統300與立體定向設備的相互作用。

圖7C示出示例性平移系統300的橫截面圖，圖7D示出平移系統300的分解圖。平移系統300包括用於展開柔性銷202的導向特徵和標引特徵。平移系統300包括平移器杆330，平移器杆330將平移器環311的旋轉轉換成沿著平移系統300的中心軸線的直線運動。平移系統300還包括多個球(或其他類型)軸承432，球軸承432通過彈簧431相對於平移器主體312保持。球軸承432和彈簧431可以是標引系統的部分。平移器杆330可以包括裝配到導向管410的導向狹縫411內的導向結構331。導向管410可被插入和固定至平移器主體312內。

圖7E示出關於平移系統300的另外的細節。外部展伸子組件240可以與主體殼體312聯接。上述外部展伸子組件240可以與平移系統300聯接，例如通過將外部展伸子組件240插入定心銷321內。在一些實施方式中，外部展伸子組件240通過雷射焊接或膠粘聯接至定心銷321。控制器300可以包括至少兩個機械止動器407。第一可以是如圖5A和5B所示的默認非展開位置，第二可以是如圖6A和6B所示的完全展開位置。當平移器杆330與主體312接觸時能夠遇到機械止動器470a。當平移器杆330與鎖銷313完全接觸時能夠遇到機械止動器470b。在一些實施方式中，第一機械止動器可以確保柔性銷202不在外部展伸子組件240內過度縮回。第二機械止動器可以確保柔性銷202不過度展開。在一些實施方式中，第二機械止動器使得柔性銷202能夠展開至大約10mm-8mm、大約8mm-6mm、大約6mm-4mm或大約4mm-2mm的長度。平移系統300可以包括多個中間臺階，這允許柔性銷202展開小於其完全展開長度的預定距離。

圖7F是當平移器杆330插入導向管410內時平移器杆330和導向管410的側視圖，並且未示出平移系統300的其他部件。導向管410的導向狹縫411可以為平移器杆330提供例如沿著平移系統300的中心軸線的一個自由度。在示例性平移系統300中，導向管410可以包括三個導向狹縫411，平移器杆330包括三個導向結構331。導向結構331滑動到導向狹縫411內。導向結構331插入到導向狹縫411內能夠防止平移器杆330基本旋轉，並且可以將平移器杆的運動限制為單個自由度。

圖7G、7H、7I和7J提供在使用者使平移器環311旋轉時如何使導向結構331沿著導向管410運動的另外的圖像。圖7G表示平移系統300的默認狀態。在圖7I中，隱藏平移器環311以示出在平移系統300的默認狀態中，平移器杆330朝向平移系統300的近端部。當使用者旋轉平移器環311時(如圖7H所示)，平移器杆330前進，使柔性銷202展開。圖7J示出沒有平移器環311的平移系統300，以示出在展開狀態中平移器杆330處於朝向平移系統300的遠端部的位置中。

平移系統300包括使操作人員能夠將柔性銷202展開至預定長度的標引系統。圖8A示出部分構造的平移系統300的側視圖，圖8B示出沿著部分構造的平移系統300的平面700的剖切圖。在圖8A中，平移器環311被拉離平移器主體312以暴露標引系統的球軸承432和彈簧431(共同稱為球軸承彈簧433)。標引系統允許在柔性銷202的非展開和展開狀態之間控制平移器杆330。標引系統使使用者能夠確定柔性銷是否處於展開位置、縮回位置或其之間的預定位置。

圖8B示出平移器主體312的背面701。標引系統包括球軸承彈簧433和標引孔314a和314b。球軸承彈簧系統433由直徑為1mm的球軸承432和彈簧431組成。彈簧431對著平移器主體312的背面701保持球軸承432。這些彈簧431可以通過鑽入平移器環311內的孔容納。標引孔314可以是銑削在平移器主體312的背面701內的半球孔。標引孔314的直徑可以與球軸承432的直徑大致相同(例如+/-10％)，使得標引孔314可以容納球軸承432。當平移器環311旋轉時，球軸承432落入標引孔314內以表示柔性銷202的預定量的展開。在一些實施方式中，球軸承彈簧系統433減小可被存在於機械平移系統300中的機械間隙。例如，球軸承彈簧系統433可以提供能夠減小平移器環311與平移器主體312之間的摩擦的機械穩定特徵(例如三接觸點系統)。

與平移系統300的中心軸線的距離對於球軸承彈簧系統433中的一個或更多個可以不同。例如，圖8B描繪了可以比球軸承彈簧433c徑向偏移稍微不同差值的球軸承彈簧系統433a和433b。在該例子中，球軸承彈簧433c用於標引系統中，同時球軸承彈簧433a和433b用於機械穩定性。標引孔314可以與球軸承彈簧433c從平移系統300的中心軸線偏移相同距離。例如，當標引孔314a容納球軸承彈簧433c的球軸承432時，柔性銷202完全縮回，並且當平移器環311旋轉使得標引孔314b容納球軸承彈簧433c的球軸承432時，柔性銷202完全展開。在一些實施方式中，多個標引孔沿著標引孔314a與標引孔314b之間的徑向路徑設置，使得柔性銷202可被展開至規定長度。沿著特定半徑虛擬畫出的軌道的長度限定在平移器杆330上引起的最大線位移距離。圖8C、8D、8E、8F和8G示出平移器環311、球軸承彈簧433和標引系統的其他部件如何裝配在一起。

圖9A–9E示出平移系統300的系統性拆卸的例子。如果平移系統300變得卡阻，則平移系統300可以作為安全機構被拆卸以使柔性銷202縮回。在一些實施方式中，首先，去除可移除端蓋310以露出鎖銷313和導向管410。接著，去除鎖銷313，然後去除導向管410。然後，去除平移器杆330以露出內部展伸子組件270，操作人員可以手工去除平移器杆330以使柔性銷202縮回。

在一些實施方式中，柔性銷202中的一個或更多個能夠獨立地控制。平移系統300可以包括不同的平移器環311以控制可獨立控制的柔性銷202中的每一個的展開。圖10A示出具有兩個平移器環311的平移系統300的透視圖。圖10B示出具有兩個平移器環311的平移系統300的側視圖。具有兩個平移器環311的平移系統300可被用於例如控制具有獨立控制的中心銷的微電極裝置。例如，第一平移器環311可被用於控制中心銷的展開，第二平移器環311可被用於控制其餘柔性銷的展開。

圖10C和10D分別示出具有五個平移器環311的平移系統300的透視圖和側視圖。在一些實施方式中，微電極裝置的柔性銷中的每一個可以獨立地控制。因此，微電極裝置的柔性銷中的每一個可以聯接至五個平移器環311之一，以使柔性銷能夠獨立地展開和縮回。在具有可獨立展開的柔性銷的一些實施方式中，外科醫生可以僅展開在手術過程期間與診斷相關的柔性銷，並且防止可能引起患者損傷的柔性銷的展開。

圖11A和11B示出平移系統300如何與示例性立體定向設備800相互作用。設備800的保持件810包括多個匹配孔815。孔815構造成與平移系統300的引導銷320匹配。一旦引導銷320與孔815匹配，由其如圖11B所示，平移系統300不能圍繞其中心軸線旋轉。

圖11C示出與立體定向框架1200一起使用的微電極裝置100。立體定向框架1200可以在手術之前放置並固定至患者的頭部。卡規裝置800可以是立體定向框架1200的一部分並且可被用於與微電極裝置100接口，以及可以相對於患者的頭部確定微電極裝置的位置。裝置100的插入軌跡可以利用導向管1210進行引導，導向管1210可以通過保持件810與立體定向設備800接口。隨著微電極裝置100處於預定位置，可以如圖11C所示地展開銷。

在一些實施方式中，微電極裝置構造成防止電極裝置的取出，同時使柔性銷展開到患者的組織內。在一些實施方式中，微電極裝置的平移系統300包括當柔性銷展開時向外科醫生發出警報的警報器或當柔性銷展開時阻止微電極裝置的拆除的機構。

平移系統300可以包括可視或聲音報警系統，比如LED或蜂鳴器。當柔性銷處於其縮回狀態時，報警可以中止。當柔性銷之一展開時，報警可以觸發。例如，當柔性銷縮回時，平移系統300上的紅色LED可以熄滅。然而，當柔性銷之一展開時，可以向紅色LED提供電力以警告外科醫生應該從患者去除微電極裝置。平移系統300可以包括第二LED，比如綠色LED，其向外科醫生表示柔性銷縮回並且從患者去除微電極裝置是安全的。警報器可以由保持在平移系統300內的電池提供電力。

當一個或更多個柔性銷展開時，平移系統300的視覺警報器可以包括曝光彩色環的機械指示器或其他靜態視覺指示器。視覺指示器可以保持可見，直到柔性銷中的每一個縮回。機械指示器可以不需要向外科醫生發出警告的電源。

當一個或更多個柔性銷展開時，平移系統300可以物理地阻止微電極裝置從患者的拆除。圖12示出平移系統300與立體定向框架800的一部分的相互作用以防止微電極裝置的拆除。

在一些實施方式中，立體定向框架800的一部分可以電氣或機械地連接至平移系統300，以防止微電極裝置在一些條件下的位移，比如當柔性銷展開時。如果柔性銷不在安全位置中，立體定向框架800可以電氣或機械地阻礙微電極裝置相對於患者的大腦的運動。

圖12示出當一個或更多個柔性銷展開時防止微電極裝置縮回的示例機械系統。阻止機構801可以聯接至平移系統300。阻止機構包括旋轉延伸件805。當平移環311之一旋轉以展開柔性銷中的一個或更多個時，旋轉延伸件805內的齒輪可以使阻止延伸件515在保持件810的凸緣上旋轉。例如，如果外科醫生試圖通過牽拉平移系統300使微電極裝置縮回，阻止延伸件515將使微電極裝置保持就位。隨著柔性銷縮回，阻止延伸件515將不卡持保持件810，微電極裝置能夠從患者退回。

本文已說明微電極裝置的各個實施方式。這些實施例通過示例給出，而非限制本公開的範圍。已被說明的實施例的各個特徵可以以各種方式組合以產生多種另外的實施例。此外，雖然已說明了用於所公開的實施例的各種材料、尺寸、形狀、植入位置等等，但是在不超出本公開的範圍的情況下可以利用除所公開的特徵之外的特徵。

本文中說明的急性或慢性的裝置可以急性地或慢性地使用。裝置可以在這種周期比如在手術期間植入，並且然後去除。其可以植入延長的時間或不明確的時間。本文中說明的作為慢性的任何裝置也可被急性地使用。

本公開不限於本申請中所述的旨在例示各個方面的具體實施例。可以在不脫離本公開的精神和範圍的情況下做出改進和變型。功能上等同的方法和設備可以包括在本公開的範圍內。這些改進和變型旨在落入所附權利要求的範圍內。本公開的主題包括被稱為等同物的全部範圍。本公開不局限於可以變化的具體方法、試劑、化合合成物或生物系統。本文中使用的術語的目的在於描述具體實施例，而非旨在限制。

關於本文中使用的基本任何複數或單數術語，如上下文或申請中所適用的，複數可以包括單數，單數可以包括複數。

一般說來，本文中使用的術語，特別是隨附權利要求(例如，隨附權利要求的主體)中使用的術語一般解釋為「開放式」術語(例如，術語「包含」應該解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應該理解為「至少具有」，術語「包括」應該理解為「包括但不限於」，等等)。導向所述主題的權利要求可以包含導引短語「至少一個」和「一個或更多個」的使用以引入權利要求內容。然而，這些短語的使用不應被解釋為通過不定冠詞「a」或「an」引入的權利要求內容將包含這些引入權利要求內容的任何具體權利要求限制於包含僅一項這種內容的實施例，即使當相同的權利要求包括導引短語「一個或更多個」或「至少一個」以及比如為「a」或「an」的不定冠詞時(例如，「a」和/或「an」應被解釋為表示「至少一個」或「一個或更多個」)；這對於使用用於引入權利要求內容的定冠詞也是適用的。另外，即使明確記載了所引入權利要求內容的具體數目，但是這些內容可以至少指代所記載的數目(例如，不包括其他改進的「兩項內容」的單純列舉指代至少兩項內容，或兩項或更多內容)。此外，在採用類似於「A、B和C等等中的至少一個」的慣用語的這些情況下，一般說來這種結構將包括但不局限於具有僅A、僅B、僅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等等)的系統。在採用類似於「A、B或C等等中的至少一個」的慣用語的這些情況下，一般說來這種結構將包括但不局限於具有僅A、僅B、僅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等等)的系統。不論是在說明書、權利要求或附圖中，表示兩個或更多個替代術語的任何分離的詞語或短語可以預期包括術語之一、術語中任一者或術語兩者的可能性。例如，短語「A或B」包括「A」或「B」或「A和B」的可能性。

另外，在本公開的特徵和方面依據馬庫什組說明的情況下，本公開還依據馬庫什組的任何的單個構件或構件的子群進行說明。

本文中公開的任何範圍還包括任何以及全部可能的子範圍以及子範圍的組合。任何列出的範圍可以被容易地識別為充分地描述同一範圍以及使同一範圍被分解為至少相等的兩份、三份、四份、五份、十份等等。作為為限制性示例，本文中所述的每個範圍可被容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三之一等等。比如為「達到」、「至少」、「大於」、「小於」等的措辭包括所記載的數目並且指代能夠隨後被分解為如上所述的子範圍的範圍。最後，範圍包括每個單獨構件。

本文中說明的技術中的一種或更多種或其任何部分可以在計算機硬體或軟體或兩者的組合中實施。所述方法能夠在本文中說明的方法和附圖之後利用標準編程技術在電腦程式中實施。程序代碼被用於輸入數據以執行本文中說明的功能以及產生輸出信息。輸出信息被用於比如為顯示監視器的一個或更多個輸出裝置。每個程序可以以高水平程序的或面向對象程式語言實施以與計算機系統通信。然而，如果需要，程序可以以彙編或機器語言執行。無論如何，語言可以是編譯語言或解釋語言。此外，程序可以在預編程用於該目的的專用集成電路上運行。

每個這種電腦程式可以存儲在能夠由通用或專用可編程計算機讀取的存儲介質或裝置(例如，ROM或軟磁碟)上，用於在存儲介質或裝置由計算機讀取時配置並操作計算機以執行本文中說明的程序。電腦程式還可以在程序執行期間存在於高速緩衝存儲器或主存儲器中。本文中說明的分析、預處理以及其他方法還可以實施為配置有電腦程式的計算機可讀存儲介質，其中如此配置的存儲介質使得計算機以特定和預定方式操作以執行本文中說明的功能。在一些實施例中，計算機可讀介質是有形的並且本質上是基本非暫時的，例如使得所記錄的信息以除僅作為通信信號之外的形式記錄。

在一些實施例中，程序產品可以包括信號承載介質。信號承載介質可以包括一個或更多個指令，當通過例如處理器執行指令時，指令可以提供如上所述的功能。在一些實施方式中，信號承載介質可以包括計算機可讀介質，比如但不限於硬碟驅動器、光碟(CD)、數位化視頻光碟(DVD)、數字磁帶、存儲器等等。在一些實施方式中，信號承載介質可以包括可記錄介質，比如但不限於存儲器、讀/寫(R/W)CD、R/W DVD等等。在一些實施方式中，信號承載介質可以包括通信介質，比如但不限於數字或模擬通信介質(例如，光纖電纜、波導管、有線通信鏈路、無線通信線路等等)。因此，例如，程序產品可以通過RF信號承載介質傳送，在此信號承載介質通過無線通信介質(例如符合IEEE 802.11標準的無線通信介質)傳送。

信號和信號處理技術中的任一者可以本質上是數字的或模擬的，或者其組合。

雖然已參照本公開的優選的實施例特別地示出和說明了本公開的一些實施例，但是在不脫離本公開的範圍的情況下可以做出形式和細節上的各種變化。