Обзор методов локального предотвращения затухания электрических сигналов при регистрации электрической активности нервов периферической нервной системы

Авторы:

Щербина Константин Константинович – доктор медицинских наук, директор Института протезирования и ортезирования ФГБУ ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта Минтруда России, Бестужевская улица, дом 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация. E-mail: shcherbina180@mail.ru

Головин Михаил Андреевич – магистр по специальности «Техническая физика», руководитель отдела инновационных технологий технических средств реабилитации Института протезирования и ортезирования ФГБУ ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта Минтруда России, Бестужевская улица, дом 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация.
E-mail: golovin@center-albreht.ru

Владимирова Ольга Александровна – врач по специальности «Лечебное дело», администратор отдела инновационных технологий технических средств реабилитации Института протезирования и ортезирования ФГБУ ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта Минтруда России, Бестужевская улица, дом 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация

В рубрике: Оригинальные исследования

Год: 2021 Том: 3 Номер журнала: 1 

Страницы: 61-67

Тип статьи: scientific and practical

УДК: 617-7

DOI: 10.26211/2658-4522-2021-3-1-61-71

Аннотация:

Введение. Протезы и ортезы с внешним источником энергии используются, в том числе, при полном или частичном отсутствии функции сегмента конечности. Одним из источников информации для формирования команд управления подобными техническими средствами реабилитации является регистрация сигналов электрической активности нервов. Для этого используются хронически имплантируемые инвазивные сенсоры. Сенсор считается имплантируемым долгосрочно, если он установлен на нерве в течение 30 дней и более.
Такой сенсор состоит из интерфейса, устанавливаемого на аксон (отросток нейрона), и системы передачи зарегистрированных сигналов. Интерфейс чаще всего представляет собой массив электродов. Использование такой системы в практике протезирования и ортезирования затруднено в связи с рядом проблем. Наиболее значимой из них является регенерация периферического нерва вокруг микроэлектродного массива в течение 9015012 месяцев. В данной работе будет представлен обзор типов существующих микроэлектродных массивов, используемых для имплантации на периферические нервы, и способов уменьшения иммунного ответа на инородное тело и ингибирования регенерации периферических нервов.

Цель. Анализ вопроса долгосрочной регистрации сигналов с нервов периферической нервной системы.

Материалы и методы. Исследование проведено на основе анализа научной литературы по исследуемой теме, материалов научных баз ScienceDirect, Google Scholar с использованием метода анализа публикационной активности по предложенным критериям за период с 1972 по 2019 год.

Результаты. Проведен обзор 25 публикаций. Определены 4 основных вида микроэлектродных массивов для регистрации электрической активности путем прямого отведения с нерва. Установлено, что существует 3 группы методов предотвращения затухания регистрируемых сигналов за время установки электродов.
Для достижения наилучшего результата следует использовать эти методы в совокупности. В результате проведенного анализа по предложенным критериям определен наиболее перспективный метод применения микроэлектродов для имплантации на периферические нервы: вненейральные электроды из биодоступного материала, такого как Парилен С (Parylene C). Для снижения иммунного ответа в месте имплантации электро- да возможна локальная доставка лекарственных средств, наиболее часто используется дексаметазон.

Выводы. Проведенный анализ показал большое количество существующих подходов к вопросу продления срока полезного использования электродов, имплантируемых на аксоны нервов периферической нервной системы. Их систематизация позволяет определить пути, наиболее перспективные для практического применения.

Ключевые слова: , , , , ,

Скачать полный текст статьи

Список цитируемой литературы:

1. Wang R, Yu H, Li Z. Microelectrode Array: Micro Electro Mechanical Systems (eds. O. Huang), Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2018:1379-1411.

2. Russell С, Roche А, Chakrabarty S. Peripheral nerve bionic interface: a review of electrodes. International Journal of Intelligent Robotics and Applications. 2019;3:11-8. DOI:10.1007/s41315-019-00086-3.

3. Larson C, Meng A. A review for the peripheral nerve interface designer. Journal of Neuroscience Methods. 2020:332. DOI:10.1016/j.jneumeth.2019.108523.

4. Сафин Д.Р., Пильщиков И.С., Ураксеев М.А., Мигранова Р.М. Применение имплантируемых микроэлектродов в системах управления протезами // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2010 (14). № 2 (37) С. 104-109.

5. Brindley G. Electrode-arrays for making long-lasting electrical connexion to spinal roots. Journal of physiology. 1972;222(2):135-6.

6. Weinberg S. Helical nerve electrode us5251634, 1993.

7. Tyler D, Durand D. Alteration of neural geometry for selective nerve stimulation. Paper presented at the 19th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. ‘Magnificent Milestones and Emerging Opportunities in Medical Engineering’ (Cat. No.97CH36136), Chicago, IL. USA, October 30 — November 2, 1997. DOI: 10.1109/IEMBS.1997.758736.

8. FitzGerald J, Lacour S, McMahon S, Fawcett J. Microchannels as Axonal Amplifiers. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2008;55(3):1136-46.
DOI: 10.1109/TBME.2007.909533.

9. Badia J, Boretius T, Pascual-Font A, Udina E, Stieglitz T, Navarro X. Biocompatibility of Chronically Implanted Transverse Intrafascicular Multichannel Electrode (TIME) in the Rat Sciatic Nerve. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2011;58(8):2324-32. DOI: 10.1109/TBME.2011.2153850.

10. Mortimer J, Agnew W, Horch K, Citron P, Creasey G, Kantor C. Perspectives on New Electrode Technology for Stimulating Peripheral Nerves with Implantable Motor Prostheses. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1995;3(2):145-54. DOI: 10.1109/86.392373.

11. Branner A, Stein R, Normann R. Selective Stimulation of Cat Sciatic Nerve Using an Array of Varying- Length Microelectrodes. Journal of Neurophysiology. 2001:85(4):1585-94. DOI: 10.1152/jn.2001.85.4.1585.

12. Koole P, Holsheimer J, Struijk J, Verloop A. Recruitment Characteristics of Nerve Fascicles Stimulated by a Multigroove Electrode. IEEE Transactions on Biomedical Engineeringэ. 1997;5(1):40-50. DOI: 10.1109/86.559348.

13. Tyler D., Durand D. () A Slowly Penetrating Interfascicular Nerve Electrode for Selective Activation of Peripheral Nerves. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1997;5(1):51-61. DOI: 10.1109/86.559349.

14. Kim H, Heo D, Lee Y., Lee S, Kang J, Lee S. Kwon L, Do S. Biological assessments of multifunctional hydrogeldecorated implantable neural cuf electrode for clinical neurology application. Scientific Reports (electronic journal). 2017;7(15245):1-14. Available from: https://www.nature.com/articles/ s41598- 017-15551-x.pdf (accessed 19 December 2019).
DOI: 10.1038/s41598-017-15551-x.

15. Cobo A, Boyajian B, Larson C, Scholten K, PikovV, Meng E. A parylene cuff electrode for peripheral nerve recording and drug delivery. Paper presented at the IEEE 30th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). Las Vegas, NV, USA, January22 — 26, 2017. DOI: 10.1109/MEMSYS.2017.7863454.

16. Ju M, Lin C, Fan J, Chen R. Transverse elasticity and blood perfusion of sciatic nerves under in situ circular compression. Journal of Biomechanics. 2006; 39(1):97- 102. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2004.10.026.

17. Eldabe S, Buchser E, Duarte R. Complications of Spinal Cord Stimulation and Peripheral Nerve Stimulation Techniques: A Review of the Literature Pain Medicine. 2016;17(2):325-36. DOI: 10.1093/pm/pnv025.

18. Yu H, Xiong W, Zhang H, Wang W, Li Z. A Parylene Self- Locking Cuff Electrode for Peripheral Nerve Stimulation and Recording. Journal of Microelectromechanical Systems. 2014;23(5):1025-35. DOI: 10.1109/JMEMS.2014.2333733.

19. Lecomte A, Degache A, Descamps E, Dahan L, Bergaud C. In vitro and in vivo biostability assessment of chronically-implanted Parylene C neural sensors.
Sensors and Actuators B: Chemical. 2017:251:1001-8. DOI:10.1016/j.snb.2017.05.057.

20. Guo L. The Pursuit of Chronically Reliable Neural Interfaces: A Materials Perspective Liang. Froniers in Neuroscience (electronic journal). 2016;10(599):1-6.
Available from: https://www.frontiersin.org/ articles/10.3389/fnins.2016.00599/full (accessed 19 December 2019). DOI:10.3389/fnins.2016.00599.

21. Hempstead B. Dissecting the Diverse Actions of Pro- and Mature Neurotrophins. Current Alzheimer Research. 2006;3(1):19-24.
DOI: 10.2174/156720506775697061.

22. Radovsky A, Van Vleet J. Effects of dexamethasone elution on tissue reaction around stimulating electrodes of endocardial pacing leads in dogs. American Heart Journal. 1989;117(6):1288-98.

23. Vince V, Brelen M, Delbeke J, Colin I. Anti-TNF-a reduces the inflammatory reaction associated with cuff electrode implantation around the sciatic nerve. Journal of Neuroimmunology. 2005;165(1-2):121-8.

24. Gunter, C, Delbeke, J, Ortiz-Catalan M. Safety of long-term electrical peripheral nerve stimulation: review of the state of the art. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 2019;16(13). DOI: 10.1186/s12984-018-0474-8.

25. Christie, BP, Freeberg M, Memberg WD. et al. Long- term stability of stimulating spiral nerve cuff electrodes on human peripheral nerves. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 2017;14(70). DOI: 10.1186/s12984-017-0285-3.

26. Rijnbeek E. H., Eleveld N., Olthuis W. Update on Peripheral Nerve Electrodes for Closed-Loop Neuroprosthetics. Frontiers in Neuroscience. 2018;12(350). DOI: 10.3389/fnins.2018.00350.

تحميل افلام سكس مصري abdulaporn.info صورة.سكس girlfriend threesome gold-indian.mobi sunnyleone xvideos.com wanz-883 javblog.mobi 河合あすな torrent فيديو جنس عربي hot-hard-porn.com ناكني في كسي سكس بنات في الحمام meyzo.pro مساج الطيز ルナ18才、ロリとギャルが両方そなわり最強に見える美少女。 simozo.net 処女のフリした絶倫地味子のイッても止めない追撃騎乗位 紗倉まな فيلم سكس طويل crazypornonline.com سكس امهات مجانى desi girls sexy videos indiansexbar.mobi ghost xnxx الكس الابيض pornodoza.info سكسمنازل نيك جديد pornosex18.org نيك ورعان masala mobi in indianxxxsex.mobi ww hot movie porn dude.com indiantubevideos.net how do the sex in hindi rajini sexy desi-porn.mobi sunny leone pink bomb beegvideos com desixnxx.mobi mukunda murari kannada movie 한국야동 mushusei.me fone-054