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【摘要】 目的 应用自制神经束内电极采集家兔坐骨神经感觉信号以探索更多获取周围神经信息的方法。方法 用显微外科操作技术将直径60μm的95%铂、5%铱合金表面绝缘的金属丝直接插入家兔坐骨神经一神经束中作为记录电极。以神经束外一直微电极作参考电极，远端连接肌电图仪。家兔第一趾脱毛后置2个环状表面电极刺激，记录神经束电信号。结果 神经束内电极可以记录到周围神经的电信号。10只后肢中7只均稳定导出电信号，经分析已导出的电信号波形具有感觉神经动作电位特征。结论 神经束内电极可获取家兔坐骨神经感觉信号。
关键词 神经束内电极 周围神经 感觉信号
The experimental study on harvesting information of sensory nerve with intrafascicular electrodes
Jia Xiaofeng，Chen Zhongwei，Zhang Jian，et al.
Department of Orthopedic Surgery，Zhongshan Hospital，Fudan University，Shanghai200032.
【Abstract】 Objective Sensory recordings were made in sciatic nerve of rabbits with self-made intrafascicular electrodes to discover more methods on harvesting information of peripheral nerve. Methods Recording electrode fabricated from external insulated wire 60μmin diameter（95%Pt-5%Ir alloy），was implanted directly by microsurgery technique into the fascicle of the sciatic nerve of rabbit. Another straight electrode was placed outside the fascicle as reference electrode. Both distal ends were coupled to electromyogram. Stimulating with 2 superficial ringed electrodes at depilated lst toe of rabbit，the signal was recorded. Results Electric signals of peripheral nerve were successful recorded by self-made intrafasciular electrode. Signals can be recorded stably in 7 of 10l egs，and the signals recorded have the characters of the sensory nerve. Conclusion The sensory signal of sciatic nerve of rabbits can be recorded with self-made intrafasciclar electrodes.
Key words intrafascicular electrodes peripheral nerve sensory signal
功能性电刺激（FES）技术对中风和脊髓损伤的患者恢复运动和感觉功能带来了希望。然而由于缺乏足够的闭环控制使得当前FES系统的应用受到了限制 ［1，2］ 。长期可植入神经束内电极的应用和发展提供了很多的信息源，为完善对多自由度电子假肢的控制和功能性电刺激的闭环控制系统提供了广阔的前景 ［2，3］ 。本文应用自制神经束内电极采集家兔坐骨神经感觉信号以探索更多获取周围神经信息的方法。
1 材料与方法
1.1 实验动物 10只体重3.5kg、6个月左右健康新西兰大白兔，雌雄不拘。
1.2 微电极的制备 95%铂5%铱合金由制模均匀拉丝成直径60μm金属丝，外面加以5μm聚脂类绝缘体涂层制成微电极。截取两根分别长为60mm（神经束内电极）和65mm（神经束外电极）（见图1），电极头端1.5mm和尾端8mm在酒精灯的外焰过火控制去除绝缘层。
2 方法
2.1 微电极的植入 经家兔耳垂静脉按3.5mg/kg缓慢推注3%戊巴比妥钠至麻醉成功并维持至手术埋入微电极以及术后的信号检测。随机选取一侧后肢，用脱毛剂将大腿后侧及该侧第一趾除毛，消毒铺巾。逐层解剖显露术侧后肢坐骨神经，10倍显微镜下（Leica MC-1双人双目手术显微镜）自梨状肌下缘30mm处挑选最粗大的神经束，以显微镊子剥离其外面2mm长神经外膜（注意保持束膜完整），以神经拉钩使之保持适度紧张，不分离神经束，25倍手术显微镜下以显微持针器夹持60mm长神经束内电极近端靠顶部区域，以显微外科操作技术按60°斜角持续轻柔用力直至刺破神经束膜，再改为与神经长轴平行埋入微电极（见图2）。电极近端进入神经束4mm，再用11-0显微缝线将电极固定至神经外膜处。在周围神经外膜外放置一根65mm长微电极作参考电极，以显微缝线固定到外膜及周围组织。
2.2 测定术后即时信号 将已经脱毛的该侧第一趾用医用砂纸略打磨后套入2个环状表面电极作刺激电极。以神经外铂铱微电极作为参考电极，以神经束内电极作为记录电极，刺激电极与记录电极之间周围肌肉组织接地。记录电极与参考电极游离端与信号采集系统相连（Paseidon NDI-500海神号肌电图仪），以一定强度的矩形波刺激，平均距离193.1mm，灵敏度4.9μV，刺激强度22.3mA，时程2.1ms，叠加次数58次，重复采集1～3次。记录分析电信号并以其潜伏期的差异计算坐骨神经感觉传导速度。以神经束内电极作刺激电极，以一定强度的矩形波刺激，灵敏度1mV，刺激强度9.6mA，时程2ms，在该侧腓肠肌处以同心针状电极记录。
图1 神经束内电极（略）
图2 神经束内电极埋入后术中照射（略）
图3 电信号波形（略）
3 结果
神经束内电极可以稳定地记录到周围神经的即时电信号。6只家兔随机选取的10只后肢中7只均多次稳定导出电信号，经分析已导出的电信号波形具典型的感觉神经动作电位特征（如图3），潜伏期6.639±3.908ms，峰峰值6.691±5.448μV，传导速度35.479±11.533m/s（如表1）。以神经束内电极作刺激电极，以一定强度的矩形波刺激，在该侧腓肠肌处肌肉出现收缩，同心针状电极可以记录到MEP波型。
4 讨论
要完善FES的闭环控制系统，需要得到肌肉的力量、肢体的位置以及皮肤的触觉和压力觉等信息 ［1］ 。许多瘫痪的患者具有完整的和有功能的外周神经系统，外周神经激发受体的信号可以为FES提供力量、位置和触觉的反馈。传统的神经外电极只能记录整个神经束复合的动作电位，且容易压迫神经造成损伤。随着康复医学的深入发展，神经束内电极得到了越来越广泛的应用 ［4～7］ 。神经束内电极能用于对神经的选择性刺激或高选择性地在一系列动作电位中分辨出单个感受器所代表的皮肤感觉，为FES提供较大块复合运动模式更有用的信息。本实验以神经束内电极作刺激电极，以一定强度的矩形波刺激，在该侧腓肠肌处肌肉出现收缩，同时针状电极可以记录到MEP波型也证实神经束内电极可用以进行选择性刺激。
表1 感觉神经信息动作电位特征（略）
Malagodi MS ［4］ 等认为具有1～2mm纵行记录区域的90%铂10%铱合金丝记录的信号，其信噪比较好。微电极埋入时用50μm锐头钨针粘附50μm的90%铂10%铱合金丝（其电极裸露处距头端20mm）做导引，向远端潜行1cm再穿出神经束直至电极裸露部分（记录段）进入神经束膜。距微电极在神经束出口处5mm将钨针剪断，头端电极暴露在神经束膜外10mm。我们改进了Malagodi的埋入方式，运用显微外科技术直接在神经束内埋入微电极并引出周围神经电信号，未用锐头钨针做导引，减少了对神经束的损伤。神经束上只有一个入口，没有出口，且电极裸露处只在头端1mm，没有头端剪断处暴露在神经束外，减少了周围电信号的干扰。未分离神经束，直接在挑选好的神经束外面剪开神经外膜将微电极插入神经束内，减少了术后神经束周围的疤痕形成，更有利于长期植入。应用95%铂5%铱合金作为神经束内电极材料，较90%铂10%铱微电极更柔韧，可以更好地避免因机体周围软组织的活动而造成的断裂和因坚硬的微电极与柔软的神经组织不匹配造成电极的微移，可以稳定地记录到周围神经的电信号，重复性好，可以长期埋入。
本实验采用顺向法测定感觉神经传导速度（SCV），用环状电极刺激家兔坐骨神经远端（第一趾），在坐骨神经自梨状肌下缘30mm处记录感觉神经动作电位（SNAP）。实验表明，埋入神经束内的神经束内电极可以稳定地记录到周围神经的即时感觉信息。用该法可以采集周围神经感觉信息。6只家兔随机选取的10只后肢中7只均多次稳定导出电信号，SCV为35.102±12.589m/s。经分析已导出的电信号波形具典型的感觉神经动作电位特征（如图3）。10只后肢中3只未导出电信号，加大刺激强度仍只见干扰信号，未见SNAP，可能是因为刺激远端引起的SNAP并非经该神经束传导（家兔该处坐骨神经通常有4～5束以上，我们并没有较明确的家兔神经解剖定位图谱）而神经束内电极埋在坐骨神经的一个较粗的神经束中，与周围的神经束以神经束膜相隔离，绝缘性较好，SNAP峰峰值7.090±5.391μV较小，不能通过容积传导兴奋该神经束，因而神经束内电极不能记录到感觉信号。
应用本方法对人体前臂残端神经束电信号进行采集和分析，可为多自由度假肢提供更多的信息源，收集残端的感觉神经信号（如本体感受器）作反馈完善假肢的控制，加强电信号模式的识别 ［8］ 分析，为研制更完善的多自由度神经束内电信号控制的假肢提供了新的思路，具有广阔的应用前景。
参考文献
1 Goodall EV，Lefurge TM，Horch KW. Inormation contained in sensory nerve recordings made with intrafascicular electrodes. IEEE Trans Biomed Eng，1991，38:846-850.
2 Yoshida K，Horch K.Closed-loop of ankle position using muscle afferent feedback wtih functional neuromuscular stimulation. IEEE Trans Biomed Eng，1996，43:167-176.
3 Beaudry N，et al.Design methodology for a multifunctional hand prosthesis. J Rehabil Res Dev，1995，32:316-324.
4 Malagodi MS，Horch KW，Schoenberg AA. An intrafascicular electrode for recording of Action potentials in peripheral nerves. Ann Biomed Eng，1989，17:341-397.
5 McNaughto TG，Horch KW.Mentallized polymer fibers as leadwires and intrafa scicular microelectrodes. J. Neurosci Methods，1996，70:103-110.
6 Guillory KS，Normann RA.A100-channel system for real time detection and storage of extracellular spike waveforms. J Neur