| 本章将介绍在立体定位手术中获得微电极记录和实施刺激的必备仪器和步骤。许多步骤与动物研究中所采用的相似，因此只作简要介绍，重点将放在人体试验需要特别注意的方面。应用该技术可能获得的各种资料的范例也将列出。 |
| 微电极CTMR信号处理装置 |
步骤以下在简要介绍整个操作后，将更详细地介绍电极和仪器，特别是与人体记录相关的一些问题，如安全性、无菌操作、电噪声及稳定性等。概述在局麻下，将病人头部置于立体定位仪上，通过 MR 或 X 射线（CT) 影像技术对前后联合（AC、PC) 和/或脑靶点进行相关的立体坐标定位。然后，在局麻下将颅骨钻一小孔，对准靶点插入一根导管，但要止于可疑靶点上方 l0 mm 或更高的部位。将装在较细保护导管内的微电极插入主导管内，然后在微驱动器的帮助下缓慢的靠向靶点。电极与前置放大器相连，来自电极的信号被进一步放大、过滤，显示在示波器上，并进入声频放大器，以便于信号通过扬声器或耳机能被听到。将刺激串通过微电极间歇地施加于选择点，观察各种任意运动的效果，询问病人受刺激后的感觉。下面介绍根据研究目的所选用的设备。一、电极用于人体记录的微电极是金属微电极，通常由钨或柏一铱合金制成，外面包有玻璃或其他绝缘层（见第五章)。我们目前使用的是聚对二甲苯包裹的钨微电极（Micro probe 公司，如 WE300325A)。由于在立体定位手术中通常记录的是脑皮层下结构如丘脑或基底神经节，因此电极必须很长，要比在动物实验中所用的长得多。由于长电极很难进行蚀刻和绝缘，我们通常将一短的微电极（如用于动物实验的电极）插入到不镑钢管中，然后用聚酰亚胺管（Kapton) 绝缘。微电极尖端的长度 l5~4(Vm 或更短，初始阻抗为 l~2MO。电极柄去除绝缘层，弯曲后套入细长的不锈钢管中（如 25 号规格，SmallParts 公司)，然后套上聚酰亚胺管绝缘（适合上述 25 号规格的管要用 23 号规格的绝缘管，MicroML)。在解剖显微镜下，将绝缘管朝着电极向下推，使其重叠覆盖电极的绝缘柄』其连接处用环氧树脂密封绝缘。这样做成的电极无需进一步处理即可使用，但我们发现在鹤电极尖端镀金和钴的记录效果会更好（MerrillandAinsworth1972)。电镀可以降低 5?10 倍的阻抗，最终阻抗只有几百 Kft。为了保证绝缘材料没有破损，可以检测电极阻抗：将电极尖端浸入生理盐水，然后缓慢下移电极，直至电极与聚酰亚胺管相接部分浸入到液体表面之下，随着电极浸入的越来越深，阻抗应当没有明显变化。除此之外，在电极浸入液体中时，我们通常使用低的直流电压（3?5V), 这会使气泡只在电极尖端产生。制备好的电极插入到带有标签的保护小管中，以便于携带。现在已有几家公司出售制备好的用于人体记录的长电极（ApolloMirosurgical,ARS，FrederckHaer 公司，Radionics)。我们有时还使用尖端较长的电极，它是采用 25 号规格的不镑钢管用聚酰亚胺管绝缘，留出 1.5 mm 的尖端，切成斜面，并抛光尖端以除去锋利的边缘 a 这种电极主要用于大的刺激和/或用于利多卡因的微量注射，像我们前面所述的丘脑部分的应用（Dostrovskyetal.1993b)。二、仪器任何设计用于细胞外神经元微电极记录的放大器均可以使用（见第五章及本章后面的安全事项)。我们用的是 WPIDAM80 型前置放大器（WorldPrecision 仪器）或 GuidelineSystem3000 系统（Axon 仪器公司）。使用 WPI 放大器时，其探头装在弧形手推车的调整器上，调整器内嵌有液压微驱的油缸。如使用 Axon 仪器系统时，探头上的导线可以相对长很多，而且探头应放在靠近病人头部的桌子上。许多胞外记录放大器都具有低通和高通的滤波器，有时也有带通滤波器，并能有效放大，以便进一步过滤或放大。然而，在某些情况下，需要将放大器的输出与另外的滤波器（Krohn_Hite，3700 型）和放大器相连（还可参考下面的电子安全一节)y. 放大器的输出显示在示波器和/或装有计算机数据收集系统（带有 spike2 的 CED1401，DataWave，GuidelineSystem3000) 的显示屏上。信号同时也输入声频系统，最好带有基线噪声（Grassam8) 抑制功能。某^情况下，可将窗口鉴别器连接到放大器输出上，以便能够辨认不同的单个单位并能显 TK 其放电频率（WinstonElectronics,GuidelineSystem3000)。当视窗鉴另 U 器的输出信号输入到声音监测器和/或神经元的放电率联机显示时，有时还可用于鉴别单个神经单位对主动或被动运动的反应。Radionics 公司和 ARS 也出售用于在功能性立体定向手术中使用的微电极记录系统。三、微刺激为了使用微电极给予微量刺激，刺激器的输出必须输入到微电极^可以将电极的放大器连线人为地断开，并使刺激器的输出导线与电极相连（阴极向电极尖端)；或者使用专门设计的放大器或环路，使用这种放大器或环路无需变动导线就可进行刺激 (GuidelineSystem3OOO,ARS 系统)。刺激器必须能产生^100f 成〇.O5^li0ms 时程的单向或双向脉冲串。最常使用的是 3 〇〇 Hz 的序列刺激 ls。在 GuideUneSystem3000 中，刺激器设在记录系统内成为一整体，而在 WPIAnapulsemodelA310 中，刺激器 p: 被制成单独的刺激发生器和恒电流刺激隔离器（A360)。四、微量注射为估量损伤产生的效应，可以在靶点的位置注入微量局麻药。尽管我们已经观察了这种注射对运动障碍病人的运动及震颤的影响，但必须强调的是，至今仍缺乏应用此方法产生预期价值的系统研究。用一根与微电极相同直径的不镑钢管替代微电极（见上述微电极部分)，在插入脑之前，钢管里充满无防腐剂的 2% 利多卡因，并通过优质聚乙稀管（PE50) 与 25, 汉密尔顿（Hamilton) 注射器相连。我们通常先注射若几分钟内未见效果则再追加剂量。具体细节详见 Dostrovsky 等（1993b)。五、可选设备闪光灯为确定电极是否到达视束（用于苍白球定位)，可以使用闪光灯。一般用手电筒甚至是打开关闭房灯已经足够，但如果想从视束中记录视觉诱发电位（慢波)，则闪光灯是必需的。EMG 和/或加速计主要为了研究目的，可将 EMG 电极和/或加速计与肢体相连接。在估计微刺激或强刺激对运动的效果（通常是震颤)，以确定深部脑刺激或损伤部位的最佳靶点时，有 B 才需要通过观察 EMG 或加速计的输出来评估刺激效应。这就需要联机显示记录的结果，为此目的电脑终端显示是最方便的（Spike2，CED), 而合适的放大器和滤波器对于处理 EMG 和/或加速计信号则是必须的。存储记录和脱机分析为进行脱机分析，必须存储单位记录和来自传感器的任何相关信号 EMG 等，这可通过数字录像机（InstmtechCorp，VR-100-B) 记录到录像带或高容量的数字存储介质例如 CD、ZIP 盘等。也可用标准的视频照相机将整个过程录在录像带上，再将其直接输入到标准高保真录像机。可使用上述两种中统一声道记录神经元的活动（微电极放大器的输出）。六、特别注意电安全性人体研究的独特性和相关安全性是人体实验中的两个主要技术问题。首先是电休克对病人安全的影响。尽管大多数为动物实验所设计的设备可能都是安全可靠的，并排除了由于故障而发生危险的电休克的可能性，但是大多数医院或国家对用于病人的任何与电有关的仪器设备仍然有非常严格的规定。为动物实验所设计的仪器设备通常都不符合这些规定，或者它们没有被验证和允许应用于人体。因此，如果一个医生打算用未经许可用=人类的仪器的话，就必须经过专门的仪器测试，并经过当地有关部门的批准。为了提髙使用的安全性，通常通过单独的变压器和/或接地漏电回路保护器，而把全部仪器与干线连接起来，尽管当地未必有此规定。此外，建议使用以电池驱动的终端放大器和刺激隔离器。理想的放大器，即使是使用电池，也应该通过医用准许的独立放大器才可以和其他仪器连接。据笔者所知，虽然其他几家仪器生产商也推出了类似的设备，但到目前为止，Axon 公司生产的完整记录系统是唯一专门为人体试验研制并在美国获得批准应用于人体。灭菌显然，微电极必须进行灭菌。气体灭菌是可选方法。将电极放置在带孔的盒子里，在手术之前进行灭菌处理，而且必须提前做好准备。如果在一天之内需要做多台手术，那么就必须准备多个电极盒，因为一个盒子一旦开启用于一个患者，该盒内的其余电极是不允许应用于另一个患者的。根据电极的结构，还可以在应用之前进行高压灭菌。另外一种灭菌方法是将电极先浸泡于消毒液（2% 戊二醛）中，然后用无菌水冲净。任何与立体定位支架及电极支架相连的物件也必须要求无菌。我们将连接电极和固定用的支架的导线、导管都与微电极一起进行气体灭菌。纯金属的电极/微驱动器的支架，必须在刚好操作之前高压灭菌。微驱动器和前置放大器灭菌较为困难。在我们的手术中，我们使用液压微驱动油缸，这二者固定在操作架上，在使用之前将它们浸入戊二醛溶液进行灭菌处理，然后立即用无菌水冲净。如果前置放大器是密闭的，可以采用气体灭菌法；若不是，可用一个可以灭菌的套子罩住它及其电缆灭菌。过去，我们常用一个小探头（DAM80,WPI)，将其插入电极支架或载体的小孔内，这样就覆盖住大部分的未灭菌的探头。输出端电缆最前面的部分用无菌黏性塑料罩住。现在我们所用的系统不需要放大器的探头离电极很近，因此，只需将导线进行气体消毒即可。电嗓声由于细胞外单个神经单位的记录使用了很强的增益和相对较高的电极阻抗，因此电噪声干扰是个很常见的问题，有时为了排除电噪声简直成了一个难题。在手术室环境里，这可能就是一个更棘手的问题，因为在手术室或者隔壁房间内都有各种不同类型的电器在运转。有可能最糟糕的噪声就来自隔壁手术室的单极烧灼器，要想完全排除它几乎是不可能的。最理想的是配备有屏蔽的手术室，但往往由于造价过高而不实际。连接在患者身上的心率监视器和/或其他监控器有时也可能造成干扰，因此在记录过程中必须断开这些连接。荧光灯是干扰的另一个来源，可能需要与地线相连的屏蔽网屏蔽之，或者关掉它。合格正规的白炽灯和手术灯通常不会产生任何问题，而利用 Humbug 过滤器（Quest 公司）则可有效消除干线（电源线）振荡所致噪声。颤嗓声和说话某些情况下，会有来自于声音监听扬声器与支架/微电极之间的反馈性振荡。它通常是由于导管内的微电极的振动造成的，有时支架的松动也可能引发这个问题。调小音量或者改用耳机就可以消除。有时更换电极也会解决问题。如果患者在记录过程中说话，往往都会产生记录千扰现象，更换电极有时也可以解决。稳定性由于支架紧紧固定在颅骨表面，应不会出现电极相对于颅骨移动的问题。然而，一些患者由于心脏和/或呼吸引起脑与烦骨相对位移，会降低稳定性并导致动作电位振幅的波动。此外，腿、手臂和/或肩部大幅主动或被动的运动有时也会导致大脑的位移以致研究结果丢失，咳嗽几乎总是会引发大脑发生位移造成记录结果的丢失。立体定位坐标为了精确地设定电极轨道坐标，必须借助于 MR 或 CT 影像技术（在 MR 和 CT 普及之前都是将造影剂注入脑室，这种方法目前仍在使用）_通过影像直接确定靶位，但由于通过影像准确看到靶点常常是困难的，因此，我们总是应用前联合（AC) 和后联合（PC) 坐标及其框架坐标，并在框架坐标上用一程序与标准脑立体定位图谱坐标相加。AC 和 PC 的立体坐标可用 MRI 或 CT 扫描计算机软件计算出来。根据 Schaltenbrand 和 Wahren 的标准图谱（SchaltenbrandandWahren1977)，借助计算机程序使图谱放大或缩小，从而勾画出病人的 AC 和 PC 坐标在标准图谱上的位置，也可在该图上画出电极行迹的轨道（图 42-1)。脑移位一个非常值得注意的可能并发症是脑移位的可能性，它可发生在做脑扫描与插入电极期间，也可能发生在电极记录期间。导致这种现象的主要原因可能是在颅骨钻孔处脑脊液的流失。结果使用上述技术，我们研究组成功地完成了 500 多例记录，涉及运动或感觉丘脑、丘脑下核团、脑室周围灰质、苍白球和前扣带回皮质等定位靶点。应用本技术所获得的各种类型的资料如下：图 42-2 记录的是应用到手指的触觉刺激所激发的丘脑腹尾侧核的两个单个神经单位的活动。图 42-3 显示苍白球内一个「震颤」细胞的活动记录。图 42-4 显示增加微刺激电流强度对投射区（感觉区）大小及感知觉强度的影响。图 42_5 显示在微电极插入一名截肢患者丘脑时，从微电极踪迹所得到的记录及微刺激参数。图 42-6 显示的是在帕金森病患者丘脑内电刺激和注射利多卡因对震颤的作用。图 42-7 为给予上肢有害热刺激后在前扣带皮质记录到的一个神经元放电频率的直方图。 |
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