A Polymer Cochlear Electrode Array: Atraumatic Deep Insertion, Tripolar Stimulation, and Long-Term Reliability

این کتاب طراحی، ساخت و ارزیابی یک رابط عصبی مبتنی بر پلیمر برای یک آرایه الکترود حلزونی را شرح می‌دهد که از نظر فرآیند ساخت، عملکرد و قابلیت اطمینان بررسی شده است. دستگاه‌های مبتنی بر پلیمر به دلیل انعطاف‌پذیری و سازگاری با فرآیند میکروساخت، در زمینه پروتز عصبی مورد توجه قرار گرفته‌اند. پلیمر کریستال مایع (LCP) یک پلیمر خنثی و بسیار مقاوم در برابر آب است که برای محصور کردن اجزای الکترونیکی و به عنوان یک ماده زیرلایه برای ساخت رابط‌های عصبی مناسب است. نویسنده یک آرایه الکترود حلزونی مبتنی بر LCP را برای کاشت حلزون بهبود یافته مبتنی بر پلیمر طراحی، ساخته و ارزیابی کرده است. این پایان نامه به 3 موضوع کلیدی می پردازد: درج عمیق تروماتیک، تحریک سه قطبی و قابلیت اطمینان طولانی مدت. قرار دادن غیرتروماتیک الکترود داخل حلزونی و در نتیجه حفظ شنوایی باقیمانده در کاشت حلزون به روز ضروری است. یک طراحی مخروطی جدید از یک آرایه الکترود حلزونی مبتنی بر LCP برای برآوردن چنین اهدافی ارائه شده است. برای کاشت حلزون با تراکم بالا و قابل تشخیص، باید از تعامل کانال اجتناب شود. تحریک سه‌قطبی موضعی با استفاده از مکان‌های الکترود چندلایه برای دستیابی به تحریک الکتریکی بسیار متمرکز نشان داده شده است. این پایان نامه به موضوع حیاتی دیگری در ایمپلنت های عصبی مبتنی بر پلیمر می پردازد: مسئله قابلیت اطمینان طولانی مدت. نویسنده پس از پیشنهاد روش جدیدی برای شکل‌دهی به هم پیوستگی مکانیکی برای بهبود چسبندگی پلیمر-فلز، آزمایش‌های پیری تسریع‌کننده‌ای را برای تأیید کارایی روش انجام می‌دهد. سه موضوع فوق از طریق مطالعات مختلف in vitro و in vivo به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. راستی‌آزمایی، توسعه آرایه الکترود حلزونی مبتنی بر LCP را برای قرار دادن عمیق تروماتیک، تحریک پیشرفته و ایمپلنت بالینی طولانی‌مدت پیش‌بینی می‌کند.

This book describes the design, fabrication and evaluation of a polymer-based neural interface for a cochlear electrode array, reviewed in terms of fabrication process, functionality, and reliability. Polymer-based devices have attracted attention in the neural prosthetic field due to their flexibility and compatibility with micro-fabrication process. A liquid crystal polymer (LCP) is an inert, highly water-resistant polymer suitable for the encapsulation of electronic components and as a substrate material for fabricating neural interfaces. The author has designed, fabricated, and evaluated an LCP-based cochlear electrode array for an improved polymer-based cochlear implant. The thesis deals with 3 key topics: atraumatic deep insertion, tripolar stimulation, and long-term reliability. Atraumatic insertion of the intracochlear electrode and resulting preservation of residual hearing have become essential in state–of-the-art cochlear implantation. A novel tapered design of an LCP-based cochlear electrode array is presented to meet such goals. For high-density and pitch-recognizable cochlear implant, channel interaction should be avoided. Local tripolar stimulation using multi-layered electrode sites are shown to achieve highly focused electrical stimulation. This thesis addresses another vital issue in the polymer-based neural implants: the long-term reliability issue. After suggesting a new method of forming mechanical interlocking to improve polymer-metal adhesion, the author performs accelerating aging tests to verify the method’s efficacy. The aforementioned three topics have been thoroughly examined through various in vitro and in vivo studies. Verification foresees the development of LCP-based cochlear electrode array for an atraumatic deep insertion, advanced stimulation, and long-term clinical implant.