CN102186534B - 用于可植入医疗设备的探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于可植入医疗设备的探针（10）。该探针具有远端（2）和近端（3），该探针（10）还包括处于远端的电极（1）。该电极连接到从该电极延伸到探针的近端的导线（5），其中该导线的电阻率沿着导线的长度是不均匀的。该导线可以在探针的远端处具有高电阻率，而在其他地方导线具有低电阻率。高电阻率导线减小了植入设备的组织中的峰值电流密度，并且因此在MRI检查期间防止了对组织的破坏性加热和/或不期望刺激。这非常有助于MR安全，MR安全对于这些可植入电刺激设备而言是非常期望的特征。

Description

用于可植入医疗设备的探针

技术领域

本发明涉及用于可植入医疗设备的探针，具体而言涉及用于脑部可植入医疗设备的探针。

背景技术

今天，可植入医疗设备一般用于治疗患有各种疾病的患者。在用于电刺激的诸如起搏器或深部脑刺激（DBS）设备之类的可植入设备植入之后，在通过例如磁共振成像（MRI）扫描来扫描患者和设备期间，该设备和周围的组织会被加热。人体组织（特别是脑组织）对温度上升敏感；脑组织最大允许的温度上升为1℃，因为进一步的温度上升可能对单个神经元和神经元网络功能具有深刻的负面影响。因此，所关注的是，最小化在MRI扫描期间由于植入的医疗设备附近感应的电流引起的在该医疗设备处和其周围的加热效应。

可能好像自然的是，对于整个可植入设备选择高电阻材料，该材料理想地选择具有与人体组织相同的比电阻。然而，与使用低电阻材料的探针相比，这典型地需要多得多的电力以在探针端部获得相同的组织刺激信号。因此，将产生不可接受的大电池或不可接受的短电池寿命。

US4353360描述了一种用于身体可植入引线的电极，该引线具有半导体表面以用于将电信号耦合到身体组织。该电极包括若干种不同电导率的材料，它们以层布置，使得具有最低电导率的材料直接接触身体组织。

用于可植入医疗设备的具有最小化加热效应的改进探针将是有利的。而且，这样的探针是有利的：与用于可植入医疗设备的已知探针相比，探针在植入之后和在MRI扫描期间将在植入设备的探针周围的人体组织内产生减少的电流密度。

发明内容

可以看作本发明的目的的是，提供一种用于可植入医疗设备的可替代探针，其避免了上面提及的关于加热和/或大电流密度的问题。

该目的和若干其他目的在本发明第一方面中通过提供一种用于可植入医疗设备的探针而实现，所述探针具有远端和近端，所述探针还包括处于远端的电极，其中所述电极连接到从电极延伸到探针的近端的导线，其中该导线的电阻率沿着导线的长度是不均匀的。

通过提供具有连接到导线的电极的探针，其中该导线具有不均匀的电阻率，有可能定制该探针使得关于防止在MRI扫描期间不想要的加热的安全问题和电池寿命可以相对于彼此而平衡。

本发明特别地但非排他地有利于在可植入医疗设备被植入患者时，减小高电流密度并且因此减小该设备的探针和/或其周围组织的加热。为了防止由于在MR扫描期间电极的端部附近感应的电流而引起的对人体组织的破坏性加热或不期望刺激，需要探针中导线的高电阻率。这与增加电池寿命的低能耗需要相冲突，因为为此需要低电阻的信号导线。导线的不均匀电阻率提供了一种解决方案，其中导线的从电极到探针近端的某些部分具有较低电阻率，这对电池寿命是有利的，而导线的其他部分具有较高的电阻率，这减小了探针周围人体组织的加热和不期望刺激。

在探针的远端处多个电极通过导线连接到探针的近端的情况下，当沿着探针的长度具有不均匀电阻率的导线的片段（fraction）增大时，将每个电极连接到探针远端的导线的不均匀电阻率的有利效应当然增大；然而，即使沿着探针延伸的多个导线中只有一个具有不均匀电阻率，也可以实现该有利效应。

根据可植入医疗设备的一个方面，所述导线包括具有第一电阻率的第一部分和具有第二电阻率的第二部分，所述第一和第二电阻率是不同的。术语“部分”的意思是表示沿着导线的长度的一部分；贯穿本申请，第一部分比第二部分更靠近远端。

根据所述探针的另一方面，导线的第一部分毗邻电极并且第一部分的电阻率高于第二部分的电阻率。当靠近电极或在电极处的该导线的第一部分的电阻率高时，可降低在外部电场期间电极周围的电流密度。因此，当探针植入时，人体组织处的电流密度将被降低。

在植入的医疗设备周围的组织中，当患者和探针处于MRI场中时，电流典型地集中在探针的远端附近。这导致组织和探针二者加热。本发明建议增大导线的电阻率（否则其中电流密度将是最大的），使得电流更多地展开。典型地，这也将减小MRI频率处的总感应电流，但是即使总电流保持不变，由于电流在植入的探针周围更加均匀的分布的原因加热将减少，这是因为加热与电流密度的平方成比例。

根据又一个方面，第一部分由第一电阻率的材料制成，且第二部分由第二电阻率的材料制成，其中第一电阻率高于第二电阻率。可替代地或同时，导线的第一部分具有第一截面积而导线的第二部分具有第二截面积，其中第一截面积小于第二截面积。根据后一个方面，导线的截面积沿着探针的长度是不均匀的。因此，通过改变材料的电阻率且/或改变导线的截面积或厚度来实现电阻率的改变。

根据另一个方面，导线的第二部分比导线的第一部分更长。因此，导线的主要部分具有低电阻率且导线的其余部分具有更高的电阻率。例如，导线的第一部分可以构成导线的2%到40%之间、优选地5%到20%之间、更优选地10%到15%之间。此处使用的术语“更长”的意思是表示“在导线的纵向上更大”。导线的纵向典型地对应于探针的纵向。

第一部分的电阻率是第二部分的电阻率的2到10倍。由此，与具有通过具有均匀电阻率的导线连接的电极的探针相比，可以获得更均匀的沿着所述整个探针的电流分布。

根据又一方面，导线的第一部分为多晶硅材料并且导线的第二部分为金属材料。多晶硅材料是高电阻的，从而导致在导线的第一部分处较低的电流密度。

根据探针的另一个方面，所述导线包括一个或多个另外的部分，每个另外的部分具有不同于导线的其他部分的电阻率。因此，所述导线可以包括多个电阻率。可替代地，导线的电阻率沿着导线的长度连续地变化。当所述探针处在外部电磁场中时，导线中的具有不同电阻率的邻近部分可以创建相对较高电流密度的热点。通过提供电阻率连续变化的导线，可以减轻这样的热点。

本发明的不同部分中的每一个都可以与任意其他部分组合。本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例而清楚并且参照这些实施例而被阐明。

附图说明

现在参照附图仅通过实例的方式阐释本发明，在附图中

图1是用于可植入电刺激设备的探针的横截面；

图2a和2b是围绕外部电场中的杆的等势线的图示；

图3是具有植入在人类患者头颅中的探针的医疗设备的示意图；以及

图4是根据本发明的用于可植入电刺激设备的探针的横截面。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的电刺激探针10的横截面图。探针10具有远端2和近端3。探针10具有多个位于靠近其远端2处的电极1。可替代地，只有一个电极1应当是可设想到的；然而，为了提供高清晰度刺激，多于一个的电极是有利的。而且，图1图示了容纳电子元件且连接到探针10的近端3的室4。此外，图1公开了从每个电极1延伸到探针10的近端3且延伸到室4的导线5。

该探针被设置用于植入到待治疗的患者的组织中，比如脊髓、神经根、肌肉或脑组织中，以便提供对这种所关注区域的电刺激，对这样区域的刺激预期减轻患者的状况。电刺激设备典型地包括电池（未示出）和脉冲发生器（未示出），其经由室4连接到探针10的近端3以用于生成经由探针10的电极1刺激组织的电脉冲的模式。

图2a是围绕在外部电场中的导电材料的杆20（比如金属杆）的等势线的图示。该金属杆20具有两个端部21。外部电场的等势线由线22表示。图2图示了等电势线如何追随处在外部电场中的导电金属杆20的轮廓。这导致图2所示的导线的端部21附近的高场强，因为等势线在金属杆的端部21附近彼此靠近。如果金属杆20被植入到弱导电介质，比如人体组织（如人脑）中，则等势线的分布导致靠近杆20的端部21处的高电流密度，因为根据欧姆定律，电流密度与电场成比例。

图2b是围绕在外部电场中的杆的等势线的图示。该金属杆具有两个端部21’。该杆被分成具有不同电导率的三个区域20a、20b和20c。外部电场的等势线由线22表示，并且图2b图示了电等势线22如何追随处在外部电场中的、具有不同电阻率的三个区域的杆的轮廓。

区域20a是高导电的并且具有低电阻率。等势线不能进入这种材料并且围绕其形状弯曲。因此，区域20a的左手侧处等势线的密度相对较高。这导致在区域20a的左手侧处的高电场强度，因为电场强度与等势线的密度成比例。

区域20b具有比区域20a更高的电阻，且区域20c具有比区域20a高得多的电阻且电阻高于20b。这允许等势线穿过区域20c。因为这些等势线没有围绕区域20c的右手侧弯曲，所以所得到的等势线的密度在区域20c的右手侧处比在区域20a的左手侧处低得多。这导致与具有低电阻的杆的左手侧相比，在具有高电阻的区域20c的右手侧处更低的电场强度。

图3是具有植入在人类患者的头颅100中的探针30的医疗设备的示意图。探针30具有远端32和近端33，近端33连接到医疗设备的室34。在图4的情况下，患者经受外部电场，它的一些等势线被示出。从图3清楚可知，靠近探针30的远端32的等势线十分密集，这对应于靠近远端32的相对较高的电流密度。注意到，图3中的探针30不是根据本发明的探针；这种探针将呈现等势线的改变的配置。

图4示出根据本发明的电刺激设备的探针10的实施例。探针10具有远端2和近端3。为了清楚起见，图2仅仅公开了探针10中的一个电极1，电极1位于靠近探针的远端2处。然而，超过一个电极1典型地会是有利的，为了提供高分辨率的刺激，超过一个电极是有利的。第一部分5a从电极沿着探针的长度延伸到第二部分5b；导线的第二部分5b从与第一部分5a的分界面延伸到探针的近端3，其中导线5b可以连接到室4内的电子元件。根据本发明，第一部分5a具有第一电阻率且第二部分5b具有第二电阻率，其中第一和第二电阻率是不同的。

在本发明的一个方面，第一部分5a的电阻率高于第二部分5b的电阻率，从而使得导线的电阻率在靠近电极的地方比导线的其余部分更高。

在探针的一个实施例中，第一部分5a由第一电阻率的材料制成，且第二部分5b由第二电阻率的材料制成，其中第一电阻率高于第二电阻率。由此，通过选择用于导线的不同部分的不同材料来获得导线的不同电阻率。可替代地或同时，其中导线的第一部分5a具有第一截面积且导线的第二部分5b具有第二截面积，其中第一截面积小于第二截面积。第一和第二部分的不同截面积提供了导线的不同电阻率，因为电阻材料的电阻率被定义为ρ=R·l/A，其中R是该材料的静态电阻率，A是这件材料的横截面积，且l是这件材料的长度。

从图4清楚可知，导线的第二部分5b比导线的第一部分5a更长。在图4中，第一部分5a的长度用a表示，且第二部分5b的长度用b表示。典型地，导线的第一部分构成导线的长度的2%到40%之间、优选地5%到20%之间、更优选地10%到15%之间。因此a可以构成导线总长度a+b的2%到40%之间、优选地5%到20%之间、更优选地10%到15%之间。

此外，第一部分5a的电阻率可以有利地比第二部分5b的电阻率高2到10倍。例如，导线的第一部分5a为多晶硅材料且导线的第二部分5b为金属材料。

即使图4所示的导线仅有两个部分5a、5b，也可设想到该导线包括超过两个不同部分，其中每个部分具有不同于导线的其他部分的电阻率。可替代地，导线的电阻率可以沿着导线的长度连续变化。

即使图4中仅示出一个电极1，应当理解，典型地探针10包括多个电极，比如64个电极，每个电极通过导线连接到探针10的近端3并连接到医疗设备的室4。

简言之，本发明涉及一种用于可植入医疗设备的探针10。该探针具有远端2和近端3，并且该探针10还包括处于远端处的电极1。该电极连接到从该电极延伸到探针近端的导线5，其中导线的电阻率沿着导线的长度是不均匀的。该导线在探针的远端处具有高电阻率并且在其他地方具有低电阻率。高电阻率导线减少了在植入设备的组织中的峰值电流密度，并且因此防止在MRI检查期间对组织的破坏性加热和/或不期望刺激。这非常有助于MR安全，MR安全是这些可植入电刺激设备的非常期望的特征。

尽管已经结合指定的实施例描述了本发明，但是其意不是受限于本文所提出的特定形式。相反，本发明的范围仅仅由所附权利要求限制。在权利要求中，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在。此外，尽管单独的特征可以包含在不同的权利要求中，但是这些特征可能被有利地组合，并且不同权利要求中包含这些特征并不表示这些特征的组合是不可行的和/或不是有利的。此外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。而且，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于可植入医疗设备的探针（10），所述探针具有远端（2）和近端（3），所述探针（10）还包括处于远端的电极（1），其中所述电极连接到从该电极延伸到所述探针的近端的导线（5），其中该导线的电阻率沿着该导线的长度是不均匀的，其中导线的电阻率在靠近电极的地方比导线的其余部分更高，以及其中所述导线的电阻率沿着所述导线的长度连续地变化。

2.根据权利要求1所述的探针，其中所述导线包括具有第一电阻率的第一部分（5a）和具有第二电阻率的第二部分（5b），所述导线的第一部分（5a）毗邻该电极，并且其中第一部分的第一电阻率高于第二部分（5b）的第二电阻率。

3.根据权利要求2所述的探针，其中第一部分（5a）由第一电阻率的材料制成，且第二部分（5b）由第二电阻率的材料制成。

4.根据权利要求2所述的探针，其中所述导线的第一部分（5a）具有第一截面积且导线的第二部分具有第二截面积，其中第一截面积小于第二截面积。

5.根据权利要求3所述的探针，其中所述导线的第二部分（5b）比导线的第一部分更长。

6.根据权利要求3所述的探针，其中所述导线的第一部分（5a）构成所述导线的2%到40%之间。

7.根据权利要求3所述的探针，其中所述导线的第一部分（5a）构成所述导线的5%到20%之间。

8.根据权利要求3所述的探针，其中所述导线的第一部分（5a）构成所述导线的10%到15%之间。

9.根据权利要求3和5-8中任一项所述的探针，其中第一部分（5a）的电阻率比第二部分（5b）的电阻率高2到10倍。

10.根据权利要求2-3和5-8中任一项所述的探针，其中导线的第一部分（5a）为多晶硅材料并且导线的第二部分（5b）为金属材料。

11.根据权利要求2-3和5-8中任一项所述的探针，其中所述导线包括一个或多个另外的部分，每个另外的部分具有不同于导线的其他部分的电阻率。

12.一种可植入医疗设备，包括根据权利要求1所述的探针。