CN104587599B - 一种微电池供电的注射式神经刺激器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电池供电的注射式神经刺激器，由具有空腔的外壳、套穿连接在外壳两端通孔中的电极、在其中一根电极的球头上开设的眼孔、涂覆在外壳内壁的天线、依次并相互隔离安置于外壳内的微电池、微控制器及微神经刺激器模块、数据接收模块、生物及温度传感器和压力传感器，以及填充物等构成；其中，所述电极和所述外壳之间是密封的；所述各功能模块由所述微电池供电；所述各传感器用于环境变量监测以及神经刺激过程监控；所述填充物用于空间填充和部件固定。本发明的微电池供电的注射式神经刺激器可以通过注射器直接注射至植入式神经刺激器不能到达的靶点神经或肌肉组织中，并可以快捷移除，适用于需要短期刺激的场合。

Description

一种微电池供电的注射式神经刺激器

技术领域

本发明属于生物医学电子学医疗仪器技术领域。涉及一种注射式神经刺激器，更具体是涉及一种微电池供电的注射式神经刺激器。本发明主要应用于生物医疗中，对神经或肌肉进行刺激。

背景技术

神经刺激器是一种生物医疗电子装置。它用于产生低频电脉冲对生物体进行功能性神经电刺激，以达到减轻病痛症状，恢复或调整神经或肌肉的功能等作用。神经刺激器可以由神经科医师，护士或经过培训的技术人员来进行校准，以满足个别病人的具体需要。目前市场上比较成熟和应用最广的是植入式神经刺激器。这种神经刺激器必须通过外科手术将其植入到人或其他动物的身体内，具有以下局限性：1)将植入式神经刺激器植入到身体内需要通过较长时间的手术(如植入脑深部刺激器需要约十二个小时)，病人必须忍受一定的痛苦；2)相对于特定的需要刺激的靶点神经，植入式神经刺激器的尺寸相对较大，不能被植入到形状或体积受限的靶点神经或肌肉组织中(如脑部)；为了将刺激信号传导至脑部部位，需要在电极上引入较长的电极延长导线；但是电极延长导线很容易发生移动，有可能在错误的位置引发一个电刺激，这会极大地增加感染的风险；而且在植入式神经刺激器的任何部分所诱发的感染往往会扩散到整个系统中，在这种情况下，必须再次通过外科手术对电池或整个植入神经刺激器进行更换；3)现有的植入式神经刺激器主要用于在生物体内进行长时间的刺激；但是在一些特定的场合，如在一些特殊的手术中，医生需要通过电刺激来判断手术切面是否有神经、神经所处的位置、以及是什么性质的神经等；此时虽然可以采用植入式神经刺激器，但是由于仍然需要植入，其过程耗时繁琐，不够便捷，因此不太适合于短期刺激的场合；4)在植入植入式神经刺激器并长期使用后，原创口已愈合，在需要移除或更换植入式神经刺激器时，需要再次进行手术，因此对肌体组织造成的二次伤害较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决和克服上述现有技术，尤其植入式神经刺激器所存在的技术问题和缺陷，提供一种微电池供电的注射式神经刺激器。本发明的微电池供电的注射式神经刺激器，目前尚无相关的文献介绍，亦未搜索到相关的专利文件。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种微电池供电的注射式神经刺激器，由外壳1、电极2、天线3、微电池4、微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7、压力传感器8、眼孔9和填充物10构成。

所述外壳1用以保护注射式神经刺激器和人体组织互相免受对方的侵蚀。所述电极2是注射式神经刺激器和生物体组织之间的接口。所述天线3用于数据传输。所述微电池4为注射式神经刺激器提供电能。所述微控制器及微神经刺激器模块5用于产生、管理和控制注射式神经刺激器的运行；其中微神经刺激器产生一个极性、幅度、占空比和频率可调的脉冲，通过所述电极2对神经或肌肉组织提供适当的电刺激；微控制器用于管理和控制注射式神经刺激器的运行，例如启动或停止刺激，监测神经行为，读取数据信息等。所述数据接收模块6用于解码外部信号发送器所发送的刺激信号信息，如极性、幅度、占空比和频率等。所述生物及温度传感器7将生物传感器和温度传感器整合在一个模块上；其中前者用于检测神经或肌肉组织的行为，提取电信号和生物体内的生理或生化参数等；后者用于感知注射式神经刺激器的温度以及其和所处组织之间界面处的温度。所述压力传感器8用于测量注射后注射式神经刺激器在体内的压力变化，预警风险。所述眼孔9用以在短期内移除注射式神经刺激器。所述填充物10用于空间填充和部件固定。

所述外壳1为空腔球体，球体过球心的球壁上对称开设有一通孔；所述电极2为分别安装在通孔中的2根圆柱体，圆柱体的一端套穿连接在外壳1的通孔中，另一延伸端端头为球头；所述天线3为2根，分别并对称涂覆在所述外壳1的球体内壁上，天线3的一端分别与其中一个所述电极2相连，另一端同时与所述微控制器及微神经刺激器模块5和数据接收模块6相连；所述微电池4、微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7、压力传感器8自左至右依次并相互隔离安置在所述外壳1的球体空腔内；其中所述微电池4的两根电源接头以串联的方式依次连接所述微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7和压力传感器8；所述生物及温度传感器7的两路信号，以及所述压力传感器8的一路信号均连接至所述数据接收模块6；所述微控制器及微神经刺激器模块5还有两路信号连接至所述数据接收模块6；所述眼孔9是在所述2根电极2中的任意一根的球头上所开设的孔中心线与电极2轴线相垂直的一通孔；所述填充物10填充所述外壳1内部剩余的空间，并固定其内部所有其它部件。

上述外壳1用具有生物兼容性的绝缘体制造，如陶瓷或玻璃中任意一种，优选陶瓷；其外径小于相对应的注射针头的内径。

上述电极2用具有生物兼容性的导体制造，如铂、铂-铱合金、氧化铱、氮化钛、蚕丝中任意一种，优选铂；上述电极2的直径小于上述外壳1的内径；其末端实体球的直径大于其圆柱体的直径。

上述的天线3由金属微带线制造。

上述的微电池4由单个的非充电微电池或多个微电池组成的微电池阵列构成。

上述的微电池4、微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7及压力传感器8之间的信号由金属键合线相连。

上述眼孔9的直径小于所述电极2的实体球的直径。

上述的填充物10为环氧树脂或凝胶中任意一种，优选环氧树脂。

本发明的一种微电池供电的注射式神经刺激器与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

1、由于本发明的一种微电池供电的注射式神经刺激器结构巧妙，尺寸小，所以可以通过注射器将其注射至靶点神经或肌肉组织中，且可以选用中小口径的注射针头(如16G及以下)，以减小注射过程中对活体肌肉组织或神经的损伤；

2、由于本发明的一种微电池供电的注射式神经刺激器可以直接注射至植入式神经刺激器所不能达到的靶点神经或肌肉组织中，因此不需要电极延长导线，从而极大地降低了感染的风险；

3、由于本发明的一种微电池供电的注射式神经刺激器由微电池供电，因此非常适合用于短期刺激的场合。例如手术医生可以通过使用注射式神经刺激器来判断手术切面是否有神经，神经所处的位置，以及是什么性质的神经等。

4、由于本发明的一种微电池供电的注射式具有眼孔，因此在完成短期的刺激后，可以在原创口处进行快捷移除，对肌体组织造成的二次伤害小。

附图说明

图1是本发明的构造示意图；

图2是电极2、天线3与微控制器及微神经刺激器模块5和数据接收模块6之间的接口信号连接示意图；

图3是微电池4与微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7和压力传感器8之间的电源信号连接示意图；

图4是微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7和压力传感器8之间的数据信号连接示意图。

图中：1.外壳，2.电极，3.天线，4.微电池，5.微控制器及微神经刺激器模块，6.数据接收模块，7.生物及温度传感器，8.压力传感器，9.眼孔，10.填充物。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于神经刺激器本身而言，指向神经刺激器内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的神经刺激器的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的神经刺激器的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

如图1、图2、图3和图4所示，一种微电池供电的注射式神经刺激器，由外壳1、电极2、天线3、微电池4、微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7、压力传感器8、眼孔9和填充物10构成。所述外壳1为空腔球体，其外径(Φ1)为1毫米，内径为0.9毫米，由陶瓷制造；所述外壳1沿纵轴剖开，分成对称的两半球体，且每一半球体以横轴为中心开有直径为0.42毫米的通孔。所述电极2由直径(Φ21)0.4毫米、长度0.4毫米的圆柱体和末端直径为(Φ22)0.6毫米的实体球制成，均采用金属铂制造；两个所述电极2圆柱体的末端分别套穿连接在外壳1的通孔中以构成正电极和负电极，并采用以氧化铝为主要原料的金属陶瓷密封环密封。所述天线3由两根宽度为200微米、厚度为50微米的微带线制造，采用金属银沉积在外壳1的内表面上，呈“S”形；每根所述天线3的一个接头焊接在所述电极2圆柱体的末端，其另一个接头同时连接至所述微控制器及微神经刺激器模块5(NS_OUT+和NS_OUT-)和数据接收模块6(RF_RX+和RF_RX-)，如图2所示。所述微电池4包含48个根据专利201180012137.3所制造的微电池构成的微电池阵列以及两块电池极板；所述48个微电池分4排12列放置，每个微电池的直径为50微米，长度为200微米；所述48个微电池相互并联，其阴极与其中一块电池极板(阴极极板，-)相连，其阳极与另一块电池极板(阳极极板，+)相连；所述微电池4占据所述外壳1内部左半边的空间。所述微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7、压力传感器8自左至右依次并相互隔离安置在所述外壳1内部右半边的空间，且均采用基于90纳米的CMOS工艺制造。所述微电池4、微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7及压力传感器8相互之间的信号由金属键合线相连。所述微电池4的两根电源接头线(BAT+和BAT-)以串联的方式依次连接至所述微控制器及微神经刺激器模块5、数据接收模块6、生物及温度传感器7压力传感器8，如图3所示。所述微控制器及微神经刺激器模块5和数据接收模块6之间的控制和通信由I²C总线(SDA和SCL)信号实现。所述生物及温度传感器7将其产生的生物和温度信号(BIO和TEMP)输入所述数据接收模块6进行数据处理；所述压力传感器8将其产生的压力信号(PRESSURE)输入所述数据接收模块6进行数据处理，如图4所示。所述眼孔9是在所述2根电极(2)中的任一根的球头上所开设的孔中心线与电极(2)轴线相垂直的一个通孔，其直径(Φ9)0.1毫米。所述填充物10采用环氧树脂，填充所述外壳1内部剩余的空间，并固定其内部所有部件。在将所有部件装入所述外壳1内后，将所述外壳1的一半球体沿剖面套在其另一半球体上，并用O形陶瓷密封圈和陶瓷密封胶密封。

以上实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效设计，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本发明的一种微电池供电的注射式神经刺激器的直径和长度都很小，可以通过注射器并选用中小口径的注射针头(如16G及以下)，将其直接注射至植入式神经刺激器所不能达到的靶点神经或肌肉组织中，并可以快捷移除。本发明适合用于需要短期刺激的场合。

Claims (5)

1.一种微电池供电的注射式神经刺激器，包括外壳(1)，电极(2)、天线(3)、微电池(4)、微控制器及微神经刺激器模块(5)、数据接收模块(6)、生物及温度传感器(7)和压力传感器(8)；其特征是：所述外壳(1)为空腔球体，球体过球心的球壁上对称开设有一通孔；所述电极(2)为分别安装在通孔中的2根圆柱体，圆柱体的一端套穿连接在外壳(1)的通孔中，另一延伸端端头为球头；所述天线(3)为2根，分别并对称涂覆在所述外壳(1)的球体内壁上，天线(3)的一端分别与其中一个所述电极(2)相连，另一端同时与所述微控制器及微神经刺激器模块(5)和数据接收模块(6)相连；所述微电池(4)、微控制器及微神经刺激器模块(5)、数据接收模块(6)、生物及温度传感器(7)、压力传感器(8)自左至右依次并相互隔离安置在所述外壳(1)的球体空腔内；其中所述微电池(4)的两根电源接头以串联的方式依次连接所述微控制器及微神经刺激器模块(5)、数据接收模块(6)、生物及温度传感器(7)和压力传感器(8)；所述生物及温度传感器(7)的两路信号，以及所述压力传感器(8)的一路信号均连接至所述数据接收模块(6)；所述微控制器及微神经刺激器模块(5)还有两路信号连接至所述数据接收模块(6)；其中，所述外壳(1)的球体空腔内还设有用于固定所述微电池(4)、微控制器及微神经刺激器模块(5)、数据接收模块(6)、生物及温度传感器(7)和压力传感器(8)的填充物(10)；所述2根电极(2)中的任意一根的球头上还开设有孔中心线与电极(2)轴线相垂直的一通孔(9)；所述电极(2)圆柱体的直径小于所述外壳(1)球体的内径；所述电极(2)圆柱体的球头直径大于电极(2)圆柱体的直径，所述的微电池(4)由单个的非充电微电池或多个微电池组成的微电池阵列构成。

2.根据权利要求1所述的微电池供电的注射式神经刺激器，其特征是：所述外壳(1)的材质为陶瓷或玻璃。

3.根据权利要求1所述的微电池供电的注射式神经刺激器，其特征是：所述电极(2)的材质为铂、铂-铱合金、氧化铱、氮化钛、蚕丝中任意一种。

4.根据权利要求1所述的微电池供电的注射式神经刺激器，其特征是：所述的天线(3)为金属微带线。

5.根据权利要求1所述的微电池供电的注射式神经刺激器，其特征是：所述的填充物(10)为环氧树脂或凝胶。