CN109432593B - 一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，包括：圆柱金属内芯、包裹圆柱金属内芯的环形介质层以及位于介质层外侧的金属管；圆柱金属内芯的侧面引出有金属引线，金属引线连接外部电源，圆柱金属内芯用于传导电脉冲刺激；所述圆柱金属内芯靠近作用靶标的一端为信号输出端，信号输出端为第一渐细圆锥结构，用于扎入被测物体，圆柱金属内芯的另一端为信号输入端，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯输入的高频电磁波；圆柱金属内芯和金属管之间形成同轴波导结构，并通过介质层传输高频电磁波。本发明将高频电磁场引入大脑深部施加刺激，联合高频电磁波和电脉冲一起对脑深部进行刺激，提高脑深部刺激效果。

Description

一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置

技术领域

本发明涉及脑深部刺激技术领域，具体涉及一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置。

背景技术

脑深部电刺激(deep brain stimulation，DBS)是近20年来神经外科领域发展最迅猛的技术，是通过立体定向方法进行精确定位，在脑内特定的靶点植入刺激电极进行高频电刺激，从而改变相应核团兴奋性以达到改善帕金森病症状、控制癫痫发作、缓解疼痛的一种神经外科疗法。DBS可治疗的神经精神疾病有：抽动秽语综合征、强迫症、抑郁症、冲动行为、肥胖物质成瘾和神经性厌食等，另外可治疗慢性疼痛、头痛、癫痫、植物状态、阿尔茨海默病等。

在过去的20年，科学家们致力于DBS的研究，如进一步阐明其作用机制、探索新的手术适应症、改进手术技术、探寻更多有效的刺激靶点等，使其优良的效果和独特的价值在未来的神经精神系统疾病治疗中发挥更大的作用。

脑深部电刺激DBS的优势在于：

1、与传统手术相比，DBS具有微创伤和可调节等优点。非破坏性和可逆性，使得神经组织可恢复。可调节性是在术后进行无创性调节，以达到最佳症状控制和最小副作用。

2、安全性好和疗效长期。DBS能避免由破坏神经核团所引起的严重并发症，为病人今后接受其他新疗法保留了机会。双侧同时实施DBS刺激，安全性高，效果稳定。目前，损毁手术所引起的神经功能缺损如偏瘫、感觉障褥、吞咽困难、视野缺损等的发生率达2％～25％，而DBS的损伤范围小，其所造成的永久并发症的发生率低于1％。因此，在过去的10年中，DBS逐渐替代了损毁手术。

然而，目前DBS的治疗效果还不尽如意，还有进一步提高和改善的需求。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置。

具体地，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，包括：多层金属及介质的长针状结构；

所述多层金属及介质的长针状结构，包括：圆柱金属内芯、包裹所述圆柱金属内芯的环形介质层以及位于所述介质层外侧的金属管；

其中，所述圆柱金属内芯的中央半径为R1，所述金属管的内径为R2，所述介质层的内径为R1，厚度为R2-R1；

所述圆柱金属内芯的侧面引出有金属引线，所述金属引线连接外部电源，所述圆柱金属内芯用于传导电脉冲刺激；

所述圆柱金属内芯靠近作用靶标的一端为信号输出端，所述信号输出端为第一渐细圆锥结构，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯的另一端为信号输入端，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯输入的高频电磁波；

所述圆柱金属内芯和所述金属管之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波。

进一步地，所述圆柱金属内芯的信号输入端设置有一对圆锥棱镜，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述圆锥棱镜与输入光纤相连。

进一步地，所述圆柱金属内芯的信号输入端为第二渐细圆锥结构，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述第二渐细圆锥结构与输入光纤相连。

进一步地，所述高频电磁波为位于太赫兹或中远红外频段的高频电磁波。

进一步地，所述装置还包括：弧形轨道，所述长针状结构沿所述弧形轨道的径向方向进行安装，所述长针状结构能够在所述弧形轨道上任意移动和固定，所述弧形轨道上刻有刻度，用于实现空间不同位置的定位。

进一步地，所述弧形轨道为一个180°的弧形轨道。

进一步地，所述装置还包括：直径可调节的环形卡箍；所述环形卡箍外侧设置有一对固定结构，所述弧形轨道固定在所述固定结构上。

进一步地，所述环形卡箍在沿直径方向相对的两端设置有一对金属条，所述弧形轨道固定在所述金属条上。

进一步地，所述输入光纤靠近所述信号输入端的位置处设置有金属套管，所述金属套管用于提高所述输入光纤的机械强度以及用于准直；

所述金属套管远离所述信号输入端的一端设置有橡胶套，所述橡胶套的前半部分包裹所述金属套管，后半部分直接包裹未被金属套管覆盖的输入光纤，用于防止光纤弯折。

进一步地，所述金属套管外部设置有环形螺纹槽，所述环形螺纹槽与所述金属管外侧的准直螺纹法兰连接。

由上述技术方案可知，本发明提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，包括：多层金属及介质的长针状结构；所述多层金属及介质的长针状结构，包括：圆柱金属内芯、包裹所述圆柱金属内芯的环形介质层以及位于所述介质层外侧的金属管；其中，所述圆柱金属内芯的中央半径为R1，所述金属管的内径为R2，所述介质层的内径为R1，厚度为R2-R1；所述圆柱金属内芯的侧面引出有金属引线，所述金属引线连接外部电源，所述圆柱金属内芯用于传导电脉冲刺激；所述圆柱金属内芯靠近作用靶标的一端为信号输出端，所述信号输出端为第一渐细圆锥结构，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯的另一端为信号输入端，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯输入的高频电磁波；所述圆柱金属内芯和所述金属管之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波。可见，本发明提供的脑深部刺激装置，将高频电磁场引入大脑深部施加刺激，由于高频电磁波与生物大分子振动和转动频率相近，高频电磁波可被生物分子谐振吸收，并改变生物分子的状态，因此电磁波被局部组织吸收，可有望提高脑深部局部血液循环。可见，本发明不仅仅使用普通的电脉冲刺激，还引进了高频电磁波，并充分利用高频电磁波与生物大分子振动和转动频率相近，可被生物分子谐振吸收，并改变生物分子的状态的特性，使得在普通电脉冲刺激的基础之上，进一步提升脑刺激效果，本发明中，电脉冲刺激和高频电磁场刺激相辅相成，从而可以提高脑深部刺激效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置的一种结构示意图；

图2是图1的立体图；

图3是本发明一实施例提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置的另一种结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置的又一种结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置的另又一种结构示意图；

图6～图7为图5在不同角度下的立体图；

图8为图6的侧视图；

其中，上面各图中各附图标记的含义为：

1表示圆柱金属内芯；11表示第一渐细圆锥结构；12表示信号输入端；2表示金属管；3表示弧形轨道；4表示环形卡箍；5和6均表示环形螺纹槽；7表示准直螺纹法兰；a表示金属引线；b1和b2表示一对固定结构；X表示输入光纤；T表示金属套管；Q表示橡胶套。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，包括：多层金属及介质的长针状结构；

参见图1和图2，其中图2为图1的立体图，所述多层金属及介质的长针状结构，包括：圆柱金属内芯1、包裹所述圆柱金属内芯1的环形介质层(图中未示出)以及位于所述介质层外侧的金属管2；

其中，所述圆柱金属内芯1的中央半径为R1，所述金属管2的内径为R2，所述介质层的内径为R1，厚度为R2-R1，其折射率为ε；

参见图5，所述圆柱金属内芯1用于传导电脉冲刺激，所述圆柱金属内芯1的侧面引出有金属引线a，所述金属引线a连接外部电源，以实现特定重复频率(如10Hz-1kHz)、周期及幅度的电刺激。

所述圆柱金属内芯1靠近作用靶标的一端为信号输出端，所述信号输出端为第一渐细圆锥结构11，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯的另一端为信号输入端12，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯1输入的高频电磁波；

所述圆柱金属内芯1和所述金属管2之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波。

图1和图3分别给出了脑深部刺激装置的两种不同的实现方式。在图1中，圆柱金属内芯1的信号输入端12设置有一对圆锥棱镜，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述圆锥棱镜与输入光纤相连。需要说明的是，圆锥棱镜的存在，可以大大提高圆柱金属内芯1与光纤的耦合效率。

在图3中，圆柱金属内芯1的信号输入端12为第二渐细圆锥结构，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述第二渐细圆锥结构与输入光纤相连。需要说明的是，将圆柱金属内芯1的信号输入端设置成第二渐细圆锥结构，可以省去额外的辅助耦合设备，且在一定程度上可以提高圆柱金属内芯1与光纤的耦合效率。

从上面分析可以看出，图1和图3两种方式均比较实用，图1所示的在信号输入端设置一对圆锥棱镜，对比直接使用金属圆锥内芯或将信号输入端设置成第二渐细圆锥结构，可以提高与光纤的耦合效率。而图3所示的方式的优势在于不用额外的辅助耦合设备，简化了设备结构。

需要说明的是，图3中为清楚展示起见，将圆柱金属内芯1和金属管2分离进行展示，实际应用时，圆柱金属内芯1位于金属管2内部，且在圆柱金属内芯1和金属管2之间设置有介质层；

参见图3，所述圆柱金属内芯1两端逐渐变细，所述圆柱金属内芯1靠近作用靶标的末端为第一渐细圆锥结构11，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯靠近信号输入端12为第二渐细圆锥结构，用于与输入光纤相连，所述输入光纤用于向所述圆柱金属内芯1输入高频电磁波；

为使得第一渐细圆锥结构和第二渐细圆锥结构完全暴露出来而不被外部的金属管2覆盖，因此，所述圆柱金属内芯1的总长度为L，所述第一渐细圆锥结构的长度为L1，所述第二渐细圆锥结构的长度为L2，所述金属管2的长度为L-L1-L2；

所述圆柱金属内芯1和所述金属管2之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波。

可以理解的是，所述金属管2除了与所述圆柱金属内芯1形成同轴波导结构外，所述金属管2还起到保护和支撑圆柱金属内芯1及介质层的作用，因此，优选地，所述金属管2宜选用耐腐蚀、无毒性金属材料，如不锈钢等等。

需要说明的是，所述介质层优选采用对所述高频电磁波的吸收损耗低于预设阈值的材料制成。例如，如碘化银AgI、卤族元素化银AgCl_xBr_1-x、COP等有机材料，其中x可以等于0.5。

可以理解的是，所述圆柱金属内芯1用于传导电脉冲刺激。所述圆柱金属内芯1靠近作用靶标的末端为渐细圆锥结构，以减小横截面积便于扎入被测物体。所述圆柱金属内芯1靠近输入信号端为渐细圆锥结构，与输入光纤相连，以提高耦合效率。

需要说明的是，高频电磁波与生物大分子振动和转动频率相近，高频电磁波可被生物分子谐振吸收，并改变生物分子的状态，因此，高频电磁波可被局部组织吸收，有望提高脑深部局部血液循环，故可用于高血压、最小意识状态、提高记忆力等方面的治疗。特别是施加不同电磁频率、重复频率、功率及脉宽的高频电磁场，可协助探索最佳刺激靶点位置及实现刺激参数最佳组合等。

本实施例提供的脑深部刺激装置使用时可按如下方式进行：将一个多层金属及介质的长针状结构通过空间定位后，在确定位置将长针插入脑部，将高频电磁场引入大脑深部施加刺激。具体地，圆柱金属内芯1通过金属引线连接电源通电，施加一定重复频率、持续时间及强度的电刺激；圆柱金属内芯1和金属管2之间的介质层传输高频电磁场，以一定的电磁频率、重复频率、持续时间及强度施加高频电磁场，从而达到脑深部刺激的效果。

在一种具体实例中，所述圆柱金属内芯1的中央半径R1可取值0.8mm，所述金属管2的内径R2可取值1.5mm，所述介质层的内径R1取值0.8mm，厚度取值R2-R1＝0.7mm，所述圆柱金属内芯1的总长度L可取值25cm，所述第一渐细圆锥结构的长度L1可取值2cm，所述第二渐细圆锥结构的长度L2可取值3cm，所述金属管2的长度取值L-L1-L2＝20cm。

由上述技术方案可知，本实施例提供的联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，包括：多层金属及介质的长针状结构；所述多层金属及介质的长针状结构，包括：圆柱金属内芯、包裹所述圆柱金属内芯的环形介质层以及位于所述介质层外侧的金属管；其中，所述圆柱金属内芯的中央半径为R1，所述金属管的内径为R2，所述介质层的内径为R1，厚度为R2-R1；所述圆柱金属内芯的侧面引出有金属引线，所述金属引线连接外部电源，所述圆柱金属内芯用于传导电脉冲刺激；所述圆柱金属内芯靠近作用靶标的一端为信号输出端，所述信号输出端为第一渐细圆锥结构，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯的另一端为信号输入端，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯输入的高频电磁波；所述圆柱金属内芯和所述金属管之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波。可见，本实施例提供的脑深部刺激装置，将高频电磁场引入大脑深部施加刺激，由于高频电磁波与生物大分子振动和转动频率相近，高频电磁波可被生物分子谐振吸收，并改变生物分子的状态，因此电磁波被局部组织吸收，可有望提高脑深部局部血液循环。可见，本实施例不仅仅使用普通的电脉冲刺激，还引进了高频电磁波，并充分利用高频电磁波与生物大分子振动和转动频率相近，可被生物分子谐振吸收，并改变生物分子的状态的特性，使得在普通电脉冲刺激的基础之上，进一步提升脑刺激效果，本实施例中，电脉冲刺激和高频电磁场刺激相辅相成，从而可以提高脑深部刺激效果。

此外，由于位于太赫兹、中远红外频段的高频电磁波与生物大分子振动和转动频率更为接近，该频段的高频电磁波更容易被局部组织吸收，有望进一步提高脑深部局部血液循环，因而可用于高血压、最小意识状态、提高记忆力等方面的治疗，因此，在一种优选实施方式中，所述高频电磁波为位于太赫兹或中远红外频段的高频电磁波。

为能够让所述长针状结构在空间不同位置进行定位，解决目前常规DBS刺激靶点位置难以准确确定的问题，在一种优选实施方式中，参见图4，所述装置还包括：弧形轨道3，所述长针状结构沿所述弧形轨道3的径向方向进行安装，所述长针状结构能够在所述弧形轨道3上任意移动和固定，所述弧形轨道上刻有刻度，用于实现空间不同位置的定位。

可以理解的是，所述弧形轨道可以为任意角度的弧形轨道，如60°、90°、120°等，不过为了能够在大脑的任意位置实现电刺激，优选地，所述弧形轨道为一个180°的弧形轨道。

在一种优选实施方式中，参见图4，所述装置还包括：直径可调节的环形卡箍4；所述环形卡箍4外侧设置有一对固定结构b1和b2，所述弧形轨道3固定在所述固定结构b1和b2上。

可以理解的是，所述直径可调节的环形卡箍4可以适应人脑位置，方便佩戴在人脑上。

在一种优选实施方式中，所述固定结构b1和b2为一金属条，也即所述环形卡箍在沿直径方向相对的两端设置有一对金属条，所述弧形轨道固定在所述金属条上。

在一种优选实施方式中，参见图5，所述输入光纤X靠近所述信号输入端的位置处设置有金属套管T，所述金属套管T用于提高所述输入光纤X的机械强度以及用于准直；

所述金属套管T远离所述信号输入端的一端设置有橡胶套Q，所述橡胶套Q的前半部分包裹所述金属套管T，后半部分直接包裹未被金属套管T覆盖的输入光纤，用于防止光纤弯折。

在一种优选实施方式中，参见图5，所述金属套管T外部设置有环形螺纹槽5和6，所述环形螺纹槽5和6与所述金属管2外侧的准直螺纹法兰7连接。

可以理解的是，输入光纤X的末端加金属套管T用于准直和提高机械强度，橡胶套Q位于金属套管T后端、以避免光纤90度弯折。金属套管T外设置有环形螺纹槽5和6，环形螺纹槽5和6与所述金属管2外侧的准直螺纹法兰7连接，用于稳固输入光纤X和所述金属管2。

其中，图6～图7为图5在不同角度下的立体图，图8为图6的侧视图。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种联合高频电磁波和电脉冲的脑深部刺激装置，其特征在于，包括：多层金属及介质的长针状结构；

所述多层金属及介质的长针状结构，包括：圆柱金属内芯、包裹所述圆柱金属内芯的环形介质层以及位于所述介质层外侧的金属管；

其中，所述圆柱金属内芯的中央半径为R1，所述金属管的内径为R2，所述介质层的内径为R1，厚度为R2-R1；

所述圆柱金属内芯的侧面引出有金属引线，所述金属引线连接外部电源，所述圆柱金属内芯用于传导电脉冲刺激；

所述圆柱金属内芯靠近作用靶标的一端为信号输出端，所述信号输出端为第一渐细圆锥结构，用于扎入被测物体，所述圆柱金属内芯的另一端为信号输入端，与输入光纤相连，用于接收所述输入光纤向所述圆柱金属内芯输入的高频电磁波；

所述圆柱金属内芯和所述金属管之间形成同轴波导结构，并通过所述介质层传输所述高频电磁波；

其中，所述高频电磁波为位于太赫兹或中远红外频段的高频电磁波。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱金属内芯的信号输入端设置有一对圆锥棱镜，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述圆锥棱镜与输入光纤相连。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱金属内芯的信号输入端为第二渐细圆锥结构，所述圆柱金属内芯的信号输入端通过所述第二渐细圆锥结构与输入光纤相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：弧形轨道，所述长针状结构沿所述弧形轨道的径向方向进行安装，所述长针状结构能够在所述弧形轨道上任意移动和固定，所述弧形轨道上刻有刻度，用于实现空间不同位置的定位。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述弧形轨道为一个180°的弧形轨道。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：直径可调节的环形卡箍；所述环形卡箍外侧设置有一对固定结构，所述弧形轨道固定在所述固定结构上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述环形卡箍在沿直径方向相对的两端设置有一对金属条，所述弧形轨道固定在所述金属条上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入光纤靠近所述信号输入端的位置处设置有金属套管，所述金属套管用于提高所述输入光纤的机械强度以及用于准直；

所述金属套管远离所述信号输入端的一端设置有橡胶套，所述橡胶套的前半部分包裹所述金属套管，后半部分直接包裹未被金属套管覆盖的输入光纤，用于防止光纤弯折。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属套管外部设置有环形螺纹槽，所述环形螺纹槽与所述金属管外侧的准直螺纹法兰连接。

Images