CN110944715B

CN110944715B - 植入式环形磁体系统

Info

Publication number: CN110944715B
Application number: CN201880048387.4A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·威廉·因京特; 安得鲁·霍夫纳; 英格博格·霍赫麦尔
Original assignee: MED EL Elektromedizinische Geraete GmbH
Current assignee: MED EL Elektromedizinische Geraete GmbH
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: AU2018309622B2; US11660447B2; WO2019027745A1; EP3641880B1; US20200346006A1; CN110944715A; EP3641880A4; EP3641880A1; AU2018309622A1; US20220176111A1

Abstract

描述了一种植入式环形磁体系统。平坦的植入物接收器线圈配置为位于植入患者的上覆皮肤下方并与其平行，以用于经皮传送植入物通信信号。平坦的环形附接磁体也配置为位于上覆皮肤下面并与其平行并且径向环绕接收器线圈。附接磁体的特征在于磁场构造成避免在存在外部磁场的情况下在附接磁体上产生扭矩。

Description

植入式环形磁体系统

本申请要求2017年8月2日提交的美国临时专利申请62/540,117的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及医疗植入物，更具体地涉及用于这些植入物中的永磁体装置。

背景技术

一些植入物，例如前庭植入物(VI)、中耳植入物(MEI)以及耳蜗植入物(CI)，在可植入部分和外部部分均使用了附接磁体，以将外部部分磁性固定在植入物上方。例如，如图1所示，典型的耳蜗植入系统可包括外部发射器壳体101，外部发射器壳体101包含发射线圈107和外部附接磁体105。外部附接磁体105具有常规的硬币形状和垂直于患者皮肤的南北磁偶极子以产生如图所示的外部磁场线M₁。植入患者皮肤下的是相应的接收器组件102，该接收器组件102具有相似的接收器线圈108和内部附接磁体106。内部附接磁体106还具有硬币形状和垂直于患者皮肤的南北磁偶极子以产生如图所示的内部磁场线M₂。内部接收器壳体102通过外科手术植入并固定在患者体内。外部发射器壳体101放置在覆盖内部接收器组件102的皮肤上的适当位置，并通过内部磁场线M₂和外部磁场线M₁之间的相互作用而保持就位。来自发射器线圈107的Rf信号将数据和/或电力耦合到与植入的处理器模块(未示出)通信的接收器线圈108。

当患者接受磁共振成像(MRI)检查时出现一个问题。植入磁体和MRI施加的外部磁场

之间发生相互作用。如图2所示，植入物附接磁体202的磁偶极矩/>

的方向垂直于患者的皮肤。因此，来自MRI的外部磁场/>

可在附接磁体202上产生扭矩/>

这可将附接磁体202或整个植入物壳体201移位到合适位置之外。除其他外，这可能会损伤患者的相邻组织。另外，来自MRI的外部磁场/>

可以减小、去除或反转附接磁体202的磁偶极矩/>

从而其可能不再足够强以将外部发射器壳体保持在适当的位置。附接磁体202还会在MRI图像中引起成像伪影，以及在接收器线圈中可能存在感应电压，从而产生听力伪影。MRI场强超过1.5特斯拉时这尤其是问题。

因此，对于具有磁体装置的现有植入物系统，通常要么不允许进行MRI，要么至多将MRI的使用限制为降低场强。其他现有的解决方案包括使用可手术移除的附接磁体、球形附接磁体(例如，美国专利7,566,296)以及各种环形磁体设计(例如，美国专利8,634,909和美国专利公开2011/0022120)，所有这些均通过引用并入本文。已经描述了用于听力植入物应用中的磁性元件的各种其他复杂装置，例如参见美国专利4,549,532和美国专利7,608,035，其通过引用并入本文。然而，没有暗示这些治疗装置对于诸如上述的磁性附接应用可能潜在地具有任何实用性。

发明内容

本发明的实施例涉及一种用于医疗植入物系统的磁性系统。如图3所示，平坦的植入物接收器线圈302配置为位于植入患者的上覆皮肤307的下面并与其平行，以用于经皮传送植入物通信信号。平坦的环形附接磁体301也配置为位于上覆皮肤307下方并与其平行，并且径向地围绕接收器线圈。附接磁体307的特征在于局部磁偶极矩，局部磁偶极矩配置为避免在存在外部磁场的情况下在附接磁体上产生扭矩或至少使扭矩最小化。这可以通过在所有局部磁偶极矩的积分为零的径向上按比例的总磁化强度或复磁化强度来实现。

在另外的特定实施例中，具有植入物壳体，该植入物壳体配置为包含植入物接收器线圈和附接磁体。植入物壳体和附接磁体可以配置为使得附接磁体能够在植入物壳体内旋转，以避免在存在外部磁场的情况下在附接磁体上产生扭矩。或者，植入物壳体和附接磁体可以配置为防止附接磁体在植入物壳体内旋转。在植入物壳体内的附接磁体周围可能存在大量的阻尼油，该阻尼油配置为抵抗植入物磁体在植入物壳体内的运动。

附接磁体可以包括多个局部磁性区，其中每个磁畴可以被径向地或直径方向上磁化，以使得环形磁体能够通过连接单个磁畴而起作用。分段磁体可以具有与所描述的理想环形磁体相同的磁性和MRI行为，并且可以被封装在生物相容性材料中以保证机械和生物安全性。

附接磁体可包括多个局部磁场部分，其中每个局部磁场具有独立的局部磁场和独立的局部磁场方向，并且其中用于所有局部磁场的组合磁场的总体磁偶极矩为零。在这样的实施例中，每个局部磁性区可以是物理上不同的环形段，由此附接磁体包括连接在一起的多个环形段以形成环形。或者，附接磁体可以包括单个整体结构而没有不同的环形段。在另一个实施例中，附接磁体的特征可以在于单个磁偶极矩沿平行于上覆皮肤的环直径定向。

接收器线圈可以具有盘形。并且附接磁体被封装在生物相容性材料中。

在以上任一项中，医疗植入物系统可以是听力植入物系统，例如耳蜗植入物系统、中耳植入物系统、骨传导听力植入物系统或前庭植入物系统。

附图说明

图1示出了可以在本发明的实施例中使用的典型的理想化的人工耳蜗的一部分。

图2示出了外部磁场对可用于本发明实施例的植入部件的植入部分的作用。

图3示出了根据本发明的实施例的线圈和附接磁体装置的剖视图。

图4示出了根据本发明实施例的附接磁体的俯视图。

图5示出了根据本发明另一实施例的附接磁体的俯视图。

图6示出了根据本发明另一实施例的附接磁体的俯视图。

图7示出了根据本发明另一实施例的附接磁体的俯视图。

图8A和8B分别示出了根据另一实施例的与外部附接磁体有关的附接磁体以及它们之间的作为旋转角度的函数的保持力。

具体实施方式

本发明的各种实施例涉及一种改进的植入物附接磁体装置，其与常规结构相反。代替由环形接收器线圈围绕的圆柱形附接磁体，本发明的实施例具有由环形附接磁体围绕的中心接收器线圈，该环形附接磁体具有一个整体或局部变化的磁偶极矩定向。本发明的一个优点在于，在常规设计中，吸引磁性保持力仅从小中心磁体施加到线圈中心周围的小面积区域，与常规设计相比，附接磁体的环形将施加到外部吸引力保持部分的吸引保持力分散到中心线圈周围的较大区域。另一个优点在于，用于经皮传输的接收器线圈和发射器线圈可以使用直到发射器线圈或接收器线圈中心的区域，从而可以实现更好的耦合。这继而可以在功率传输的情况下提高功率传输效率，并且在数据传输的情况下可以改善接收器线圈处的数据信号的信噪比。环形附接磁体的另一优点在于，与常规设计相比，可以增加体积并因此增加施加到外部部件上的保持力。环形附接磁体还为电子部件提供了更大的内部空间，这可以导致减小植入物的尺寸并相应地减小外部部件的尺寸。内部空间可具有面向患者头部的骨头或皮肤的一个侧壁，该侧壁可适于分别适合于可植入部分和外部部分的骨头或皮肤的外部形状。例如，侧壁可以具有凹形。对于外部部件，这可以进一步改善吸引力的磁性保持力分布，从而另外增加保持能力和患者舒适度。

图3示出了由环形附接磁体301围绕的平坦植入物接收器线圈302，该平坦植入物接收器线圈302构造成可植入患者体内并平行于上覆皮肤307以进行经皮通信。通信信号是从外部部件309中的相应发射器线圈304发射的，该外部部件309通过附接磁体301的磁吸引而固定在皮肤307上。植入物接收器线圈302和附接磁体301具有关于共同的中心轴306的径向对称的形状。接收器线圈302的外径(dc)小于附接磁体301的内径(di)。在一个优选实施例中，附接磁体301的内径(di)与接收器线圈302的外径(dc)的比值在0.74至0.76的范围内。附接磁体301与具有匹配磁场的外部附接磁体303相互作用，以产生附接力，该附接力将外部部件309牢固地保持在皮肤307上的适当位置，其中发送器线圈304直接在接收器线圈302上方，以实现通信信号(例如在外部信号处理器311中生成的信号，该信号也可以如图所示位于外部部件309中，或者可以单独定位)的最佳耦合。参照任何示例性附图，附接磁体301可具有本文所述的任何合适的磁偶极矩。

图3所示的特定实施例包括植入物壳体308，该植入物壳体308具有配置为位于皮肤307之下并平行于皮肤307的外表面312，并且包含植入物接收器线圈302和附接磁体301。植入物附接磁体301可以是被覆盖在生物相容性材料的磁体壳体305内，以确保生物相容性和机械阻力。植入物壳体308还包含植入物电路310，该植入物电路310处理来自接收器线圈302的植入物通信信号以提取功率分量以为植入的分量供电，和/或提取数据分量，该数据分量被处理为植入电极的一个或多个刺激信号(未显示)。在一个实施例中，当植入时，面向颅骨的侧壁可以适合于适应颅骨的外部形状，例如呈凹形。但是，在其他实施例中，可能不存在这种植入物壳体308；例如，接收器线圈302和附接磁体301可以被封装在弹性材料中，而植入物电路310在物理上是分开的。弹性材料可以是硅树脂。

图4示出了根据本发明一个方面的附接磁体301的另一实施例的俯视图，其特征在于，单个磁偶极矩601沿环直径定向(即径向磁化)，平行于上覆皮肤或平行于公共中心轴306(即轴向磁化)，并垂直于上覆皮肤(未显示)朝向或远离。来自例如MRI扫描仪的外部的应用磁场

可以在附接磁体301上产生扭矩/>

在一个示例中，为了提高MRI安全性，可以通过任何合适的固定装置将附接磁体301固定到下面的骨骼。例如，这可以是本领域已知的螺钉或销。

在另一个优选实施例中，附接磁体301具有平行于皮肤的磁偶极矩601，并且可绕公共中心轴306旋转以与例如来自MRI的强外部磁场匹配，从而避免绕附接磁铁301的公共中心轴306产生扭矩

这避免了植入时在头骨上的接触力，从而避免了患者的痛苦，甚至可以防止附接磁铁301移位，从而改善了MRI安全性。为此目的，附接磁体301的一个或多个滑动表面可以被钛或某种一些其他材料覆盖以减少摩擦磨损。在一些实施例中，附接磁体301可以可旋转地位于磁体壳体305的内部容积中。磁体壳体305的内部体积的至少一部分可以包括围绕附接磁体301的大量的阻尼油或铁磁畴，该阻尼油或铁磁畴的构造能够抵抗例如由于患者头部的运动而引起的附接磁体301在磁体壳体305内的意外运动。磁体壳体305可以是植入物壳体308的必不可少的部分，其中磁体壳体305的内部体积可以由植入物壳体308中的封闭隔室形成。对于具有可旋转磁体设计的该实施例，因为内部磁偶极矩与外部磁场匹配，不会对磁体造成损害，磁体材料不能抵抗强外部磁场内部的高退磁磁场。

图5示出了具有平坦环形磁体设计的径向磁化的附接磁体301的俯视图，其中在每个点处的磁偶极矩

定向指向旋转对称轴306。外部部件309的相应附接磁体301具有沿相反方向的磁偶极矩/>

定向以产生吸引力，即，每个点处的磁偶极矩/>

都指向远离外部附接磁体301的旋转对称轴。此径向对称磁化导致净零磁体偶极矩/>

因此当暴露于外部磁场/>

(例如，来自MRI扫描仪的磁场)时，在附接磁体301上不会产生扭矩/>

在该实施例中，用于附接磁体301的磁体材料必须具有抗退磁的阻力，因为至少一个磁体区域的定向与例如来自MRI扫描仪的外部磁场相反。

图6示出了附接磁体301的俯视图，其示出了实施例，在该实施例中，每个局部磁性区是物理上不同的环段401，由此，附接磁体301包括连接在一起以形成环形的多个环段401。在该实施例中，每个段可以具有径向对称磁偶极矩

或直径方向磁偶极矩/>

或两者的组合。如图5中所示，对称磁性布置导致净零磁偶极矩/>

并且因此当暴露于外部磁场/>

时，在附接磁体301上不产生扭矩/>

在该实施例中，磁体材料必须具有抗退磁的阻力，因为至少一个磁体段401具有定向成与例如来自MRI扫描仪的磁场/>

相反方向的磁偶极矩/>

图7示出了附接磁体301的俯视图，示出了一种实施例，在该实施例中具有多个局部磁区，每个局部磁区具有独立的局部磁偶极矩

和独立的局部磁偶极矩定向(如相邻箭头所示)，在此示例中，局部磁偶极矩定向平行于上覆皮肤的平面。在一个实施例中，局部磁性区及其局部磁偶极矩/>

可以以这种方式布置和定向，使得在在外部附接磁体303上施加的保持力在相对于附接磁体301绕共同的中心轴306的一个旋转角处具有至少一个明显的最大值。图7示出了这种示例性布置。这具有的优点在于，外部部件309以与(植入的)植入物壳体308相对固定的旋转关系固定在皮肤307上。这例如对于前庭植入物很重要，在该前庭植入物中，外部部件的运动传感器必须具有相对于患者已知的定向。另外，所有局部磁偶极矩/>

的总组合磁偶极矩在一起可能具有零组合磁偶极矩(如图7所示的局部磁偶极矩/>

的矢量和消失，即，对于具有局部磁偶极矩/>

的每个区域，矢量和产生：/>

)，因此，当暴露于例如来自MRI扫描仪的外部磁场/>

时，在附接磁体301上不会出现扭矩/>

图7中示出的附接磁体301示出了一种示例，其中，局部磁性区及其局部磁偶极矩以这种的方式布置，使得组合磁偶极矩消失并且同时施加在对应的外部附接磁体303上的保持力具有相对于附接磁体301围绕公共中心轴306的一个旋转角具有至少一个明显的最大值。图8A示出了如图7所示的构造的附接磁体301和相应的外部附接磁体303相对于彼此旋转了角度α。外部附接磁体303的示例性示出的四个局部磁区401相对于附接磁体301的它们的对应局部磁区401具有相反的磁定向以获得最大吸引力。图8B示出了附接磁体301和外部附接磁体303之间的吸引力作为围绕共同中心轴306的旋转角度α的函数。该力在一个角度α₀处最强。在一个实施例中，附接磁体301可以以与参考上述图5和图6描述的相同的方式固定。类似地，磁体材料必须具有抗退磁的阻力，因为至少一个磁体区具有磁偶极矩

该磁偶极矩的定向与例如来自MRI扫描仪的外部磁场/>

的方向相反。

在另一个实施例中，图7和图8所示的附接磁体301可以相对于植入物壳体308绕共同的中心轴306旋转。如图4所示。在该构造中，可植入部件可包括用于检测附接磁体301相对于植入物壳体308的相对旋转角度的传感器。植入物电路310可以配置为根据该测量来计算相对于植入物壳体308的相对旋转角度。传感器可以包括磁场传感器，以测量附接磁体301的磁场并提供给植入物电路310。植入物电路310可以配置为根据该测量来计算相对于植入物壳体308的相对旋转角度。备选地，代替传感器，可以使用弹簧元件来使附接磁体301相对于植入物壳体308可逆地回到预定的旋转角度。

尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的适用范围下，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本发明的一些优点。例如，该环形尽管示出为圆环，但是可以具有任何合适的几何形式，例如但不限于具有或不具有圆形边缘的矩形、方形、三角形、椭圆形。

Claims

1.一种用于患者用户的医疗植入物系统的磁性系统，所述系统包括植入物壳体，所述植入物壳体包括：

环形植入物接收器线圈，配置为位于植入患者的上覆皮肤下方并与其平行，用于经皮传送植入物通信信号；和

环形附接磁体，配置为位于所述上覆皮肤的下方并与其平行，并沿径向围绕所述接收器线圈，所述附接磁体包括多个局部磁区，

其中，每个局部磁区具有独立的局部磁偶极矩和独立的局部磁偶极矩定向，

其中，所述独立的局部磁偶极矩定向成使得对包括环形外部附接磁体的外部部件施加的吸引保持力在相对于附接磁体绕共同的中心轴的一个旋转角处具有至少一个明显的最大值，其中，所述附接磁体和所述外部附接磁体围绕共同的中心轴对准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述植入物接收器线圈是平坦的。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述环形附接磁体是平坦的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述附接磁体和所述接收器线圈是圆形或椭圆形的环形。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述附接磁体的特征在于单个磁偶极矩。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述偶极矩在平行于上覆皮肤或平行于所述环形附接磁体的中心轴且垂直于所述上覆皮肤的环直径上定向。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所有局部磁区的组合磁偶极矩的总磁偶极矩为零。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，每个局部磁性区是物理上不同的环形段，其中，所述附接磁体包括连接在一起以形成环形的多个环形段。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述植入物壳体和所述附接磁体配置为防止所述附接磁体在所述植入物壳体内旋转。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述植入物壳体和所述附接磁体配置为在存在外部磁场的情况下使得所述附接磁体能够在所述植入物壳体内旋转。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述植入物壳体还包括适于确定所述植入物壳体与所述附接磁体之间的相对旋转角度的传感器。

12.一种医疗植入物系统，包括：

外部部件，其包括适于经皮通信的接收器线圈和径向地围绕所述接收器线圈的环形外部附接磁体；以及

可植入部件，其包括根据权利要求1-10中任一项所述的磁性系统。