CN111529924A - 一种深部脑刺激电极装置 - Google Patents

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Abstract

一种深部脑刺激电极装置，包括第一电极、第二电极、固定套管和电路连接部分，第一、第二电极包括电极植入部分和电极固定部分，电极植入部分用于植入脑部特定靶点，电极固定部分被固定设置在固定套管中并相互绝缘隔离，固定套管经设置以便固定在颅骨打孔点位置上，通过固定套管将第一、第二电极固定在脑部中的预定位置，第一、第二电极通过电路连接部分引入电刺激信号。该深部脑刺激电极装置能够可靠、精准地实现以双通道联合作用对靶点进行电刺激，达到对预定脑区的精准电刺激，且对脑区损伤极小，可有效安全地用于治疗药物成瘾，并且其结构对脑刺激对象的自由活动影响小。该深部脑刺激电极装置制作方式实现简单，成本低，易于量产。

Description

一种深部脑刺激电极装置
技术领域
本发明涉及植入式医疗器械，特别是一种深部脑刺激电极装置。
背景技术
植入式脑电极可应用于脑内刺激、脑内信号的采集、神经功能的重建等。深部脑刺激(deep brain stimulation，DBS)技术是近年来治疗功能神经的全新治疗方式，已广泛用于治疗药物难治性晚期帕金森病、肌张力障碍、特发性震颤等运动障碍相关的疾病。另外，DBS技术对于一些难治性精神障碍、慢性抑郁、肥胖症、药物成瘾等也有一定疗效。虽然其作用机制尚不明确，但在涉及药物成瘾的治疗时，DBS技术在微损伤、可调节等方面的优势使得取代药物治疗和脑切除手术成为可能。
目前，在深部脑刺激研究中，电极装置的主要形式可分为两种：脑内微电极阵列，这类电极的通道数量可多达上百个，电流幅值较小。微电极阵列不仅能实现刺激功能，且可以记录场电位，甚至可以记录单个神经元的动作电位；但缺点是电极及相应的刺激系统设计复杂，成本高；还有一种方式是单根多通道电极，这种电极的通道数量常常在1～32个之间，电流幅值相对较大，且其设计较为简单。
如中国专利文献CN110384859A中公开了一种用于急慢性深部脑信号记录和刺激的自发散微电极阵列，使用多根铂铱合金丝作为电极束，利用套管将电极束植入特定区域后使电极束在工作区自发散开，形成自发散微电级阵列。虽然该电极阵列可实现多点刺激，但电极束中各刺激点的间距随机，不可调控，可能导致部分刺激区域电信号过强或者过弱等情况。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种深部脑刺激电极装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种深部脑刺激电极装置，包括第一电极、第二电极、固定套管和电路连接部分，所述第一电极和所述第二电极包括电极植入部分和电极固定部分，所述电极植入部分用于植入脑部特定靶点，通过双通道联合作用刺激脑部神经元，所述第一电极和所述第二电极的所述电极固定部分被固定设置在所述固定套管中并相互绝缘隔离，所述固定套管经设置以便固定在颅骨打孔点的位置上，且通过所述固定套管将所述第一电极和所述第二电极固定在脑部中的预定位置，所述第一电极和所述第二电极通过所述电路连接部分引入电刺激信号。
进一步地：
所述第一电极和所述第二电极设置成针芯针管组合结构，所述第一电极为针芯，所述第二电极为套在所述针芯上的针管，所述针芯与所述针管之间设有绝缘层。
所述固定套管的表面具有螺纹。
所述固定套管为螺纹状绝缘材料套管。
所述固定套管的两端为呈斜向缩窄的尖状。
所述固定套管在颅骨打孔点的上端与牙科水泥紧密结合。
所述第一电极和所述第二电极为不锈钢电极。
所述电极植入部分的外部涂覆有聚四氟乙烯PTFE涂层。
所述电路连接部分包括与所述第一电极和所述第二电极分别相连的两根金属导线，所述第一电极、所述第二电极与所述两根金属导线通过连接焊点焊接；优选地，所述第一电极、所述第二电极与所述两根金属导线的焊接部分的外部套有热缩管，优选K-102热缩管。
所述电路连接部分还包括空中对接线结构，所述两根金属导线与产生所述电刺激信号的脉冲发生器通过所述空中对接线结构连接，所述空中对接线结构的末端具有2个引脚与一个卡槽，为可即时插拔式结构。
所述两根金属导线分别紧密缠绕在所述第一电极与所述第二电极的焊接部分上，由所述热缩管套住后通过加热所述热缩管来形成紧固连接。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种深部脑刺激电极装置，其中第一电极和第二电极的电极植入部分用于植入脑部特定靶点，通过双通道联合作用刺激脑部神经元，而第一、第二电极的电极固定部分则被固定设置在固定套管中并相互绝缘隔离，固定套管经设置便于被固定在颅骨打孔点的位置上，通过固定套管将第一电极和第二电极固定在脑部中的预定位置，采用这种设计，本发明的深部脑刺激电极装置能够可靠、精准地实现以双通道联合作用对靶点进行电刺激，达到对预定脑区的精准电刺激，且对脑区损伤极小，可有效安全地用于治疗药物成瘾，并且这种结构设计不会对脑刺激对象(如实验期间动物)的自由活动造成明显影响。同时，本发明的深部脑刺激电极装置制作方式实现简单，成本低，易于量产。
在本发明的一些优选方案中，采用不锈钢作为刺激神经元电活动的电极材料，其他植入脑部部分电极装置有聚四氟乙烯涂层，对动物大脑具有较强的生物兼容性；且设置螺纹状套管在颅骨打孔点的上端，可与牙科水泥紧密结合，保证植入电极的牢固程度，减小对靶点区域周边非刺激体积的影响，同时极大程度地保证动物在植入电极后的自由活动。
附图说明
图1为本发明实施例的深部脑刺激电极装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的深部脑刺激电极装置的分解与组装示意图。
图3示出将本发明实施例的用于治疗药物成瘾的电极植入后的动物(脑部双侧植入)。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，“连接”既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1至图3，本发明实施例提供一种深部脑刺激电极装置，包括第一电极1、第二电极2、固定套管3和电路连接部分(例如包括金属导线6、7)，所述第一电极1和所述第二电极2均包括电极植入部分和电极固定部分，所述电极植入部分用于植入脑部特定靶点，通过双通道联合作用刺激脑部神经元，所述第一电极1和所述第二电极2的所述电极固定部分被固定设置在所述固定套管3中并相互绝缘隔离，所述固定套管3经设置以便固定在颅骨打孔点的位置上，且通过所述固定套管3的固定作用将所述第一电极1和所述第二电极2固定在脑部中的预定位置，所述第一电极1和所述第二电极2通过所述电路连接部分引入电刺激信号。
采用上述结构设计，本发明实施例的深部脑刺激电极装置能够可靠、精准地实现以双通道联合作用对靶点进行电刺激，达到对预定脑区的精准电刺激，且对脑区损伤极小，可有效安全地用于治疗药物成瘾，并且这种结构设计不会对脑刺激对象(如实验期间动物)的自由活动造成明显影响。同时，本发明的深部脑刺激电极装置制作方式实现简单，成本低，易于量产。
在一些优选的实施例中，所述第一电极1和所述第二电极2设置成针芯针管组合结构，所述第一电极1为针芯，所述第二电极2为套在所述针芯上的针管，所述针芯与所述针管之间设有绝缘层。所述第一电极1和所述第二电极2采用不锈钢作为刺激神经元电活动的电极材料。采用聚四氟乙烯涂层9作为所述第一电极1和所述第二电极2的绝缘层。
在一些优选的实施例中，所述固定套管3的表面具有螺纹。优选地，所述固定套管3为螺纹状绝缘材料套管。所述固定套管3的两端为呈斜向缩窄的尖状。所述固定套管3在颅骨打孔点的上端与牙科水泥紧密结合。
由于采用不锈钢作为刺激神经元电活动的电极材料，其他植入脑部部分电极装置有聚四氟乙烯涂层，对动物大脑具有较强的生物兼容性。通过设置螺纹状套管在颅骨打孔点的上端，可与牙科水泥紧密结合，保证植入电极的牢固程度，减小对靶点区域周边非刺激体积的影响，同时极大程度地保证动物在植入电极后的自由活动。
以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例及其应用。
一种具体实施例的深部脑刺激电极装置，可用于治疗药物成瘾，该深部脑刺激电极装置主要包括电极植入部分、电极固定部分、固定套管3和电路连接部分。所述电极被用于刺激脑区靶点，第一电极1与第二电极2的电极植入部分被植入脑部特定靶点，第一电极作为阴极释放电信号，第二电极作为阳极接收端。第一电极1与第二电极2共同用于刺激脑部神经元。第一电极1与第二电极2的电极固定部分的外部设置有固定套管3，所述固定套管3用于固定电极在脑部中的位置，其表面为螺纹状绝缘材料，所述固定套管3的两端为呈斜向的尖状。第一电极1与第二电极2通过连接焊点4、5与金属导线6、7焊接相连，实现不锈钢电极与金属导线的紧密连接。
所述金属导线6、7作为阴极与阳极的连线，例如为26AWG的UL1007电子线。第一电极1与第二电极2形成双向双电极。所述第一电极1为不锈钢电极，直径为0.3mm，总长26mm；所述第二电极2为同材质不锈钢电极，外直径为0.7mm，总长20mm。第一电极1与第二电极2的植入端导电部分的长度均为1.0mm。植入时，第一电极1与第二电极2经打过孔的颅骨到达脑部预定靶点；由固定套管3固定在颅骨的孔上。
第一电极1、第二电极2与脉冲发生器(未图示)的信号连接通过空中对接线结构8实现。空中对接线结构8的末端共有2个引脚与一个卡槽。在脑深部刺激实验过程中，可作为应急预案，通过随时插拔急停刺激实验，保护实验对象和维护实验安全。
第一电极1、第二电极2的植入部分的外部也均涂覆有聚四氟乙烯(Poly tetrafluoroethylene，PTFE)涂层9，厚度为0.1mm。另外，通过热缩管10保护和固定连接焊点4、5，有效避免实验过程中的机械损伤及漏电等，优选采用黑色阻燃K-102热缩管。
如图1～图3所示，在一些具体实施例中，一种用于治疗药物成瘾的深部脑刺激电极装置包括植入电极、固定套管和电路连接部分。植入电极包括第一电极1与第二电极2，用于刺激脑区靶点。第一电极1与第二电极2被植入脑部特定靶点后，第一电极1作为阴极释放电信号，第二电极2作为阳极接收端。第一电极1与第二电极2共同用于刺激脑部神经元。电极与脉冲发生器未图示的信号连接通过空中对接线结构8完成。第一电极1与第二电极2采用不锈钢电极，通过连接焊点4、5与金属导线6、7之间相连。制作时，将两根金属导线6、7依次紧密缠绕在连接焊点4、5的外面，使用640K的温度对外部套的热缩管10加热，形成固定。第一电极1与第二电极2外部设置有固定套管3，所述固定套管3用于固定第一电极1与第二电极2在脑部中的位置。电极植入前，动物脑部颅骨被打孔，将电极从孔中穿过，缓慢推入刺激区，将三颗螺钉打入颅骨，呈正三角状。倒入牙科水泥，均匀覆盖脑部裸露区域，覆盖厚度为固定套管3的2/3。具体地，在小鼠脑部手术区(如图3中所示脑部光滑部分)涂有较厚的牙科水泥。牙科水泥将电极固定，并保护受损的脑区。在手术区的外沿等距打三颗螺钉，保证牙科水泥贴合在颅骨表面不脱落，使牙科水泥更加牢固。
空中对接线结构8的末端设置可作为应急预案。在脑深部刺激实验过程中，通过随时插拔急停刺激实验，保护实验对象和维护实验安全。
在正式使用前，将脉冲发生器预设好刺激参数(刺激频率、脉冲幅度、脉冲宽度、总刺激时长等)，待安置好刺激对象与操作台环境后，先连接空中对接线结构8，再开启脉冲发生器的开关进行刺激。用于本次发明的刺激方式为双向直流电流脉冲刺激，刺激频率为20Hz(低频)、130Hz(高频)，脉冲幅度在100μA-150μA，脉冲宽度100μs，总刺激时长为1小时/天，总刺激天数为4-6天。刺激完成后，先关掉脉冲发生器的开关，再断开空中对接线结构8的连接，电极外部留于对象脑部等待下次刺激，两次刺激期间，动物可自由活动。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种深部脑刺激电极装置，其特征在于，包括第一电极、第二电极、固定套管和电路连接部分，所述第一电极和所述第二电极包括电极植入部分和电极固定部分，所述电极植入部分用于植入脑部特定靶点，通过双通道联合作用刺激脑部神经元，所述第一电极和所述第二电极的所述电极固定部分被固定设置在所述固定套管中并相互绝缘隔离，所述固定套管经设置以便固定在颅骨打孔点的位置上，且通过所述固定套管将所述第一电极和所述第二电极固定在脑部中的预定位置，所述第一电极和所述第二电极通过所述电路连接部分引入电刺激信号。
2.如权利要求1所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极设置成针芯针管组合结构，所述第一电极为针芯，所述第二电极为套在所述针芯上的针管，所述针芯与所述针管之间设有绝缘层。
3.如权利要求1或2所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述固定套管的表面具有螺纹，优选地，所述固定套管为螺纹状绝缘材料套管。
4.如权利要求3所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述固定套管的两端为呈斜向缩窄的尖状。
5.如权利要求1至4任一项所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述固定套管在颅骨打孔点的上端与牙科水泥紧密结合。
6.如权利要求1至5任一项所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极为不锈钢电极。
7.如权利要求1至6任一项所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述电极植入部分的外部涂覆有聚四氟乙烯PTFE涂层。
8.如权利要求1至7任一项所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述电路连接部分包括与所述第一电极和所述第二电极分别相连的两根金属导线，所述第一电极、所述第二电极与所述两根金属导线通过连接焊点焊接；优选地，所述第一电极、所述第二电极与所述两根金属导线的焊接部分的外部套有热缩管，优选为K-102热缩管。
9.如权利要求8所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述电路连接部分还包括空中对接线结构，所述两根金属导线与产生所述电刺激信号的脉冲发生器通过所述空中对接线结构连接，所述空中对接线结构的末端具有2个引脚与一个卡槽，为可即时插拔式结构。
10.如权利要求8或9所述的深部脑刺激电极装置，其特征在于，所述两根金属导线分别紧密缠绕在所述第一电极与所述第二电极的焊接部分上，由所述热缩管套住后通过加热所述热缩管来形成紧固连接。
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