CN116077829A - 植入装置和电刺激器以及电极电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植入装置和电刺激器及电极电镀方法，其中，植入装置包括：集成电路装置、电缆和电极阵列；集成电路装置包括脉冲发生模块和控制模块，脉冲发生模块用于产生电脉冲信号；控制模块与脉冲发生模块连接，用于响应电镀模式启动指令，获取电镀脉冲配置参数，根据电镀脉冲配置参数控制脉冲发生模块产生用于对电极阵列中待电镀电极进行电镀的电镀脉冲信号，控制模块还用于响应刺激模式启动指令，获取电刺激脉冲配置参数，根据电刺激脉冲配置参数控制脉冲发生模块产生电刺激脉冲信号。本发明的植入装置、电刺激器和电极电镀方法，可以维持柔性电极在成品阶段的表面洁净度，维持或增加电极表面电容值，提高电极使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种植入装置以及具有该植入装置的电刺激器，本发明还涉及一种电极电镀方法。
背景技术
医疗器械中部分电刺激器的刺激电极采用标准的MEMS工艺制备，即在晶圆上完成刺激电极以及电缆等功能性金属层的制作。其中，对于可植入式柔性医疗器械产品，考虑到柔性材料的不耐高温特性，刺激电极的制作一般采用电化学电镀工艺，例如，对于铂灰电极层，在晶圆阶段使用电镀工艺可以制作表面粗糙度很大的铂灰电极层，以满足电极电容的特殊需求。
但是，在柔性电极的后续封装层制作中，由于电极表面始终暴露在封装工艺环境中，封装过程中产生的污染非常容易被粗糙的电极表面吸附，并且由于铂灰特殊的微观物理结构，电极表面的污染很难被完全清除，导致有效电刺激面积下降，电极电容下降，电刺激寿命降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种植入装置，该植入装置可以维持柔性电极在成品阶段的表面洁净度，维持或增加电极表面电容值，提高电极使用寿命。
本发明第二个目的在于提出一种电刺激器。
本发明第三个目的在于提出一种电极电镀方法。
为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的植入装置，所述植入装置包括：集成电路装置、电缆和电极阵列；所述集成电路装置包括：脉冲发生模块，用于产生电脉冲信号；控制模块，所述控制模块与所述脉冲发生模块连接，用于响应电镀模式启动指令，获取电镀脉冲配置参数，根据所述电镀脉冲配置参数控制所述脉冲发生模块产生用于对所述电极阵列中待电镀电极进行电镀的电镀脉冲信号，所述控制模块还用于响应刺激模式启动指令，获取电刺激脉冲配置参数，根据所述电刺激脉冲配置参数控制所述脉冲发生模块产生电刺激脉冲信号。
根据本发明实施例的植入装置，设置电镀模式和刺激模式，控制模块用于响应电镀模式控制脉冲发生模块产生电镀脉冲信号，满足封装之后对电极电镀的需求，以维持柔性电极在成品阶段的表面洁净度，维持或增加电极表面电容。并且，控制模块用于响应刺激模式控制脉冲发生模块产生电刺激脉冲信号，从而实现对人体组织的电刺激。即本发明实施例的植入装置既具有电镀功能又不会影响其电刺激功能。
在一些实施例中，所述脉冲发生模块包括：电刺激脉冲发生单元，所述电刺激脉冲发生单元与所述控制模块连接，用于根据所述电刺激脉冲配置参数产生电刺激脉冲信号；电镀脉冲发生单元，所述电镀脉冲发生单元与所述控制模块连接，用于根据所述电镀脉冲配置参数产生电镀脉冲信号。
在一些实施例中，所述植入装置还包括开关阵列，所述开关阵列与所述电极阵列对应连接；所述电镀脉冲发生单元包括：正相驱动电路和正相开关，所述正相驱动电路用于产生正相脉冲信号，所述正相开关用于控制所述正相驱动电路与所述开关阵列的连接状态；负相驱动电路和负相开关，所述负相驱动电路用于产生负相脉冲信号，所述负相开关用于控制所述负相驱动电路与所述开关阵列的连接状态。
在一些实施例中，电极阵列包括N个电极，所述N大于1；所述电镀脉冲发生单元的正相驱动电路和负相驱动电路的数量均为一组。
在一些实施例中，所述电极阵列包括N个电极，所述N大于1；所述电刺激脉冲发生单元包括M组驱动电路，所述M组驱动电路与所述N个电极连接以形成N个电脉冲通道，其中，N为M的倍数。
在一些实施例中，所述集成电路装置还包括：参数存储模块，所述参数存储模块与所述控制模块连接，用于存储所述电镀脉冲配置参数和所述电刺激脉冲配置参数。
在一些实施例中，所述植入装置还包括：封装壳体，所述集成电路装置设置于所述封装壳体内，所述封装壳体具有接地连接部。
为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的电刺激器，包括：前述任一项的植入装置；外部件，所述外部件与所述植入装置连接，用于供电和发送电镀脉冲配置参数和电刺激脉冲配置参数，并用于发送指令控制植入装置进入电镀模式或刺激模式。
为了达到上述目的，本发明第三方面实施例的电极电镀方法，用于前述任一项的植入装置，包括：将所述植入装置的电极阵列浸没入电镀液中以作为阴极；将浸没在电镀液中的阳极金属件与所述植入装置连接并形成回路；启动所述植入装置的电镀模式，以对所述待电镀电极施加电镀脉冲信号。
在一些实施例中，所述电镀液为铂灰电镀液、铂电镀液或金电镀液，所述阳极金属件为钛片。
根据本发明实施例的电极电镀方法，在电镀时，植入装置启动电镀模式，控制模块控制脉冲发生模块产生电镀脉冲波形，通过电镀液产生电化学反应，在电极表面形成电镀层，从而实现对电极的电镀，可以维持柔性电极在成品阶段的表面洁净度，维持或增加电极表面电容值，提高电极使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的植入装置的框图；
图2是根据本发明的一个实施例的脉冲发生模块的框图；
图3是根据本发明的一个实施例的电镀脉冲发生单元与电极阵列连接的示意图；
图4是根据本发明又一个实施例的电镀脉冲发生单元与电极阵列连接的示意图；
图5是根据本发明一个实施例的电镀脉冲的波形图；
图6是根据本发明的一个实施例的刺激脉冲发生单元与电极阵列连接的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的电刺激脉冲的波形图；
图8是根据本发明一个实施例的电刺激器的框图；
图9是根据本发明的一个实施例的电极电镀方法的流程图；
图10是根据本发明一个实施例的电极电镀方法的工艺原理图。
附图标记：
电刺激器1；
植入装置100；外部件200；
集成电路装置10；电缆20；电极阵列30；开关阵列40；封装壳体50；
脉冲发生模块11；控制模块12；参数存储模块13；接地连接部51；
电刺激脉冲发生单元111；电镀脉冲发生单元112；
正相开关SA；负相开关SC。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的植入装置、电刺激器和电极电镀方法。
图1是根据本发明一个实施例的植入装置的框图，如图1所示，本发明实施例的植入装置100包括集成电路装置10、电缆20和电极阵列30。
植入装置100的电缆20和电极阵列30整体可以由MEMS工艺制造而成，例如可以通过化学气相沉积、溅射、电镀、蒸镀、等离子刻蚀、图案化或其组合制成。
其中，电缆20连接集成电路装置10和电极阵列30，电极阵列30可以由多个电极排布而成。电极阵列30的电极的端部裸露或部分裸露在衬底一侧，向被植入组织例如视网膜、视神经、脑皮层、脑深部或脊髓等区域发送电刺激脉冲。
在完成植入装置100的封装结构之后，电极阵列30中电极很有可能受到封装过程中高温烘烤而发生了物理结构上的变化，而且有被封装过程中的硅胶、粘合剂等杂质污染电极表面的风险。因此，在完成植入装置100的封装之后，需要对电极阵列30中的电极进行表面清洁和电镀，使得电极表面重新覆盖一层洁净的电镀层(例如铂灰层、铂层、金层、镍层等)，维持或增加电极表面电容，延长电极电刺激寿命。
为了达到上述目的，本发明实施例的植入装置100设置电镀模式，使得电镀脉冲可直接从待电镀的电极输出，满足植入装置100组装生产完成之后再次对电极表面进行电镀的需求，优化植入装置100出厂成品的电极效果。
具体来说，如图1所示，本发明实施例的集成电路装置10包括脉冲发生模块11和控制模块12。控制模块12与脉冲发生模块11连接，脉冲发生模块11用于产生电脉冲信号。控制模块12用于响应电镀模式启动指令，获取电镀脉冲配置参数例如电镀脉冲幅值、电镀脉冲宽度、脉冲间等待时间等，根据电镀脉冲配置参数控制脉冲发生模块11产生用于对电极阵列30中待电镀电极进行电镀的电镀脉冲信号，电镀脉冲信号通过待电镀电极输出。其中，待电镀电极可以浸入电镀液中作为阴极，并且与阳极金属件形成回路，从而实现对待电镀电极的电镀，使得电极表面形成电镀层，满足植入装置100完成封装之后需要对电极电镀的需求。
当然，本发明实施例的植入装置100仍然具有正常的刺激模式，以实现对人体组织的电刺激。具体地，控制模块12还用于响应刺激模式启动指令，获取电刺激脉冲配置参数例如脉冲间等待时间、电刺激脉冲数、电刺激时长等参数，并根据电刺激脉冲配置参数控制脉冲发生模块11产生电刺激脉冲信号，实现对人体组织的电刺激。
根据本发明实施例的植入装置100，设置电镀模式和刺激模式，控制模块12用于响应电镀模式控制脉冲发生模块11产生电镀脉冲信号，满足封装之后对电极电镀的需求，维持或增加电极表面电容。并且，控制模块12用于响应刺激模式可以控制脉冲发生模块11产生电刺激脉冲信号，从而实现对人体组织的电刺激。即本发明实施例的植入装置100既具有电镀功能又不会影响其电刺激功能。
在一些实施例中，同一个脉冲发生模块11可以既产生用于电镀模式的脉冲又产生用于正常电刺激模式的脉冲，如此则需要设置不同模式的配置参数。
在另一些实施例中，如图2所示，脉冲发生模块11包括电刺激脉冲发生单元111和电镀脉冲发生单元112。电刺激脉冲发生单元111与控制模块12连接，用于根据电刺激脉冲配置参数产生电刺激脉冲信号；电镀脉冲发生单元112与控制模块12连接，用于根据电镀脉冲配置参数产生电镀脉冲信号。
其中，电镀脉冲发生单元112可以仅工作于电极电镀模式，而电刺激脉冲发生单元111用于产生正常刺激脉冲。该实施例简化了脉冲发生电路的设计要求，不需要实现同一脉冲发生电路同时支持电镀模式和正常刺激模式的配置参数。
在一些示例中，如图3所示，植入装置100还包括开关阵列40，开关阵列40与电极阵列30对应连接。电镀脉冲发生单元112包括正相驱动电路、正相开关SA、负相驱动电路和负相开关SC。正相驱动电路及负相驱动电路可以为模块化的脉冲发生电路。其中，正相驱动电路用于产生正相脉冲信号，正相开关SA用于控制正相驱动电路与开关阵列40的连接状态；负相驱动电路用于产生负相脉冲信号，负相开关SC用于控制负相驱动电路与开关阵列40的连接状态。在进行电镀时，电镀脉冲发生单元112仅产生负相脉冲，即仅闭合负相开关SC。具体地，需要对相应电极进行电镀时，负相开关SC闭合，并且该电极对应连接的开关阵列40中开关闭合，使得电镀脉冲产生单元112产生的负相脉冲信号传输给待电镀的电极，满足其电镀需求，以使得其表面形成电镀层。依次闭合开关阵列40中对应的开关和负相开关SC，实现电极阵列30中每个电极的电镀。需要说明的是，电镀脉冲发生单元112可以仅包括负相驱动电路及相应的负相开关。在一些实施例中，电极阵列30包括N个电极，N大于1，例如N为数十、数百甚至数千等。电镀脉冲发生单元112的正相驱动电路和负相驱动电路的数量均为一组，电镀脉冲发生单元112直接与电极阵列30连接，即仅通过设置一组专用的正负驱动电路，来满足各电极的电镀需要。本发明电极的数量可以为电镀脉冲驱动电路数量的整数倍。
具体地，如图4所示，电极的数量为电镀脉冲驱动电路数量的一倍，即电镀脉冲发生单元112可以包括N组驱动电路，N组驱动电路与N个电极对应连接，实现电极的一一对应驱动，由于有N组驱动电路，在电镀模式时，各电极可在同一时刻进行电镀，也可以根据需要单独控制电极电镀处理，更加方便灵活。
图5为根据本发明一个实施例的单个电极的电镀脉冲波形的示意图。在电极电镀时，由电镀脉冲发生单元112产生电镀脉冲信号，电镀脉冲信号为负相电流脉冲。如图6所示，T1时段负相脉冲为电镀脉冲阶段，T2时段为电镀脉冲间等待时间，T1和T2的时间长度、T1时段脉冲的幅值组成脉冲配置参数，可以存储于植入装置100中，T1时段重复的次数即为电镀脉冲次数，由控制模块12依照要求确定。其中，T1和T2时段持续的时间长度以及电镀过程中T1时段重复的次数可支持调整，以适配不同电极的电镀需求。
图6是根据本发明的一个实施例的电刺激脉冲发生单元的示意图，如图6所示，电极阵列30包括N个电极，N大于1，例如为数十、数百甚至数千等。电刺激脉冲发生单元111包括M组驱动电路，M组驱动电路与N个电极连接以形成N个电脉冲通道，其中，N为M的倍数，倍数可以为一倍、两倍、三倍甚至更多，每组驱动电路包括正相驱动电路和负相驱动电路。即，一组驱动电路可同时驱动一个或多个电极执行电刺激动作，每个电极与一个驱动电路连接即可形成一个电脉冲通道。
图7是根据本发明的一个实施例的电刺激过程的波形图，如图7所示，t0时段为N个电极正常刺激的准备时段，t0时段结束后开始进入第一个刺激周期。在t1时段，此时电刺激脉冲发生单元111的负相驱动电路产生负相电脉冲信号，相应电极被激活并进行放电。在t2时段内电刺激脉冲发生单元111中的驱动电路的开关均断开，以避免负相电脉冲信号与t3时段产生的主动平衡信号重叠。在t3时段电刺激脉冲发生单元111正相驱动电路产生正相电脉冲信号，与电极上累积的负电荷相抵消，以主动平衡电荷。t4时段采集电脉冲通道中的累积电荷信号。在t5时段电极上的累积电荷接地并释放，从而达到被动平衡电荷的目的。以及，在执行完成若干个刺激周期后，插入1次长放电周期。
如图3所示，集成电路装置10还包括参数存储模块13，参数存储模块13与控制模块12连接，用于存储电镀脉冲配置参数和电刺激脉冲配置参数。在电镀模式时，控制模块12可以直接读取参数存储模块13中的电镀脉冲配置参数，在刺激模式时，控制模块12可以直接读取参数存储模块13中的电刺激脉冲配置参数。其中，配置参数可以由植入装置100连接的外部件200进行设置。
进一步地，为了实现植入装置100本身对电极的电镀，在一些实施例中，如图1所示，植入装置100还包括封装壳体50，集成电路装置10设置于封装壳体50内，封装壳体50具有接地连接部51，在进行电镀时，阳极金属可以与该接地连接部51连接以形成回路。
基于上面实施例的植入装置，本发明第二方面实施例提出一种电刺激器。
图8是根据本发明的一个实施例的电刺激器的框图，如图8所示，电刺激器1包括上述实施例的植入装置100和外部件200。
其中，外部件200与植入装置100连接，用于供电和发送电镀脉冲配置参数和电刺激脉冲配置参数，并用于发送指令控制植入装置100进入电镀模式或刺激模式。具体地，外部件200内部可以集成供电模块和主控制器。供电模块为植入装置100提供电源；外部件200的主控制器与植入装置100的控制模块12连接，可以用于发送控制命令和接收植入装置100的执行反馈，并且用户可以通过外部件200来设置驱动参数例如电镀脉冲配置参数和电刺激脉冲配置参数，并发送给植入装置100，进而保存在植入装置100的参数存储模块13中，后续在进行电镀或电刺激时，可以直接读取。
下面参照附图描述根据本发明第三方面实施例的电极电镀方法。
本发明实施例的电极电镀方法，可以用于上述实施例的植入装置100，适用于各类柔性电极的制作或修饰，优选例如为植入式视网膜电刺激器、植入式脑视觉皮层电刺激器、脑深部电刺激器、脊髓神经电刺激器等，以上均为需要刺激电极与人体组织直接接触的植入式电刺激系统。
图9为根据本发明的一个实施例的电极电镀方法的流程图，如图9所示，包括：
S1，将植入装置的电极阵列浸没入电镀液中以作为阴极。
S2，将浸没在电镀液中的阳极金属件与植入装置连接并形成回路。
S3，启动植入装置的电镀模式，以对待电镀电极施加电镀脉冲信号。
具体地，在进行电镀之前，还需要对电极阵列30进行表面清洁处理，包括如盐水/酒精(3:1混合液)浸泡，盐水润洗。清洁之后，将植入装置100整个浸入盐水中，使用外部件200与植入装置100的集成电路装置10进行能量传输和通信。以及，准备电镀液，根据不同的电镀需求，配置相应的电镀液，例如，在一些实施例中，电镀液可以采用铂灰电镀液、铂电镀液或金电镀液等。将植入装置100与电镀夹具固定，电极阵列30端浸没入电镀液中。使用外部件200与植入装置100的集成电路装置10进行能量传输和通信。对每一个刺激电极施加电镀脉冲。电镀脉冲的可调控参数为：负相电流脉冲幅值、负相电流脉冲宽度、脉冲间等待时间、电刺激脉冲数和电刺激时长等。
图10为根据本发明的一个实施例的电极电镀方法的工艺原理图，如图10所示，对植入装置100的电极进行电镀时，电极阵列30和阳极金属件(例如钛片)浸没在电镀液中，钛片连接到植入装置100的封装外壳40的接地连接部51。此时电极阵列30作为阴极，钛片作为阳极。在电镀时，由植入装置100内部集成的电镀脉冲发生单元112产生负脉冲信号，从某一待镀电极发出；利用电化学沉积原理，使该电极表面镀上一层材料(例如铂灰层、铂层、金层、镍层等)。
在该实施例中，植入装置成品进行电极电镀的方法如下：当系统需要执行所有电极的电镀时，外部件200的主控制器发送控制指令，使植入装置100进入电镀模式；植入装置100内的控制模块12从参数存储模块13获取电镀模式的脉冲配置参数，控制脉冲发生模块11产生图5所示的电镀脉冲波形，使电镀脉冲从各电极端发出。根据电镀原理，电极表面被镀上一层待镀材料，实现电极阵列30中各电极的电镀。
根据本发明实施例的电极电镀方法，在电镀时，植入装置100启动电镀模式，控制模块12控制脉冲发生模块11产生电镀脉冲波形，通过电镀液产生电化学反应，在电极表面形成电镀层，从而实现对电极的电镀，可以维持柔性电极在成品阶段的表面洁净度，维持或增加电极表面电容值，提高电极使用寿命。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种植入装置，其特征在于，所述植入装置包括：
集成电路装置、电缆和电极阵列；
所述集成电路装置包括：
脉冲发生模块，用于产生电脉冲信号；
控制模块，所述控制模块与所述脉冲发生模块连接，用于响应电镀模式启动指令，获取电镀脉冲配置参数，根据所述电镀脉冲配置参数控制所述脉冲发生模块产生用于对所述电极阵列中待电镀电极进行电镀的电镀脉冲信号，所述控制模块还用于响应刺激模式启动指令，获取电刺激脉冲配置参数，根据所述电刺激脉冲配置参数控制所述脉冲发生模块产生电刺激脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的植入装置，其特征在于，所述脉冲发生模块包括：
电刺激脉冲发生单元，所述电刺激脉冲发生单元与所述控制模块连接，用于根据所述电刺激脉冲配置参数产生电刺激脉冲信号；
电镀脉冲发生单元，所述电镀脉冲发生单元与所述控制模块连接，用于根据所述电镀脉冲配置参数产生电镀脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的植入装置，其特征在于，
所述植入装置还包括开关阵列，所述开关阵列与所述电极阵列对应连接；
所述电镀脉冲发生单元包括：
正相驱动电路和正相开关，所述正相驱动电路用于产生正相脉冲信号，所述正相开关用于控制所述正相驱动电路与所述开关阵列的连接状态；
负相驱动电路和负相开关，所述负相驱动电路用于产生负相脉冲信号，所述负相开关用于控制所述负相驱动电路与所述开关阵列的连接状态。
4.根据权利要求3所述的植入装置，其特征在于，
电极阵列包括N个电极，所述N大于1；
所述电镀脉冲发生单元的正相驱动电路和负相驱动电路的数量均为一组。
5.根据权利要求2所述的植入装置，其特征在于，
所述电极阵列包括N个电极，所述N大于1；
所述电刺激脉冲发生单元包括M组驱动电路，所述M组驱动电路与所述N个电极连接以形成N个电脉冲通道，其中，N为M的倍数。
6.根据权利要求1所述的植入装置，其特征在于，所述集成电路装置还包括：
参数存储模块，所述参数存储模块与所述控制模块连接，用于存储所述电镀脉冲配置参数和所述电刺激脉冲配置参数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的植入装置，其特征在于，所述植入装置还包括：
封装壳体，所述集成电路装置设置于所述封装壳体内，所述封装壳体具有接地连接部。
8.一种电刺激器，其特征在于，包括：
权利要求1-7任一项所述的植入装置；
外部件，所述外部件与所述植入装置连接，用于供电和发送电镀脉冲配置参数和电刺激脉冲配置参数，并用于发送指令控制植入装置进入电镀模式或刺激模式。
9.一种电极电镀方法，其特征在于，用于权利要求1-7任一项所述的植入装置，包括：
将所述植入装置的电极阵列浸没入电镀液中以作为阴极；
将浸没在电镀液中的阳极金属件与所述植入装置连接并形成回路；
启动所述植入装置的电镀模式，以对所述待电镀电极施加电镀脉冲信号。
10.根据权利要求9所述的电极电镀方法，其特征在于，所述电镀液为铂灰电镀液、铂电镀液或金电镀液，所述阳极金属件为钛片。
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