CN116099125A - 电刺激器的电极结构和电刺激器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电刺激器的电极结构和电刺激器，所述电极结构包括：电极支撑柱；柔性电极，所述柔性电极包括带状结构的第一子电极和第二子电极，所述第一子电极和所述第二子电极均沿所述电极支撑柱的周向卷曲并贴附于所述电极支撑柱的外周侧，所述第一子电极和所述第二子电极的长边均沿所述电极支撑柱的轴向设置；所述第一子电极和所述第二子电极上均设置有多个刺激位点以及连接所述多个刺激位点的连接线缆，所述连接线缆适于与所述电刺激器的植入式供电单元电连接。本发明的电刺激器的电极结构，相对于传统技术手段便于形成更高密度刺激位点，刺激精度较高。

Description

电刺激器的电极结构和电刺激器
技术领域
本发明涉及植入式医疗器械技术领域，尤其是涉及一种电刺激器的电极结构和电刺激器。
背景技术
脑深部电刺激器(DBS，Deep Brain Stimulation)可以有效治疗运动障碍类疾病，也可以用于精神疾病的治疗，例如可用于帕金森病、癫痫、抑郁、成瘾性疾病等的治疗。
脑深部电刺激器的电极是脑深部电刺激器中的重要组成部分，传统的脑深部电刺激器最常采用的是四触点电极。然而，四触点电极的通道少，触点面积较大，容易刺激脑部不必要的区域，从而影响治疗效果，并且会引起副作用。
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，本发明的一个目的在于提出一种电刺激器的电极结构，电极结构具有多刺激位点，刺激精确。并且电极结构简单，生产加工难度较小，加工精度较高。
本发明的另一个目的在于提出一种包括采用上述电极结构的电刺激器。
根据本发明第一方面实施例的电刺激器的电极结构，包括：电极支撑柱；柔性电极，所述柔性电极包括带状结构的第一子电极和第二子电极，所述第一子电极和所述第二子电极均沿所述电极支撑柱的周向卷曲并贴附于所述电极支撑柱的外周侧，所述第一子电极和所述第二子电极的长边均沿所述电极支撑柱的轴向设置；所述第一子电极和所述第二子电极上均设置有多个刺激位点以及连接所述多个刺激位点的连接线缆，所述连接线缆适于与所述电刺激器的植入式供电单元电连接。
根据本发明实施例的电刺激器的电极结构，通过设置第一子电极和第二子电极，第一子电极和第二子电极的结构简单，从而使高密度的柔性电极的结构简单，降低了柔性电极的加工难度，提高了柔性电极的加工精度，并且也有利于电极结构的装配。此外，本发明提高了电刺激器的刺激精度，实现精准治疗，并且减少了使用电刺激器的副作用。
根据本发明的一些实施例，所述电极支撑柱包括相互固定的第一子支撑段和第二子支撑段，所述第一子电极固定在所述第一子支撑段上，所述第二子电极固定在所述第二子支撑段上。
根据本发明的一些实施例，所述第一子支撑段和所述第二子支撑段上均形成有凹槽，所述第一子电极和所述第二子电极的长边两侧分别设有折边，所述折边固定于对应的所述凹槽内。
根据本发明的一些实施例，所述电极支撑柱的端部设置有限位孔；所述电极结构进一步包括：注胶件，所述电极支撑柱的端部和所述柔性电极的对应端部通过所述注胶件固定连接，所述注胶件的一部分填充在所述限位孔内。
根据本发明的一些实施例，沿所述电极支撑柱的轴向远离所述注胶件的方向，所述限位孔的横截面积逐渐增大。
根据本发明的一些实施例，所述柔性电极还包括带状结构的第三子电极，所述第一子电极、所述第二子电极和所述第三子电极卷曲并贴附于所述电极支撑柱的外周侧。
根据本发明的一些实施例，进一步包括：第一芯片和第二芯片，所述第一芯片连接所述第一子电极，所述第二芯片连接所述第二子电极，所述第一芯片和第二芯片均分别连接导线和所述连接线缆，所述导线集成于套管内并适于与所述植入式供电单元电连接。
根据本发明的一些实施例，所述第一芯片和所述第二芯片通过连接器连接所述导线，所述连接器上开设有适于所述导线嵌入的理线槽以及沿厚度方向延伸的导电销，所述导电销同时连接位于所述连接器上方的所述第一芯片和位于所述连接器下方的所述第二芯片。
根据本发明第二方面实施例的电刺激器，包括：植入式供电单元，以及根据上述第一方面实施例所述的电刺激器的电极结构，所述植入式供电单元连接所述电刺激器的电极结构。
根据本发明的一些实施例，所述电刺激器为脑深部电刺激器。
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是根据本发明实施例的电极结构的示意图；
图2是根据本发明实施例的电极结构的分解图；
图3是图2中圈示的D区域的放大图；
图4是图2中圈示的E区域的放大图；
图5是图2中圈示的F区域的放大图；
图6是根据本发明实施例的连接器的示意图；
图7是根据本发明实施例的另一个角度的连接器的示意图；
图8是根据本发明实施例的电极结构的俯视图；
图9是图8中圈示的G区域的示意图；
图10是根据本发明实施例的另一个角度的电极结构的示意图；
图11是图10中圈示的H区域的示意图；
图12是根据本发明实施例的电刺激器的通信方法的流程图；
图13是根据本发明实施例的电刺激器的通信方法的信号传输的流程图。
附图标记：
100、电极结构；
200、连接器；
201、第一段；2012、导针定位孔；
202、第二段；2021、台阶结构；2023、通孔；205、导针；
1、电极支撑柱；11、第一子支撑段；
12、第二子支撑段；121、定位孔；
13、凹槽；14、限位孔；
2、柔性电极；21、第一子电极；22、第二子电极；
23、连接线缆；24、折边；3、注胶件；
4、套管；5、导线；
6、第一芯片；7、第二芯片；
81、理线槽；82、导电销。
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，下面参考图1-图5描述根据本发明第一方面实施例的电刺激器的电极结构100。
如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的电刺激器的电极结构100，包括电极支撑柱1和柔性电极2。
具体而言，柔性电极2包括带状结构的第一子电极21和第二子电极22，第一子电极21和第二子电极22均沿电极支撑柱1的周向卷曲并贴附于电极支撑柱1的外周侧，第一子电极21和第二子电极22的长边均沿电极支撑柱1的轴向设置。例如，在图2的示例中，第一子电极21、第二子电极22和电极支撑柱1均沿轴向(例如，图2中箭头A所指的方向)延伸，第一子电极21和第二子电极22沿电极支撑柱1的周向排布，第一子电极21和第二子电极22的结构可以大致相同。
如此设置，电极支撑柱1对第一子电极21和第二子电极22具有支撑作用。此外，第一子电极21和第二子电极22的结构简单，生产难度较小，方便了第一子电极21和第二子电极22的生产加工，并且有利于电极结构100的装配。
参照图2，第一子电极21和第二子电极22上均设置有多个刺激位点(图未示出)、以及连接多个刺激位点的连接线缆23，连接线缆23适于与电刺激器(图未示出)的植入式供电单元(图未示出)电连接。具体地，连接线缆23的一端与多个刺激位点电连接，连接线缆23的另一端与植入式供电单元电连接。第一子电极21和第二子电极22上优选设置数十、数百甚至更多刺激位点，从而能形成相对于现有技术更高密度的柔性电极。第一子电极21和第二子电极22优选通过MEMS工艺制造形成带状结构，且最终形成所需电极尺寸(如标准DBS电极尺寸)。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。以上刺激位点还能用作记录位点使用，此外，还可以在各子电极上额外设置记录位点，上述内容均涵盖在本发明的技术方案内。
由此，柔性电极2的多个刺激位点可以通过连接线缆23与植入式供电单元电连接，有利于植入式供电单元与柔性电极2之间的信号及能量传输。植入式供电单元可以设置电源，也可以采用外部件并通过无线射频方式供电，并能作为主控装置使用。此外，与传统的电极结构相比，柔性电极2的刺激位点较多，触点面积较小，不易刺激不必要的区域，从而可以减少使用电刺激器的副作用。另外，采用柔性电极2，可以实现定向刺激、分区刺激以及多靶点刺激，从而大幅提高了电刺激器的刺激精度，降低了对电极植入精度的依赖性，减少了电刺激产生的并发症，进而可以确保治疗效果，实现精准治疗。例如，配合记录位点使用，可精准采集脑神经活动信号，为临床医生提供客观参数，可实现个性化闭环控制治疗。
根据本发明的一些实施例，参照图2，电极支撑柱1包括相互固定的第一子支撑段11和第二子支撑段12，例如，第一子支撑段11和第二子支撑段12的结构可以大致相同。第一子电极21固定在第一子支撑段11上，第二子电极22固定在第二子支撑段12上。如此设置，提高了第一子电极21和第二子电极22的使用稳定性。此外，第一子支撑段11和第二子支撑段12的结构简单，生产加工较为方便。
可选地，参照图2-图4，第一子支撑段11和第二子支撑段12上形成有至少一个定位孔121，电极结构100进一步包括至少一个定位件(例如销钉)，定位件配合在第一子支撑段11和第二子支撑段12上的定位孔121内，以使第一子支撑段11和第二子支撑段12连接成一体。由此，第一子支撑段11和第二子支撑段12之间的装配操作简单，连接牢固，使用寿命长。
进一步地，结合图2-图4，第一子支撑段11和第二子支撑段12上均形成有凹槽13，第一子电极21和第二子电极22的长边两侧(例如，图2中箭头B所指的方向)分别设有折边24，折边24固定于对应的凹槽13内。如此设置，方便了第一子电极21和第一子支撑段11、以及第二子电极22和第二子支撑段12的装配，且装配可靠，有利于柔性电极2长期稳定地使用。而且，凹槽13的侧壁对折边24具有限位作用，进一步地提高了第一子电极21、第二子电极22和电极支撑柱1的连接稳定性。
根据本发明的一些实施例，参照图2和图3，电极支撑柱1的端部设置有限位孔14，电极结构100进一步包括注胶件3，电极支撑柱1的端部和柔性电极2的对应端部通过注胶件3固定连接，注胶件3的一部分填充在限位孔14内。由此，注胶件3可以实现对柔性电极2与电极支撑柱1的可靠固定。
可选地，结合图2和图3，沿电极支撑柱1的轴向远离注胶件3的方向，限位孔14的横截面积逐渐增大。由此，注胶件3的填充在限位孔14内的部分不易从限位孔14内脱落。
根据本发明的一些实施例，柔性电极2还包括带状结构的第三子电极(图未示出)，第一子电极21、第二子电极22和第三子电极卷曲并贴附于电极支撑柱1的外周侧。例如，第一子电极21、第二子电极22和第三子电极沿电极支撑柱1的外周排布。需要说明的是，柔性电极2可以根据使用需求设置多个子电极，以更好地满足实际应用。
进一步地，参照图2，电极结构100包括第一芯片6和第二芯片7。套管4套设在连接线缆23外，多个导线5集成于套管4内，多个导线5与连接线缆23电连接。第一芯片6连接第一子电极21，第二芯片7连接第二子电极22，第一芯片6和第二芯片7均分别连接导线5和连接线缆23，导线5集成于套管4内并适于与植入式供电单元电连接。即，第一芯片6分别与导线5的一端和对应的连接线缆23电连接，第二芯片7分别与导线5的上述一端和对应的连接线缆23电连接，导线5的另一端与植入式供电单元电连接。如此设置，在不改变电极结构100的尺寸的情况下，保证了高密度刺激位点的使用性能。第一芯片6和第二芯片7可以为ASIC(专用集成电路)芯片。
可选地，结合图2，多个导线5沿套管4的轴向螺旋延伸且并紧。由此，通过设置柔性电极2与第一芯片6和第二芯片7电连接，仅需五个导线5就可以使柔性电极2的多个刺激位点与植入式供电单元通讯，相对于传统技术手段能减少导线5的数量，节省了套管4的内部空间，从而使电极结构100制作得更加精巧。
例如，图2中示出了五个导线5，五个导线5可以分别为时钟引线、中断引线、数据引线、电源引线和接地引线，以满足电极结构100的正常使用。
根据本发明的一些实施例，参照图2和图5，第一芯片6和第二芯片7通过连接器200连接导线5，连接器200上开设有适于导线5嵌入的理线槽81以及沿厚度方向(即上下方向，例如，图2中箭头C所指的方向)延伸的导电销82，导电销82同时连接位于连接器200上方的第一芯片6和位于连接器200下方的第二芯片7。理线槽81可以用于容纳和固定多个导线5，进而使得多个导线5与连接器200的连接较为牢固。
根据本发明第二方面实施例的电刺激器，包括：植入式供电单元，以及根据上述第一方面实施例的电刺激器的电极结构100，植入式供电单元连接电刺激器的电极结构100。
根据本发明实施例的电刺激器，通过采用上述第一方面实施例的电极结构100，电极结构100的刺激位点较多，触电面积较小，从而提高了电刺激器的刺激精确度，减少了使用电刺激器的副作用，提升了电刺激器的使用性能，可以为临床医生提供更加客观的数据。
可选地，电刺激器可以为脑深部电刺激器(图未示出)，还可以为脊髓刺激器或其它可能电刺激器。
进一步地，如图5、图6、图7和图11所示，电极结构100的连接器200包括轴向(例如，图2中箭头A所指的方向)设置的第一段201和第二段202。
具体而言，第一段201和第二段202之间形成台阶结构2021，第一段201的厚度大于第二段202的厚度，第一段201上开设有理线槽81，第二段202上设置有导电销82。
例如，在图6和图7的示例中，第一段201的上表面和下表面均形成有理线槽81，多个导线5的一端可以分别伸入多个理线槽81内。而且，多个导线5可以通过连接器200的导电销82与第一芯片6和第二芯片7实现电连接，连接方便。
根据本发明的一些实施例，参照图6-图9，理线槽81延伸至第二段202上，且理线槽81的邻近导电销82一端的宽度大于理线槽81的其它部分的宽度，该宽度较大的部分便于导线5端部的弯折，导线5的端部可以位于导电销82和理线槽81的侧壁之间，方便装配及限位，并能保证连接稳定性。
可选地，结合图2、图5-图7，第二段202上设置有多个通孔2023，多个导电销82分立设置并分别插入多个通孔2023内。例如，通孔2023可以沿厚度方向贯穿第二段202，且与理线槽81连通。由此，方便了导电销82的安装及固定。
根据本发明的一些实施例，参照图6、图10和图11，第一段201的远离第二段202的端部形成有导针定位孔2012。例如，在图6和图11的示例中，导针定位孔2012沿第一段201的中心轴线延伸。植入手术时，导针205可以从第一段201的远离第二段202的端部伸入导针定位孔2012内，进而可以顺利地将电极结构100推入至植入位置。
进一步地，在第一段201上侧表面设置有两个理线槽81或三个理线槽81，其余理线槽81设置于第一段201下侧表面，但不限于此。例如，在图2、图6和图7的示例中，第一段201的上侧表面上形成有两个理线槽81，两个理线槽81沿连接器200的宽度方向(例如，图2中箭头B所指的方向)间隔设置，第一段201的下侧表面上形成有三个理线槽81。由此，连接器200上的多个理线槽81布局合理，从而有利于五个导线5与对应的导电销82的连接。
根据本发明的一些实施例，植入式供电单元与第一芯片6和第二芯片7之间的通讯协议为I2C、SMBus、RS232或RS485等。由此，通过采用上述的通讯协议，有利于植入式供电单元与第一芯片6和第二芯片7之间的信号顺利地传输。
下面描述根据本发明第三方面实施例的电刺激器的通信方法。
根据本发明实施例的电刺激器的通信方法，结合图12，通信方法包括以下步骤：
植入式供电单元向第一芯片6或第二芯片7发送命令，命令中包括地址识别码，以确定对命令作出应答的芯片；
同一时段内，仅第一芯片6和第二芯片7中的其中一个对命令作出应答。
由此，通过地址识别码，可以区分对命令作出应答的第一芯片6和第二芯片7，从而方便植入式供电单元与第一子电极21和第二子电极22的通讯。此外，通过使第一芯片6和第二芯片7中的其中一个对命令作出应答，可以使植入式供电单元的命令准确地传输至对应的第一子电极21或第二子电极22处，提高了电刺激器的信号传输的准确度，进而提高了电刺激器的刺激精度。
根据本发明的一些实施例，植入式供电单元与第一芯片6及第二芯片7之间的通信方式为串行通信。由此，有利于植入式供电单元与第一芯片6及第二芯片7之间的信号传输，并且传输线少，可以使电刺激器的尺寸较小，组装工艺简单，成本低。
根据本发明的一些实施例，结合图13，植入式供电单元向第一芯片6或第二芯片7发送命令，形成信号下行；
同一时段内，仅第一芯片6和第二芯片7中的其中一个对命令作出应答，形成信号上行；
信号上行的通路和信号下行的通路上分别增加电平转换器。
当电刺激器植入人体组织时，第一芯片6或第二芯片7接收到植入式供电单元的命令后，输出命令至第一子电极21或第二子电极22，从而植入式供电单元可以发送定向电刺激至相应功能区，达到精准治疗的效果。此外，在信号上行的通路和信号下行的通路分别增加电平转换器，实现对信号的电平转换，以便于系统开发，可以用于帕金森、肌张力障碍、震颤和冻结步态等运动障碍，另外也能作为药物成瘾、抑郁症的替代治疗方案。
可选地，导线5包括至少四根引线，四根引线包括两根电源线和两根数据线。如此设置，数据线可以用于命令信号的传输，电源线用于能量信号的传输，从而保证了导线5的正常使用，同时引线数量较少，可以减小导线5的尺寸。
根据本发明的一些实施例，数据线上的电压是对称的交流电。由此，信号传输较为稳定，有利于数据线的信号传输，同时可降低直流泄露风险，提高安全性。
根据本发明实施例的电刺激器，电刺激器工作时执行根据上述第一方面实施例的电刺激器的通信方法。根据本发明实施例的电刺激器，采用上述的电刺激器的通讯方法，可以快速准确地将植入式供电单元的命令例如电刺激传输至第一电极或第二电极，也可以及时地收到第一芯片6或第二芯片7的信号反馈，从而实现电极结构100与植入式供电单元的有效连接，并且可以保证对单个电极进行刺激波形控制，从而提高刺激方向的精确控制，实现更优的刺激效果。
根据本发明实施例的电刺激器(例如脑深部电刺激器)的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”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。
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)

1.一种电刺激器的电极结构，其特征在于，包括：
电极支撑柱；
柔性电极，所述柔性电极包括带状结构的第一子电极和第二子电极，所述第一子电极和所述第二子电极均沿所述电极支撑柱的周向卷曲并贴附于所述电极支撑柱的外周侧，所述第一子电极和所述第二子电极的长边均沿所述电极支撑柱的轴向设置；和
所述第一子电极和所述第二子电极上均设置有多个刺激位点以及连接所述多个刺激位点的连接线缆，所述连接线缆适于与所述电刺激器的植入式供电单元电连接。
2.根据权利要求1所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，所述电极支撑柱包括相互固定的第一子支撑段和第二子支撑段，所述第一子电极固定在所述第一子支撑段上，所述第二子电极固定在所述第二子支撑段上。
3.根据权利要求2所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，所述第一子支撑段和所述第二子支撑段上均形成有凹槽，所述第一子电极和所述第二子电极的长边两侧分别设有折边，所述折边固定于对应的所述凹槽内。
4.根据权利要求1所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，所述电极支撑柱的端部设置有限位孔；
所述电极结构进一步包括：
注胶件，所述电极支撑柱的端部和所述柔性电极的对应端部通过所述注胶件固定连接，所述注胶件的一部分填充在所述限位孔内。
5.根据权利要求4所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，沿所述电极支撑柱的轴向远离所述注胶件的方向，所述限位孔的横截面积逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，所述柔性电极还包括带状结构的第三子电极，所述第一子电极、所述第二子电极和所述第三子电极卷曲并贴附于所述电极支撑柱的外周侧。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，进一步包括：
第一芯片和第二芯片，所述第一芯片连接所述第一子电极，所述第二芯片连接所述第二子电极，所述第一芯片和第二芯片均分别连接导线和所述连接线缆，所述导线集成于套管内并适于与所述植入式供电单元电连接。
8.根据权利要求7所述的电刺激器的电极结构，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片通过连接器连接所述导线，所述连接器上开设有适于所述导线嵌入的理线槽以及沿厚度方向延伸的导电销，所述导电销同时连接位于所述连接器上方的所述第一芯片和位于所述连接器下方的所述第二芯片。
9.一种电刺激器，其特征在于，包括：植入式供电单元，以及根据权利要求1-8中任一项所述的电刺激器的电极结构，所述植入式供电单元连接所述电刺激器的电极结构。
10.根据权利要求9所述的电刺激器，其特征在于，所述电刺激器为脑深部电刺激器。
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