CN117065211A - 植入式神经刺激器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种植入式神经刺激器，包括金属壳及刺激电路板，刺激电路板位于金属壳内，刺激电路板设有刺激模块和刺激电路，所述刺激模块连接所述刺激电路，所述刺激电路分别连接所述金属壳及所述刺激电路板的射频地，刺激电路能够同时满足金属壳作为刺激信号输出点和降低金属壳对电磁信号衰减的使用需求，同时减少了电路结构，有利于植入式神经刺激设备小型化，减少生产工序、降低生产成本。

Description

植入式神经刺激器
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种植入式神经刺激器。
背景技术
植入式神经刺激器包括脑深部电刺激器、植入式脊髓电刺激器、植入式骶神经电刺激器、植入式迷走神经电刺激器等，是一种植入患者体内的医疗设备。
植入式神经刺激器的电路板具有多个功能模块，如刺激模块、通信模块，这些模块设置在金属壳内，金属壳除了密封功能，还是刺激模块与人体组织之间、通信模块与体外设备通信之间的重要部件，影响着电脉冲刺激传递及通信的稳定性。现有植入式神经刺激器通常采用在电路板设置复杂的电路结构，以实现刺激输出及通信稳定，而复杂的电路结构或过多的电子元件将导致刺激电路板变大，不利于植入式神经刺激器小型化，还会增加生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种植入式神经刺激器，刺激电路同时连接金属壳和射频地，刺激电路连接射频的线路上设置阻抗电路，避免刺激信号对降衰减效果造成影响，能够同时满足“金属壳作为刺激信号输出点”和“降低金属壳对电磁波衰减”的使用需求，提高神经刺激器的性能，有利于小型化，降低生产成本。
本发明提供一种植入式神经刺激器，包括金属壳、刺激电路板及天线，所述刺激电路板设有刺激模块及刺激电路；
所述刺激电路包括第一导电线路和第二导电线路，所述第一导电线路连接所述金属壳及所述刺激模块，所述第二导电线路连接所述第一导电线路和所述射频地，所述第二导电线路设有阻抗电路。
进一步的，所述阻抗电路在所述天线工作频率下，阻抗值小于等于10Ω；
所述阻抗电路在所述刺激模块输出刺激信号的频率下，阻抗值大于等于30kΩ。
进一步的，所述天线的工作频率在402-405MHz或2.4GHz-2.48GHz，所述刺激信号的频率小于等于20kHz。
进一步的，所述阻抗电路包括电容，所述电容的电容值在6.7pF-265pF之间
进一步的，所述第一导电线路包括依次连接的第一金属走线、第二金属走线及连接线，所述第一金属走线连接所述刺激模块，所述连接线连接所述金属壳；
所述第二导电线路包括第三金属走线和第四金属走线，所述第三金属走线连接在所述第一金属走线与所述第二金属走线的连接点，所述第四金属走线连接所述射频地，所述阻抗电路设于所述第三金属走线与所述第四金属走线之间。
进一步的，所述金属壳开设有天线孔，所述天线工作的介质波长为λ；
所述连接线与所述金属壳的连接点与所述天线孔的间距为m1，所述第二金属走线和所述连接线的长度之和为n1，所述第三金属走线的长度为n2，所述第四金属走线的长度为n3，所述m1+n1+n2+n3≤0.2λ。
进一步的，所述金属壳开设有天线孔，所述天线孔安装有馈通件，所述天线工作的介质波长为λ；
所述连接线与所述金属壳的连接点与所述馈通件的馈通孔间距为m2，所述第二金属走线和所述连接线的长度之和为n1，所述第三金属走线的长度为n2，所述第四金属走线的长度为n3，所述m2+n1+n2+n3≤0.2λ。
进一步的，所述连接线连接于所述馈通件，并通过所述馈通件连接所述金属壳。
进一步的，所述刺激电路板包括多层介质板及多层金属层，所述介质板用于隔开相邻的所述金属层，多层所述金属层中包含用于所述射频地的金属层。
进一步的，所述刺激电路板还包括射频收发机、匹配电路、第三导电线路、第四导电线路；
所述第三导电线路的一端连接所述匹配电路，另一端连接所述天线；
所述第六金属走线第四导电线路连接所述射频收发机和所述匹配电路。
本发明提供的一种植入式神经刺激器的有益效果包括：
本发明中植入式神经刺激器包括金属壳、刺激电路板及天线，刺激电路板位于金属壳内，刺激电路板具有刺激电路，刺激电路分别连接金属壳及刺激电路板的射频地，刺激电路至射频地的线路中设有阻抗电路，阻抗电路优选由一个电容构成，在降低金属壳对电磁信号的衰减的同时，植入式神经刺激器设置了阻抗电路能够避免刺激信号对降衰减效果造成影响，简化了植入式神经刺激器内部的电路结构，有利于植入式神经刺激器小型化，减少生产工序、降低生产成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例中植入式神经刺激器的结构示意图。
图2是本发明实施例中植入式神经刺激器的内部结构示意图。
图3是本发明实施例中包含刺激电路板局部剖视的结构示意图。
附图标记说明：
1、金属壳；2、馈通件；2-1、天线孔；3、天线；4、基板；5、射频收发机；6、匹配电路；7、刺激模块；8、射频地层；
91、第一金属走线；92、第二金属走线；93、连接线；
101、第三金属走线；102、第四金属走线；103、阻抗电路；
111、第三导电线路；112、第四导电线路；
12、金属孔。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
为易于说明，诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等的空间相关术语在此被用于描述图中例示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，空间相关术语可意欲包含设备在使用或操作中的除图中描绘的方位之外的不同的方位。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件于是将被定位为在该其它元件或特征“上方”。因而，示例术语“下方”能包含上方和下方的方位二者。设备可以以其它方式被定向(旋转90度或处于其它方位)，并且在此使用的空间相关描述词应该被相应地解释。
通常地，体外的程控设备能够对植入式神经刺激器的刺激输出信号进行调整，以达到最优的治疗效果。体外的程控设备采用无线通信的方式和植入式神经刺激器进行数据交互，天线是无线通信系统中关键部件之一。天线从金属壳内部引出至金属壳外部，金属壳在一定程度上会对天线发射的电磁信号进行衰减。另一方面，植入式神经刺激器也利用金属壳作为刺激信号输出点。因此，植入式神经刺激器的金属壳是刺激模块与人体组织之间、通信模块与体外设备通信之间的重要部件，影响着电脉冲刺激传递及通信的稳定性。
本发明提供一种植入式神经刺激器，采用简单的电路结构，同时实现金属壳作为刺激的输出点及降低金属壳对电磁波的衰减，提高天线辐射效率，保证通信稳定。通过简化刺激电路板的电路结构，能够减少生产工序，降低生产成本，有利于刺激电路板及植入式神经刺激器的小型化。
图1是本发明实施例中植入式神经刺激器的结构示意图。
如图1所示，植入式神经刺激器包括金属壳1、馈通件2、天线3及顶盖(未示出)。金属壳1开设有天线孔2-1，馈通件2安装在天线孔2-1，天线3的一部分位于金属壳1内部，天线3的另一部分穿设馈通件2并伸出至金属壳1的外部。顶盖采用非金属结构，能够减小对天线3射出的电磁波信号的干扰，顶盖的材料优选具有生物相容性的高分子材料，顶盖安装在金属壳1开设有天线孔2-1的一侧，能够罩住天线3及天线孔2-1。
图2是本发明实施例中植入式神经刺激器的内部结构示意图。
植入式神经刺激器还包括刺激电路板，刺激电路板安装在金属壳1内，刺激电路板包括基板4，基板4设置有刺激模块7、通信模块及刺激电路。刺激电路分别连接金属壳1及刺激电路板的射频地，能够同时满足金属壳1作为刺激信号输出点及降低金属壳1对电磁信号衰减的使用需求，也减少了刺激电路板的电路结构，有利于植入式神经刺激器小型化，减少生产工序、降低生产成本。
具体的，刺激电路包括第一导电线路和第二导电线路，第一导电线路连接刺激模块7和金属壳1，第二导电线路连接第一导电线路和射频地。第一导电线路包括第一金属走线91、第二金属走线92及连接线93，第一金属走线91、第二金属走线92及连接线93依次顺序连接。第一金属走线91连接刺激模块7，连接线93通过激光焊接连接金属壳1，连接强度高，通过电烙铁与第二金属走线92焊接，使用激光焊会损伤电路板。第二导电线路包括第三金属走线101、阻抗电路103及第四金属走线102，第三金属走线101连接在第一金属走线91与第二金属走线92的连接点，第四金属走线102连接射频地，阻抗电路103设置在第三金属走线101与第四金属走线102之间。
刺激模块7输出的电刺激信号依次通过第一金属走线91、第二金属走线92及连接线93传递至金属壳1。植入式神经刺激器植入患者体内后，金属壳1与人体组织接触，植入式神经刺激器连接电极，电极的刺激端位于人体的病灶区。刺激模块7、金属壳1、人体组织、电极形成导电回路。进一步的，通过连接线93、第二金属走线92、第三金属走线101、第四金属走线102及阻抗电路103，将金属壳1与刺激电路板的射频地电连接，从而降低金属壳1对天线3发射的电磁信号的衰减。
能够理解的，植入式神经刺激器的刺激电路包括了金属壳1作为刺激点的输出线路和降低金属壳1对电磁波衰减的线路，且两个线路共用第二金属走线92及连接线93。本发明中，两个线路合并优化了刺激电路板的电路结构，有利于植入式神经刺激器小型化，同时减少了生产工序，降低了生产成本。
在降低金属壳1对电磁信号的衰减的同时，植入式神经刺激器设置了阻抗电路103能够避免刺激信号对降衰减效果造成影响，阻抗电路103优选由一个电容构成。植入式神经刺激器上的天线3工作频率为402-405MHz或者2.4-2.48GHz，对应电容的电容值需要分别大于40pF和大于6.7pF，而刺激信号的频率不高于20kHz，对应的电容值需要小于265pF。因此，当天线3的工作频率选择402-405MHz时，电容值应为40pF-265pF；当天线3的工作频率选择2.4-2.48GHz时，电容值应为6.7pF-265pF。
本发明中，阻抗电路103在天线3的工作频率下，其阻抗值小于等于10Ω，可以理解的，天线3工作频率下阻抗值越小越好。在刺激信号的频率下，其阻抗值大于等于30kΩ，可以理解的，刺激信号频率下阻抗值越大越好。根据天线3的工作频率及刺激信号的频率，电容值在6.7pF-265pF或40pF-265pF之间，射频地与刺激模块7共用线路连接金属壳1后，降低金属壳1对电磁波信号衰减的效果不受影响，保证天线3的辐射效率。
本发明中，第一导电线路与金属壳1的连接位置应尽量靠近天线3，即连接线93与金属壳1的连接点靠近天线3，天线3的工作波长设定为λ，本发明中，天线工作环境假设为自由空间。第一导电线路在金属壳1的连接点与天线孔2-1边缘的最小间距为m1，天线孔安装馈通件后，连接点与馈通孔的边缘最小间距为m2，第二金属走线92和连接线93的长度之和为n1，第三金属走线101的长度为n2，第四金属走线102的长度为n3，m1/m2+n1+n2+n3≤0.2λ。通过此设定，控制天线孔至射频地的导电线路长度，降低金属壳1对天线3发射的电磁波信号衰减，以提高天线3的辐射效率。
在一些实施例中，第一导电线路可连接在馈通件2上，通过馈通件2连接金属壳1，此时，m2为0。
图3是本发明实施例中包含刺激电路板局部剖视的结构示意图。
结合图3，基板4包括多层介质板和多层金属层，介质板隔开相邻的金属层，多层金属层中有一层用于射频地层8，第一金属走线91、第二金属走线92、第三金属走线101、第四金属走线102的部分、第三导电线路111、第四导电线路112及阻抗电路103设置在最外侧的介质板，方便刺激电路板的加工。在其它一些实施例中，各导电线路也可以设置在需求的金属层。
本发明中，基板4开设有金属孔12，金属孔12延伸至射频地层8，金属孔12的一端连接第三金属走线101，金属孔12的另一端连接射频地层8，通过金属孔12实现位于不同金属层的射频地层8与阻抗电路103之间电连接。本发明中，第三金属走线101的长度包括金属孔12的轴向长度(电流在金属孔12内流经的最小长度)。
本发明中，通信模块包括射频收发机5、匹配电路6、第三导电线路111及第四导电线路112，第三导电线路111的一端连接匹配电路6，第三导电线路111的另一端连接天线3。第四导电线路112的一端连接射频收发机5，第四导电线路112的另一端连接匹配电路6。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种植入式神经刺激器，其特征在于，包括金属壳(1)、刺激电路板及天线(3)，所述刺激电路板设有刺激模块(7)及刺激电路；
所述刺激电路包括第一导电线路和第二导电线路，所述第一导电线路连接所述金属壳(1)及所述刺激模块(7)，所述第二导电线路连接所述第一导电线路和所述射频地，所述第二导电线路设有阻抗电路(103)。
2.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述阻抗电路(103)在所述天线(3)工作频率下，阻抗值小于等于10Ω；
所述阻抗电路(103)在所述刺激模块(7)输出刺激信号的频率下，阻抗值大于等于30kΩ。
3.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述天线(3)的工作频率在402-405MHz或2.4GHz-2.48GHz，所述刺激信号的频率小于等于20kHz。
4.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述阻抗电路包括电容，所述电容的电容值在6.7pF-265pF之间。
5.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述第一导电线路包括依次连接的第一金属走线(91)、第二金属走线(92)及连接线(93)，所述第一金属走线(91)连接所述刺激模块(7)，所述连接线(93)连接所述金属壳(1)；
所述第二导电线路包括第三金属走线(101)和第四金属走线(102)，所述第三金属走线(101)连接在所述第一金属走线(91)与所述第二金属走线(92)的连接点，所述第四金属走线(102)连接所述射频地，所述阻抗电路(103)设于所述第三金属走线(101)与所述第四金属走线(102)之间。
6.根据权利要求5所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述金属壳(1)开设有天线孔(2-1)，所述天线(3)工作的介质波长为λ；
所述连接线(93)与所述金属壳(1)的连接点与所述天线孔(2-1)的间距为m1，所述第二金属走线(92)和所述连接线(93)的长度之和为n1，所述第三金属走线(101)的长度为n2，所述第四金属走线(102)的长度为n3，所述m1+n1+n2+n3≤0.2λ。
7.根据权利要求5所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述金属壳(1)开设有天线孔(2-1)，所述天线孔安装有馈通件(2)，所述天线(3)工作的介质波长为λ；
所述连接线(93)与所述金属壳(1)的连接点与所述馈通件(2)的馈通孔间距为m2，所述第二金属走线(92)和所述连接线(93)的长度之和为n1，所述第三金属走线(101)的长度为n2，所述第四金属走线(102)的长度为n3，所述m2+n1+n2+n3≤0.2λ。
8.根据权利要求7所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述连接线(93)连接于所述馈通件(2)，并通过所述馈通件(2)连接所述金属壳(1)。
9.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述刺激电路板包括多层介质板及多层金属层，所述介质板用于隔开相邻的所述金属层，多层所述金属层中包含用于所述射频地的金属层。
10.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述刺激电路板还包括射频收发机(5)、匹配电路(6)、第三导电线路(111)、第四导电线路(112)；
所述第三导电线路(111)的一端连接所述匹配电路(6)，另一端连接所述天线(3)；
所述第六金属走线第四导电线路(112)连接所述射频收发机(5)和所述匹配电路(6)。
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