CN203620079U

CN203620079U - 生物能喉起搏器

Info

Publication number: CN203620079U
Application number: CN201320870126.5U
Authority: CN
Inventors: 张�浩; 曲丹; 徐志云
Original assignee: Second Military Medical University SMMU
Current assignee: Second Military Medical University SMMU
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2023-12-26

Abstract

本实用新型提供一种可植入生物体内的生物能喉起搏器，具有脉冲发生器、刺激电极以及为脉冲发生器供电的发电部。其中，发电部包括发电主体、两个调节端、输出电极、封装层以及电能存储部。其中，发电主体用于环绕主动脉，以采集主动脉扩张时所产生的机械能，并转化为电能。发电主体为多层薄膜结构，包括位于中心层的纳米压电材料层，以及分别位于纳米压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层。封装层覆盖于发电主体、调节端、输出电极以及电能存储单元表面。调节端位于发电主体的两端，用于调节发电主体的长度，输出电极用于将电能输送给电能存储部。本实用新型的生物能喉起搏器可终身使用而无需更换电池。

Description

生物能喉起搏器

技术领域

本实用新型涉及一种生物能喉起搏器，属于医疗器械领域。

背景技术

声带麻痹原因较多，可分为中枢性和末梢性两种，任何中枢或外周神经系统的操作都可引起喉返神经麻痹。手术损伤是主要病因，甲状腺切除术是最常见的病因。喉返神经操作后，尤其双侧神经操作者，喉肌的内收和外展功能受限，致双侧韧带位于旁正中位，晚导致呼吸困难，需行气管切开术等恢复呼吸功能。许多学者对双侧声带麻痹的治疗进行了临床和实验研究。治疗的目的是恢复足够的通气，改善发音，防止误吸，然而目前的治疗方法均不能同时达到上述三个目的。功能性电刺激在其他领域已有应用并获得成功，如心脏起搏器、膈肌起搏器等，应用于喉科的电刺激器又称喉起搏器。喉起搏器是一种较新的治疗发展方向，是一种起搏后通过电刺激麻痹环杓后肌使之恢复外展功能声门开大的技术。但是，现有的喉起搏器均采用电池供电，由于喉起搏器的刺激频率较高，电池的使用时间相应较短，因此提供一种能够持续供电的设备就显得尤为重要。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型采用了如下结构：

本实用新型提供一种生物能喉起搏器，其特征在于，包括用于产生电刺激的脉冲发生器、刺激电极以及为脉冲发生器供电的发电部。其中，发电部包括发电主体、调节端、输出电极、电能存储单元以及封装层。其中，发电主体用于包绕主动脉，以采集主动脉扩张时所产生的机械能，并转化为电能。发电主体为多层薄膜结构，包括位于中心层的压电材料层，以及分别位于压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层。调节端位于发电主体的两端，用于调节发电主体的长度。输出电极用于将电能输送给电能存储单元。电能存储单元用于存储电能并为脉冲发生器供电。封装层覆盖于发电主体、调节端、输出电极以及电能存储单元表面。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：其中，压电材料层含有纳米级压电材料，纳米级压电材料为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：其中，压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物可以为纳米级压电材料的单层或多层结构。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：其中，所述电能存储部为微型可充电电池或电容。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：还包括，整流滤波电路，连接于电能存储单元和输出电极之间。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：其中，调节端的固定方式使用手术线缝合、钛夹钳夹或粘合剂粘合中的任意一种。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：其中，调节端的一端为单排的卡齿，该卡齿的尖端平滑且面向发电主体的外侧，调节端的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面，卡齿与卡槽相卡合。

另外，本实用新型的生物能喉起搏器还可以具有这样的特征：发电部对主动脉的压力小于140mmHg。

实用新型作用与效果

本实用新型的生物能喉起搏器，通过植入纳米级压电材料以采集主动脉扩张时所产生的能量并转化为电能，作为其能量来源。因此只要心脏跳动，本实用新型即可利用患者自身的生物能而提供电能，免去了使用电池作为电源的必要，解决了电池能量耗竭后需要手术更换电池的问题。

由于本实用新型采用纳米级压电材料作为发电主体，不仅可以有效地将体内的生物能转化为电能，而且体积微小，更适合体内植入。

由于本实用新型采用了柔软的环形结构包绕于主动脉的外壁，且能够定量控制本系统对主动脉的压力，因此既可以高效、充分的采集主动脉扩张时所产生的机械能，又不会对心脏功能产生明显影响。

此外，由于本实用新型采用生物相容性好的柔性高分子绝缘材料封装，因此既能将发电主体与体内环境隔离，还可将主动脉壁形变产生的压力有效的传导至压电材料。

此外，利用发电主体两端的调节端可调整发电主体包绕主动脉的紧张度，从而可调节压电材料的形变程度及输出电量。又由于调节端内不含压电材料及电极层，因此使用手术缝线或钛夹固定时不会损坏发电主体的结构。

并且，由于本实用新型的发电主体位于主动脉外部，不与血液直接接触，因而不存在血栓形成以及中风（心肌梗塞或脑梗塞）的风险。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的生物能喉起搏器的示意图；

图2是本实用新型实施例一的发电主体的示意图；

图3是本实用新型实施例一的发电主体的内部结构剖面图；

图4是图3中发电主体A区域的局部放大图；

图5是本实用新型实施例一中发电主体安装于主动脉上的截面图；

图6是本实用新型实施例四中调节端为卡齿结构的示意图；以及

图7是本实用新型实施例的电路图。

具体实施方式

以下根据附图说明本实用新型的具体实施方式，

<实施例一>

图1是本实用新型实施例一的生物能喉起搏器的示意图。如图1所示，生物能喉起搏器100包括控制部15、刺激电极16以及发电部200，发电部200包括发电主体11、整流滤波电路14、输出电极12和电能存储单元13。发电主体11为有弹性的环形结构，能够环绕于主动脉18的周围，发电主体11内部具有压电材料，因此可以利用主动脉的扩张产生电能。发电主体11的输出电极12后面连接了整流滤波电路14，使得发电主体11输出的电能变得稳定。电能存储单元13连接于整流滤波电路14之后，用于将电能储存起来，并通过导线15供给生物能喉起搏器100的控制部15和刺激电极16使用。当心脏17跳动时，主动脉18的外壁由于血流的周期性的压力而收缩和舒张，从而周期性的对发电主体11产生压力。

图2是本实用新型实施例一的发电主体的示意图，图3是本实用新型实施例一的发电主体的剖面图，如图2所示，发电主体11的初始状态为开环的形状，在环形开口的两端各具有一个调节端23，当安装在主动脉外壁时需要将两个调节端连接在一起。在发电主体11和调节端23的外表面覆盖有封装层22。发电主体上具有两根输出电极12，用于将发电主体11产生的电能输出。

图3是本实用新型实施例的发电主体的内部结构剖面图，如图3所示，发电主体11的内部为多层薄膜结构，包括位于主体中心层的纳米级压电材料111，以及分别位于纳米级压电材料111两侧的第一电极层112和第二电极层113。封装层22采用具有生物相容性的柔性高分子绝缘材料，覆盖于发电主体11以及输出电极12的表面，并向发电主体11的外侧延伸形成两侧各一个调节端23。

图4是图3中发电主体A区域的局部放大图，如图4所示，位于发电主体11中心层的纳米级压电材料111，第一电极层112和第二电极层113采用金或银等导电率高的薄层材料制成，与纳米级压电材料111相连接。

在体内植入时，可以通过外科手术的方法将发电主体11植入到主动脉周围并包绕主动脉。再通过调整调节端23使得发电主体11与主动脉的外壁紧密贴合，以采集主动脉形变所产生的能量。

对主动脉的过度压迫可能会增加心脏的工作负荷，因此可以在发电主体11与主动脉壁之间临时放置压力传感器以测定发电主体11对主动脉的压力，避免其对心脏产生不良的影响。

由于调节端23的内部不含有压电材料层和电极层，因此当使用手术缝线或钛夹将调节端23的两侧闭合时，不会对发电主体11造成损害。

图5是本实用新型实施例中发电主体安装于主动脉上的截面图，以下结合图1和图5来说明本实用新型的生物能喉起搏器的工作过程。当心脏17收缩时，血流的冲击使主动脉18发生扩张，如图5所示，主动脉壁45会产生一个对发电主体11的压力F，使压电材料层111发生形变，从而在其两端形成电势差并产生电流，电流通过第一电极层112和第二电极层113传导至输出电极12，再通过整流滤波电路14后进入电能存储单元13。电能存储单元13将电能供应给生物能喉起搏器的脉冲发生器15。呼吸压力传感器（图中未显示）用于感受患者的呼吸，并向控制部发送患者呼吸的信号，在患者呼吸的起始阶段，脉冲发生器15根据呼吸信号提前产生脉冲刺激，并通过电极16对喉开放肌进行刺激，从而使患者的喉部肌肉被动地松弛而返回至原有的中间位置上，使患者能够呼吸并产生正常的发音，并使气道受到保护。

图7是本实用新型实施例的电路图，如图7所示，发电主体11与整流滤波电路14相连接，发电主体11产生的电能经过整流滤波电路14后对电能存储单元13进行充电，电能存储单元13可用于为用电器即本实施例中的脉冲发生器进行供电。

<实施例二>

在本实施例中，生物能喉起搏器的脉冲发生器、刺激电极以及发电主体的形状以及调节端的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，发电主体的压电材料层采用纳米级压电陶瓷材料。

另外一个区别之处在于，本实施例中调节端23采用钛夹固定。

<实施例三>

在本实施例中，生物能喉起搏器的脉冲发生器、刺激电极以及发电主体的形状以及调节端的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，发电主体的压电材料层采用压电聚合物，并且调节端采用粘合剂粘合的方式进行固定。

<实施例四>

在本实施例中，生物能喉起搏器的脉冲发生器、刺激电极以及发电主体的形状以及调节端的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，如图6所示，调节端61的一端为单排的卡齿，齿尖平滑且面向发电主体的外侧，以防止齿尖损伤心脏或主动脉等人体组织。调节端61的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面。当将发电部固定于主动脉外壁时，缓慢的将卡齿插入卡槽，同时使用微型压力传感器检测发电主体对主动脉外壁的压力，缓慢收紧卡齿，直到该压力达到120mmHg-140mmHg。

当然本实用新型的生物能喉起搏器并不限于以上实施例中所描述的设计，其压电材料层、电极层以封装层均可以采用各种现有的适宜材料制成。

Claims

1.一种生物能喉起搏器，其特征在于，包括：

用于产生电刺激的脉冲发生器；

刺激电极；以及

为所述脉冲发生器供电的发电部，

其中，所述发电部包括发电主体、调节端、输出电极、电能存储单元以及封装层，

所述发电主体用于包绕主动脉，以采集主动脉扩张时所产生的机械能，并转化为电能，

所述发电主体为多层薄膜结构，包括位于中心层的压电材料层，以及分别位于所述压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层，

所述调节端位于所述发电主体的两端，用于调节所述发电主体的长度，

所述输出电极用于将电能输送给电能存储单元，

所述电能存储单元用于存储电能并为所述脉冲发生器和所述刺激电极供电，

所述封装层覆盖于所述发电主体、所述调节端、所述输出电极以及所述电能存储单元表面。

2.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

其中，所述电能存储部为微型可充电电池或电容。

3.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于，还包括：

整流滤波电路，连接于所述电能存储单元和所述输出电极之间。

4.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

其中，所述调节端的固定方式使用手术线缝合、钛夹钳夹或粘合剂粘合中的任意一种。

5.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

其中，所述调节端的一端为单排的卡齿，该卡齿的尖端平滑且面向发电主体的外侧，所述调节端的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与所述卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面，所述卡齿与所述卡槽相卡合。

6.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

其中，所述封装层以生物相容性好的柔性高分子绝缘材料作为封装材料。

7.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

所述发电部对主动脉的压力小于140mmHg。

8.如权利要求1所述的生物能喉起搏器，其特征在于：

还具有呼吸压力传感器，用于感受呼吸的压力信号，同时将该信号传送给脉冲发生器。