TW201317031A - 起搏器電極線及起搏器 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種起搏器電極線，包括至少一導線，所述導線包括一導電線芯，一第一絕緣層包覆在該導電線芯表面，一奈米碳管線螺旋纏繞該第一絕緣層表面，以及一第二絕緣層包覆在該奈米碳管線表面，所述導電線芯的一端從該導線中伸出形成一裸露部，所述奈米碳管線包括藉由凡得瓦力首尾相連的複數奈米碳管。此外，本發明還涉及一種包含上述起搏器電極線的起搏器。

Description

起搏器電極線及起搏器

本發明涉及一種起搏器電極線以及使用該電極線的起搏器，尤其涉及一種基於奈米碳管線的起搏器電極線以及起搏器。

起搏器一般是指一種可植入於生物體內的電子治療儀器。起搏器的基本結構包括電池、脈衝器和電極線。該脈衝器用於發出脈衝電流，該脈衝電流藉由植入心臟、血管等人體組織的電極線傳導並刺激發病器官，從而起到治療發病器官如心臟因跳動異常而引起的某些功能障礙的目的。

所述電極線包括連接結構、導線以及電極頭，該連接結構設置於所述導線的一端，且與該導線電連接，所述電極頭設置於所述導線的另一端，且與該導線電連接，該導線藉由連接結構電連接至所述脈衝器。因此，該脈衝器發出的脈衝電流可藉由所述導線傳導到所述電極頭，由於該電極頭與所述發病器官及組織接觸，所以，該脈衝電流經過電極頭到達特定區域後釋放，用於刺激標的細胞。

先前技術中電極線的導電芯一般僅由金屬或合金材料構成，由於導線的導電芯很細，其機械強度及韌性不夠，在患者人體正常活動或者因病異常活動時器官隨著活動或痙攣，使得所述起搏器的電極線也隨著發生拉伸或彎折，不管是長時間正常活動或者異常激烈痙攣等情況都可能導致所述起搏器電極線受損或斷裂，因此，會影響起搏器電極線以及起搏器的使用壽命，危及患者生命安全。

有鑒於此，提供一種具有較好機械強度以及韌性的起搏器電極線以及使用該電極線的起搏器實為必要。

一種起搏器電極線，包括至少一導線，所述導線包括一導電線芯，一第一絕緣層包覆在該導電線芯表面，一奈米碳管線螺旋纏繞該第一絕緣層表面，以及一第二絕緣層包覆在該奈米碳管線表面，所述導電線芯的一端從該導線中伸出形成一裸露部，所述奈米碳管線包括藉由凡得瓦力首尾相連的複數奈米碳管。

一種起搏器，包括：一脈衝器以及所述起搏器電極線，該脈衝器與該電極線電連接。

相較於先前技術，本發明提供的起搏器電極線為奈米碳管線與導電線芯的複合材料製成，由於該奈米碳管線本身良好的韌性以及機械強度，因此，該複合材料製成的電極線在較小的直徑下，仍可保持較好的柔韌性以及機械強度，從而可提高電極線的使用壽命，進而提高使用該起搏器的起搏器的使用壽命。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種起搏器100，包括：一脈衝器10以及一電極線20。所述脈衝器10與所述電極線20電連接。所述脈衝器10用於產生一脈衝電信號藉由所述電極線20傳輸為生物器官提供脈衝刺激。

所述脈衝器10可包括一殼體，一電源裝置以及一控制電路（圖未示）。所述電源裝置以及所述控制電路封裝於該殼體的內部。所述電源裝置用於給該控制電路提供電力。該電源裝置可採用各種化學電池，如鋰電池或燃料電池等，或者可採用物理動力電池。本發明實施例中所述電源裝置為一鋰-碘電池。該控制電路可包括輸出電路以及感應電路，所述輸出電路用於產生脈衝電信號，所述感應電路可將接受刺激的生物器官發出的電信號回饋給所述輸出電路從而調整該輸出電路輸出合適的脈衝電信號。所述生物器官可為生物體的心臟、大腦或腸胃等。本發明實施例中該生物器官為人體心臟。該脈衝電信號可為一矩形脈衝電流，該脈衝電流的脈衝寬度可為0.5ms~0.6ms。該脈衝電流可藉由所述控制電路中的電容器充放電實施。所述殼體用於防止所述電源裝置以及控制電路以及生物體之間的相互影響。該殼體的材料可為具有生物相容性、耐腐蝕且不易變形的金屬或合金材料。本發明第一實施例中，所述殼體的材料為鈦金屬。

請參閱圖1，所述電極線20包括至少一導線22。該導線22具有延伸方向上相對的兩端，其中一端定義為近端22a，另一端定義為遠端22b，所述近端22a與所述脈衝器10電連接，所述遠端22b具有一裸露部30，該裸露部30作為所述起搏器100的刺激電極與生物器官需要接受電信號刺激的部位直接接觸。

進一步地，請一併參閱圖2，所述導線22包括一導電線芯222，一第一絕緣層223包覆在所述導電線芯222表面，一奈米碳管線224纏繞在該第一絕緣層223表面，以及一第二絕緣層226包覆在該奈米碳管線224表面。

所述導電線芯222從所述導線22的遠端22b突出從而形成所述裸露部30。即所述裸露部30為所述導電線芯222的一部分。

所述導電線芯222在該導線22的近端22a藉由所述脈衝器10的控制電路中的輸出電路與所述電源裝置的負極電連接，在所述遠端22b藉由所述裸露部30與生物器官需要接受電信號刺激的部位直接接觸以提供脈衝刺激。

所述導電線芯222具有一定的韌性及機械強度。所述導電線芯222可為實心直線狀或螺旋狀。所述螺旋狀可為將直線狀的導電線芯222緊密螺旋纏繞於一支撐體後，將支撐體去除所形成的一中空結構。本發明第一實施例中所述導電線芯222為螺旋狀的中空結構。該螺旋狀的導電線芯222的螺距可為0毫米至5毫米。該導電線芯222可為導電材料，如可為金屬，如MP35N、35NLT、不銹鋼、碳纖維、鉭、鈦、鋯、鈮、鈦基合金、銅、銀、鉑、鉑-釔合金或鉑-鈀合金等。該導電線芯222也可為金屬與其他導電材料的複合材料，如金屬與碳纖維的複合材料。本發明第一實施例中所述導電線芯222為鉑。

所述第一絕緣層223以及第二絕緣層226可由具有生物相容性的柔性材料製成，如矽膠，聚亞胺酯，聚四氟乙烯或矽橡膠-聚亞胺酯共聚物等。本發明第一實施例中所述第一絕緣層223以及第二絕緣層226的材料為矽膠。所述第一絕緣層223以及第二絕緣層226的厚度可為1微米至50微米。

所述奈米碳管線224可為由複數奈米碳管組成的非扭轉的奈米碳管線、扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線與非扭轉的奈米碳管的組合。

請參見圖3，所述非扭轉的奈米碳管線是由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管基本沿同一方向擇優取向排列，所述擇優取向排列是指在該非扭轉的奈米碳管線中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於該非扭轉的奈米碳管線的延伸方向。進一步地，所述非扭轉的奈米碳管線中大多數奈米碳管是藉由凡得瓦力首尾相連。具體地，所述非扭轉的奈米碳管線中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管藉由凡得瓦力首尾相連。當然，所述非扭轉的奈米碳管線中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對所述非扭轉的奈米碳管線中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐主要藉由該非扭轉的奈米碳管線中存在連續的藉由凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。所述非扭轉的奈米碳管線的直徑為0.5奈米~100微米。

具體地，所述非扭轉的奈米碳管線包括複數連續且定向排列的奈米碳管片段。該複數奈米碳管片段藉由凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數相互平行的奈米碳管，該複數相互平行的奈米碳管藉由凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述非扭轉的奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2005年12月16日申請的，於2009年6月17日公開的第CN100500556C號中國大陸公開專利申請。請參閱圖4，所述扭轉的奈米碳管線包括複數繞奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。該扭轉的奈米碳管線可由所述非扭轉的奈米碳管線在相對的兩端沿相反方向扭轉而形成。

進一步地，可採用一有機溶劑處理該非扭轉的或扭轉的奈米碳管線。在有機溶劑表面張力的作用下，處理後的非扭轉或扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管藉由凡得瓦力緊密結合，使該奈米碳管線的比表面積減小，黏性降低，密度及強度增大。該扭轉的奈米碳管線的抗拉強度可大於1200MPa，當該扭轉的奈米碳管線的直徑為10微米時，其抗拉強度為1.5GPa。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本發明第一實施例中採用乙醇。所述奈米碳管線224優選為一純奈米碳管結構。所述純奈米碳管結構指的是該奈米碳管線224僅由奈米碳管組成，該奈米碳管未經任何化學修飾或功能化處理。

所述奈米碳管線224可為一條或複數條。當所述奈米碳管線224為複數條時，可將該複數條奈米碳管線224並排成束狀結構，或將該複數條奈米碳管線224相互扭轉形成一絞線結構。

所述奈米碳管線224在所述導線22近端22a的末端藉由所述控制電路中的感應電路與所述電源裝置的正極電連接。

所述奈米碳管線224螺旋纏繞於所述第一絕緣層223的整個表面或部分表面。由於所述奈米碳管線224本身具有黏性，因此無需黏結劑即可直接將該奈米碳管線224螺旋黏附於所述第一絕緣層223的整個表面。所述螺旋纏繞後的奈米碳管線224的螺距可為0毫米至5毫米。該螺距可從所述近端22a到遠端22b逐漸增大。當患者人體因病異常活動如異常激烈痙攣時，即使所述導電線芯222受損或斷裂，所述奈米碳管線224由於具有較好的柔韌性較難損壞，且逐漸增大的螺距可緩衝所述導線22在拉伸或彎折時的彈力，從而可降低對人體器官的損傷。

請參閱圖1以及圖5，所述導線22在延伸方向上可包括一暴露部40，所述部分奈米碳管線224從該暴露部40暴露。具體地，該導線22的第二絕緣層226在該暴露部40具有至少一開口，所述奈米碳管線224從該開口處暴露於該第二絕緣層226外。該開口可為繞該導線22軸向設置的C形開口，從而使該C形開口兩側的第二絕緣層226不致從該開口處滑脫。此外，也可在該第二絕緣層226表面設置一個或複數間隔排列的孔狀結構，使所述奈米碳管線224從該孔狀結構中暴露。該暴露部40使露出的所述奈米碳管線224直接與人體內組織液接觸。該暴露的奈米碳管線224可作為所述起搏器100的感測電極，利用所述控制電路中的感應電路感測人體心臟的跳動信號，進而回饋到所述輸出電路中調節所述脈衝器10提供的脈衝信號。所述暴露部40與所述裸露部30之間間隔設置。所述暴露部40可設置於靠近所述近端22a的位置或靠近所述裸露部30的位置。所述間隔的距離可選為2釐米至10釐米。另外，該導線22在延伸方向可包括複數暴露部40，每個暴露部40之間間隔一定的距離。該暴露部40可藉由去除該導線22的部分第二絕緣層223形成。

請參閱圖6，所述導線22也可不具有暴露部40，當所述導線22不包括所述暴露部40時，所述起搏器100可進一步在該導線22外表面設置一個或複數環形電極50，該每一環形電極50與所述導線22的奈米碳管線224電連接。該種情況下，所述環形電極50作為所述起搏器100的感測電極以感測心臟跳動的信號。該環形電極50的材料可為具生物相容性的導電材料，如金屬或含碳材料等，所述含碳材料可為碳纖維或奈米碳管等。本發明實施例中所述環形電極為一鈦金屬環。

請參閱圖7，本發明第一實施例所述導線22可進一步包括一屏蔽層228設置於所述第二絕緣層226表面，以及一第三絕緣層229包覆於所述屏蔽層228的外表面。該屏蔽層228由一導電材料製成，用於屏蔽外部電磁干擾或外部信號干擾，從而使所述導線22可較好的傳導脈衝信號。該屏蔽層228可為一連續的膜狀結構或編織的網狀結構。該屏蔽層228的材料可為金屬、含碳材料或其複合材料，所述含碳材料可為碳纖維、石墨烯或奈米碳管等。所述第三絕緣層229的材料與所述第一絕緣層223以及第二絕緣層226的材料相同。本發明實施例中所述第三絕緣層229的材料為聚四氟乙烯。該第三絕緣層229表面可塗覆有生物塗層。該生物塗層一方面可增強該電極線20的生物相容性，另一方面可起到殺菌消毒等作用。該生物塗層的材料可為氧化鋯或氮化鋯等。當所述導線22具有所述屏蔽層228以及第三絕緣層229時，同樣地，該導線22的第三絕緣層229在該暴露部40具有至少一所述開口，使所述奈米碳管線224從該開口處暴露於該第三絕緣層229外。

請參閱圖8，本發明另一實施例中，所述屏蔽層228以及第三絕緣層229可設置於所述第一絕緣層223與所述奈米碳管線224之間。具體地，該導線22的結構為：所述導電線芯222，所述第一絕緣層223包覆於所述導電線芯222表面，所述屏蔽層228包覆於所述第一絕緣層223表面，所述第三絕緣層229包覆於所述屏蔽層228表面，所述奈米碳管線224纏繞於所述第三絕緣層229表面，所述第二絕緣層226包覆於所述奈米碳管線224表面。此時，只需在最外層的所述第二絕緣層2226表面形成所述開口，使所述奈米碳管線224從該開口處暴露於該第二絕緣層226外。

該電極線20可包括複數條所述導線22，每一條所述導線22在遠端22b的裸露部30可分別與心臟的不同部位組織接觸以給該不同部位組織提供刺激（如心房以及心室）。

請參閱圖9，本發明第一實施例所述起搏器100可進一步包括一連接結構26以及一固定裝置28。所述連接結構26用於將所述導線22的近端22a固定於所述脈衝器10，並與所述脈衝器10電連接。所述連接結構26可包括至少一個導電觸頭（圖未示）。該導電觸頭與所述脈衝器10內的控制電路形成電連接。所述導線22的近端22a與所述連接結構26中的導電觸頭電連接，從而使該導線22與所述脈衝器10中的控制電路電連接，用於傳輸脈衝器10提供的脈衝信號。該連接結構26的材料可與所述脈衝器10的殼體的材料相同，本發明第一實施例中該連接結構26的材料為鈦。所述固定裝置28包括一固定環282以及複數固定翼284，其材料可為聚氨酯（polyurethane）或高純矽橡膠等具有生物相容性的高分子材料。所述固定環282為一圓筒狀結構。所述固定翼284為由該固定環282的外表面向遠離固定環282的中心軸方向延伸的棒狀結構，其軸向與固定環282中心軸的夾角為30o至60o，且其延伸方向為背離固定裝置28所在的電極線20一端，從而形成倒鉤結構。所述固定裝置28藉由所述固定環282將所述電極線20的遠端22b固定於生物器官需要接受電信號刺激的部位，防止該電極線20從生物器官中滑動或脫落。所述固定裝置28的結構不限於此，也可為凸緣狀結構或螺旋狀結構，只要是所述電極線20植入人體後，固定裝置28被生物器官中的纖維組織包繞，從而進一步牢固的固定所述起搏器電極線20，防止該搏器電極線20從所述生物器官及組織內滑動、脫落即可。

所述連接結構26以及固定裝置28並非必要結構，所述導線22在所述近端22a可直接與所述殼體內的控制電路電連接。當該電極線20植入人體心臟一段時間後，與心臟接觸的所述導線22的遠端22b會被纖維組織等包繞從而使該電極線20的遠端22b固定於心臟中。

本發明實施例提供的起搏器100在使用時，所述電源裝置的正極與所述電極線20中的奈米碳管線224電連接，所述電源裝置的負極藉由所述控制電路與所述導電線芯222在所述近端22a電連接，脈衝器10產生脈衝信號，所述控制電路將所述脈衝信號經過所述導線22的導電線芯222傳導到所述導線22的遠端22b，然後該與心臟直接接觸的遠端22b裸露部30將脈衝信號作用於直接接觸的心臟，從而達到刺激心臟的目的。藉由檢測提供所述裸露部30與所述所述奈米碳管線224之間的電勢差感測心臟跳動的頻率，並將該電勢差回饋到所述控制電路中的感測電路，進而調整提供刺激的脈衝信號，以使心臟的跳動恢復正常。當所述導線20中的奈米碳管線224未暴露時，可測量與所述奈米碳管線電連接的環形電極與所述裸露部30之間的電勢差以獲得心臟的感測信號。根據病情需求，也可同時使用複數條起搏器電極線20，每條起搏器電極線20分別刺激不同的位置。

請一併參閱圖10以及圖11，本發明第二實施例提供一種起搏器200，本實施例的起搏器200與第一實施例提供的起搏器100的結構基本相同，其不同在於電極線20進一步包括一電極頭24，該電極頭24的一端與所述導線22的遠端22b電連接，相對的另一端作為刺激觸點與心臟接觸。當所述電極線20包括電極頭24時，所述導線22中的導電線芯222僅起到傳到脈衝信號的作用。因此，所述導線22可不再需要所述導電線芯222在所述遠端22b裸露。該電極頭24可與所述導線22的導電線芯222在遠端22b焊接成一體。該電極頭24可為圓柱狀，螺旋狀或環狀。該電極頭24的長度可為0.5毫米至2毫米。該電極頭24的材料可與所述導電線芯222的材料相同，或該電極頭24的材料也可為含奈米碳管的材料，如所述扭轉或非扭轉的奈米碳管線。該電極頭24與心臟接觸的表面可塗覆一具生物相容性的多孔材料。該多孔材料可增加所述電極頭24的感測面積，以提高所述起搏器100的感測靈敏度以及感測效率。

本發明所述起搏器電極線採用奈米碳管線與所述導電線芯的複合結構作為所述導線，由於所述奈米碳管線是由複數奈米碳管首尾相連且緊密排列形成，從而該奈米碳管線具有較好的韌性和機械強度，進而可提高該複合結構的韌性以及機械強度，從而可提高該起搏器電極線的使用壽命。此外，該奈米碳管線作為所述起搏器的感測電極，由於奈米碳管線由複數奈米碳管組成，該奈米碳管線具有較大的比表面積，可提高起搏器的感測靈敏度以及感測效率。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100，200．．．起搏器

10．．．脈衝器

20．．．電極線

22．．．導線

22a．．．近端

22b．．．遠端

24．．．電極頭

26．．．連接結構

28．．．固定裝置

30．．．裸露部

40．．．暴露部

50．．．環形電極

222．．．導電線芯

223．．．第一絕緣層

224．．．奈米碳管線

226．．．第二絕緣層

228．．．屏蔽層

229．．．第三絕緣層

282．．．固定環

284．．．固定翼

圖1為本發明第一實施例提供的起搏器的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的導線的階梯剖面示意圖。

圖3為本發明第一實施例採用的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖4為本發明第一實施例採用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖5為本發明第一實施例提供的起搏器中暴露部的局部放大圖。

圖6為本發明第一實施例提供的包括環形電極的起搏器結構示意圖。

圖7為本發明第一實施例提供的屏蔽層設置於第二絕緣層表面的導線的階梯剖面示意圖。

圖8為本發明第一實施例提供的屏蔽層設置於第一絕緣層表面的導線的階梯剖面示意圖。

圖9為本發明第一實施例提供的包括連接結構以及固定裝置的起搏器結構示意圖。

圖10為本發明第二實施例提供的起搏器的結構示意圖。

圖11為本發明第二實施例提供的電極頭的結構示意圖。

100．．．起搏器

10．．．脈衝器

20．．．電極線

22．．．導線

22a．．．近端

22b．．．遠端

30．．．裸露部

40．．．暴露部

Claims (11)

1. 一種起搏器電極線，包括至少一導線，其改良在於，所述導線包括一導電線芯，一第一絕緣層包覆在該導電線芯表面，一奈米碳管線螺旋纏繞該第一絕緣層表面，以及一第二絕緣層包覆在該奈米碳管線表面，所述導電線芯的一端從該導線中伸出形成一裸露部，所述奈米碳管線包括藉由凡得瓦力首尾相連的複數奈米碳管。
2. 如申請專利範圍第1項所述的起搏器電極線，其中，所述導線在延伸方向具有一暴露部，該暴露部與所述裸露部間隔設置，所述部分的奈米碳管線從所述暴露部暴露。
3. 如申請專利範圍第1項所述的起搏器電極線，其中，所述裸露部為螺旋狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述的起搏器電極線，其中，所述螺旋後的奈米碳管線的螺距為0毫米至5毫米。
5. 如申請專利範圍第1項所述的起搏器電極線，其中，所述奈米碳管線與所述第一絕緣層之間僅靠凡得瓦力相互結合。
6. 如申請專利範圍第2項所述的起搏器電極線，其中，所述暴露部與所述裸露部之間間隔的距離為2釐米至10釐米。
7. 如申請專利範圍第2項所述的起搏器電極線，其中，所述導線在延伸方向具有複數暴露部間隔設置。
8. 如申請專利範圍第2項所述的起搏器電極線，其中，所述導線進一步包括一第三絕緣層以及一屏蔽層設置於所述奈米碳管線與所述第一絕緣層之間，所述屏蔽層包覆於所述第一絕緣層表面，所述第三絕緣層包覆於所述屏蔽層表面。
9. 如申請專利範圍第2項所述的起搏器電極線，其中，所述導線進一步包括一屏蔽層設置於所述第二絕緣層表面，以及一第三絕緣層設置於所述屏蔽層表面。
10. 一種起搏器，包括一脈衝器以及如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的起搏器電極線，所述脈衝器與所述起搏器電極線電連接。
11. 如申請專利範圍第10項所述的起搏器，其中，所述脈衝器包括一電源裝置包括正極和負極，以及一控制電路，所述電源裝置與所述控制電路以及所述導線依次串聯電連接，所述導線包括一近端以及所述裸露部所在的遠端，所述導電線芯在所述近端藉由所述控制電路與所述電源裝置的負極電連接，所述裸露部與生物器官直接接觸以提供脈衝刺激；所述奈米碳管線在所述近端藉由所述控制電路與所述電源裝置的正極電連接。