TWI792518B - 神經調節探針 - Google Patents

Abstract

一種神經調節探針，其包含一本體及至少一線圈組；本體具有一第一軸心，本體沿第一軸心具有一長度；線圈組包含至少一線圈，線圈由具有導電性之線體基於一第二軸心螺旋纏繞複數圈並設置於本體內或環繞於本體之外表面，第二軸心平行於第一軸心，線圈之相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈。

Description

神經調節探針

本創作涉及醫學技術領域，尤指一種神經調節探針。

腦部區域的神經核(nucleus)之間有許多神經纖維的連結，以視丘下核(Subthalamicneucleus，STN)為例，為了產生動作的順暢性，視丘下核會產生電訊號活化其他的神經核，例如內側蒼白球(Globus pallidus interna，GPi)，進而促使殼核(Putamen)產生多巴胺的分泌，而多巴胺會影響動作的啟動和停止。若這些神經網路無法啟動，則會導致因多巴胺分泌不足而動作僵硬或顫動等臨床症狀，這些就是巴金森氏症的典型臨床症狀。

除了藥物之外，植入式電刺激即透過刺激視丘下核或內側蒼白球來達到活化神經網路的作用，改善患者的動作障礙問題。電極植入後檢視電刺激引致副作用之初步測試，包括患者的肢體肌肉張力，以及患者對光照的腦波反應。

視丘下核和內側蒼白球神經核之間是透過神經纖維互為溝通，而臨床上也有些案例發現植入電極並電刺激於視丘下核的外上側可達到較好的效果，然而視丘下核的外上側有神經纖維內囊(internal capsule)的路徑，若刺激到這些神經纖維而引致向下傳遞的動作電位，恐會產生肌肉僵直等副作用，因此必須達到精準神經刺激而減少副作用，方能提升神經調節的作用。

此外，電刺激調控過程必須讓刺激量位於治療範圍(therapeutic window)之間，若電刺激調控不當，則會產生副作用，換言之，為避免副作用的產生，電刺激量有一定的限度。

此外，當電流線圈與待刺激神經纖維走向平行時，則神經纖維會引致動作電位變化。

現行採用方向性電極雖然可減少副作用的產生，但因為最佳刺激位置位於內囊旁，因此方向性電極的電場範圍仍會對此區域產生影響。欲採用方向性電極去精準電刺激並避免副作用產生。但仍有刺激到非目標區的風險。

據此，如何發展出一種可對於特定解剖方向之神經纖維產生極化而產生動作電位，形成具備選擇性方向的電刺激作用，以達到精準刺激、減少副作用產生、提升神經調節效果的設備，是相關技術領域人士亟待解決之課題。

於一實施例中，本創作提出一種神經調節探針，其包含： 一本體，具有一第一軸心，本體沿第一軸心具有一長度；以及 至少一線圈組，線圈組包含至少一線圈，線圈由具有導電性之線體基於一第二軸心螺旋纏繞複數圈並設置於本體內或環繞於本體之外表面，第二軸心平行於第一軸心，線圈之相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈。

以下係參照所附圖示詳細敘述本創作之實施例。並且圖示中相同或類似的部位以相同的標號標示。圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製，因此並非作為限縮本創作保護範圍之用。

請參閱圖1、圖1A及圖1B所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100，其包含一本體10與一線圈組20。神經調節探針100適於與一電源裝置（圖未示出）連接，可透過電源裝置供給電流至神經調節探針100而對神經調節探針100周圍的神經纖維產生電刺激。

本體10具有一第一軸心C1，本體10沿第一軸心C1具有一長度。本體10由生物相容性材料製成。

線圈組20包含一線圈21。線圈21可披覆有絕緣層或多分子材料塗層。線圈21由具有導電性之線體基於一第二軸心C2螺旋纏繞複數圈並設置於本體10內。第二軸心C2平行於第一軸心C1，而於本實施例中，本體10及線圈21截面皆呈規則圓形，第二軸心C2與第一軸心C1同軸，可視為線圈21以第一軸心C1為中心螺旋纏繞，且纏繞的方向大致垂直於第一軸心C1(等同於第二軸心C2)。

線圈組20中的線圈21以填充固定膠30而定位於本體10內以避免線圈組20鬆動或掉出本體10外。於本體10內沿第一軸心C1可設有一長型空間31，於本實施例中，長型空間31亦穿過線圈21的中心(亦即第二軸心C2)。在一實施例中，長型空間31可提供一通道(圖中未標示出)將冷卻液置入於本體10內，以避免神經調節探針100在操作時發生溫度過高的情形。

線圈21之相對二軸向端部211、212分別適於提供電流A流入或流出線圈21。圖1顯示電流A由位於前端的軸向端部211流入線圈21，再由位於末端的軸向端部212流出線圈21。除此之外，電流A方向可相反，亦即由位於末端的軸向端部212流入線圈21，再由位於前端的軸向端部211流出線圈21。

由於線圈21纏繞的方向大致垂直於第一軸心C1，因此電流A於線圈20的流動方向也大致垂直於第一軸心C1。

電流A的電流量、電流A的頻率、電流A的方向、線圈21的線徑、線圈21纏繞的圈數、本體10沿第一軸心C1的長度、本體10的直徑、線圈21的直徑不限，皆可依實際所需而設計，以達到所需的刺激強度。

請參閱圖2所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100A，其包含一本體10與沿著第一軸心C1同軸且軸向相鄰地設置複數個線圈組20A。圖2實施例與圖1實施例的差異在於線圈的長度及數量不同。

各線圈組20A具有複數線圈21A，各線圈21A皆具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈21A，可參考圖1所示態樣，但於圖2中予以省略未示出。

各線圈21A的中心（即第二軸心C2）與本體10的第一軸心C1同軸。同軸相鄰之兩線圈21A間具有一距離D，各距離D可以相等或不相等。於本實施例中，距離D大於零；若距離D等於零，則可視為如圖1所示一長條型線圈之態樣。

圖2實施例各線圈組20A的線圈21A的電流可獨立控制，各線圈21A之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同。

線圈組20A以填充固定膠30而定位於本體10內，於本體10內沿第一軸心C1可設有一長型空間31，提供通道供冷卻液置入本體10內。

請參閱圖3及圖3A所示，本創作所提供之一種神經調節探針100B，其包含一本體10與沿著第一軸心C1同軸且軸向相鄰地設置複數個線圈組20B。

各線圈組20B具有以第二軸心C2（或第一軸心C1）為中心同軸相互套設的二線圈21B1、21B2，各線圈21B1、21B2皆具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈21B1、21B2，可參考圖1所示態樣，但於圖3及圖3A中予以省略未示出。

各線圈21B1、21B2的第二軸心C2與本體10的第一軸心C1同軸。同軸相鄰之兩線圈組20B間具有一距離D，各距離D可以相等或不相等。

圖3及3A實施例各線圈組20B的線圈21B1、21B2的電流可獨立控制，各線圈組20B之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同，且各線圈組20B之二線圈21B1、21B2之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同。

線圈組20B以填充固定膠30而定位於本體10內，於本體10內沿第一軸心C1可設有一長型空間31，提供通道供冷卻液置入本體10內。

請參閱圖4及圖4A所示，本創作所提供之一種神經調節探針100C，其包含一本體10與複數個線圈組20C。

在本實施例中，各線圈組20C具有三個線圈21C1、21C2、21C3，各線圈組20C之各線圈21C1、21C2、21C3在本體10之徑向相鄰且環繞本體10的第一軸心C1設置。各線圈21C1、21C2、21C3皆具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈，可參考圖1所示態樣，但於圖4及圖4A中予以省略未示出。

各線圈21C1、21C2、21C3的第二軸心C2皆平行於本體10的第一軸心C1。各線圈組20C的各線圈21C1、21C2、21C3之軸向位置相互對應。同軸相鄰之兩線圈21C1、21C2、21C3間具有一距離D，各距離D可以相等或不相等。

各線圈組20C的各線圈21C1、12C2、21C3亦可於軸向相互錯位而不相互對應。

圖4實施例各線圈組20C的各線圈21C1、21C2、21C3的電流可獨立控制，各線圈組20C之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同，且各線圈組20C之三線圈21C1、21C2、21C3之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同。

線圈組20C以填充固定膠30而定位於本體10內，於本體10內沿第一軸心C1具有一長型空間31，提供通道將冷卻液置入本體10內。

請參閱圖5所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100D，其包含一本體10、線圈組20D及子線圈組40。子線圈組40與線圈組20D間隔交錯設置於本體10內。

線圈組20D包含複數線圈21D，各線圈21D由具有導電性之線體基於一第二軸心C2纏繞複數圈設置於本體10內，且各線圈21D的中心（即第二軸心C2）與本體10的第一軸心C1同軸。子線圈組40包含複數子線圈41，各子線圈41由具有導電性之線體基於一第三軸心C3纏繞複數圈設置於本體10內。各線圈21D與各子線圈41皆披覆有絕緣層或多分子材料塗層。

第三軸心C3垂直於第一軸心C1，亦即，子線圈31的第三軸心C3與線圈組20D的第二軸心C2相互垂直。

各線圈21D、各子線圈41皆具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出各線圈21D及各子線圈41。可參考圖1所示態樣，但於圖5中予以省略未示出。

圖5實施例各線圈組20D的線圈21D及各子線圈組40的子線圈41的電流可獨立控制，各線圈組20D的線圈21D及各子線圈組40的子線圈41之電流之電流量、頻率、電流方向可以相同或不同。

線圈組20D以填充固定膠30而定位於本體10內，於本體10內沿第一軸心C1可設有一長型空間31，提供通道供冷卻液置入本體10內，此時子線圈41可偏置於長型空間31一側。

請參閱圖6所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100E包含一本體10及線圈組20E。線圈組20E包括一線圈21E，線圈21E由具有導電性之線體基於一第二軸心C2纏繞複數圈環繞於本體10之外表面，並以固定膠30定位於本體10之外表面。線圈21E的第二軸心C2與本體10的第一軸心C1同軸。

要注意的是，圖1實施例示將線圈組20設置於本體10內，圖6實施例示則是將線圈組20E設置於本體10的外表面。

線圈21E具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈，可參考圖1所示態樣，但於圖6中予以省略未示出。

請參閱圖7所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100F包含一本體10及複數線圈組20F。各線圈組20F包括一線圈21F，線圈21F由具有導電性之線體基於一第二軸心C2纏繞複數圈環繞於本體10之外表面，並以固定膠30定位於本體10之外表面。線圈21F的第二軸心C2與本體10的第一軸心C1同軸。

要注意的是，圖2實施例示將線圈組20A設置於本體10內，圖7實施例示則是將線圈組20F設置於本體10的外表面。

各線圈21F皆具有相對二軸向端部適於提供電流流入或流出線圈，可參考圖1所示態樣，但於圖7中予以省略未示出。

就圖6及圖7實施例而言，可套用於圖3及圖5實施例結構，例如，將圖3的其中一線圈（如線圈21B1）設置於本體10內，而另一線圈（如線圈21B2）設置於本體10外表面；例如，將圖5的子線圈41設置於本體10內，而線圈21D則設置於本體10外表面。

請參閱圖8A所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100G包含一本體10及對稱設置於本體10之第一軸心C1兩側之二線圈組20G。每一線圈組20G可包含如圖1所示線圈21；或者，每一線圈組20可包含如圖2所示的多個線圈21A；或者，每一線圈組20G可包含如圖3所示線圈21B1、21B2；或者，每一線圈組20可與如圖5所示子線圈組40間隔交錯設置。

請參閱圖8B所示實施例，本創作所提供之一種神經調節探針100H包含一本體10及線圈組20H。線圈組20H包含環繞本體10之第一軸心C1對稱設置之三個線圈21H1、21H2、21H3。各線圈21H1、21H2、21H3之徑向斷面之形狀呈扁平狀，亦即各線圈21H1、21H2、21H3中的導電性線體並非如前述實施例中以第二軸心C2為圓心纏繞，而是以第二軸心C2為中心，來纏繞成一扁平狀截面，並沿第二軸心C2做軸向的延伸。

圖8B實施例在於說明本創作所提供之神經調節探針之線圈之徑向斷面之形狀不限，可呈規則或不規則幾何形狀。圖8B的扁平狀線圈21H1、21H2、21H3可套用於圖1至圖8A各實施例。

綜合圖1至圖8B實施例說明，本創作之線圈組的設置方式、線圈之設置方式、線圈之徑向斷面之形狀具有不同變化態樣，但其共同的技術特徵在於線圈的第二軸心與第一軸心平行(或重疊)，至於電流量、電流頻率、電流方向、線圈線徑、線圈纏繞的圈數、本體長度、本體直徑、線圈直徑則不限，可依實際所需而設計，以達到所需的刺激強度。

本案圖示所有實施例之本體皆為長形圓形管狀，然而除此之外，亦可將本體設計為其他形狀，例如規則或不規則幾何扁平狀，於上陣列複數線圈，且各線圈可獨立控制能量輸出。

根據研究指出，當電流線圈的方向（即電流方向）與神經纖維走向趨近垂直時，則神經纖維不受影響，不會引致動作電位變化，而當電流線圈的方向（即電流方向）與神經纖維走向趨近平行時，則神經纖維容易引致動作電位變化，而產生神經刺激反應。因此，以長形圓形管狀的本體而言，將本創作應用於人體(例如腦部)時，如將本創作置放於神經纖維一側，而後對探針通上電流，當電流流入線圈時，對於與電流的方向垂直的神經纖維不產生動作電位變化，可避免刺激到神經纖維而產生肌肉僵直等的副作用。而針對需要刺激的標的神經纖維，可使導通的電流方向與標的神經纖維平行來達成容易產生電刺激的效果。

同理，以其他形狀的本體而言，例如扁平貼片狀，視實際神經纖維的走向，將本創作貼附於神經纖維上，即可對神經纖維進行刺激治療。亦可根據實際應用的情境，在不同位置設置不同方向的線圈，使探針可針對不同方向的神經纖維給予刺激/不致動作，達成具有方向性刺激探針的功能。

以圖4實施例為例，於設計線圈時可依循下列公式(1)：

其中，B：磁場(Tm)；μ：導磁率(例如是4*10 ^-7)；I：電流(A)；n：線圈數。

若設定距離D為大於等於1公厘(mm)，每一線圈21C1、21C2、21C3因纏繞而形成的高度h為1.5公厘(mm)，電流I為40毫安(mA)，線圈21C1、21C2、21C3採用美國線規表AWG40規格的漆包線，則線圈數n為16。

以圖4A實施例為例，其中，d：二線圈21C2、21C3之中心距離；r：線圈21C2的半徑；R：本體10的半徑。根據下列公式(2)：

若d/2=3r，且R=1.3公厘(mm)，r=0.29公厘(mm)，則場電位(Field Potential)為33.3mv/mm。

若d/2=4r，且R=1.3公厘(mm)，r=0.23公厘(mm)，則場電位(Field Potential)為10mv/mm。

上述公式(1)、(2)說明本創作可依據線圈及本體規格設計出所需的電流規格，不同電流規格的刺激範圍也不同，如圖9A及9B所示，其中，圖9顯示當電流頻率為10MHz時，其磁場影響範圍約為0.3公厘(mm)；圖9顯示當電流頻率為100MHz時，其磁場影響範圍約為1.5公厘(mm)。

請參閱圖3、3A及圖10A至10D所示，以圖3及3A實施例為例，於線圈21B1、21B2所使用的線體的線徑為0.36公厘(mm)，位於內層的線圈21B1在徑向所繞出圓形截面的直徑D1為6公厘(mm)，位於外層的線圈21B2在徑向所繞出圓形截面的直徑D2為13公厘(mm)，線圈21B1、21B2的圈數皆為16圈之條件下，分別控制線圈21B1、21B2的電流方向及電壓，分別產生圖10A至10D四種變化。

圖10A為線圈21B1、21B2的電流同向，位於內層的線圈21B1調變電壓，位於外層的線圈21B2固定電壓。

圖10B為線圈21B1、21B2的電流反向，位於內層的線圈21B1調變電壓，位於外層的線圈21B2固定電壓。

圖10C為線圈21B1、21B2的電流同向，位於內層的線圈21B1固定電壓，位於外層的線圈21B2調變電壓。

圖10D為線圈21B1、21B2的電流反向，位於內層的線圈21B1固定電壓，位於外層的線圈21B2調變電壓。

圖10A至圖10D顯示四種不同關係線圖，代表本創作圖3及圖3A線圈分層之實施態樣可獨立控制調整電壓大小、方向以調整磁場強度。在一實施例中，可僅對線圈21B1、21B2其中之一通以電流，則未通電流的另一線圈21B1、21B2可藉由感應電流來將電力回充使用。

綜上所述，本創作所提供之神經調節探針，以線圈式結構的電極形式通以電流，電流引致磁場，對於特定解剖方向之神經纖維產生極化而產生動作電位，電流線圈與待刺激神經纖維走向垂直，形成具備選擇性方向的電刺激作用，神經纖維不受影響，進而避免副作用產生。

雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100,100A~100H:神經調節探針 10:本體 20,20A~20H:線圈組 211、212:軸向端部 21,21A,21B1,21B2,21C1,21C2,21C3,21D~21G,21H1,21H2,21H3,21H:線圈 30:固定膠 31:長型空間 40:子線圈組 41:線圈 A:電流 C1:第一軸心 C2:第二軸心 d:中心距離 D:距離 D1,D2:直徑 h:高度 r,R:半徑

圖1為本創作之一實施例之立體結構示意圖。 圖1A為圖1實施例之俯視結構示意圖。 圖1B為圖1實施例沿第一軸心之剖面結構示意圖。 圖2為本創作另一實施例之立體結構示意圖。 圖3為本創作另一實施例之立體及部分剖面結構示意圖。 圖3A為圖3之3A-3A剖面結構示意圖。 圖4為本創作另一實施例之立體及部分剖面結構示意圖。 圖4A為圖4之4A-4A剖面結構示意圖。 圖5為本創作於本體內穿插設有線圈組及子線圈組之實施例之立體結構示意圖。 圖6及圖7為本創作之線圈組纏繞於本體外表面之不同實施例之立體結構示意圖。 圖8A為本創作對稱於第一軸心設置二線圈組之實施例之剖面結構示意圖。 圖8B為本創作之線圈組呈扁平狀之實施例之剖面結構示意圖。 圖9A及9B為本創作控制不同電流頻率之影響範圍示意圖。 圖10A至10D為本創作雙層線圈調變與感應電壓之關係圖。

100:神經調節探針

10:本體

20:線圈組

211、212:軸向端部

21:線圈

30:固定膠

31:長型空間

A:電流

C1:第一軸心

C2:第二軸心

Claims (12)

1. 一種神經調節探針，其包含：一本體，具有一第一軸心，該本體沿該第一軸心具有一長度，該本體為中空管狀；以及至少一線圈組，包含至少一線圈，該線圈由具有導電性之線體基於一第二軸心螺旋纏繞複數圈並設置於該本體內或環繞於該本體之外表面，該第二軸心平行於該第一軸心，該線圈之相對二軸向端部適於提供電流流入或流出該線圈。
2. 如請求項1之神經調節探針，其中該本體沿該第一軸心同軸且軸向相鄰地設置有複數線圈組，軸向相鄰之兩該線圈組間之距離等於或大於零。
3. 如請求項2之神經調節探針，其中各該線圈組具有一線圈，各該線圈組之該線圈軸向相鄰地同軸設置。
4. 如請求項2之神經調節探針，其中各該線圈組具有複數線圈，各該線圈組之該複數線圈以該第一軸心為中心相互套設。
5. 如請求項2之神經調節探針，其中各該線圈組具有複數線圈，各該線圈組之該複數線圈之徑向相鄰且環繞該本體的該第一軸心設置。
6. 如請求項2之神經調節探針，其中各該線圈之該電流之方向、電流量和頻率相同或不同。
7. 如請求項1之神經調節探針，其中該線圈與該本體同軸設置。
8. 如請求項1之神經調節探針，其中該線圈之徑向斷面之形狀呈扁平狀。
9. 如請求項1之神經調節探針，其中該線圈組以填充固定膠而定位於該本體內或該本體之該外表面。
10. 如請求項1之神經調節探針，其中該本體內沿該第一軸心設有一長型空間提供一通道供一冷卻液置入該本體內。
11. 如請求項1之神經調節探針，其更包括至少一子線圈組，該子線圈組包含至少一子線圈，該子線圈由具有導電性之線體基於一第三軸心纏繞複數圈設置於該本體內，該第三軸心垂直於該第一軸心，該子線圈之相對二軸向端部適於提供電流流入或流出該子線圈，該子線圈組與該線圈組間隔交錯設置。
12. 如請求項11之神經調節探針，其中各該線圈與各該子線圈之該電流之方向、電流量和頻率相同或不同。

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