專利名稱：可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療假體技術(shù)領(lǐng)域的可植入微電極，特別是一種可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列。
背景技術(shù)：
神經(jīng)假體領(lǐng)域包括運(yùn)動(dòng)神經(jīng)假體、人工耳蝸(耳蝸植入體)和視覺(jué)神經(jīng)假體等。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)假體是通過(guò)深部腦刺激治療運(yùn)動(dòng)障礙疾病如帕金森病(PD)開(kāi)發(fā)的神經(jīng)系統(tǒng)微電子器件。深部腦刺激術(shù)多選用埋藏式電刺激系統(tǒng)，此系統(tǒng)一般由植入電極、連接導(dǎo)線至皮下接收器及電刺激器三部分組成。電極植入后，選擇一定刺激參數(shù)和不同電極刺激觸點(diǎn)，以觀察植入效果并同時(shí)記錄不同觸點(diǎn)的參數(shù)，以供術(shù)后參考。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證電極不發(fā)生位移，以免影響療效。因此電極設(shè)計(jì)是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)假體系統(tǒng)的重要部分。
人的耳蝸毛細(xì)胞是接受聲音的感覺(jué)細(xì)胞。當(dāng)耳蝸毛細(xì)胞損傷嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的耳聾。人工耳蝸由體外和體內(nèi)裝置兩部分組成，體外部分包括麥克風(fēng)、言語(yǔ)轉(zhuǎn)換器、發(fā)射線圈；體內(nèi)的部分包括接收線圈、處理器、刺激電極及參照電極組成。刺激電極采用的通道數(shù)目越多，電極就能對(duì)耳蝸內(nèi)更多位置的聽(tīng)神經(jīng)纖維進(jìn)行刺激，最大限度地利用患者耳蝸的天然構(gòu)造，建立出更完整的聽(tīng)覺(jué)音階，電極形態(tài)的設(shè)計(jì)也是人工耳蝸的關(guān)鍵。
視覺(jué)神經(jīng)假體是為幫助視網(wǎng)膜或其他視覺(jué)器官發(fā)生病變的患者重新獲得光明和視覺(jué)的醫(yī)用裝置。其中，植入的電極陣列直接作用于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)，模擬視覺(jué)正常形成的過(guò)程，通過(guò)編碼以特定的脈沖形式把電信號(hào)傳遞給刺激微電極陣列，作用于視皮層、視網(wǎng)膜或視神經(jīng)。刺激電極傳輸?shù)拿}沖信號(hào)要足夠大以便引起刺激部分發(fā)生動(dòng)作電位，通過(guò)神經(jīng)傳遞到視覺(jué)皮層，通過(guò)大腦皮層記錄電極記錄成像的波形。在整個(gè)神經(jīng)假體系統(tǒng)中，刺激微電極是至關(guān)重要的，它必須具有良好生物相容性、易于加工、靈活柔韌、空間利用率高等特點(diǎn)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請(qǐng)?zhí)枮?3159801.3，
公開(kāi)日期為2005年3月30日，專利名稱為“多電極陣列及其制造方法”，該發(fā)明提供了一種易于加工的、高密度的電極陣列，由微孔真列、單電極和固定樹(shù)脂組成。雖然該發(fā)明也考慮了要實(shí)現(xiàn)電極陣列的高密度問(wèn)題，但是僅提供了四電極陣列。由于電極的長(zhǎng)度相同，沒(méi)有考慮到用于神經(jīng)束上時(shí)，對(duì)不同深度的神經(jīng)纖維進(jìn)行刺激，沒(méi)有從根本上解決對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行電刺激的效率和實(shí)用問(wèn)題，因此這類電極的綜合性能還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種能夠?qū)θ梭w神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行有效高密度電刺激的簇狀微電極陣列，使其能夠根據(jù)人體神經(jīng)系統(tǒng)的解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)的特點(diǎn)，在有限空間內(nèi)能更有效地刺激神經(jīng)系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括金屬絲刺激微電極、金屬絲支撐微電極、金屬絲刺激微電極簇、金屬絲刺激微電極簇陣列、微電極基底，Q個(gè)金屬絲微電極粘合在金屬絲支撐微電極的外壁上組成金屬微電極簇，微電極基底是三層結(jié)構(gòu)，m*n個(gè)金屬絲微電極簇固定于微電極基底上組成m*n的金屬絲刺激微電極簇陣列。從微電極基底中引出引線與外部設(shè)備相連。金屬絲刺激微電極和金屬絲微支撐微電極的材料是生物相容性好的金屬材料。m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目。
所述的生物相容性好的金屬材料是指鎢絲、金絲、鉑銥合金絲的其中一種。
所述的金屬絲刺激微電極和金屬絲支撐微電極的桿部經(jīng)過(guò)絕緣處理，尖端暴露的微電極。
所述的對(duì)金屬絲刺激微電極和金屬絲支撐微電極進(jìn)行絕緣的材料是C型聚對(duì)二甲苯。
所述的對(duì)金屬絲刺激微電極和金屬絲支撐微電極的尖端采用強(qiáng)激光暴露。
所述的金屬絲刺激微電極的直徑為10-20μm。
所述的金屬絲刺激微電極的尖端直徑約為1μm。
所述的金屬絲支撐微電極的直徑為50-80μm。
所述的金屬絲刺激微電極長(zhǎng)度范圍為300-1000μm。
所述的金屬絲刺激微電極的尖端直徑約為3μm。
所述的金屬絲支撐微電極長(zhǎng)度為1.2mm。
所述的金屬絲刺激微電極簇的總直徑為70-120μm。
所述的金屬絲刺激微電極簇是Q個(gè)長(zhǎng)度不同的金屬絲刺激微電極按照一定長(zhǎng)度的分布策略粘附在金屬絲支撐微電極外壁上。把刺激電極的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為長(zhǎng)短不一，是為了能刺激到不同深度的神經(jīng)纖維并實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)的刺激。把長(zhǎng)度不一的金屬絲刺激微電極按照一定次序交錯(cuò)排列，是為了保證整個(gè)金屬絲刺激微電極簇陣列中每個(gè)金屬絲刺激微電極簇的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。
所述的用于粘合金屬絲刺激微電極與金屬絲支撐微電極的粘接劑是氰基丙烯酸鹽粘合劑。
所述的金屬絲刺激微電極長(zhǎng)度的分布策略是把金屬絲刺激微電極長(zhǎng)度設(shè)為lp＝l1+(p-1)*Δl，共p個(gè)，即電極長(zhǎng)度為從l1到lp，相鄰長(zhǎng)度差為Δl。
所述的金屬絲刺激微電極簇陣列的排列策略是設(shè)陣列為A＝{m*n}，A的元素li，j(k)是位于金屬絲刺激微電極陣列第i行，第j列金屬絲微電極簇中第k個(gè)金屬絲微刺激電極的長(zhǎng)度，li，j(k)＝l1+[(i-1)*m+(j-1)]*Δl+m*n*(k-1)*Δl(i＝1、2...m，j＝1、2…n，k＝1、2…Q)。l表示金屬絲微刺激電極的長(zhǎng)度，A表示電極陣列(Array)，m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目，p＝m*n*Q。
所述金屬絲刺激微電極簇陣列的行間距為0.35-1.2mm，列間距為0.35-1.2mm。
所述的三層電極基底的構(gòu)成是表層的硅橡膠層，中間的導(dǎo)電層，底層的硅橡膠層。
所述的表層的硅橡膠層厚度為0.5-1mm。
所述的中間的導(dǎo)電層厚度為0.5-1mm。
所述的底層的硅橡膠層厚度為1-2mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)技術(shù)如下1)充分考慮了人體神經(jīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有神經(jīng)刺激電極技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了該可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列。由于本發(fā)明設(shè)計(jì)的微刺激電極的長(zhǎng)度不同，并有規(guī)律排列組合，可以對(duì)不同深度的神經(jīng)纖維進(jìn)行高效刺激。同時(shí)可以設(shè)計(jì)更多的實(shí)驗(yàn)方案，在試驗(yàn)中允許更多的信息輸入輸出，提高實(shí)驗(yàn)的成功率，讓人們掌握更多的外界刺激與人體神經(jīng)組織反應(yīng)之間的關(guān)系。
2)充分考慮了所選電極材料的生物相容性和電特性金屬微電極具有電阻低、機(jī)械強(qiáng)度高、電噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。金屬微電極尤其有利于慢性植入實(shí)驗(yàn)的需要，是較理想的刺激電極。鎢絲、金絲、鉑銥合金絲等金屬絲均可作為原料。鎢絲生物相容性較好、強(qiáng)度大、價(jià)格低廉、制做方便，是在實(shí)驗(yàn)和科研中最早使用的也是很常用的電極材料。鉑銥合金的生物相容性優(yōu)異、物理化學(xué)特性穩(wěn)定，尤其適合體內(nèi)植入的需要，是最理想的電極材料。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，不銹鋼絲、鎢絲、鉑、鉑銥合金均具有較小的毒性，鉑銥合金在體內(nèi)引起的組織炎癥反應(yīng)最小，鎢絲和不銹鋼絲次之。
3)對(duì)金屬絲電極的絕緣問(wèn)題，充分考慮了絕緣材料與組織的生物相容性問(wèn)題，所選絕緣材料不引起組織反應(yīng)和炎癥反應(yīng)并能保護(hù)植入器件不受生理環(huán)境的侵蝕，本發(fā)明所用的絕緣材料是C型聚對(duì)二甲苯(Parylene-C)。
本發(fā)明的有益效果是充分考慮了所要植入人體部分的形態(tài)和解剖學(xué)特點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的柔韌刺激微電極陣列尤其適用于對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行刺激。人們利用微加工技術(shù)制做高密度電極獲得較高的刺激效率，從而可為臨床實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究提供有意義的數(shù)據(jù)。用于制作神經(jīng)刺激器的材料具有良好的生物相容性并能夠保證器件不受體內(nèi)生理環(huán)境的侵蝕。電極的幾何尺寸可以根據(jù)要刺激部位的大小進(jìn)行控制，而且電極簇中附著于支撐微電極的刺激電極的個(gè)數(shù)、直徑以及長(zhǎng)度都可以根據(jù)實(shí)際需要而變化，所以，該電極簇可以實(shí)現(xiàn)精確刺激，有利于人們尋找刺激位點(diǎn)的不同造成不同刺激效果的關(guān)系。


圖1為金屬絲刺激微電極簇的示意2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意3為電極基底三層結(jié)構(gòu)的示意4為電極基底中間導(dǎo)電層排線的示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1、2、3、4所示，本實(shí)施例包括金屬絲刺激微電極1、金屬絲支撐微電極2、金屬絲刺激微電極簇3、金屬絲刺激微電極簇陣列4、微電極基底5，Q個(gè)金屬絲微電極1粘合在金屬絲支撐微電極2的外壁上組成金屬微電極簇3，微電極基底5是三層結(jié)構(gòu)，m*n個(gè)金屬微電極簇3固定于微電極基底5上組成m*n的金屬絲刺激微電極簇陣列4，從微電極基底5中引出引線與外部設(shè)備相連。金屬絲微電極1和金屬絲支撐微電極2的材料是生物相容性好的金屬材料。m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目。
工作時(shí)，體外設(shè)備將設(shè)置的電信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)線傳送到體內(nèi)植入部分，將電脈沖經(jīng)金屬絲刺激微電極1刺激電極尖端附近的神經(jīng)系統(tǒng)，即金屬絲刺激微電極1是體內(nèi)植入部分與人體神經(jīng)組織的接口。由于本實(shí)施例的金屬絲微刺激電極1長(zhǎng)度不同設(shè)計(jì)，可以對(duì)不同深度的神經(jīng)進(jìn)行刺激，可以彌補(bǔ)手術(shù)技術(shù)精度上的缺陷，并且本實(shí)施例的高密度刺激位點(diǎn)，提高了刺激效率，是以往技術(shù)不能比擬的優(yōu)勢(shì)。
所述的生物相容性好的金屬材料是指鎢絲、金絲、鉑銥合金絲的其中一種。
所述的金屬絲刺激微電極1和金屬絲支撐微電極2的桿部經(jīng)過(guò)絕緣處理，尖端暴露的電極。
所述的對(duì)金屬絲刺激微電極1和金屬絲支撐微電極2進(jìn)行絕緣的材料是C型聚對(duì)二甲苯。
所述的對(duì)金屬絲刺激微電極1和金屬絲支撐微電極2的尖端采用強(qiáng)激光暴露。
所述的金屬絲刺激微電極1的直徑為10-20μm。
所述的金屬絲刺激微電極1的尖端直徑約為1μm。
所述的金屬絲支撐微電極2的直徑為50-80μm。
所述的金屬絲刺激微電極1的長(zhǎng)度范圍為1＝300-1000μm。
所述的金屬絲刺激微電極1的尖端直徑約為3μm。
所述的金屬絲支撐微電極2的長(zhǎng)度為1.2mm。
所述的金屬絲刺激微電極簇3的總直徑為70-120μm。
所述的金屬絲刺激微電極簇3是Q個(gè)長(zhǎng)度不同的金屬絲刺激微電極1按照一定長(zhǎng)度分布的策略粘附在金屬絲支撐微電極2的外壁上。
所述的用于粘合金屬絲刺激微電極1與金屬絲支撐微電極2的粘接劑是氰基丙烯酸鹽粘合劑。
所述的金屬絲刺激微電極1的長(zhǎng)度的分布策略是把金屬絲刺激微電極1的長(zhǎng)度設(shè)為lp＝l1+(p-1)*Δl，共p個(gè)即金屬絲刺激微電極1的長(zhǎng)度為從l1到lp，相鄰長(zhǎng)度差為Δl。
所述的金屬絲刺激微電極簇陣列4的排列為設(shè)陣列為A＝{m*n}，A的元素li，jk是位于金屬絲刺激微電極陣列4的第i行，第j列金屬絲微電極簇3中的第k個(gè)金屬絲微刺激電極1的長(zhǎng)度，li，j(k)＝l1+[(i-1)*m+(j-1)]*Δl+m*n*(k-1)*Δl(i＝1、2...m，j＝1、2…n，k＝1、2…Q)。l表示金屬絲微刺激電極的長(zhǎng)度，A表示電極陣列(Array)，m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目，p＝m*n*Q。
所述金屬絲刺激微電極簇陣列4的行間距為0.35-1.2mm，列間距為0.35-1.2mm。
所述的金屬絲刺激微電極簇陣列4上金屬絲微刺激電極簇3中的金屬絲微刺激電極1的直徑相同，但長(zhǎng)度各不相同；金屬絲支撐微電極2的直徑和長(zhǎng)度相同。
所述的三層電極基底5的構(gòu)成是表層的硅橡膠層6，中間的導(dǎo)電層7，底層的硅橡膠層8。
所述的表層的硅橡膠層6厚度為0.5-1mm。
所述的中間的導(dǎo)電層7厚度為0.5-1mm。
所述的底層的硅橡膠層8厚度為1-2mm。
權(quán)利要求
1.一種可植入簇狀視覺(jué)神經(jīng)刺激微電極陣列，包括金屬絲刺激微電極(1)、金屬絲支撐微電極(2)、金屬絲刺激微電極簇(3)、金屬絲刺激微電極簇陣列(4)、微電極基底(5)，其特征在于Q個(gè)金屬絲微電極(1)粘合在金屬絲支撐微電極(2)的外壁上組成金屬絲刺激微電極簇(3)，微電極基底(5)是三層結(jié)構(gòu)，m*n個(gè)金屬絲微電極簇(3)固定于微電極基底(5)上組成m*n的金屬絲刺激微電極簇陣列(4)，從微電極基底(5)中引出引線與外部設(shè)備相連，金屬絲刺激微電極(1)和金屬絲微支撐微電極(2)的材料是生物相容性好的金屬材料，對(duì)金屬絲刺激微電極(1)和金屬絲支撐微電極(2)進(jìn)行絕緣的材料是C型聚對(duì)二甲苯；其中，m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的生物相容性好的金屬材料是指鎢絲、金絲和鉑銥合金絲的其中一種，金屬絲刺激微電極(1)和金屬絲支撐微電極(2)是桿部經(jīng)過(guò)絕緣處理、尖端暴露的電極，對(duì)金屬絲刺激微電極(1)和金屬絲支撐微電極(2)的尖端采用強(qiáng)激光暴露。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的金屬絲刺激微電極(1)的長(zhǎng)度范圍為l＝300-1000μm，直徑為10-20μm，尖端直徑為1-3μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的金屬絲支撐微電極(2)的長(zhǎng)度為1.2mm，直徑為50-80μm，尖端直徑為1-3μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的用于粘合金屬絲刺激微電極(1)與金屬絲支撐微電極(2)的粘接劑是氰基丙烯酸鹽粘合劑，金屬絲刺激微電極簇(3)的總直徑為70-120μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，每個(gè)金屬絲刺激微電極簇(3)所包含的金屬絲刺激微電極(1)的數(shù)目Q為4或6或8或10，并且每個(gè)金屬絲刺激微電極(1)的長(zhǎng)度不同。金屬絲刺激微電極(1)的長(zhǎng)度設(shè)為lp＝l1+(p-1)*Δl，共p個(gè)即金屬絲刺激微電極(1)的長(zhǎng)度為從l1到lp，相鄰長(zhǎng)度差為Δl，l表示金屬絲微刺激電極的長(zhǎng)度，A表示電極陣列，m表示陣列的行數(shù)，n表示陣列的列數(shù)，Q表示每個(gè)金屬絲微支撐電極上金屬絲微刺激電極的數(shù)目，p＝m*n*Q。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的金屬絲刺激微電極簇陣列(4)的排列為設(shè)陣列為A＝{m*n}，金屬絲刺激微電極簇陣列(4)的行列數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，即陣列A為m*n，m，n＝1、2、3、4…，A的元素li，j(k)是位于金屬絲刺激微電極陣列(4)的第i行，第j列金屬絲微電極簇3中的第k個(gè)金屬絲微刺激電極l的長(zhǎng)度li，j(k)＝l1+[(i-1)*m+(j-1)]*Δl+m*n*(k-1)*Δl，i＝1、2…m，j＝1、2…n，k＝1、2…Q。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的m*n金屬絲刺激微電極簇陣列(4)上金屬絲微刺激電極簇(3)中的金屬絲微刺激電極(1)的直徑相同，但長(zhǎng)度各不相同；所述的金屬絲支撐微電極(2)的直徑和長(zhǎng)度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的m*n金屬絲刺激微電極簇陣列(4)的行間距為0.35-1.2mm，列間距為0.35-1.2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，其特征是，所述的三層電極基底(5)的構(gòu)成是表層的硅橡膠層(6)的厚度為0.5-1mm，中間的導(dǎo)電層(7)的厚度為0.5-1mm，底層的硅橡膠層(8)的厚度為1-2mm。
全文摘要
一種可植入人體神經(jīng)系統(tǒng)的簇狀刺激微電極陣列，屬于醫(yī)療假體領(lǐng)域。本發(fā)明包括金屬絲刺激微電極、金屬絲支撐微電極、金屬絲刺激微電極簇、金屬絲刺激微電極簇陣列、微電極基底，Q個(gè)金屬絲刺激微電極粘合在金屬絲支撐微電極的外壁上組成金屬絲刺激微電極簇，微電極基底是三層結(jié)構(gòu)，m*n個(gè)金屬絲刺激微電極簇固定于微電極基底上組成金屬絲刺激微電極簇陣列，從微電極基底中引出引線與外部設(shè)備相連。金屬絲刺激微電極和金屬絲微支撐微電極的材料是生物相容性好的金屬材料。本發(fā)明能夠根據(jù)人體神經(jīng)系統(tǒng)部位的解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)的特點(diǎn)，在有限空間內(nèi)能更有效地刺激神經(jīng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A61F9/007GK1973918SQ20061011838
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者任秋實(shí), 吳開(kāi)杰, 柴新禹, 李瑩輝 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)