專利名稱：用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針，具體而言涉及用于腦部可植入醫(yī)療設(shè)備的探針。
背景技術(shù)：
今天，可植入醫(yī)療設(shè)備一般用于治療患有各種疾病的患者。在用于電刺激的諸如起搏器或深部腦刺激(DBS)設(shè)備之類的可植入設(shè)備植入之后，在通過例如磁共振成像 (MRI)掃描來掃描患者和設(shè)備期間，該設(shè)備和周圍的組織會被加熱。人體組織(特別是腦組織)對溫度上升敏感；腦組織最大允許的溫度上升為1°C，因為進一步的溫度上升可能對單個神經(jīng)元和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能具有深刻的負面影響。因此，所關(guān)注的是，最小化在MRI掃描期間由于植入的醫(yī)療設(shè)備附近感應(yīng)的電流引起的在該醫(yī)療設(shè)備處和其周圍的加熱效應(yīng)。
可能好像自然的是，對于整個可植入設(shè)備選擇高電阻材料，該材料理想地選擇具有與人體組織相同的比電阻。然而，與使用低電阻材料的探針相比，這典型地需要多得多的電力以在探針端部獲得相同的組織刺激信號。因此，將產(chǎn)生不可接受的大電池或不可接受的短電池壽命。
US4353360描述了一種用于身體可植入引線的電極，該引線具有半導(dǎo)體表面以用于將電信號耦合到身體組織。該電極包括若干種不同電導(dǎo)率的材料，它們以層布置，使得具有最低電導(dǎo)率的材料直接接觸身體組織。
用于可植入醫(yī)療設(shè)備的具有最小化加熱效應(yīng)的改進探針將是有利的。而且，這樣的探針是有利的與用于可植入醫(yī)療設(shè)備的已知探針相比，探針在植入之后和在MRI掃描期間將在植入設(shè)備的探針周圍的人體組織內(nèi)產(chǎn)生減少的電流密度。

發(fā)明內(nèi)容
可以看作本發(fā)明的目的的是，提供一種用于可植入醫(yī)療設(shè)備的可替代探針，其避免了上面提及的關(guān)于加熱和/或大電流密度的問題。
該目的和若干其他目的在本發(fā)明第一方面中通過提供一種用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針而實現(xiàn)，所述探針具有遠端和近端，所述探針還包括處于遠端的電極，其中所述電極連接到從電極延伸到探針的近端的導(dǎo)線，其中該導(dǎo)線的電阻率沿著導(dǎo)線的長度是不均勻的。
通過提供具有連接到導(dǎo)線的電極的探針，其中該導(dǎo)線具有不均勻的電阻率，有可能定制該探針使得關(guān)于防止在MRI掃描期間不想要的加熱的安全問題和電池壽命可以相對于彼此而平衡。
本發(fā)明特別地但非排他地有利于在可植入醫(yī)療設(shè)備被植入患者時，減小高電流密度并且因此減小該設(shè)備的探針和/或其周圍組織的加熱。為了防止由于在MR掃描期間電極的端部附近感應(yīng)的電流而引起的對人體組織的破壞性加熱或不期望刺激，需要探針中導(dǎo)線的高電阻率。這與增加電池壽命的低能耗需要相沖突，因為為此需要低電阻的信號導(dǎo)線。導(dǎo)線的不均勻電阻率提供了一種解決方案，其中導(dǎo)線的從電極到探針近端的某些部分具有較低電阻率，這對電池壽命是有利的，而導(dǎo)線的其他部分具有較高的電阻率，這減小了探針周圍人體組織的加熱和不期望刺激。
在探針的遠端處多個電極通過導(dǎo)線連接到探針的近端的情況下，當沿著探針的長度具有不均勻電阻率的導(dǎo)線的片段(fraction)增大時，將每個電極連接到探針遠端的導(dǎo)線的不均勻電阻率的有利效應(yīng)當然增大；然而，即使沿著探針延伸的多個導(dǎo)線中只有一個具有不均勻電阻率，也可以實現(xiàn)該有利效應(yīng)。
根據(jù)可植入醫(yī)療設(shè)備的一個方面，所述導(dǎo)線包括具有第一電阻率的第一部分和具有第二電阻率的第二部分，所述第一和第二電阻率是不同的。術(shù)語“部分”的意思是表示沿著導(dǎo)線的長度的一部分；貫穿本申請，第一部分比第二部分更靠近遠端。
根據(jù)所述探針的另一方面，導(dǎo)線的第一部分毗鄰電極并且第一部分的電阻率高于第二部分的電阻率。當靠近電極或在電極處的該導(dǎo)線的第一部分的電阻率高時，可降低在外部電場期間電極周圍的電流密度。因此，當探針植入時，人體組織處的電流密度將被降低。
在植入的醫(yī)療設(shè)備周圍的組織中，當患者和探針處于MRI場中時，電流典型地集中在探針的遠端附近。這導(dǎo)致組織和探針二者加熱。本發(fā)明建議增大導(dǎo)線的電阻率(否則其中電流密度將是最大的)，使得電流更多地展開。典型地，這也將減小MRI頻率處的總感應(yīng)電流，但是即使總電流保持不變，由于電流在植入的探針周圍更加均勻的分布的原因加熱將減少，這是因為加熱與電流密度的平方成比例。
根據(jù)又一個方面，第一部分由第一電阻率的材料制成，且第二部分由第二電阻率的材料制成，其中第一電阻率高于第二電阻率?？商娲鼗蛲瑫r，導(dǎo)線的第一部分具有第一截面積而導(dǎo)線的第二部分具有第二截面積，其中第一截面積小于第二截面積。根據(jù)后一個方面，導(dǎo)線的截面積沿著探針的長度是不均勻的。因此，通過改變材料的電阻率且/或改變導(dǎo)線的截面積或厚度來實現(xiàn)電阻率的改變。
根據(jù)另一個方面，導(dǎo)線的第二部分比導(dǎo)線的第一部分更長。因此，導(dǎo)線的主要部分具有低電阻率且導(dǎo)線的其余部分具有更高的電阻率。例如，導(dǎo)線的第一部分可以構(gòu)成導(dǎo)線的m到40%之間、優(yōu)選地5%到20%之間、更優(yōu)選地10%到15%之間。此處使用的術(shù)語“更長”的意思是表示“在導(dǎo)線的縱向上更大”。導(dǎo)線的縱向典型地對應(yīng)于探針的縱向。
第一部分的電阻率是第二部分的電阻率的2到10倍。由此，與具有通過具有均勻電阻率的導(dǎo)線連接的電極的探針相比，可以獲得更均勻的沿著所述整個探針的電流分布。
根據(jù)又一方面，導(dǎo)線的第一部分為多晶硅材料并且導(dǎo)線的第二部分為金屬材料。 多晶硅材料是高電阻的，從而導(dǎo)致在導(dǎo)線的第一部分處較低的電流密度。
根據(jù)探針的另一個方面，所述導(dǎo)線包括一個或多個另外的部分，每個另外的部分具有不同于導(dǎo)線的其他部分的電阻率。因此，所述導(dǎo)線可以包括多個電阻率?？商娲?，導(dǎo)線的電阻率沿著導(dǎo)線的長度連續(xù)地變化。當所述探針處在外部電磁場中時，導(dǎo)線中的具有不同電阻率的鄰近部分可以創(chuàng)建相對較高電流密度的熱點。通過提供電阻率連續(xù)變化的導(dǎo)線，可以減輕這樣的熱點。
本發(fā)明的不同部分中的每一個都可以與任意其他部分組合。本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)下文描述的實施例而清楚并且參照這些實施例而被闡明。


現(xiàn)在參照附圖僅通過實例的方式闡釋本發(fā)明，在附圖中圖1是用于可植入電刺激設(shè)備的探針的橫截面；
圖加和2b是圍繞外部電場中的桿的等勢線的圖示； 圖3是具有植入在人類患者頭顱中的探針的醫(yī)療設(shè)備的示意圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于可植入電刺激設(shè)備的探針的橫截面。
具體實施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電刺激探針10的橫截面圖。探針10具有遠端2和近端3。探針10具有多個位于靠近其遠端2處的電極1?？商娲兀挥幸粋€電極1應(yīng)當是可設(shè)想到的；然而，為了提供高清晰度刺激，多于一個的電極是有利的。而且，圖1圖示了容納電子元件且連接到探針10的近端3的室4。此外，圖1公開了從每個電極1延伸到探針 10的近端3且延伸到室4的導(dǎo)線5。
該探針被設(shè)置用于植入到待治療的患者的組織中，比如脊髓、神經(jīng)根、肌肉或腦組織中，以便提供對這種所關(guān)注區(qū)域的電刺激，對這樣區(qū)域的刺激預(yù)期減輕患者的狀況。電刺激設(shè)備典型地包括電池(未示出)和脈沖發(fā)生器(未示出)，其經(jīng)由室4連接到探針10的近端 3以用于生成經(jīng)由探針10的電極1刺激組織的電脈沖的模式。
圖加是圍繞在外部電場中的導(dǎo)電材料的桿20 (比如金屬桿)的等勢線的圖示。該金屬桿20具有兩個端部21。外部電場的等勢線由線22表示。圖2圖示了等電勢線如何追隨處在外部電場中的導(dǎo)電金屬桿20的輪廓。這導(dǎo)致圖2所示的導(dǎo)線的端部21附近的高場強，因為等勢線在金屬桿的端部21附近彼此靠近。如果金屬桿20被植入到弱導(dǎo)電介質(zhì)，比如人體組織(如人腦)中，則等勢線的分布導(dǎo)致靠近桿20的端部21處的高電流密度，因為根據(jù)歐姆定律，電流密度與電場成比例。
圖2b是圍繞在外部電場中的桿的等勢線的圖示。該金屬桿具有兩個端部21’。該桿被分成具有不同電導(dǎo)率的三個區(qū)域20a、20b和20c。外部電場的等勢線由線22表示，并且圖2b圖示了電等勢線22如何追隨處在外部電場中的、具有不同電阻率的三個區(qū)域的桿的輪廓。
區(qū)域20a是高導(dǎo)電的并且具有低電阻率。等勢線不能進入這種材料并且圍繞其形狀彎曲。因此，區(qū)域20a的左手側(cè)處等勢線的密度相對較高。這導(dǎo)致在區(qū)域20a的左手側(cè)處的高電場強度，因為電場強度與等勢線的密度成比例。
區(qū)域20b具有比區(qū)域20a更高的電阻，且區(qū)域20c具有比區(qū)域20a高得多的電阻且電阻高于20b。這允許等勢線穿過區(qū)域20c。因為這些等勢線沒有圍繞區(qū)域20c的右手側(cè)彎曲，所以所得到的等勢線的密度在區(qū)域20c的右手側(cè)處比在區(qū)域20a的左手側(cè)處低得多。這導(dǎo)致與具有低電阻的桿的左手側(cè)相比，在具有高電阻的區(qū)域20c的右手側(cè)處更低的電場強度。
圖3是具有植入在人類患者的頭顱100中的探針30的醫(yī)療設(shè)備的示意圖。探針 30具有遠端32和近端33，近端33連接到醫(yī)療設(shè)備的室34。在圖4的情況下，患者經(jīng)受外部電場，它的一些等勢線被示出。從圖3清楚可知，靠近探針30的遠端32的等勢線十分密集，這對應(yīng)于靠近遠端32的相對較高的電流密度。注意到，圖3中的探針30不是根據(jù)本發(fā)明的探針；這種探針將呈現(xiàn)等勢線的改變的配置。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的電刺激設(shè)備的探針10的實施例。探針10具有遠端2和近端3。為了清楚起見，圖2僅僅公開了探針10中的一個電極1，電極1位于靠近探針的遠端 2處。然而，超過一個電極1典型地會是有利的，為了提供高分辨率的刺激，超過一個電極是有利的。第一部分fe從電極沿著探針的長度延伸到第二部分恥；導(dǎo)線的第二部分恥從與第一部分如的分界面延伸到探針的近端3，其中導(dǎo)線恥可以連接到室4內(nèi)的電子元件。 根據(jù)本發(fā)明，第一部分如具有第一電阻率且第二部分恥具有第二電阻率，其中第一和第二電阻率是不同的。
在本發(fā)明的一個方面，第一部分fe的電阻率高于第二部分恥的電阻率，從而使得導(dǎo)線的電阻率在靠近電極的地方比導(dǎo)線的其余部分更高。
在探針的一個實施例中，第一部分fe由第一電阻率的材料制成，且第二部分恥由第二電阻率的材料制成，其中第一電阻率高于第二電阻率。由此，通過選擇用于導(dǎo)線的不同部分的不同材料來獲得導(dǎo)線的不同電阻率?？商娲鼗蛲瑫r，其中導(dǎo)線的第一部分如具有第一截面積且導(dǎo)線的第二部分恥具有第二截面積，其中第一截面積小于第二截面積。 第一和第二部分的不同截面積提供了導(dǎo)線的不同電阻率，因為電阻材料的電阻率被定義為 P =R · 1/A，其中R是該材料的靜態(tài)電阻率，A是這件材料的橫截面積，且1是這件材料的長度。
從圖4清楚可知，導(dǎo)線的第二部分恥比導(dǎo)線的第一部分fe更長。在圖4中，第一部分如的長度用a表示，且第二部分恥的長度用b表示。典型地，導(dǎo)線的第一部分構(gòu)成導(dǎo)線的長度的m到40%之間、優(yōu)選地5%到20%之間、更優(yōu)選地10%到15%之間。因此a可以構(gòu)成導(dǎo)線總長度a+b的IiI到40%之間、優(yōu)選地5%到20%之間、更優(yōu)選地10%到15%之間。
此外，第一部分fe的電阻率可以有利地比第二部分恥的電阻率高2到10倍。例如，導(dǎo)線的第一部分如為多晶硅材料且導(dǎo)線的第二部分恥為金屬材料。
即使圖4所示的導(dǎo)線僅有兩個部分fe、5b，也可設(shè)想到該導(dǎo)線包括超過兩個不同部分，其中每個部分具有不同于導(dǎo)線的其他部分的電阻率?？商娲?，導(dǎo)線的電阻率可以沿著導(dǎo)線的長度連續(xù)變化。
即使圖4中僅示出一個電極1，應(yīng)當理解，典型地探針10包括多個電極，比如64個電極，每個電極通過導(dǎo)線連接到探針10的近端3并連接到醫(yī)療設(shè)備的室4。
簡言之，本發(fā)明涉及一種用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針10。該探針具有遠端2和近端3，并且該探針10還包括處于遠端處的電極1。該電極連接到從該電極延伸到探針近端的導(dǎo)線5，其中導(dǎo)線的電阻率沿著導(dǎo)線的長度是不均勻的。該導(dǎo)線在探針的遠端處具有高電阻率并且在其他地方具有低電阻率。高電阻率導(dǎo)線減少了在植入設(shè)備的組織中的峰值電流密度，并且因此防止在MRI檢查期間對組織的破壞性加熱和/或不期望刺激。這非常有助于MR安全，MR安全是這些可植入電刺激設(shè)備的非常期望的特征。
盡管已經(jīng)結(jié)合指定的實施例描述了本發(fā)明，但是其意不是受限于本文所提出的特定形式。相反，本發(fā)明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟的存在。此外，盡管單獨的特征可以包含在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可能被有利地組合，并且不同權(quán)利要求中包含這些特征并不表示這些特征的組合是不可行的和/或不是有利的。此外，單數(shù)引用不排除多個。因此，對“一”、“一個”、“第一”、“第二”等的引用不排除多個。而且，權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)當被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針(10)，所述探針具有遠端(2)和近端(3)，所述探針 (10)還包括處于遠端的電極(1)，其中所述電極連接到從該電極延伸到所述探針的近端的導(dǎo)線(5)，其中該導(dǎo)線的電阻率沿著該導(dǎo)線的長度是不均勻的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的探針，其中所述導(dǎo)線包括具有第一電阻率的第一部分(5a)和具有第二電阻率的第二部分(恥)，所述第一和第二電阻率是不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的探針，其中所述導(dǎo)線的第一部分(5a)毗鄰該電極，并且其中第一部分的電阻率高于第二部分(5b)的電阻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的探針，其中第一部分(5a)由第一電阻率的材料制成，且第二部分 (5b)由第二電阻率的材料制成，其中第一電阻率高于第二電阻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的探針，其中所述導(dǎo)線的第一部分(5a)具有第一截面積且導(dǎo)線的第二部分具有第二截面積，其中第一截面積小于第二截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一項的探針，其中所述導(dǎo)線的第二部分(5b)比導(dǎo)線的第一部分更長。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一項的探針，其中所述導(dǎo)線的第一部分(5a)構(gòu)成所述導(dǎo)線的21到40%之間、優(yōu)選地5%到20%之間、更優(yōu)選地10%到15%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項的探針，其中第一部分(5a)的電阻率比第二部分(5b) 的電阻率高2到10倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項的探針，其中導(dǎo)線的第一部分(5a)為多晶硅材料并且導(dǎo)線的第二部分(5b)為金屬材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的探針，其中所述導(dǎo)線包括一個或多個另外的部分，每個另外的部分具有不同于導(dǎo)線的其他部分的電阻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的探針，其中導(dǎo)線的電阻率沿著導(dǎo)線的長度連續(xù)地變化。
12.—種可植入醫(yī)療設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1的探針， 用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于可植入醫(yī)療設(shè)備的探針(10)。該探針具有遠端(2)和近端(3)，該探針(10)還包括處于遠端的電極(1)。該電極連接到從該電極延伸到探針的近端的導(dǎo)線(5)，其中該導(dǎo)線的電阻率沿著導(dǎo)線的長度是不均勻的。該導(dǎo)線可以在探針的遠端處具有高電阻率，而在其他地方導(dǎo)線具有低電阻率。高電阻率導(dǎo)線減小了植入設(shè)備的組織中的峰值電流密度，并且因此在MRI檢查期間防止了對組織的破壞性加熱和/或不期望刺激。這非常有助于MR安全，MR安全對于這些可植入電刺激設(shè)備而言是非常期望的特征。
文檔編號A61N1/05GK102186534SQ200980140967
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者D·W·哈伯茨, K·王, M·M·J·德克雷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司