CN114534098A - 柔性多模式脑深部刺激探头 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种柔性多模式脑深部刺激探头，该探头包括发光装置，所述发光装置嵌入所述远端部，所述发光装置被配置为发射波长在600nm至1100nm之间的光，所述光可穿透所述远端部，以实现对脑组织光刺激治疗；多个电极，所述多个电极设置在壳体表面，可用于递送电刺激脉冲至脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗，还可用于采集脑组织神经电生理信号，以实现同步进行光刺激治疗与采集脑组织因升温而变化的神经电生理信号；多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在所述杆表面，通过多个设置在壳体表面的导热环和多个贯穿壳体的导热连接件，采集脑组织多个部位的热能，以实现定量分析神经电生理信号随温度变化的关系。

Description

柔性多模式脑深部刺激探头
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种柔性多模式脑深部刺激探头。
背景技术
在过去的二十年中，脑深部电极刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）的临床使用是临床神经科学领域最重要的进展之一。作为一种外科手术工具，DBS可以直接测量病理性脑活动，并可以提供可调节的刺激，以治疗与电路功能异常相关的神经和精神疾病。DBS是一种神经外科手术，涉及将电极植入大脑内的特定位置，并从植入的电池电源中提供恒定或间断的电流。目前，DBS已获美国食品与药物管理局批准，用于治疗一些神经疾病如原发性震颤、帕金森症、癫痫和强迫症。
光刺激治疗是另一种脑由于可靠的科学原理、成功的效果、没有副作用并且是无创的而正在得到更多关注。最近的研究表明光刺激用于治疗中风、创伤性脑损伤、帕金森疾病、轻度认知障碍、阿尔茨海默疾病、抑郁症以及一些其他认知问题具有相当大的潜力。现有DBS装置并不没有同时具有电刺激与光刺激功能的植入式刺激装置，在进行光刺激疗法时需要额外使用光刺激装置，融合光刺激和电刺激技术的植入式刺激装置极具潜力。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种柔性多模式脑深部刺激探头，采用了如下技术方案：
一种柔性多模式脑深部刺激探头，探头包括：
壳体，所述壳体具有柔性特征，所述壳体为具有中空部的圆筒形状；
杆，所述杆设置于所述壳体的中空部形成空隙；
远端部，所述远端部设置于所述壳体顶部，所述壳体与所述杆均与所述远端部接触；
发光装置，所述发光装置嵌入所述远端部，所述发光装置被配置为发射波长在600nm至1100nm之间的光，所述光可穿透所述远端部，以实现对脑组织光刺激治疗；
多个电极，所述多个电极设置在壳体表面，可用于递送电刺激脉冲至脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗，还可用于采集脑组织神经电生理信号，以实现同步进行光刺激治疗与采集神经电生理信号；
多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在所述杆表面，通过多个设置在壳体表面的导热环和多个贯穿壳体的导热连接件，采集脑组织多个部位的热能，以实现定量分析神经电生理信号随温度变化的关系；
导线簇，所述导线簇包括多根导线，所述多根导线至少包括分别电连接至所述多个电极、所述多个温度传感器和所述发光装置的导线，所述导线簇设置在所述壳体的中空部。
可选地，所述光的波长为633nm或808nm。
可选地，所述壳体材料为聚酰亚胺。
可选地，所述发光装置为LED或OLED。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
基于以上技术方案可知，本申请提供的一种柔性多模式脑深部刺激探头，该探头可实现多模工作，发光装置可用于发射的光波长在600nm至1100nm之间，以实现对脑组织光刺激治疗。多个电极可用于递送电刺激脉冲至各电极外表面周围的脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗，还可用于采集各自电极周围脑组织神经电生理信号，从而实现同步进行光刺激治疗与与采集脑组织因升温而变化的神经电生理信号，为患者脑功能分析和疾病诊断提供更多信息。同时，多个温度传感器可通过导热环和导热连接件采集脑组织多个部位的热能，以实现定量分析神经电生理信号随温度变化的关系。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的植入式脑深部刺激装置结构示意图。
图2为本申请实施例提供的柔性多模式深脑刺激探头结构示意图。
图3为本申请实施例提供的探头的壳体结构示意图。
图4为本申请实施例提供的探头的杆的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的导热环处的探头的截面示意图。
在附图中，各标号所表示的部件名称如下：10、探头，11、壳体，12、杆，13、远端部，14a至14d、电极，15a至15d、导热环，16、空隙，17a、导热连接件，21、发光装置，22、壳体内表面，23、导线簇，31a至31d、温度传感器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
图1为本申请实施例提供的植入式脑深部刺激装置结构示意图。
本申请实施例提供的柔性多模式深脑刺激探头10设置于患者脑深部，针对不同的疾病，探头10可处于不同的位置，例如，探头10可置于丘脑、丘脑下核或苍白球等部位周边，使探头10递送的电刺激或光刺激可以应用于治疗帕金森症、强迫症、震颤或肌张力障碍等疾病。
图2为本申请实施例提供的柔性多模式深脑刺激探头结构示意图。
图3为本申请实施例提供的探头的壳体结构示意图。
图4为本申请实施例提供的探头的杆的结构示意图。
参考图2至图4，柔性多模式深脑刺激探头10包括壳体11、杆12和远端部13。
在植入过程中，壳体11直接接触脑组织，并且，探头10行进的过程中不可避免的会存在调整方向的需要，因此，需要保证壳体11的材料具有生物相容性、生物稳定性和柔性特征，以免材料对脑组织造成伤害。例如，壳体11的材料可以为聚酰亚胺或柔性环氧树脂。
壳体11为圆筒形状，横截面外圆的直径为壳体11的外径，内圆的直径为壳体11的内径，内圆为壳体11的中空部。杆12为圆柱体，杆12的直径小于壳体11的内径，使得杆12套入壳体11的中空部，形成空隙16，壳体11和杆12在横截面上可以具有相同或非常接近的圆心。
远端部13设置于壳体11上，与壳体11和杆12均牢固地连接。远端部13的最大横截面的直径与壳体11的外径相同，典型地，远端部13可以为半球形状，也可以为其它形状，但需使远端部13在植入脑深部过程中不应对脑组织造成伤害。
壳体11的外表面设置有电极14a、14b、14c和14d，本实施例提供的电极的数量为4个，在其他实施例中也可根据需要设置为其他数量。电极14a、14b、14c和14d的材料为生物兼容性导电材料，例如，铂合金或铱合金。电极14a、14b、14c和14d被配置为递送电刺激脉冲至各电极外表面周围的脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗。
发光装置21嵌入远端部13，发光装置21可以为LED或OLED，被配置为发射的光波长在600nm至1100nm之间，以实现对脑组织光刺激治疗。已知的在人类脑部进行有效的光刺激治疗所使用的光波长通常在可见光633nm至670nm，或红外光808nm至1072nm之间。优选地，发光装置被配置为发射的光波长为633nm或808nm。发光装置21所发射的光可穿透远端部13，传播至接近远端部13的脑组织。
为了能够产生有效的脑刺激而不损伤脑部，需要光能量控制在非常少的剂量，以用于刺激细胞内线粒体活动。例如，以8mw的功率提供633nm波长光持续治疗25分钟，以该种方式在治疗时间内共计产生12焦耳的能量，这使得其对脑组织不会产生副作用。
当低能量的可见光或红外光进入细胞内后，光能量可调节线粒体功能、神经内信号传送***以及氧化还原反应，细胞可以将该可见光或红外光吸收转换成三磷酸腺苷的细胞能量分子，以起到调节细胞代谢活动的作用，同时，该低能量的可见光或红外光对脑组织不会产生副作用。
在光刺激治疗过程中，发光装置21附近的脑组织的温度会略微升高，而大脑是对温度最敏感的器官之一，温度对神经元的静息电位、动作电位和突触传导等神经生理特性会产生影响，神经元群体的热反应与各种神经退行性疾病的进化过程息息相关。因此在光刺激治疗的同时，通过电极采集脑组织因升温而变化的神经电生理信号对患者脑功能分析和疾病诊断具有重要意义。
电极14a、14b、14c和14d还被配置为可采集各自电极周围脑组织神经电生理信号，从而实现同步进行光刺激治疗与神经电生理记录，为患者脑功能分析和疾病诊断提供更多信息。
同时，为了进一步定量分析神经电生理信号随温度变化的关系，本申请提供的探头10还包括导热环15a、15b、15c和15d，温度传感器31a、31b、31c和31d，以及多个导热连接件。
图5为导热环处的探头的截面示意图。
参考图5，壳体11的外表面设置有导热环15a，导热环15a的材料可以为医用不锈钢。导热环15a用于接收导热环15a周围的脑组织热能，导热连接件17a贯穿壳体11，两端分别连接导热环15a和温度传感器31a，使得导热环15a可将表面接触的脑组织的热能经由导热连接件17a传导至温度传感器31a。导热环15a还可以是与导热连接件17a一体成型的结构件。
类似的，导热环15b可将表面接触的脑组织的热能经由导热连接件17b传导至温度传感器31b，导热环15c可将表面接触的脑组织的热能经由导热连接件17c传导至温度传感器31c，导热环15d可将表面接触的脑组织的热能经由导热连接件17d传导至温度传感器31d。
本实施例提供的温度传感器的数量为4个，均设置在杆12上，在其他实施例中也可根据需要设置为其他数量。杆12不仅对探头10起到支撑作用，也就是说，在植入过程中方便地使得探头10向脑深部推进，还起到为温度传感器提供放置位置的作用，由于温度传感器31a、31b、31c和31d具有一定体积，将其置于杆12表面，可占据部分空隙16，合理利用探头10内部空间，避免探头10体积过大。
壳体11的内表面22设置有导线簇23，导线簇23包括多根导线，所述多根导线至少包括分别电连接至温度传感器31a、31b、31c、31d，和电极14a、14b、14c、14d，和发光装置21的导线。导线簇23设置在壳体11的中空部，占据部分空隙16，合理利用探头10内部空间，避免探头10体积过大。
本实施例提供的探头可实现多模工作，发光装置可用于发射的光波长在600nm至1100nm之间，以实现对脑组织光刺激治疗。多个电极可用于递送电刺激脉冲至各电极外表面周围的脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗，还可用于采集各自电极周围脑组织神经电生理信号，从而实现同步进行光刺激治疗与采集脑组织因升温而变化的神经电生理信号，为患者脑功能分析和疾病诊断提供更多信息。同时，多个温度传感器可通过导热环和导热连接件采集脑组织多个部位的热能，以实现定量分析神经电生理信号随温度变化的关系。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种柔性多模式脑深部刺激探头，其特征在于，所述探头包括：
壳体，所述壳体具有柔性特征，所述壳体为具有中空部的圆筒形状；
杆，所述杆设置于所述壳体的中空部形成空隙；
远端部，所述远端部设置于所述壳体顶部，所述壳体与所述杆均与所述远端部接触；
发光装置，所述发光装置嵌入所述远端部，所述发光装置被配置为发射波长在600nm至1100nm之间的光，所述光可穿透所述远端部，以实现对脑组织光刺激治疗；
多个电极，所述多个电极设置在壳体表面，可用于递送电刺激脉冲至脑组织，以实现对脑组织电刺激治疗，还可用于采集脑组织神经电生理信号，以实现同步进行光刺激治疗与采集神经电生理信号；
多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在所述杆表面，通过多个设置在壳体表面的导热环和多个贯穿壳体的导热连接件，采集脑组织多个部位的热能，以实现定量分析神经电生理信号随温度变化的关系；
导线簇，所述导线簇包括多根导线，所述多根导线至少包括分别电连接至所述多个电极、所述多个温度传感器和所述发光装置的导线，所述导线簇设置在所述壳体的中空部。
2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，所述光的波长为633nm或808nm。
3.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，所述壳体材料为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，所述发光装置为LED或OLED。
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