制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的装置和方法

摘要

根据本发明，制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的装置包括：支撑多根电线且插有多个铂环的电极支撑件（100）；包括基座（210）、一对竖直框（220）和水平框（240）且固定所述电极支撑件（100）的框单元（200）；其中央部插有电极支撑件（100）的旋转件（600），旋转件转动成使得电线在被电线卷绕的线轴滑动时在电极支撑件（100）上逐对地盘曲以形成网格；可转动地且可滑动地支撑旋转件（600）的升降板（500）；及转动旋转件（600）以使旋转件（600）滑动一个网格长度的一对左、右侧操纵单元（800）和（900）。因在多根电线被竖直支撑的同时，两对电线（一对水平设置，一对竖直设置）在交替旋转的同时向下移动从而盘曲并形成网格，故根据本发明的装置和方法制造的多通道电极阵列能够承受不可预见的力或冲击。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及制造用于提供颅神经刺激的多通道电极阵列的装置 和方法，所述电极阵列用在下一代脑深层刺激器中以治疗运动障碍或者疼 痛疾病，具体地涉及一种制造多通道电极阵列的装置和方法，该多通道电 极阵列通过盘曲电线而形成以便形成网格（grid），从而在为移植于头腔以 刺激脑部某一具体结构的脑深层刺激器操作刺激电极时，使它能够承受施 加给刺激电极的力或冲击。

背景技术

帕金森氏症是非血管系统的一种退化性脑功能紊乱的疾病，是继老年 痴呆症之后的最常见的疾病，这为本领域的技术人员所公知。这种疾病在 老年人中相当普遍。随着老年人口增加，这一疾病的发病率也随之增加。 虽然帕金森氏症的发病机制尚未被明确地确定，但已知的是缺乏多巴胺（一 种神经递质）为该疾病的直接原因。这导致不同类型的运动障碍，例如手 震颤或运动迟缓。到现在为止，从根本治疗的疗法尚未被发现。

治疗帕金森氏症的方法，包括例如补充足够的多巴胺的药物治疗，以 及完全摘除由于多巴胺缺乏而产生故障的脑结构的外科手术。近来，一种 治疗运动障碍的方法被公开，其中用细薄的电极插入脑深层的结构，例如 丘脑、苍白球或丘脑底部，然后施加电刺激于其上。用在这一方法中的装 置被称为脑深层刺激器（DBS）。DBS的一个代表性例子在由Constance M. John等人于2006年8月17日提交，名为“使用射频能量收集的脑刺激设 备”的美国专利No.2006/0184209中被提出。

这一脑深层刺激方法的优点在于，相比药物治疗或外科手术，治疗效 果更显著，脑损伤的风险低，而且不需要去除脑组织。因此，这一方法作 为一种新的疗法备受关注。使用这种DBS在减轻帕金森氏症的症状方面的 改善相对显著，并且满意度达到90%。BDS的使用被FDA（美国食品药物 管理局）所允许。根据NIH（美国国立卫生研究院）的报告，有2000多名 患者接受了DBS移植手术。

然而，被移植的DBS必须克服电池寿命有限的问题，有限的电池寿命 导致DBS的频繁更换，其较大的尺寸会使手术复杂，等等。克服这些问题 的下一代DBS正在被积极地研发。为了验证研发的DBS的效果并扩大DBS 的应用范围（例如将DBS用于治疗疼痛、癫痫等），正在进行动物试验（使 用其只有一半的脑部被施加金森氏症病症的动物）。

在动物试验中使用DBS，动物模型必须在生物学上是安全的，DBS必 须对活体无影响，刺激电极或电刺激必须不会导致脑细胞的破坏，而且制 造刺激电极的材料必须具有良好的生物相容性。要进行脑深层刺激的治疗， 必须确定脑深层结构中病变的确切位置。为此，通过MRI（核磁共振成像） 的图像和精细电极的组合使用，显著地提高了位置设定和手术的精确度。

能够记录从脑深层结构发出的神经信号的精细电极形成为其端部尖 锐。此外，在使用的金属电极中，除了神经信号测量部分，它的所有部分 都绝缘。这样的精细金属电极以如下方式制造，即将绝缘膜施加到具有一 尖端的金属丝上，而后去除对应于该尖端的一部分绝缘膜从而使神经信号 测量部分的金属从绝缘膜中朝外露出。然而，由于脑深层刺激治疗的目的 在于从单个的神经细胞中测量神经信号，只有大约几微米的神经信号测量 部分的金属必须暴露在外。换言之，根据不同的目的，无论是用于血管或 者脊椎，多个铂环必须以规则间隔设置。

在上述常规的精细电极中，电极的材料为铂，它非常薄，并且若干个 电极纵向地布置成一直线。因此，电极基本上具有较低的拉伸强度。因而， 如果外力或冲击纵向地施加至电极，它很容易折断。

要克服这些问题，电极可以其被扭曲以形成螺旋形状的方式制造。然 而，在这种情况下，电极有可能缠绕在一起。如果电极缠绕在一起，那么 在外力纵向地施加于其上时，缠绕部分也很容易折断。

发明内容

技术问题

相应地，本发明牢记现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个 目的在于提供一种制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的装置和方法， 所述多通道电极阵列具有设于电极上以使电极能够承受施加于其上的意外 的力或冲击的网格连接部分。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种制造用于颅神经刺激的多通道电极阵 列的装置，其包括：支撑多根电线的电极支撑件，所述电极支撑件上套装 有多个铂环；固定所述电极支撑件的框单元；旋转单元，其包括联接至旋 转轴上、下端的上、下板，所述旋转单元以这样的方式转动：即，当被电 极支撑件支撑的各电线卷绕于其上的线轴在所述上板上滑动时，所述电线 在电极支撑件上逐对地被盘曲；升降板，其可转动地且可滑动地支撑所述 旋转单元；以及一对操纵单元，其转动所述旋转单元以使所述旋转单元滑 动一个网格长度。

根据本发明的另一方面，提供一种使用根据权利要求1~9任意一项的 装置制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的方法，包括：固定电极支撑 件；在电极支撑件上定位电线，并将铂环套装到电极支撑件上；操纵第一 操纵单元，使已置于上内板上的内线轴向外移动，且外线轴向内移动，并 且滑动旋转单元至低位的铂环；操纵第二操纵单元，使已置于上外板上的 线轴移至上内板上，且已置于上内板上的线轴移至上外板上，并且滑动旋 转单元至随后更低的铂环；控制第一和第二操纵单元直至编织成网格状的 电线到达电极支撑件的下端；以及从固定电极支撑件中移除电线。

有益效果

在本发明中，竖直支撑有四根电线，左右电线和前后电线在向下移动 时交替转动，并成对地被盘曲成网格状，从而形成多通道电极阵列。因此， 所述多通道电极阵列能够承受甚至是向其施加的不可预见的力或冲击。

附图说明

图1为示出根据本发明一个实施方式，制造用在脑深层刺激器中的用 于颅神经刺激的多通道电极阵列的装置的示意透视图；

图2为图1中圆圈部分A的放大图，其示出了固定至图1中水平框的 电极支撑件；

图3为示出图1中竖直框后表面的上端的结构的放大图；

图4为示出图1中的旋转件的透视图；

图5为示出图4的旋转单元的透视图，所述旋转单元在上内板从旋转 单元中被移除后联接至滑动板的水平支撑单元的半圆形联接部；

图6为示出联接至图4中旋转单元的上内板和上外板的线轴的透视图；

图7为示出转动图4中旋转单元的操作的局部透视图；

图8为详细示出图1的操纵单元之一的透视图；

图9为根据本发明制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的过程的流 程图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的一个实施方式的操作。

图1为示出根据本发明一个实施方式制造用于颅神经刺激的多通道电 极阵列的装置的示意透视图。

如图所示，根据本发明制造用于颅神经刺激的多通道电极阵列的装置 包括电极支撑件100、框单元200、旋转单元600、升降板500以及一对左、 右操纵单元800和900。电极支撑件100支撑多根电线。多个铂环套装于电 极支撑件100上。框单元200包括基座210、一对竖直框220和水平框240， 并且固定所述电极支撑件100。电极支撑件100插入至旋转单元600的中央 部。旋转单元600以这样的方式转动：即，使得当线轴700（每个均有电线 卷绕于其上）滑动时，电线在电极支撑件100上逐对地被盘曲以形成网格。 升降板500可旋转地且可滑动地支撑旋转单元600。左、右操纵单元800 和900转动所述旋转单元600并使它滑动所形成的网格的一个长度。

图2为图1中圆圈部分A的放大图，其示出了固定至图1中水平框的 电极支撑件，图3为示出图1中竖直框后表面的上端的结构的放大图。

参照图2和3，为了将电线插入到电极支撑件100内并使多个铂环以预 定间隔围绕它连接，四个电线定位槽110以规则间隔围绕电极支撑件100 形成并纵向延伸一预定长度。此外，电极支撑件100还具有多个环紧固孔 120和紧固销130，环紧固孔120以对应于要连接的铂环的间隔而形成，紧 固销130安装至各环紧固孔120。电极支撑件100的第一端插入至基座210 的插入孔212。电极支撑件100的第二端在穿过旋转单元600的通孔654（参 见图4）后插入至水平框240的支撑件联接孔242。环紧固孔120包括最上 面和最下面的环紧固孔，其分别在电极支撑件100中的位于水平框下方的 上方和下方位置形成；以及两个环紧固孔，其在电极支撑件100中的最上 面和最下面的环紧固孔之间均匀分布而形成，以保持铂环之间的距离。各 环紧固孔120之间的距离和环紧固孔的数量可根据电极的类型而改变。

框单元200的竖直框220在彼此隔开一预定距离的位置处直立于基座 210上，每个竖直框220中均设有高度调节杆222，以便竖直可移动。高度 调节杆联接孔262在每个连接件260内竖直地形成，以便高度调节杆222 通过高度调节杆联接孔262与其联接。水平框联接孔264在每个连接件260 内形成，水平框240联接至该水平框联接孔264。插入至联接孔262的高度 调节杆222由调节螺钉266可松开地固定。插入至设于竖直框220上端的 相反的连接件260内的水平框240的高度能够通过竖直移动连接件260而 调节。导向突起224设置在每个竖直框220的后表面上。水平框240也由 调节螺钉可松开地固定，以使其位置能够被调节至左边或右边（尽管在图3 中未详细示出）。

图4示出图1的旋转单元。图5示出图4的旋转单元，所述旋转单元 在上内板从旋转单元中被移除后联接至滑动板的水平支撑单元的半圆形联 接部。图6示出联接至图4中旋转单元的上内板和上外板的线轴。

如图4~6所示，旋转单元600包括旋转轴650、分别联接至旋转轴650 的上端和下端的上内板660和下板630以及旋转地联接至上内板660外表 面的上外板680。其内插入有电极支撑件100的通孔654在旋转轴650的中 央部形成。具有螺纹联接孔656的轴联接突起652围绕通孔654设置。为 了与此对应，其内插入有轴联接突起652的联接孔662和螺纹联接孔664 在上内板660中形成。在下板630上设置有齿轮632。在上外板680上设置 有与齿轮632对应的齿轮（未示出）。上部轴法兰640（参见图7）和下部 轴法兰636与旋转轴650同轴地设置在上内板660和下板630中。彼此对 应的导向单元670和690分别在上内板660和上外板680中形成，从而使 支撑相应线轴700的线轴支撑件710沿相应的导向单元670和690滑动。 导向单元670和690分别具有相互连通的导向槽672和692。球座凹陷674 和694分别形成于导向槽672和692的底部，以便使线轴支撑件710能够 顺畅地滑动。

线轴700中的两个设置于上内板660的相应的导向单元670内，而其 余两个设置于上外板680的相应的导向单元690内，并且反之亦然。

参照图1、5和7，升降板500包括位于其第一端上的水平延伸并且联 接至旋转单元600的旋转轴650的旋转单元联接部540。升降板500还包括 位于其第二端上的具有联接突起522的滑动板联接部520。联接突起522 插入至在滑动板300中纵向形成的相应的滑动槽320内，从而使滑动板联 接部520的竖直运动由联接突起522和滑动槽320引导。在旋转单元联接 部540的前端上设置半圆形托架部580。旋转单元600的旋转轴650插入至 半圆形托架部580内。旋转指示件564连接至半圆形托架部580。旋转指示 件564的上端和下端上均设有突起566。四个指示凹陷648、638在旋转单 元600的每个上下轴法兰640、636中在以规则的90°的间隔彼此隔开的位 置处形成，以便使旋转指示件564的突起566插入到相应的指示凹陷648 和638内。

参照图1和8，旋转单元600被与其联接的第一和第二操纵单元800 和900所转动，并且被升降板500向上或向下移动。第一和第二操纵单元 800和900具有相同的结构。仅对第一操纵单元800进行说明。

第一操纵单元800包括圆锥齿轮传动件850、旋转轴820、滑动件840 和把手810。圆锥齿轮传动件850与旋转单元600的上外板680和下板630 的齿轮相啮合。旋转轴820联接至齿轮传动件850。滑动件840弯曲成大致 L形，其联接至旋转轴820，并且设置成沿框单元200的竖直框220竖直可 移动。把手810联接至旋转轴850。滑动件84包括具有其内设有旋转轴850 的轴孔846的轴联接部842，以及垂直于竖直框220延伸的框联接部844。 竖直框220的导向突起224插入到形成于框联接部844内的导向槽848中。 旋转轴820上设有齿轮830以使齿轮830接触到竖直框220的与导向突起 相反的支撑表面。当把手810以顺时针或逆时针的方向转动时，把手810 的旋转力由齿轮传递至竖直框220。然后滑动件840以与把手810旋转的相 同程度沿竖直框220向上或向下移动。

圆锥齿轮传动件850以锥齿轮相同的方式与形成于旋转单元600的上 外板680上的齿轮（未示出）和形成于下板630上的齿轮632相啮合。因 此，上内板660以与上外板680和下板630相反的方向旋转，从而在旋转 指示件564完全联接至相应的指示凹陷638和648之后，已置于上内板660 上的两个线轴700滑动到上外板680上，而已置于上外板680上的两个线 轴700滑动上内板660上。

也即，如图8所示，如果第一操纵单元800的把手810向内旋转，旋 转单元600的上外板680以逆时针方向旋转，而下板630和上内板660以 顺时针方向旋转。当上内板660和下板630转过90°时，旋转指示件564 的指示突起566插入至形成于上下轴法兰640和636中的相应的指示凹陷 648和638内。然后，通过设置于上内板660的导向单元670内的线轴700 的左、右线轴支撑件710，已置于上内板660上的线轴700沿导向槽672 移动至上外板680。此外，已置于上外板680上的线轴700移动至上内板 660上。因此，已绕线轴卷绕的电线在电极支撑件100上被盘曲以形成网格。 同时，旋转单元600沿竖直框200向下滑动一预定的间距。

而后，如图8所示，如果第二操纵单元900的把手810向内旋转，与 上述相反地，上外板680以顺时针方向旋转，而下板630和上内板660以 逆时针方向旋转。由此，已绕线轴卷绕的电线在电极支撑件100上被盘曲 以形成网格。

参照图9，将对本发明的制造用于颅神经刺激的具有上述结构的多通道 电极阵列的过程进行说明。

首先，在步骤S100，调节竖直框220的高度调节杆222和水平框240 以使电极支撑件100设置在正确的固定位置上。电极支撑件100插入至水 平框240的支撑件联接孔242和旋转单元600的通孔654内，并且固定至 基座210的插入孔212。

其后，在步骤S200，电线定位于被固定的电极支撑件100的电线定位 槽110内，并且一个紧固销130插入至设置于最下面的位置的环紧固孔120 内。而后，铂环套装到电极支撑件100上，并电阻焊接至铂电线。随后， 另一紧固销130插入到设置于刚好位于最下面的环紧固孔120上方的环紧 固孔120内。第二个铂环套装到电极支撑件100上。以相同的方式，所有 铂环相继被套装到电极支撑件100上，直至最上面的环紧固孔120。

在步骤S300，第一操纵单元800的把手810向内旋转，直到旋转指示 件564的指示突起566插入至形成于旋转单元600的上下轴法兰640和636 中的相应的指示凹陷648和638内。而后，已在上内板660的导向单元670 内的线轴700移动到上外板680的导向单元690，而已在上外板680的导向 单元690内的线轴700移动到上内板660的导向单元670。

此外，在步骤S400，第二操纵单元900的把手810向内旋转，直到旋 转指示件564的指示突起566插入至形成于旋转单元600的上下轴法兰640 和636中的相应的指示凹陷648和638内。而后，已在上内板660的导向 单元670内的线轴700移动到上外板680的导向单元690，而已在上外板 680的导向单元690内的线轴700移动到上内板660的导向单元670。

在步骤S500，确定编织成网格状的电线是否到达电极支撑件100的下 端。在步骤S600，如果编织成网格状的电线没有到达电极支撑件的下端， 进行步骤S300和S400。如果编织成网格状的电线到达了电极支撑件的下 端，则将电线从已插入到水平框240的电极支撑件100中除去，从而完成 制造多通道电极阵列的过程。

尽管为了说明的目的公开了根据本发明的制造用于提供颅神经刺激的 多通道电极阵列的装置和方法的优选实施方式，本发明并不仅限于该实施 方式。本领域的技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求公开的本发明 的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。