一種具有扇形貼附功能的視神經可植入神經接口裝置的製作方法

2023-11-06 08:58:27 1

專利名稱：一種具有扇形貼附功能的視神經可植入神經接口裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學工程領域，尤其涉及一種具有扇形貼附功能的可植入視神經
接口裝置。
背景技術：
視覺是人類認識客觀世界的重要途徑，人類認識世界所需信息的70%以上來自視覺。視覺的形成需要有完整的視覺通路，包括眼球的屈光系統、視網膜、視神經和大腦視覺 中樞。視覺系統任一部分的損傷都可能影響視覺信號的傳輸與處理，從而導致視覺功能受損或失明，給患者的生活、學習和工作帶來不便和痛苦。目前，眼底病已經成為發達國家或地區首要的致盲因素，並隨著社會人口的老齡化而日趨嚴重，如老年黃斑變性和視網膜色素變性等，是以視網膜的感光細胞的變性、死亡為特徵的視網膜致盲性疾病。此外還有外傷性視網膜疾病所導致的失明。通過視覺假體對失明患者殘餘的視覺神經系統進行電刺激，以實現患者部分地恢復有效視覺功能，目前已經成為全世界的科學家共同奮鬥的目標。視覺假體是一種可將圖像信息處理、編碼，通過刺激電極陣列對視神經進行刺激，從而在視覺中樞產生人工視覺，恢復盲人視力的人工器官。根據刺激電極植入的部位不同，主要可分為以下三類視皮層假體、視網膜假體以及視神經假體。其中，視皮層假體需要在視皮層上植入刺激電極陣列，由於人們對於大腦的認識還不是很充分，因此手術風險較大，容易給患者造成一定的心理壓力；視網膜假體需要在視網膜上植入刺激電極陣列，由於微電流刺激器的通道的數量及刺激電極的密度受到了目前技術上的限制，因此其產生的人工視覺空間解析度有限，視野範圍小，此外還存在視網膜損傷或視網膜脫離的風險；視神經假體需要在視神經上植入刺激電極陣列，具有誘發光幻視視野大、刺激閾值低、空間解析度高、不需觸及已經發生病變的視網膜組織等優點。本發明涉及的是視神經假體。作為生物神經系統與人工電子設備連接的唯一物理通道，視神經假體的刺激電極陣列的設計直接決定了視覺功能修復的有效性。人體的視神經由視網膜神經節細胞的軸突匯集而成，從視盤開始後穿過脈絡膜及鞏膜篩板出眼球，經視神經管進入顱內至視交叉前角止，全長約42 47mm，可分為球內段、眶內段、管內段和顱內段四部分。由於視神經特殊的解剖結構，刺激電極陣列的植入存在以下幾點技術難點(I)、視神經假體的刺激電極陣列的植入部位主要在眶內段，從該段開始視神經纖維由走向規律向複雜交錯發展；(2)、由於受眼眶的保護，視神經的暴露較深且空間極端狹小，植入刺激電極陣列時，手術操作受限；(3)、由於視神經周圍是軟組織，有一定的活動度，植入刺激電極陣列時，視神經容易滑動，刺激電極陣列不易固定。因此，本領域的技術人員致力於開發一種可植入視神經接口裝置，降低視神經假體的植入難度並使視神經假體長期固定。

發明內容
有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種可植入視神經接口裝置，通過將其貼附在眼球後壁及視神經上，使其能夠實現長期固定並降低手術植入的難度。為實現上述目的，本發明提供了一種可植入視神經接口裝置，其特徵在於，包括刺激電極陣列單元和貼附單元，所述刺激電極陣列單元固定在所述貼附單元上，所述貼附單元具有扇形貼附部分，所述扇形貼附部分用於貼附在眼球後壁上，所述刺激電極陣列單元具有多個電極，所述多個電極用於刺激視神經。進一步地，所述貼附單元具有神經貼附部分，所述神經貼附部分用於貼附在所述視神經上；所述神經貼附部分上具有孔，所述刺激電極陣列單元嵌入所述孔中。進一步地，所述電極的側壁包覆有絕緣層，所述電極為針狀且具有引線端和刺激尖端兩個端部，所述兩個端部的表面沒有絕緣層。進一步地，所述多個電極的所述刺激尖端露出所述孔以刺入所述視神經。進一步地，所述刺激電極陣列單元還包括基板和蓋板；所述基板上具有多個過孔， 所述多個電極分別地穿過所述多個過孔，所述電極的所述刺激尖端在所述基板的下方，所述電極的所述引線端在所述基板的上方；所述蓋板在所述基板的上方，所述蓋板和所述基板之間通過粘合劑粘合在一起，所述多個電極的所述引線端在所述粘合劑內，連接於所述弓I線端的導線從所述基板和所述蓋板間的間隙被弓I到所述粘合劑的外部。進一步地，所述多個電極在所述基板的平面上呈等間距分布；所述多個電極露出所述基板的下表面的伸出長度在所述視神經延伸的方向上依次遞增，距離所述眼球後壁最近的所述電極的所述伸出長度最短。進一步地，所述電極的材料為鉬銥合金，所述絕緣層的材料為聚C型對二甲苯或特氟龍。進一步地，所述基板和所述蓋板的材料皆是生物惰性陶瓷，所述粘合劑是具有生物相容性的粘合劑，所述導線是表面絕緣的金絲。進一步地，所述扇形貼附部分呈扇形，所述扇形的張角為120°，所述扇形的半徑為 12mm。進一步地，所述貼附單元的材料是矽膠。在本發明的較佳實施方式中，本發明的可植入視神經接口裝置包括刺激電極陣列單元和貼附單元。其中，貼附單元的材料為矽膠，包括扇形貼附部分和神經貼附部分。扇形貼附部分用於貼附在眼球後壁上，神經貼附部分用於貼附在視神經上。神經貼附部分上具有矩形的孔，刺激電極陣列單元嵌入該孔以固定在貼附單元上，刺激電極陣列單元的各電極露出該孔以刺入視神經。刺激電極陣列單元包括多個電極、基板和蓋板。基板上具有16個過孔，16個電極分別地穿過這些過孔，其刺激尖端在基板的下方，其引線端在基板的上方。這些電極在基板的平面上呈等間距分布，而其露出基板的下表面的伸長長度在視神經伸展的方向上依次遞增。這些電極為針狀，除了引線端及刺激尖端的表面皆包覆有絕緣層。蓋板在基板的上方，兩者之間通過粘合劑粘合在一起。蓋板上具有中央突杆以作為植入手術中夾持部位。16個電極的引線端在粘合劑內，連接於引線端的導線從基板和蓋板之間的間隙被引到粘合劑的外部。在組裝刺激電極陣列單元的時候，使用了與基板及其電極相匹配的模具來保證各電極的伸出長度。由此可見，本發明的可植入視神經接口裝置具有如下有益效果1、採用了橫向等距分布、縱向遞增分布的排列方式，因此可以保證電極能夠在視神經上產生均勻、多層的神經電刺激；2、蓋板處採用了的中央突杆的設計，以便於操縱刺激電極陣列單元，利於夾持其植入到眼球後壁之外的視神經的指定位置；3、採用了扇形貼附部分的設計，確保本發明的可植入視神經接口裝置貼附於眼球後壁，實現長期、穩定的固定；4、本發明的各部分結構採用了特氟龍、鉬銥合金、矽膠、生物陶瓷、鈦合金等具有生物相容性的材料，能夠保證其植入人體後不會引起不良的組織反應，且使其具有足夠的柔韌性以及與生物組織有良好的機械匹配性能，另外，鉬銥合金的電極不易受體內生理環境的侵蝕。本發明還具有電極空間解析度高、生物相容性好、植入容易、手術風險小等優點。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。


圖I是本發明的可植入視神經接口裝置植入人體後的示意圖。 圖2是本發明的可植入視神經接口裝置的貼附單元的結構示意圖。圖3是本發明的可植入視神經接口裝置的刺激電極陣列單元的截面圖。圖4是圖3所示的刺激電極陣列單元的基板的正視圖，圖上顯示了電極的分布。圖5是本發明的可植入視神經接口裝置的導線及其固定裝置的結構示意圖。圖6是用於對圖3所示的電極進行定位的模具的截面圖。
具體實施例方式如圖I和2所示，在本發明的一個實施例中，本發明的可植入視神經接口裝置包括刺激電極陣列單元20和貼附單元10。其中，貼附單元10包括扇形貼附部分11和神經貼附部分12，扇形貼附部分11貼附在眼球後壁I上，神經貼附部分12貼附在視神經2上。刺激電極陣列單元20固定在貼附單元10上，具體地，神經貼附部分12上具有孔15，刺激電極陣列單元20嵌入孔15中且刺激電極陣列單元20的多個電極露出孔15以刺入視神經2。本實施例中的神經貼附部分12上的孔15為矩形孔；另外，扇形貼附部分11的邊緣具有多個小孔，例如小孔13，用以在植入本發明的可植入視神經接口裝置的手術中使用手術線通過這些小孔將貼附在眼球後壁I上的扇形貼附部分11縫合固定在眼球後壁I上；神經貼附部分12的邊緣也具有多個小孔，例如小孔14，用以在植入手術時使用手術線通過這些小孔將貼附在視神經2上的神經貼附部分12縫合固定在視神經2上。本實施例中的貼附單元10的材料是矽膠，厚度為O. 5mm。如圖2所示，扇形貼附部分11和神經貼附部分12彼此相連，且兩者呈約100度的張角以適合於貼附眼球後壁I及視神經2。扇形貼附部分11的扇形的張角為120°，其用於貼附眼球後壁I的表面的弧度與眼球的弧度相符。為保證較大面積的貼附，扇形貼附部分11的扇形的半徑設計為12_。神經貼附部分12上的孔15為長2. 8mm、寬2. 2mm的矩形孔。本發明的可植入視神經接口裝置的刺激電極陣列單元20包括多個電極、基板21和蓋板22。基板21上具有多個過孔，刺激電極陣列單元20的多個電極分別地穿過這些過孔，如圖3和4所示。其中圖4顯示了穿過基板21的多個電極的分布，圖3顯示了沿圖4中所示的剖面線AA』的刺激電極陣列單元20的截面圖。本實施例的刺激電極陣列單元20具有16個電極,分為4排第一排電極為電極la、lb、lc、ld,第二排電極為電極2a、2b、2c、2d，第三排電極為電極3a、3b、3c、3d，第四排電極為電極4a、4b、4c、4d。這些電極在基板21的平面上呈等間距分布，如圖4所示，電極Ia到電極Ib的距離等於電極Ia到電極2a的距離等於電極2a到電極2b的距離等於電極2a到電極3a的距離…，以此類推。刺激電極陣列單元20的電極露出基板21的下表面的伸長長度在視神經2的延伸方向上依次遞增，距離眼球後壁I最近的電極的伸出長度最短。如圖4所示的第一排電極的電極la、lb、lc和Id的伸出長度分別為L1、L2、L3和L4，第二排電極的電極2a、2b、2c和2d的伸出長度分別為Li、L2、L3和L4，第三排電極的電極3a、3b、3c和3d的伸出長度分別為LpI^L3和L4，第四排電極的電極4a.4b.4c和4d的伸出長度分別為L」 L2、L3和L40 L1' L2、L3、L4依次遞增。本實施例中，U、L2、L3、L4間具有相同的遞增梯度，即L4-L3 = L3-L2 = L2-L1 = AL。圖3給出了第二排電極的電極2a、2b、2c和2d的伸出長度的遞增情況，以該排電極為例，本發明的可植入視神經接口裝置植入人體後，視神經2的延伸方向為平行於刺激電極陣列單元20的該排電極並沿從2a到2d的方向延伸。本發明的可植入視神經接口裝置的基板21和蓋板22的材料為生物陶瓷材料。 本實施例中基板21和蓋板22的材料為氧化鋯陶瓷，基板21的尺寸為厚度200 μ m、長度2. 6mm、寬度2. 0mm,蓋板22的尺寸為厚度200 μ m、長度2. 2mm、寬度2. 0mm。基板上的過孔使用雷射掃描打孔的方式製備，一次掃描成形，保證各過孔的一致性。過孔的直徑大於電極的外徑，以便定位和安裝電極。各排電極的伸出長度分別設定為=L1 = O. 7mm, L2 = O. 8mm,L3 = O. 9mm，L4 = I. Omm0刺激電極陣列單元20的電極為針狀，它們皆具有兩個端部，分別為刺激尖端和引線端。電極的側壁包覆有絕緣層，端部的表面沒有絕緣層。其中電極的刺激尖端在基板21的下方，電極的引線端在基板21的上方，電極的引線端用於連接導線。以圖3中所示的電極2a為例，它的刺激尖端25在基板21的下方，它的引線端24在基板21的上方，它的引線端24連接導線26，其它電極的情況與電極2a皆相同。本實施例中的電極的材料鉬銥合金(80% Pt-20% Ir)，電極的絕緣層的材料為聚C型對二甲苯(Parylene-C)或特氟龍。電極的直徑為200μπι。製作電極的步驟為首先將包覆有上述材料的絕緣層的鉬銥合金絲採用懸掛法拉直，並切割成設計的電極的長度；然後將切割後鉬銥合金絲段的兩端的絕緣層進行剝離處理，其中一端採用強雷射燒蝕剝離的方法，去除從該端的端面延伸約200 300 μ m的一段鉬銥合金絲段表面的絕緣層，作為電極引線端；另一端採用電化學腐蝕方法，在該端腐蝕形成一個尖端角度為30°、長度不超過50 μ m的鉬銥合金的尖端部分作為電極的刺激尖端。在電化學腐蝕製備電極的刺激尖端的過程中，需要進行電極阻抗測試，確保電極的阻抗在IOkQ 20kQ的範圍內。蓋板22在基板21的上方，兩者之間通過粘合劑23粘合在一起。電極的引線端在粘合劑23內，連接引線端的導線從基板21和蓋板22之間的間隙被引到粘合劑23的外部。粘合劑23為具有生物相容性的粘合劑，除了粘合基板21和蓋板22之外，還起到固定與保護電極的引線端的作用。以圖3中所示的電極2a為例，它的引線端24在粘合劑23內，連接引線端24的導線26從基板21和蓋板22之間的間隙被引到粘合劑23的外部。本實施例中連接電極的引線端的導線為表面具有特氟龍絕緣層的金絲，金絲的直徑為25 μ m，其用以連接到電極的引線端的部分的表層的特氟龍絕緣層被去除。通過將導線的一端纏繞於電極的引線端，實現導線與電極的引線端之間的電連接，並可以在引線端纏繞導線的部分撒上銀粉增加該處的導電性，繼而通過超聲波焊接術實現導線與電極的引線端之間的牢固焊接。以圖3中的導線26為例，其用以連接到引線端24的部分的表層的特氟龍絕緣層被去除，且被纏繞在引線端24上，兩者之間通過超聲波焊接術實現牢固焊接。如圖3所示，在本實施例中將連接16個電極的引線端的16根導線集合成導線組27，一起從基板21和蓋板22之間的間隙引出到粘合劑23的外部。由於導線組27內各導線的相互接觸部分的表面皆具有絕緣層，所以導線組27內的各導線彼此間絕緣。如圖5所示，導線組27引出後按螺旋狀纏繞並在其表面塗抹矽膠31進行封裝，這樣引出的導線組27形狀類似彈簧以便於其拉伸和收縮。導線組27的長度大於220_，以便連接到植入於耳後皮層下的微電流刺激器。導線組27從刺激電極陣列單元20向眼球顳側延伸並離開眼球，在導線組27離開刺激電極陣列單元20約40mm處，使用固定裝置32固定導線組27。固定裝置32包括兩端的圓環(如圓環33)和中間的長杆。在視覺假體植入時，將固定裝置32的長杆穿過矽膠31，並使用手術線將此兩個圓環縫合於眼球上，可以防止由 於眼球轉動引起牽拉導線組27而造成刺激電極陣列單元20從貼附單元10上脫落。如圖3所示，蓋板22上還具有中央突杆28作為夾持部位。本實施例中蓋板22中心具有孔，鈦合金的中央突杆28穿入該孔中並固定在蓋板22上。中央突杆28上具有六角切紋以增加接觸摩擦，便於使用尖嘴鋸齒狀的特製手術對蓋板22進行夾持和其它操作。中央突杆28在蓋板22下方露出一定的長度，可以插入粘合劑23中，以增強刺激電極陣列單元20的整體強度。在組裝刺激電極陣列單元20的時候，為了保證各電極的伸出長度的精確性，設計了如圖6所示的模具40用於對電極進行定位。模具40與基板21及其電極相匹配，具有凹槽41以放置刺激電極陣列單元20的基板21，從凹槽41的下表面向下，模具40還具有多個
深槽，如圖6中所示的深槽42。這些深槽與刺激電極陣列單元20的基板21的過孔--對
應，即當刺激電極陣列單元20的基板21放置在凹槽41內後，基板21上的各個過孔能夠與模具40上的各個深槽相互對準。這些深槽通過精密機械鑽孔製備，其深度與穿過相應的過孔的電極的伸出長度相等，即本實施例中的這些深槽分為4排，每排具有4個深槽，它們的深度分別為O. 7mm、0. 8mm、0. 9mm及I. 0mm。使用時，首先將基板21放置在模具40的凹槽41內，然後把如之前所述地製備的16個電極(其引線端連接有導線)按照電極的伸出長度
的分布--穿過基板21上的16個過孔，並插入模具40的深槽中，這樣深槽的深度就確定
了相應的電極的伸出長度。然後將各導線集合成導線組27，在基板21上施加粘合劑23粘合蓋板22，並將導線組27從基板21和蓋板22之間的間隙引出，由此完成刺激電極陣列單元20的製備。將完成的刺激電極陣列單元20從模具40中取出，嵌入貼附單元10的神經貼附部分12上的孔15內，使各電極露出孔15。然後使用具有生物相容性的粘合劑將刺激電極陣列單元20與貼附單元10的神經貼附部分12粘合在一起。這樣完成了本發明的可植入視神經接口裝置的製備。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域的技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求
1.一種可植入視神經接口裝置，其特徵在於，包括刺激電極陣列單元和貼附單元，所述刺激電極陣列單元固定在所述貼附單元上，所述貼附單元具有扇形貼附部分，所述扇形貼附部分用於貼附在眼球後壁上，所述刺激電極陣列單元具有多個電極，所述多個電極用於刺激視神經。
2.如權利要求I所述的可植入視神經接口裝置，其中所述貼附單元具有神經貼附部分，所述神經貼附部分用於貼附在所述視神經上；所述神經貼附部分上具有孔，所述刺激電極陣列單元嵌入所述孔中。
3.如權利要求2所述的可植入視神經接口裝置，其中所述電極的側壁包覆有絕緣層，所述電極為針狀且具有弓I線端和刺激尖端兩個端部，所述兩個端部的表面沒有絕緣層。
4.如權利要求3所述的可植入視神經接口裝置，其中所述多個電極的所述刺激尖端露出所述孔以刺入所述視神經。
5.如權利要求4所述的可植入視神經接口裝置，其中所述刺激電極陣列單元還包括基板和蓋板；所述基板上具有多個過孔，所述多個電極分別地穿過所述多個過孔，所述電極的所述刺激尖端在所述基板的下方，所述電極的所述引線端在所述基板的上方；所述蓋板在所述基板的上方，所述蓋板和所述基板之間通過粘合劑粘合在一起，所述多個電極的所述弓I線端在所述粘合劑內，連接於所述弓丨線端的導線從所述基板和所述蓋板間的間隙被弓I到所述粘合劑的外部。
6.如權利要求5所述的可植入視神經接口裝置，其中所述多個電極在所述基板的平面上呈等間距分布；所述多個電極露出所述基板的下表面的伸出長度在所述視神經延伸的方向上依次遞增，距離所述眼球後壁最近的所述電極的所述伸出長度最短。
7.如權利要求6所述的可植入視神經接口裝置，其中所述電極的材料為鉬銥合金，所述絕緣層的材料為聚C型對二甲苯或特氟龍。
8.如權利要求7所述的可植入視神經接口裝置，其中所述基板和所述蓋板的材料皆是生物惰性陶瓷，所述粘合劑是具有生物相容性的粘合劑，所述導線是表面絕緣的金絲。
9.如前面任何一個權利要求所述的可植入視神經接口裝置，其中所述扇形貼附部分呈扇形，所述扇形的張角為120° ,所述扇形的半徑為12_。
10.如權利要求9所述的可植入視神經接口裝置，其中所述貼附單元的材料是矽膠。
全文摘要
本發明公開了一種可植入視神經接口裝置，包括刺激電極陣列單元和貼附單元。其中，貼附單元包括扇形貼附部分和神經貼附部分，扇形貼附部分用於貼附在眼球後壁上，神經貼附部分用於貼附在視神經上。神經貼附部分上具有孔，刺激電極陣列單元嵌入該孔中以固定在貼附單元上。刺激電極陣列單元的各電極露出該孔以刺入視神經。本發明的可植入視神經接口裝置的扇形貼附部分確保了該裝置能夠長期、穩定地固定貼附於眼球後壁，本發明的可植入視神經接口裝置的電極能夠在視神經上產生均勻、多層的神經電刺激。另外，本發明具有電極空間解析度高、生物相容性好、植入容易、手術風險小等優點。
文檔編號A61L27/06GK102793592SQ20121028282
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者吳開傑, 柴新禹, 任秋實, 雷旭平, 陸一樑 申請人:上海交通大學