生物能腦起搏器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種生物能腦起搏器，包括脈沖發(fā)生器和刺激電極，其特征在于，還包括：發(fā)電部，包括發(fā)電主體、兩個調(diào)節(jié)端、輸出電極、高分子封裝材料以及電能存儲部。其中，發(fā)電主體用于環(huán)繞主動脈，以采集主動脈擴張時所產(chǎn)生的機械能，并轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于中心層的壓電層，以及分別位于壓電層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層。高分子封裝材料覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端以及輸出電極表面，兩個調(diào)節(jié)端位于發(fā)電主體的兩端，用于調(diào)節(jié)發(fā)電主體的直徑，輸出電極用于將電能輸送給電能存儲部，電能存儲部用于存儲電能并為脈沖發(fā)生器和刺激電極供電。本實用新型的生物能腦起搏器可終身使用而無需更換電池。
【專利說明】生物能腦起搏器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種腦起搏器，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對各種疾病的認(rèn)識不斷深入，越來越多的疾病已經(jīng)可以采用植入式電子裝置進(jìn)行診斷或治療。
[0003]其中，植入腦起搏器能通過刺激腦內(nèi)控制運動的相關(guān)神經(jīng)，抑制引起帕金森病癥的異常信號，緩解甚至消除病患者的震顫、僵直以及動作遲緩等癥狀，使其恢復(fù)原有活動能力和自理能力。但是，腦起搏器的電池使用壽命為5?8年，電量耗竭后必須通過外科手術(shù)的方式更換腦起搏器的電池。這既會給患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐懼和焦慮，還會增加患者及其家庭的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述問題，本實用新型提供了一種生物能腦起搏器，其特征在于，包括:脈沖發(fā)生器、刺激電極以及與所述脈沖發(fā)生器連接并為其供電的發(fā)電部。其中，發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、電能存儲單元以及封裝層。
[0005]其中，發(fā)電主體用于包繞主動脈，以采集主動脈擴張時所產(chǎn)生的機械能,并轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于中心層的壓電材料層，以及分別位于壓電材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層。調(diào)節(jié)端位于發(fā)電主體的兩端，用于調(diào)節(jié)發(fā)電主體的長度。輸出電極用于將電能輸送給電能存儲單元。電能存儲單元用于存儲電能并為脈沖發(fā)生器供電。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極以及電能存儲單元表面。
[0006]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層含有納米級壓電材料，納米級壓電材料為壓電晶體、壓電陶瓷和有機壓電聚合物中的任意一種。
[0007]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，壓電晶體、壓電陶瓷、有機壓電聚合物可以為納米級壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0008]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，電能存儲部為微型可充電電池或電容。
[0009]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:整流濾波電路，連接于電能存儲單元和輸出電極之間。
[0010]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，調(diào)節(jié)端的固定方式使用手術(shù)線縫合、鈦夾鉗夾或粘合劑粘合中的任意一種。
[0011]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，調(diào)節(jié)端的一端為單排的卡齒，該卡齒的尖端平滑且面向發(fā)電主體的外側(cè)，調(diào)節(jié)端的另一端為卡槽，卡槽的內(nèi)部一側(cè)具有與卡齒相配合的齒槽，另一側(cè)為平面，卡齒與卡槽相卡合。
[0012]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:其中，封裝層以生物相容性好的柔性高分子絕緣材料作為封裝材料。
[0013]另外，本實用新型的生物能腦起搏器還可以具有這樣的特征:發(fā)電部對主動脈的壓力小于140mmHg。
[0014]實用新型作用與效果
[0015]本實用新型的生物能腦起搏器，通過植入納米級壓電材料以采集主動脈擴張時所產(chǎn)生的能量并轉(zhuǎn)化為電能，作為其能量來源。因此只要心臟跳動，本實用新型即可利用患者自身的生物能提供電能，免去了使用電池作為電源的必要，解決了電池能量耗竭后通過手術(shù)更換電池的問題。
[0016]由于本實用新型采用納米級壓電材料作為發(fā)電主體,不僅可以有效地將體內(nèi)的生物能轉(zhuǎn)化為電能，而且體積微小，更適合體內(nèi)植入。
[0017]由于本實用新型采用了柔軟的環(huán)形結(jié)構(gòu)包繞于主動脈的外壁，且能夠定量控制本系統(tǒng)對主動脈的壓力，因此既可以高效、充分的采集主動脈擴張時所產(chǎn)生的機械能，又不會對心臟功能產(chǎn)生明顯影響。
[0018]此外，由于本實用新型采用生物相容性好的柔性高分子絕緣材料封裝，因此既能將發(fā)電主體與體內(nèi)環(huán)境隔離，還可將主動脈壁形變產(chǎn)生的壓力有效的傳導(dǎo)至壓電材料。
[0019]此外，利用發(fā)電主體兩端的調(diào)節(jié)端可調(diào)整發(fā)電主體包繞主動脈的緊張度，從而可調(diào)節(jié)壓電材料的形變程度及輸出電量。又由于調(diào)節(jié)端內(nèi)不含壓電材料及電極層，因此使用手術(shù)縫線或鈦夾固定時不會損壞發(fā)電主體的結(jié)構(gòu)。
[0020]并且，由于本實用新型的發(fā)電主體位于主動脈外部，不與血液直接接觸，因而不存在血栓形成以及中風(fēng)(心肌梗塞或腦梗塞)的風(fēng)險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型實施例一的生物能腦起搏器的示意圖；
[0022]圖2是本實用新型實施例一的發(fā)電主體的示意圖；
[0023]圖3是本實用新型實施例一的發(fā)電主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0024]圖4是圖3中發(fā)電主體A區(qū)域的局部放大圖；
[0025]圖5是本實用新型實施例一中發(fā)電主體安裝于主動脈上的截面圖；
[0026]圖6是本實用新型實施例四中調(diào)節(jié)端為卡齒結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖7是本實用新型實施例一的電路圖。
【具體實施方式】
[0028]以下根據(jù)【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】，
[0029]<實施例一 >
[0030]圖1是本實用新型實施例一的生物能腦起搏器的示意圖，如圖1所示，生物能腦起搏器10包括發(fā)電部200，脈沖發(fā)生器15，以及刺激電極16。發(fā)電部200包括發(fā)電主體11，輸出電極14，整流濾波電路12以及電能存儲單元13。發(fā)電主體11為有彈性的環(huán)形結(jié)構(gòu)，能夠環(huán)繞于主動脈18的周圍，發(fā)電主體11內(nèi)部為納米級壓電材料,因此可以利用主動脈的形變產(chǎn)生電能。發(fā)電主體的輸出電極14后面連接了整流濾波電路12。電能存儲單元13連接于整流濾波電路12之后，用于將電能儲存起來，供脈沖發(fā)生器15使用。脈沖發(fā)生器15具有兩個刺激電極16，用于植入顱內(nèi)。當(dāng)心臟17跳動時，主動脈18的外壁由于血流的周期性的壓力而收縮和舒張，從而周期性的對發(fā)電主體11產(chǎn)生壓力。
[0031]圖2是本實用新型實施例的發(fā)電主體的示意圖，如圖2所示，發(fā)電主體11的初始狀態(tài)為開環(huán)的形狀，在環(huán)形開口的兩端各具有一個調(diào)節(jié)端23，當(dāng)安裝在主動脈外壁時需要將兩個調(diào)節(jié)端連接在一起。在發(fā)電主體11和調(diào)節(jié)端23的外表面覆蓋有封裝層22。發(fā)電主體連接有兩根輸出電極14，用于將發(fā)電主體11產(chǎn)生的電能輸出。
[0032]圖3是本實用新型實施例的發(fā)電主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖,如圖3所示，發(fā)電主體11的內(nèi)部為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于主體中心層的納米級壓電材料111，以及分別位于壓電材料兩側(cè)的第一電極層112和第二電極層113。封裝層22采用具有生物相容性的柔性高分子絕緣材料，覆蓋于發(fā)電主體11以及輸出電極14的表面,并向發(fā)電主體11的外側(cè)延伸形成兩側(cè)各一個調(diào)節(jié)端23。
[0033]圖4是圖3中發(fā)電主體A區(qū)域的局部放大圖，如圖4所示，位于發(fā)電主體11中心層的納米級壓電材料111。第一電極層112和第二電極層113采用金或銀等導(dǎo)電率高的薄層材料制成，與納米級壓電材料111相連接。
[0034]發(fā)電主體11在自然狀態(tài)下為彎曲的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且其薄膜結(jié)構(gòu)具有良好的彈性，因此能夠柔順的包繞主動脈。
[0035]在體內(nèi)植入時，可以通過外科手術(shù)的方法將發(fā)電主體11植入到主動脈周圍并包繞主動脈。再通過調(diào)整調(diào)節(jié)端23使得發(fā)電主體11與主動脈的外壁緊密貼合，以采集主動脈形變所產(chǎn)生的能量。
[0036]對主動脈的過度壓迫可能會增加心臟17的工作負(fù)荷，因此可以在發(fā)電主體11與主動脈壁之間臨時放置壓力傳感器以測定發(fā)電主體11對主動脈的壓力，避免其對心臟產(chǎn)生不良的影響。
[0037]由于調(diào)節(jié)端23的內(nèi)部不含有壓電材料層和電極層，因此當(dāng)使用手術(shù)縫線或鈦夾將調(diào)節(jié)端23的兩側(cè)閉合時，不會對發(fā)電主體11造成損害。
[0038]圖5是本實用新型實施例中發(fā)電主體安裝于主動脈上的截面圖，以下結(jié)合圖1和圖5來說明生物能腦起搏器的工作過程。
[0039]如圖1和圖5所示，發(fā)電主體11環(huán)繞于主動脈18。當(dāng)心臟17收縮時，血流的沖擊使主動脈18發(fā)生擴張，如圖5所示，主動脈壁45會產(chǎn)生一個對發(fā)電主體11的壓力F，使壓電材料層111發(fā)生形變，從而在其兩端形成電勢差并產(chǎn)生電流，電流通過第一電極層112和第二電極層113傳導(dǎo)至輸出電極14，再通過整流濾波電路12后進(jìn)入電能存儲單元13，電能能存儲單元13為微型可充電電池。電能存儲單元13再將電能供應(yīng)給脈沖發(fā)生器15。
[0040]圖7是本實用新型實施例的電路圖。如圖7所示，發(fā)電主體11與整流濾波電路12相連接，發(fā)電主體11產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流濾波電路12后對電能存儲單元13進(jìn)行充電，電能存儲單元13用于為用電器即本實施例中的脈沖發(fā)生器15供電。
[0041]〈實施例二〉
[0042]在本實施例中，發(fā)電主體11的形狀以及調(diào)節(jié)端23的設(shè)置與實施例1中相同，區(qū)別之處在于本實施例中，發(fā)電主體的壓電材料層采用納米級壓電陶瓷材料。
[0043]另外一個區(qū)別之處在于，本實施例中調(diào)節(jié)端23采用鈦夾固定。
[0044]<實施例三>[0045]在本實施例中，發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實施例1中相同，區(qū)別之處在于本實施例中，發(fā)電主體的壓電材料層采用壓電聚合物，并且調(diào)節(jié)端采用粘合劑粘合的方式進(jìn)行固定。
[0046]〈實施例四〉
[0047]在本實施例中，發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實施例1中相同，區(qū)別之處在于本實施例中，如圖6所示，調(diào)節(jié)端61的一端為單排的卡齒，齒尖平滑且面向發(fā)電主體的外側(cè)，以防止齒尖損傷心臟或主動脈等人體組織。調(diào)節(jié)端61的另一端為卡槽，卡槽的內(nèi)部一側(cè)具有與卡齒相配合的齒槽，另一側(cè)為平面。當(dāng)將發(fā)電部固定于主動脈外壁時，緩慢的將卡齒插入卡槽，同時使用微型壓力傳感器檢測發(fā)電主體對主動脈外壁的壓力，緩慢收緊卡齒，直到該壓力達(dá)到120mmHg-140mmHg。
[0048]當(dāng)然本實用新型的生物能腦起搏器并不限于以上實施例中所描述的設(shè)計，其壓電材料層、電極層以封裝層均可以采用各種現(xiàn)有的適宜材料制成。
【權(quán)利要求】
1.一種生物能腦起搏器，其特征在于，包括: 脈沖發(fā)生器、刺激電極以及 與所述脈沖發(fā)生器連接并為其供電的發(fā)電部， 其中，所述發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、電能存儲單元以及封裝層， 所述發(fā)電主體用于包繞主動脈，以采集主動脈擴張時所產(chǎn)生的機械能，并轉(zhuǎn)化為電能，所述發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于中心層的壓電材料層，以及分別位于所述壓電材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層， 所述調(diào)節(jié)端位于所述發(fā)電主體的兩端，用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電主體的長度， 所述輸出電極用于將電能輸送給電能存儲單元， 所述電能存儲單元用于存儲電能并為所述脈沖發(fā)生器和所述刺激電極供電， 所述封裝層覆蓋于所述發(fā)電主體、所述調(diào)節(jié)端、所述輸出電極、所述脈沖發(fā)生器以及所述刺激電極表面。
2.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于: 其中，所述電能存儲部為微型可充電電池或電容。
3.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于，還包括: 整流濾波電路，連接于所述電能存儲單元和所述輸出電極之間。
4.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于: 其中，所述調(diào)節(jié)端的固定方式使用手術(shù)線縫合、鈦夾鉗夾或粘合劑粘合中的任意一種。
5.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于: 其中，所述調(diào)節(jié)端的一端為單排的卡齒，該卡齒的尖端平滑且面向發(fā)電主體的外側(cè)，所述調(diào)節(jié)端的另一端為卡槽，卡槽的內(nèi)部一側(cè)具有與所述卡齒相配合的齒槽，另一側(cè)為平面，所述卡齒與所述卡槽相卡合。
6.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于: 其中，所述封裝層以生物相容性好的柔性高分子絕緣材料作為封裝材料。
7.如權(quán)利要求1所述的生物能腦起搏器，其特征在于: 所述發(fā)電部對主動脈的壓力小于140mmHg。
【文檔編號】A61N1/378GK203620084SQ201320870320
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】張 浩, 曲丹, 徐志云 申請人:中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)