具有两个头部的植入式神经刺激装置
文献发布时间:2023-06-19 10:27:30
相关申请的交叉参考
本申请涉及提交于2018年6月29日的澳大利亚临时专利申请号2018902346和提交于2019年4月18日的澳大利亚临时专利申请号2019901356,这两个专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及一种植入式神经刺激装置。在一些示例中,该装置可以用于治疗医疗病症。
背景
近几十年来,具有一个或更多个有源植入式部件的医疗装置向患者提供了广泛的治疗益处。植入式神经刺激装置是此类医疗装置的示例,并且可用于生成电脉冲并将其输送到组织,以治疗各种医疗病症和疾病。植入式神经刺激装置可以用于脊髓刺激系统中。植入式神经刺激装置也可用于深部脑刺激、骶神经刺激器、人工耳蜗或起搏器。
刺激系统通常包括植入式神经刺激装置,其通常包括壳体或主体,该壳体或主体装入用于生成电脉冲的电子器件/电路系统。植入式神经刺激装置可以由医疗专业人员放置在皮肤下方。刺激引线用于将电脉冲从植入式神经刺激装置传导到特定部位以靶向所需组织。刺激引线的端部上的电极通常用于将电脉冲输送到所需组织。
植入式神经刺激装置还包括附接到壳体或主体的头部。头部可以用于接收刺激引线以及提供通信或连接的点,诸如将电子器件引线连接到装置的电子器件/电路系统。
传统上,现有技术的植入式神经刺激装置包括一个头部。以此方式,充电线圈、连接器和通信天线的部件包括在单个头部中。由于它们都在一个头部中,因此这意味着对其内的各种部件(诸如充电线圈)的大小有限制。
在整个本说明书中,单词“包括(comprise)”或变型诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将被理解为暗示包括陈述的要素、整体或步骤,或要素、整体或步骤的组,但不排除任何其他要素、整体或步骤,或要素、整体或步骤的组。
本说明书中所包括的对文件、动作、材料、装置、物品等的任何讨论均不应被视为承认任何或所有这些事项构成现有技术基础的部分,或为与本公开相关的领域中的公知常识,如同其在本申请的每项权利要求的优先权日期之前存在。
概述
一种植入式神经刺激装置,其包括:主体,其包含刺激电子器件和用于提供刺激能量的电池;第一头部,其耦合到装置的主体,并包含用于对电池充电的充电线圈,与用于将刺激引线连接到刺激电子器件以在刺激电子器件的控制下从电池输送刺激能量的连接器;第二头部,其耦合到主体并包含通信天线以提供刺激电子器件和外部通信装置之间的通信。
主体可包括具有开口端的管,并且第一头部和第二头部可附接到主体以封闭相应的开口端。在一些示例中,这创建了用于刺激电子器件和电池的密闭容器。
该装置可以包括第一组电子器件引线以提供刺激电子器件和第一头部之间的链接。
该装置还可以包括第二组电子器件引线以提供刺激电子器件和第二头部之间的链接。在一些示例中,第二组电子器件引线位于刺激电子器件和通信电子器件之间。
第一组电子器件引线和/或第二组电子器件引线可以是柔性引线。柔性引线可以是柔性扁平电缆和/或柔性印刷电路。第一组电子器件引线和/或第二组电子器件引线可被配置为当第一头部和第二头部分别移动得更接近主体时折叠(collapse)。
第一组电子器件引线和第二组电子器件引线可以被配置为折叠成S形或Z形。
在一些示例中,第一组电子器件引线和/或第二组电子器件引线中的至少一者是刚性引线。
在其他示例中,与第一组电子器件引线和/或第二组电子器件引线相关联的链接还包括一个或更多个电连接器。
第一组电子器件引线和第二组电子器件引线可以经由分别与第一头部和第二头部相关联的第一馈通(feedthrough)和第二馈通而分别耦合到第一头部和第二头部,其中通信电子器件位于第二组电子器件引线和第二馈通之间。
第一头部和第二头部可以位于主体的相对侧处。
通信电子器件可以位于第二头部的近侧。
通信天线可以是射频通信天线。通信天线可以是两匝天线。
一种制造植入式神经刺激装置的方法,该装置包括包含刺激电子器件的主体,该主体包括具有开口端的管,该装置还包括第一头部和第二头部,该第一头部包括第一盖并且该第二头部包括第二盖,该方法包括:耦合第一组电子器件引线以提供刺激电子器件与第一头部之间的链接;耦合第二组电子器件引线以提供刺激电子器件与第二头部之间的链接;其中第二组电子器件引线位于刺激电子器件和通信电子器件之间;其中至少第二组电子器件引线是柔性引线,并且被配置为当第一头部和第二头部分别移动更接近主体时折叠;以及通过以下操作将第一头部和第二头部耦合到主体以封闭相应的开口端:将第一头部和第二头部朝向主体移动,使得第一盖和第二盖封闭相应的开口端;以及在第一盖、第二盖和封闭的相应端之间形成密封。
在该方法中,通信电子器件可以位于第二头部的近侧。
一种植入式神经刺激装置,其包括:主体,该主体包含:刺激电子器件;与刺激电子器件通信的通信电子器件;一个或更多个支撑元件;以及电池,以提供刺激能量;第一头部,其耦合到装置的主体并包含充电线圈以对电池充电;以及至少一个连接器,以将刺激引线连接到刺激电子器件以在刺激电子器件的控制下从电池输送刺激能量;第二头部,其耦合到主体并包含通信天线以提供刺激电子器件和外部通信装置之间的通信;第二组电子器件引线,以提供通信电子器件和第二头部中的通信天线之间的链接;其中一个或更多个支撑元件被配置为将第二组电子器件引线与主体的表面隔离。
一个或更多个支撑元件可以被配置为当第二头部耦合到主体时引导第二组电子器件引线以一致的指定配置折叠。
至少一个连接器可以设置在第一头部处。至少一个连接器可以设置在第二头部处。
该装置还可以包括第一组电子器件引线,以提供刺激电子器件和第一头部之间的链接。
一种植入式神经刺激装置,其包括:主体,该主体包含刺激电子器件和用于提供刺激能量的电池;第一头部,其耦合到装置的主体并包含充电线圈以对电池充电;第二头部,其耦合到主体并包含通信天线以提供刺激电子器件和外部通信装置之间的通信。
主体还可以包括印刷电路板;连接到印刷电路板的温度传感器;以及连接到印刷电路板的整流器。
一种植入式神经刺激装置,其包括:主体,该主体包含刺激电子器件和用于提供刺激能量的电池,其中该主体包括第一部分和第二部分;第一头部,其耦合到主体的第一部分并包含充电线圈以对电池充电;第二头部,其耦合到主体的第一部分并包含通信天线以提供刺激电子器件和外部通信装置之间的通信;以及连接器,以将刺激引线连接到刺激电子器件以在刺激电子器件的控制下从电池输送刺激能量。
在该装置的一些示例中,刺激电子器件设置在主体中包含的印刷电路板处,其中该印刷电路板具有至少一个凹口以供将印刷电路板链接到第一头部或第二头部的至少一组电子器件引线在凹口中折叠。
在该装置的一些示例中,第二头部包括另一个充电线圈以对电池充电。
主体的第一部分和主体的第二部分可以焊接在一起以形成主体。
一种制造植入式神经刺激装置的方法,该装置包括:主体,其具有至少第一部分和第二部分以包含刺激电子器件和电池;包含充电线圈的第一头部;包含通信天线的第二头部;以及第一头部和/或第二头部中的至少一个连接器,以将刺激引线连接到刺激电子器件,以在刺激电子器件的控制下从电池输送刺激能量。该方法包括:形成具有至少一个盖的第一部分,其中该盖具有馈通以与相应的第一头部和第二头部的部件耦合;将馈通与至少刺激电子器件和电池耦合;将主体的第一部分附接到主体的第二部分,以将刺激电子器件和电池密封在主体内部;以及将相应的第一头部和第二头部耦合到主体,其中头部的部件经由馈通与主体中的部件连通。
在该方法中,将主体的第一部分和主体的第二部分耦合以闭合相应的开口表面可以包括焊接主体的第一部分和主体的第二部分。
在一些示例中,该方法还包括:在第一部分处或相对于第一部分定位夹具(jig)以引导一条或更多条柔性引线;以及在馈通与至少刺激电子器件和电池之间引导一条或更多条柔性引线,其中该一条或更多条柔性引线被夹具引导以一致的指定配置进行折叠。在将主体的第一部分附接到主体的第二部分的步骤之前,该方法还包括从第一部分移除夹具。
一种制造植入式神经刺激装置的方法,该装置包括包含刺激电子器件的主体,该主体包括具有开口端的管,该装置还包括第一头部和第二头部,该第一头部包括第一盖并且该第二头部包括第二盖,该方法包括:耦合第一组电子器件引线以在第一盖处形成刺激电子器件和馈通之间的链接;耦合第二组电子器件引线以在第二盖处形成刺激电子器件和馈通之间的链接,其中第二组电子器件引线是柔性引线;用一个或更多个心轴将第二组电子器件引线预成型以提供具有一个或更多个曲线的预成型的第二组电子器件引线,其中该预成型的第二组电子器件引线被配置为以一致的指定配置折叠;以及通过以下步骤将第一头部和第二头部耦合到主体以封闭相应的开口端:将第一头部和第二头部朝向主体移动,使得第一盖和第二盖封闭相应的开口端,并将预成型的第二组电子器件引线以一致且指定的配置折叠;以及在第一盖、第二盖和相应端之间形成密封。
在一些示例中,一个或更多个心轴包括至少两个心轴,其中至少两个心轴将第二组电子器件引线的至少一部分预成型为S形。
附图简述
图1示出了植入式神经刺激装置;
图2示出了植入式神经刺激装置的主体;
图3示出了第二头部的示例;
图4示出了制造植入式神经刺激装置的方法;
图5(a)至图5(b)示出了第一组电子器件引线和第二组电子器件引线的配置的示例;
图6示出了具有用于电子器件引线的支撑元件的植入式神经刺激装置的主体的另一个示例;
图7示出了在第二头部处具有连接器的植入式神经刺激装置的另一个示例;
图8示出了在两个头部处均具有连接器的植入式神经刺激装置的另一个示例;
图9示出了用于植入式神经刺激装置的主体的另一个示例;
图10示出了制造植入式神经刺激装置的另一种方法;
图11是具有联接器(coupling)的主体的示意性示例,该联接器具有耦合到刺激电子器件的PCB的刚性馈通销;
图12是具有联接器的主体的示意性示例,该联接器具有柔性链接以将馈通销连接到刺激电子器件的PCB;
图13是具有联接器的主体的示意性示例,该联接器具有电连接器以将馈通销连接到刺激电子器件的PCB;
图14示出了植入式神经刺激装置的另一个示例的内部部件的示意图;
图15(a)至图15(d)示出了在植入式神经刺激装置的组装期间使用夹具对准电子器件引线的顺序;
图16(a)至图16(d)示出了用心轴将电子器件引线预成型以提供电子器件引线的一致折叠的顺序;
图17是另一个示例的顶视示意图,该示例具有用于支撑PCB的支撑结构和用于引导电子器件引线的支撑元件;
图18是图17的支撑结构和PCB的另一个视图,其中电子器件引线在组装之前;以及
图19是图17的支撑结构和PCB的另一个视图,其中电子器件引线已组装并由支撑元件引导。
实施例的描述
图1示出了植入式神经刺激装置101的示例。该装置可以在脊髓刺激系统中使用。装置101包括主体103,其包含刺激电子器件105和用于提供刺激能量的电池107。在一些示例中,刺激电子器件可以安装在印刷电路板上。
装置101还包括第一头部109,其耦合到装置101的主体103并包含充电线圈111以对电池107充电。第一头部109还包含连接器113以将刺激引线115连接到刺激电子器件105,以在刺激电子器件105的控制下从电池107输送刺激能量。刺激引线115可以将刺激能量输送到特定部位以靶向所需组织。
装置101还包括第二头部117,其耦合到主体103并包含通信天线119,以提供刺激电子器件105和外部通信装置121之间的通信。在一些示例中,通信天线119是射频(RF)线圈。外部通信装置121可以与医疗专业人员相关联。
现在将详细描述示例性植入式神经刺激装置101的细节。
如上所述,植入式神经刺激装置101包括包含刺激电子器件105的主体103。在图2中示出了主体103的一个示例。在该示例中,主体103包括具有开口端203、205的管201。第一头部109和第二头部117可以耦合以封闭相应的开口端203、205。
管201可以由钛构成。在另一个示例中,管可以由生物相容性陶瓷构成。应当理解,可以使用其他生物相容性材料,包括生物级(biograde)不锈钢、生物级玻璃、硅、氧化铝、氧化锆、石英或金属合金。
第一组电子器件引线123提供刺激电子器件105和第一头部109之间的链接。第二组电子器件引线125提供刺激电子器件105和第二头部117之间的链接。主体103和开口端203、205被配置为允许第一组电子器件引线123和第二组电子器件引线125在组装期间穿过相应的开口端203、205。
刺激电子器件105可以包括微控制器(uC)以:管理与编程系统和患者遥控器的通信、管理可再充电电池的充电以及其他此类管家功能。刺激电子器件105还可以包括第二微控制器以管理患者疗法,该患者疗法控制仅模拟芯片(analogue only chip)(AOC)以提供电流源和诱发响应放大器。刺激电子器件105还可以包括支持部件,诸如电阻器、电容器、电源等。第一微控制器、第二微控制器和AOC可以被封装在球栅阵列(BGA封装)中,以将刺激电子器件105的部件安装到印刷电路板151上。期望减小刺激电子器件的大小,使得植入式脉冲发生器的大小最小化。
在一些示例中,刺激电子器件105可以与通信电子器件153(诸如无线电通信模块)通信。在一些示例中,这可以包括无线电芯片,诸如射频(RF)芯片。通信电子器件153可以连接到与刺激电子器件105相关联的印刷电路板153。以这种方式,第二组电子器件引线125将模拟通信信号传输到通信天线119。在其他示例中,第二组电子器件引线125可以传输数字通信信号。
在一些示例中,主体103可以包括如图6所示的支撑元件155、157。支撑元件155、157可以被配置为将第二组电子器件引线125与主体103的表面隔离。例如,支撑元件155、157可以将第二组电子器件引线125与主体103的内表面(诸如管201的内壁)隔离。在另一个示例中,支撑元件可以将第二组电子器件引线125与第二盖209隔离。如图6所示,支撑元件155、157防止第二组电子器件引线125与盖209接触,并且第二组电子器件引线125可以经由第二馈通131与第二头部117接触。支撑元件还起到确保第二组电子器件引线以一致且指定的配置叠合(fold)(或以其他方式折叠)的作用。这对于将天线与来自通信电子器件的模拟信号进行匹配可能是重要的。
有利的是,通信电子器件153可以连接到与刺激电子器件103相关联的印刷电路板153。这减少了通信天线119与通信电子器件153之间的干扰。
通过两个模块之间的信号路由的方便性,提供了使通信电子器件153连接到与刺激电子器件103相关联的印刷电路板153的第二个优点。这些之间的信号是低速数据信号和在大约1MHz处操作的时钟信号以及直流功率信号。用于这些信号的路由是常规的,与RF模拟信号不同。
如上所述,装置101还包括电池107以提供刺激能量。在一个示例中,电池107是可再充电电池,诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池。
充电线圈111可以被配置为对电池107充电。以这种方式,可以存在接收电力并生成电磁场的外部充电器或外部充电线圈。由外部充电线圈生成的电磁场可以在充电线圈111内感应出电流以对电池107充电,并因此向刺激电子器件105提供刺激能量。可以在使用装置时对电池107进行再充电。
为了提供与外部充电器或外部充电线圈的最佳能量耦合,充电线圈111可以尽可能大。以这种方式,充电线圈111可以占据第一头部109中的大量空间。本公开的优点在于,通信天线119与第二头部117中的充电线圈111分开定位,因为这允许充电线圈111占据第一头部109中的大量空间。
在一个示例中,充电线圈111可包括绞合线股。
第一头部109和第二头部117可位于主体的相对侧处。这样的优点在于可以减小充电线圈111和通信天线119之间的干扰。
如上所述,装置101还包括耦合到主体103的第一头部109。如图1所示,第一头部可以具有圆形形状。
第一头部109可以包括充电线圈111以对电池107充电。充电线圈111可以具有包括预定匝数和直径的预定构造。例如,充电线圈111可以具有150至300匝。在其他示例中,充电线圈111可以具有50至100匝。充电线圈111可以由电磁线构成。在一个示例中,充电线圈111可具有386sq mm的面积,并具有58匝,每匝包含两股线直径为120um的镀金铜线。
第一头部109还可以包括至少一个连接器113,以将刺激引线115连接到刺激电子器件105。每个连接器113可以具有至少一个相关联的刺激引线115。在一个示例中,连接器113是Bal Seal连接器。来自电池107的刺激能量然后可以经由连接器113和刺激引线115输送。在一个示例中,刺激引线115可以具有一个或更多个电极以用于与所需组织接触以进行治疗。
装置101还可以包括第一组电子器件引线123以提供刺激电子器件105和第一头部109之间的链接。第一组电子器件引线123可以包括balseal和充电柔性链接。在一个示例中,balseal和充电柔性链接可以由具有26条导线的柔性PCB材料构成,其中24条导线用于提供2x 12通道电极引线,并且其余两条导线用于连接到充电线圈111。
第一组电子器件引线123可以是柔性引线。以这种方式,第一组电子器件引线123被配置为当第一头部109被移动更接近装置101的主体103时折叠。第一组电子器件引线123可以被配置为折叠成S形或Z形。以这种方式,第一组电子器件引线123可以被配置为折拢(concertina)为折叠配置。这在图5(a)中示出。类似地,第一组电子器件引线123被配置为当第一头部109远离主体103移动时伸展。这在图5(b)中示出。
第一组电子器件引线123可以经由与第一头部109相关联的第一馈通129耦合到第一头部109。第一组电子器件引线123可以经由多个馈通耦合到第一头部109。第一组电子器件引线123还可以连接到装置101的第一印刷电路板133。这在图1中示出。第一馈通129也可以连接到第一印刷电路板133。以这种方式,第一组电子器件引线123可以经由第一印刷电路板133和至少一个第一馈通129耦合到装置101。
第一头部109可包括第一盖207。以这种方式,当第一头部109被移动更接近装置101的主体103时,第一盖207封闭并密封第一开口端203。
如上所述,装置101还包括耦合到主体103的第二头部117。如图1所示,第二头部117可以具有圆形形状。
装置101还可以包括第二组电子器件引线125,以提供刺激电子器件105和第二头部117之间的链接。如图1所示,第二组电子器件引线125可以位于主体103的刺激电子器件105和通信电子器件127之间。
在一个示例中,第二组电子器件引线125包括通信柔性链接。通信柔性链接可以由具有六条导线的柔性PCB材料构成,包括电源线和地线(两条导线)和需要四条导线的串行数据总线(诸如IIC)。
如图1所示,通信电子器件127可以位于第二头部117的近侧。以这种方式,通信电子器件127可以连接到与第二头部117相关联的第二印刷电路板135。
在一个示例中,通信模块127可以包括安装到与第二头部117相关联的印刷电路板的MICS波段无线电芯片,诸如ZL70103。该无线电芯片可以替代或附加于与刺激电子器件105的印刷电路板151相关联的通信电子器件153,如上所述。印刷电路板可以容纳天线匹配部件和电源旁路电容器。由于这具有少数几个部件,因此能够放入该小空间中。
通信电子器件127可以包括适合于无线遥测的电子器件,诸如射频电子器件。通信电子器件127可以包括提供装置101与外部装置121之间的通信链接的一个或更多个装置,诸如芯片或微控制器。通信电子器件127可以由外部装置121或外部服务提供者(诸如医疗专业人员)用于控制装置101的各个方面。通信电子器件127也可以用于从外部装置121或外部服务提供者接收数据或向其发送数据。
有利的是,通信电子器件127位于第二头部117的近侧。以这种方式,通信电子器件127与通信天线119处于固定距离。通信电子器件127与通信天线119的紧密接近具有减少信号/线路损耗并由此改善装置101与外部装置121或外部服务提供者之间的通信的优点。
在一些变型中,第二头部117可以不包括通信电子器件127。以这种方式,与装置101的主体103相关联的通信电子器件(诸如通信电子器件153)可以提供装置101与外部装置121之间的通信链接。也即,通信电子器件153可以由外部装置121或外部服务提供商(例如,医疗专业人员)用于控制装置101的各个方面。通信电子器件153也可以用于从外部装置121或外部服务提供者接收数据或向其发送数据。
在一些示例中,到通信电子器件127的接口可以是来自第二组电子器件引线125的一条或更多条引线。
第二组电子器件引线125可以是柔性引线。以这种方式,第二组电子器件引线125被配置为当第二头部117被移动更接近装置101的主体103时折叠。第二组电子器件引线125可以被配置为折叠成S形或Z形。以这种方式,第二组电子器件引线125可以被配置为折拢为折叠配置。这在图5(a)中示出。类似地,第二组电子器件引线125被配置为当第二头部117从主体103移开时延伸。这在图5(b)中示出。
第二组电子器件引线125可以经由与第二头部117相关联的第二馈通131耦合到第二头部117,使得通信电子器件127位于第二组电子器件引线125和第二馈通131之间。第二组电子器件引线125可以经由多个馈通耦合到第二头部117。
第二组电子器件引线125可以连接到装置101的第二印刷电路板135。这在图1中示出。第二馈通131也可以连接到第二印刷电路板135。以这种方式,第二组电子器件引线125可以经由第二印刷电路板135和至少一个第二馈通131耦合到装置101。
第二组电子器件引线125可以提供用于装置101的串行数据和电力通信的路径。
如上所指示,第二头部117包括通信天线119。通信天线119可以是射频(RF)通信天线。通信天线119可以是两匝天线。通信天线119可以是多匝天线。这样的优点在于,与第一头部109相比,第二头部117的高度可以减小。
在图3中示出了第二头部117、301的示例。
第二头部117可包括第二盖209。以这种方式,当第二头部117被移动更接近装置101的主体103时,第二盖209封闭并密封第二开口端205。
还提供了制造植入式神经刺激装置101的方法400,该装置101包括包含刺激电子器件105的主体103,该主体103包括具有开口端203、205的管201。装置101还可以包括第一头部109和第二头部117,该第一头部109包括第一盖207,并且该第二头部117包括第二盖209。
方法400还可以包括将第一组电子器件引线123耦合402到装置101,以提供刺激电子器件105和第一头部109之间的链接。耦合402可以包括在第一组电子器件引线123和刺激电子器件105之间建立电连接。
方法400还可以包括将第二组电子器件引线125耦合404到装置101,以提供刺激电子器件105和第二头部117之间的链接。耦合404可以包括在第二组电子器件引线125和刺激电子器件105之间建立电连接。第二组电子器件引线125可以位于刺激电子器件105和通信电子器件127之间。以这种方式,可以在刺激电子器件105、第二组电子器件引线125和通信电子器件127之间建立电连接。可以在第二组电子器件引线125与通信电子器件127之间进一步建立通信连接(诸如射频)。
第一组电子器件引线123和第二组电子器件引线125可以是柔性引线,并且可以被配置为当第一头部109和第二头部117分别移动更接近主体103时折叠。因此,在组装期间,可以经由开口端203、205将第一电子器件引线123和/或第二电子器件引线125伸展,以帮助容易地将馈通129、131连接到相应的第一印刷电路板133和第二印刷电路板135。当头部109、117移动以封闭开口端203、205时,电子器件引线123、125在主体103内部折拢。
方法400还包括将第一头部109和第二头部117耦合406到主体103,以封闭和密封相应的开口端203、205。
耦合406包括将第一头部109和第二头部117朝向主体103移动408,使得第一盖207和第二盖209封闭相应的开口端203、205。方法400还包括在第一盖207、第二盖209和封闭的相应端203、205之间形成410密封。
在制造装置101的方法400中,通信电子器件127可以位于第二头部117的近侧。以这种方式,通信电子器件127可以连接到第二印刷电路板135。
变型
如上所述,第一头部109的第一连接器129可以包括至少一个Bal Seal连接器。在一些示例中,第二头部117可包括连接器113。在另外的示例中,第二头部117可包括至少一个Bal Seal连接器。
在植入式神经刺激装置101的另一个示例中,第一头部109可仅包括充电线圈111。这在图7中示出。在该示例中,第二头部119可包括至少一个连接器113以将刺激引线115连接到刺激电子器件105,以在刺激电子器件105的控制下从电池107输送刺激能量。
该示例的优点在于,由于金属元件(诸如连接器113)的较低干扰,充电线圈111可以具有更高的充电效率。第一头部109也可以取圆形,因为充电线圈111的形状可以在对电池107的充电效率影响很小或没有影响的情况下修改。
另一个优点在于可以增加充电线圈111中的匝数。这可以引起电池107的更好电荷耦合,并因此更好地向刺激电子器件105提供刺激能量。
如图8所示,第一头部109可以包括第一印刷电路板133。第一印刷电路板133可定位在第一盖207上。在该示例中,第一印刷电路板133可以连接到温度传感器171。温度传感器171可以检测装置101的异常操作。
在另一个示例中,第一印刷电路板133也可以连接到整流器173。整流器173可以包括桥式整流器,以向刺激电子器件105输出DC电压。该示例的优点在于,整流器173可以减小在充电的同时装置的操作噪声,因为在整流器处消除了高频分量(高于425kHz)。
另一个优点在于可以增加充电线圈111中的股数。在一个示例中,充电线圈111中的绞合线股的数量可以从两个增加到三个或更多个。以这种方式,充电线圈111中增加的绞合线股减小了充电期间的集肤效应损耗。充电线圈111中增加的绞合线股也可以降低充电线圈111的电阻。
图9(a)和图9(b)示出了植入式神经刺激装置101的另一个示例。该示例装置101包括主体900,其包含刺激电子器件105和用于提供刺激能量的电池107。在一些示例中,刺激电子器件可以安装在印刷电路板151上。主体103还可以包括通信电子器件153。这些在图9(a)和图9(b)中以虚线示出以指示它们在盖902后面,如下所讨论。
如图9所示,装置101的主体900包括第一部分901和第二部分903。第一部分901和第二部分903(和盖902)附接在一起以形成密封的主体900,以包含刺激电子器件和电池107。这可以包括将第一部分901和第二部分903彼此焊接。
第一部分901形成有一个或更多个盖902。在一些示例中,盖902可以与第一部分901整体形成。在其他示例中,盖902最初是焊接(或以其他方式附接)到第一部分901的单独部件。盖902具有馈通129,从而将相应的第一头部和第二头部的部件(在图9中未示出,但是在上面的较早示例中描述)与在主体900内部的部件耦合。
第一头部109包括充电线圈111以对电池107充电。第二头部117包括通信天线119,以提供刺激电子器件105和外部通信装置121之间的通信。在一些示例中,第二头部117还可以包括通信电子器件127。
第一头部109和/或第二头部117还包括连接器,以将刺激引线115连接到刺激电子器件105,以在刺激电子器件105的控制下从电池108输送刺激能量。(多个)头部中的连接器继而经由馈通129与主体900内部的部件连通。
第一组电子器件引线123经由馈通129耦合到第一头部109。以这种方式,第一组电子器件引线123提供了刺激电子器件105与第一头部109之间的链接。第二组电子器件引线125经由(在相对侧上的)馈通129耦合到第二头部117。以这种方式,第二组电子器件引线125提供了刺激电子器件105与第二头部117之间的链接。
图10示出了制造植入式神经刺激装置101的方法1000,该装置101包括主体900,该主体900包括第一部分901和第二部分903。该装置101还包括包含充电线圈的第一头部109和包含通信天线的第二头部117。在第一头部和/或第二头部中设置至少一个连接器,以将刺激引线连接到刺激电子器件,以在刺激电子器件的控制下从电池输送刺激能量。
方法1000包括形成1002具有至少一个盖902的第一部分901(如图9(a)所示)。这可以包括将盖902焊接(或以其他方式附接)到第一部分901,或者可替代地与盖整体形成第一部分。盖具有馈通129以与相应的第一头部和第二头部的部件耦合。
该方法还包括将馈通129与至少刺激电子器件105和电池107耦合1004。耦合1004可以包括在馈通129与刺激电子器件105之间建立电连接。耦合的示例将在下面进一步详细描述,并且可以包括刚性馈通、柔性引线/链接(电缆?)的变型、组合和置换;和/或电连接器。
方法1000还包括将主体900的第一部分901附接1006到主体900的第二部分903,以将刺激电子器件和电池密封在主体900内部(如图9(b)所示)。
方法1000还包括将第一头部和第二头部耦合1010到主体,使得头部的部件经由馈通129与主体中的相应部件连通。在一些示例中,头部耦合到密封主体900的(多个)盖902。这可以包括用环氧树脂或焊接将头部耦合以在头部和主体900之间提供密封。
应当理解,在一些替代示例中,可以在将第一部分901附接1006到第二部分903的步骤之前,将头部附接到(多个)盖和/或第一部分901。
现在将参考图11至图13描述在馈通与刺激电子器件105之间建立电连接的耦合的示例。
图11示出了示意图,其中馈通销131具有刚性延伸部921以与刺激电子器件105的PCB 151电连接。在一些示例中,连续、刚性且导电的馈通销131被直接钎焊(或以其他方式耦合)到PCB 151。
在一个示例中,组件最初包括具有附接有刚性馈通销902和刚性延伸部921的盖902。然后,将盖902朝向第一部分901定位,这包括将延伸部921定位到PCB 151。刚性延伸部921然后(诸如用钎焊)附接到PCB 151,并将盖902焊接到第一部分901。这可以在第一部分901的任一端处为盖902完成。第二部分903(以虚线示出)然后可以焊接到第一部分901和盖902。最后,可以在盖902处形成头部109、117。
应当理解,上述步骤可以改变。例如,盖902可以被焊接到第一部分901,并且随后刚性延伸部921被附接到PCB 151。在又一个示例中,第一部分901和盖902最初没有PCB151、馈通销131和延伸部921。将第一部分902和盖902焊接在一起,并随后将PCB 151,馈通销902和刚性延伸部921定位并固定在适当的位置(在将第二部分903与组件配合之前)。
应当理解,在其他实施例中,馈通销131和刚性延伸部921最初是分离的部件,并且在组装期间,馈通销131和刚性延伸部921被彼此钎焊或以其他方式刚性地连接。
图12示出了另一个示例的示意图,其中馈通销131至少部分地经由柔性引线923耦合到PCB 151。在一个示例中,盖902具有附接的馈通销131,由此使盖902被带到第一部分901附近。柔性引线923然后钎焊(或以其他方式附接)以在PCB 151和馈通销131之间形成电连接。然后将盖902定位并焊接到第一部分901。如前面示例中所述,可以附接其他部件,诸如第二部分903和头部109、117。
在一些示例中,盖在馈通销131和柔性引线923之间具有中间部件925。中间部件925可以包括具有一条或更多条导电迹线927的另一个印刷电路板。馈通销131和柔性引线923可以被钎焊或以其他方式附接到这些迹线927以完成电连接。中间部件925可以被配置为与盖902邻接,这可以改善部件的强度和刚性。尽管为清楚起见未在图12中示出,但应理解,柔性引线923可被配置为以本说明书中所述的配置中的一个或更多个折叠,包括使用支撑元件、凹口和/或夹具(在下面进一步详细描述)。
图13示出了又一个示例的示意图,其中馈通销131中的一些经由电连接器929耦合到PCB 151。在一些示例中,电连接器929被安装并电耦合到PCB 151。电连接器929被配置为接收馈通销131,与其进行相应的电连接。在一些示例中,馈通销131被推入配合到电连接器929中的插座(诸如插口)中。
在一个示例中,主体103是基本上管状的,具有开口端,该开口端可以被相应的盖902a和902b封闭。在第一端处,馈通131a设置在盖131a处,并且经由延伸部921(或者可替代地,柔性引线923)以与图11和图12中描述的示例类似的方式电耦合到PCB 151。然后将第一盖902b朝向主体103定位,使得连接的PCB 151滑入主体103中。第二盖902b具有馈通131b,并且当第二盖902b被带向主体103的相对端时,由电连接器929接收到馈通131b以完成电耦合。然后可以将盖902a和902b附接(诸如通过焊接)到主体103。
应当理解,这些步骤可以重新排序。例如,第二盖902b可以在第一盖902a和PCB151滑入主体103中之前被附接到主体103。在另一个示例中,第一盖902a可以在第二盖902b被带向主体103之前被附接到主体103。
在另外的示例中,图13中的主体103可以被构造成具有两个或更多个部分(如图9(a)和图9(b)中的示例)。这可以包括在第一部分901和第二部分903(或其他部分)组装在一起之前,定位一个或更多个盖902a、902b和PCB 151。
在一些示例中,使用刚性延伸部921和/或电连接器929在向通信天线119提供可预测和/或可重复的电路径方面可以是有利的。与通信电子器件127和通信天线119之间的柔性引线相比,这可以促进天线匹配。因此,在一些示例中,通信电子器件可以位于PCB 151上,由此到通信天线119的电路径经由刚性延伸部921和/或电连接器929(并且没有柔性引线)。
应当理解,以上耦合的各种组合和置换可以用于其他变型中。
图14示出了植入式神经刺激装置的又一个示例的内部部件。在该示例中,位于主体103中的印刷电路板151具有凹口160,以提供用于柔性引线125在组装时叠合的空间和间隙。在一些其他示例中,凹口160还提供用于支撑元件155、157的空间。具有凹口160可以最大化PCB上用于其他电子部件的空间。
在一些示例中,在头部117(和/或109)处提供另一个凹口162,以为柔性引线125提供额外的空间和间隙。这可以与凹口160结合,或者在一些示例中,作为对其的替代。
在其中凹口160主要在主体103中的PCB 151处的示例中,这可以使(多个)头部109、117中用于其他部件的空间最大化。例如,最大化头部中用于充电线圈111或天线119的更多股线的空间。
现在将描述组装装置的示例。第一头部109的电气和电子部件被钎焊到PCB 151和/或电池107的相应部件。这可以在PCB 151与主体103分离的同时完成。没有主体的情况下,人或机器更容易钎焊多条柔性引线。然后可以将主体103(诸如金属套筒)在PCB 151上滑动并朝向第一头部109滑动。然后可以诸如通过焊接或环氧树脂将主体103相对于第一头部109密封。接下来,然后将柔性引线125焊接以将PCB 151与第二头部117中的部件(诸如天线119或通信电子器件)链接。柔性引线125可以设置有某个额外长度,以允许人或机器进行钎焊的空间(由于主体103将降低接近PCB/第二头部的焊料的方便性)。然后将第二头部117以受控的方式带向主体103,以允许柔性引线125以一致的方式叠合/折叠(例如,使引线折拢)。这由凹口160辅助,该凹口160为柔性引线125叠合/折叠提供了空间。然后可以通过焊接或环氧树脂将第二头部117相对于主体103被密封。
应当理解,在一些示例中,第一头部109可以在以后的阶段(诸如在第二头部117被密封的同时)相对于主体103被密封。
在另一个变型中,另一个充电线圈位于第二头部117中。
图15(a)至图15(d)示出了制造植入式神经刺激装置101的序列。在该示例中,装置101的主体包括至少第一部分901和第二部分903(图15中未示出,但在图9(b)中示出)。该方法包括形成具有一个或更多个盖902的第一部分901,其中盖902具有馈通129、131。
在图15(a)中,右手馈通131连接到柔性引线931,由此柔性引线931继而将被连接到刺激电子器件105/PCB 151(和/或电池)。在一个特别示例中,柔性引线931连接到PCB151上的通信电子器件(或安装到主体的其他部件)。
在图15(b)中,夹具933位于第一部分901处以引导柔性引线931。在一些示例中,这包括将夹具933邻接于第一部分901的至少一部分放置。在其他示例中,这可包括经由中间部分相对于第一部分901放置夹具933。例如,PCB 151可以被安装到第一部分901,并且继而,夹具933被放置为与PCB 151邻接。
在图15(c)中,用夹具933将柔性引线931引导至刺激电子器件105/PCB 151(和/或电池),使得柔性引线931以一致且指定的配置折叠。柔性引线931然后通过钎焊或其他附接系统连接到刺激电子器件/PCB/电池。该一致且指定的配置可以确保柔性引线931在可能无意中弯曲并导致柔性引线931变弱的另一个配置中不会折叠。这在将柔性引线931用于通信天线的情况下可以为天线提供可预测的电磁特性。
在图15(d)中,从第一部分901移除夹具933。该图还示出了柔性引线931,其保持由夹具933引起的指定配置。随后,可以将主体的第二部分903附接到第一部分,以将刺激电子器件和电池密封在主体内部(使用如前面示例中所述的技术)。
在以上示例中,左手侧馈通129经由刚性延伸部921链接到刺激电子器件105/PCB151。应当理解,在其他示例中,可以使用与其他耦合技术的组合和变型,包括使用夹具931将柔性导线引导到两个盖。
图16(a)至图16(d)示出了用心轴951、953将一组电子器件引线955预成型的序列。通过将该组电子器件引线955操纵到一组预成型的电子器件引线965,这可以辅助电子器件引线965以一致、指定且可预测的配置折叠。对于其中形状和配置可能影响性能的电子器件引线(诸如与天线相关联的那些电子器件引线),这可能是重要的。
该方法可以应用于本文中描述的神经刺激装置中的一个或更多个,包括其中装置的主体包括管的示例。为简洁起见,我们仅在图16中示出了此变型的相关方面,并且为避免疑问,本文中描述的其他特征可以与这个变型一起使用。
图16(a)示出了PCB 151,其可以支撑刺激电子器件,该PCB 151经由一组电子器件引线955耦合到馈通131(和/或与头部相关联的第二PCB 135)。在该示例中,电子器件引线是柔性引线,使得它们可以弯曲(至少达到阈值)而不会断裂。
参考图16(b),提供了心轴951诸如圆柱体,并且该组电子器件引线955围绕心轴955的至少一部分缠绕,以在电子器件引线955上形成第一曲线。
在图16(c)中,提供了附加心轴951以将第二曲线预成型,产生具有S形的一组预成型的电子器件引线965。应当理解,除了S形以外,还可以根据所需的设计形状使用其他形状。例如,可以使用“W形”或“U形”。
在图16(d)中,抽出了心轴951、953。在一些示例中,电子器件引线965可以越过屈服点(yield point)抵靠心轴951、953形成,使得电子器件引线965塑性变形并保持(或基本上保持)形状(诸如S形)。在其他示例中,电子器件引线965在预成型后发生弹性变形,并需要其他元件来支撑和保持预成型形状。
在产生该组预成型的电子器件引线965之后,可以组装装置的其他部件。特别地,将具有馈通131/第二PCB 135的盖朝向管体移动。当盖移动得更接近管的端部时,该组预成型的电子器件引线以一致且指定的配置折叠,该配置由预成型的形状决定。然后可以将盖抵靠管的端部密封。
应当理解,可以使用不同的变型和组合。例如,第一头部和盖可以具有第一组刚性电子器件引线,其刚性地钎焊到PCB 151(如图15(a)中描述为刚性延伸部921)。然后将PCB151通过管插入,其中第一头部的盖封闭管的一端。然后将第二组柔性电子器件引线955连接在PCB 151和第二头部的馈通131之间。然后定位心轴,并且将第二组电子器件引线955预成型为所需形状。然后抽出心轴,并且将第二头部的盖朝向管的其余开口端移动。在该移动期间,预成型的第二组电子器件引线965以一致且指定的方式在管内部折叠。最后,第二头部的盖与管密封。
在又一个示例中,第一组电子器件引线和第二组电子器件引线均由心轴预成型。
在一些示例中,心轴的形状基本上是圆柱形的。心轴可以包括辊。在其他示例中,心轴可以是截头圆锥形的。在另外的示例中,心轴可以是棱柱,诸如矩形棱柱、五角棱柱、六角棱柱、七角棱柱等。
图17至图19示出了另一个示例971,其具有支撑结构973以将PCB 151支撑在主体103内部。在一个示例中,支撑结构973包括接收PCB 151的模制结构,该模制结构继而被紧密地接收在主体103中(在图17至图19中未示出,但是在前面实施例中示出)。当组装时,这可以减小由于相对于主体103的移动和振动而损坏PCB的可能性。在一些示例中,支撑结构973在PCB 151和主体103之间提供热和/或电绝缘。支撑结构973由聚合物制成。支撑结构973可以与PCB 151组装在一起,之后可以将支撑结构973和PCB 151滑入主体103中。
支撑结构973还包括一个或更多个支撑元件977、979,以引导对应的(柔性的)电子器件引线975。参考图18,第一支撑元件977由包围PCB 151的周壁中的凹口形成。在该示例中,第二支撑元件979包括呈圆柱形指状物形式的突起。
呈柔性引线975形式的电子器件引线975电连接到馈通131。在一些示例中,这可以通过与头部的盖相关联的中间第二印刷电路板135。
在图19中示出了电子器件引线975到PCB 151的组装,其中电子器件引线975由支撑元件977、979以S形引导。这允许电子器件引线975以一致的方式叠合/折叠。这有助于装置的组装,其可包括如上所述将(相应头部的)相对的盖在管体103中装配在一起。
应当理解,在一些示例中,仅使用一个支撑元件,而在其他示例中,使用三个或更多个支撑元件。此外,应当理解,支撑元件可以被配置为有助于电子器件引线975以一致和可预测的其他所需形状折叠。
在更另外的示例中,一个或更多个支撑元件被配置为以指定方式弯曲、枢转、移动和/或以其他方式移位。例如,呈突起形式的支撑元件979可以铰接到支撑结构973的其余部分。此种铰接可以为支撑元件979与支撑的电子器件引线叠合或折叠提供可预测的路径。可移动支撑元件的其他形式可以包括沿支撑结构中的轨道移动的支撑元件。在另外的示例中,支撑元件979由弹簧机构偏置,该弹簧机构可以减小后冲(blacklash)(即,不期望的移动)。
在该示出的示例中,为简洁起见,仅示出了一组柔性电子器件引线975。应当理解,另一组电子器件引线975设置在用于另一个头部的相对侧上,并且可以包括柔性引线、刚性引线以及本文中所述的其他电子器件引线,或者将由本领域技术人员选择的其他电子器件引线。
本领域技术人员将理解,在不脱离本公开的广泛一般范围的情况下,可以对上述实施例进行多种变型和/或修改。因此,本实施例在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的。
- 具有两个头部的植入式神经刺激装置
- 一种具有药物灌注功能的植入式骶神经刺激装置