耦接至光电器件的可植入电极制造技术

本发明专利技术涉及一种光电电极元件，所述光电电极元件可植入人体或动物体内以放置在生物组织上从而电刺激和/或感测所述生物组织的生理参数、并且由光能源供电，所述光电电极元件包括：(a)电极模块(40)，所述电极模块至少包括第一电极和第二电极(41，42)，所述第一电极和所述第二电极各自包括电极表面(41s，42s)，(b)光电模块(20)，所述光电模块包括适合于将光能变换成电能的光伏电池单元(21a)，(c)馈送光纤(31a)，(d)耦接模块(10)，所述耦接模块包括：电路接纳部(12)，所述电路接纳部用于将所述光电模块(20)插入、定位并牢固地固定至所述耦接模块(10)；馈送光纤腔(11a)，用于插入并耦接所述馈送光纤，使所述馈送光纤与所述光伏电池单元实现最佳光学连通；(e)其中，所述耦接模块(10)直接耦接到所述电极模块(40)的固定区域，使得所述光伏电池单元与所述第一电极和所述第二电极(41，42)电接触。

Implantable electrodes coupled to optoelectronic devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耦接至光电器件的可植入电极
本专利技术涉及一种用于医学治疗的可植入医疗设备(IMD)，所述医疗设备涉及通过光纤在IMD的外壳与耦接至生物组织的电极模块之间传输光。具体地，本专利技术致力于一种光电电极元件，所述光电电极元件包括电极模块、包括光电器件(例如，光伏电池单元或光源)的光电模块、光纤、以及用于将前述模块组合在一起并在光纤与电极模块之间形成坚固又紧凑且高效的连续光能传输链的耦接模块。包括在光电模块内的光电器件可以是诸如光伏电池单元、光电二极管、光电电阻器、光学开关等光电换能器，或者是电光换能器，即，如LED、激光二极管等光源。本专利技术的光电电极元件是模块化的，以允许很大的设计灵活性，其可以适用于各种电极。
技术介绍
几十年来，可植入医疗设备(IMD)已经用于治疗多种疾病，特别是神经系统疾病。IMD的主要类型包括神经刺激器，所述神经刺激器向如神经或肌肉等组织递送电脉冲以用于诊断或治疗如帕金森氏病、癫痫、慢性疼痛、运动障碍等许多疾病并且用于许多其他应用。在其最简单的形式中，一种用于递送这种电脉冲的设备包括：驻留在外壳中的电脉冲发生器、刺激电极、以及将电极电耦接至电脉冲发生器的电引线。在许多应用中，电极必须直接施加到待治疗的组织上，这需要使用可植入设备。电线的末端简单地形成电极，这些电极通常部分地嵌入电绝缘支撑物中，所述电绝缘支撑物的几何形状取决于IMD被设计用于的治疗类型。代替通过导电体将电流从包含脉冲发生器、电子控制器和电源的IMD的外壳传导到固定在目标神经、肌肉或任何其他组织上的电极，已经开发出了使用光来通过光纤将能量从IMD外壳传递到电极的若干应用。在WO2016131492A1中描述了一个示例。光伏电池单元将光能变换为电流，所述电流被直接递送到电极以刺激待治疗的组织。在替代应用中，光还可以用于通过第二馈送光纤将信息从IMD外壳传递到电极。例如，IMD可以一方面包括通过第一馈送光纤接收光以便为光电电路供电的光伏电池单元，另一方面包括传送用于生成要被馈送到电极的刺激波形的数字或模拟信息的第二馈送光纤。在又一替代应用中，可以通过借助于反馈光纤将光信号从组织传递到IMD外壳来执行对生命机能、神经信号或其他生理参数的监测。光信号可以由电压敏感的发光元件产生。发光元件可以耦接到光电电路，所述光电电路由光伏电池单元供电(如上所述)并且对所捕获的信号进行放大、处理并将其转换为合适的发光信号，以馈送到与耦接到光伏电池单元的光纤相同的光纤或不同的光纤中。由一个或多个光纤、光电模块和电极形成的组件(以下称为“光电电极元件”)的设计比使用电引线的传统IMD更为复杂。这是因为必须以尽可能小的体积以完美对准的方式来组装若干部件，以减小光电电极元件的尺寸。实际上，光电电极元件的部件的不良对准增加了所传递的光信号的强度损耗。这对于通过馈送光纤来激励的光伏电池单元而言尤其敏感，因为从光纤到电极的能量传递的低功效限制了IMD的自主性。US20070043404描述了一种IMD，其包括光源、将光能传输至耦接至电极的光伏电池单元的光纤。光伏电池单元是平面的并且是柔性的，使得其可以被包裹在光纤的末端周围。光伏电池单元和光纤的末端设置在保护性外壳中，光纤进入所述保护性外壳中，并且电极尖端从所述保护性外壳中离开。通过小型反射镜结构或棱镜结构、或者通过烧灼或折断光纤末端以便以漫射的方式使光散射而使到达光纤末端的光从光纤的轴线偏转朝向包裹在光纤末端周围的光伏电池单元。光束的偏转是复杂的，并且产生了从光纤到光伏电池单元的能量传递的大量损耗。US20050070987A1描述了一种IMD，其包括通过电引线、经过光致动开关耦接至生成器的若干电极。光致动开关通过相应数量的光纤光学地连接到光源。光通过光纤的传输激活相应的光学开关，从而允许电流从引线通向相应的电极。在替代实施例中，消除了电线，并且用电耦接至相应电极的光伏电池单元来代替光学开关。US20050070987A1仅描述了光电电极元件的布置原理，但是没有给出任何实际的结构细节。由于必须将IMD小型化，因此仅能够使用很小的能量源，从而限制了其自主性。当然，可以使用可再充电电池，但是装入电池会妨碍IMD的受体，并且会在装入电池所需的时间期间阻止他进行任何非静态活动。例如在PCT/EP2016/061722中描述了再充电设备的示例。因此，不能浪费能量，并且光从发射器到接收器的传递必须尽可能节能。IMD的另一个问题是它们的寿命。为了避免必须更换植入的医疗设备，期望IMD的使用寿命尽可能长。IMD失效的主要原因之一是外来污染物通过退化的接头渗入。失效的另一个可能原因是光能从光纤到光伏电池单元的传递减少或中断，这可能是由于光纤相对于光电器件未对准或光纤中(特别是在与光电器件的连接区域附近)的损坏而导致的。本专利技术提出了一种包括具有适用于各种类型的电极的通用设计的光电电极元件的IMD，所述IMD非常紧凑、能够确保长期的结构稳定性并在光纤与电极之间产生高效的能量传递链。在以下章节中更详细地描述了这些和其他优点。
技术实现思路
本专利技术在所附独立权利要求中被限定。优选实施例在从属权利要求中被限定。具体地，本专利技术涉及一种光电电极元件，所述光电电极元件可植入人体或动物体内以放置在生物组织上从而电刺激和/或感测所述生物组织的生理参数，所述光电电极元件包括：(a)电极模块，包括：·电绝缘支撑物，所述电绝缘支撑物用于将所述可植入电极元件耦接到生物组织，其中，所述绝缘支撑物包括电极耦接表面(43s)并部分地嵌入；·至少第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极各自包括电极表面、彼此分离并且在各自的电极表面处暴露于环境大气，使得当所述光电电极元件耦接到生物组织时，所述第一电极表面和所述第二电极表面与所述生物组织电接触，以及·第一耦接表面和第二耦接表面，所述第一耦接表面和所述第二耦接表面分别与所述第一电极和所述第二电极电连通，(b)光电模块，所述光电模块包括光电电路，所述光电电路包括适用于将光能变换为电能和/或将电能变换为光能的一个或多个光电器件，所述光电模块进一步包括与所述光电电路电连通的第一光电模块接触表面和第二光电模块接触表面，(c)光学模块，所述光学模块包括一个或多个光纤，每个光纤具有通过水力直径Dh的截面表征的远端，所述远端与相应的光电器件光学连通，(d)耦接模块，包括：·电路接纳部，所述电路接纳部用于将所述光电模块插入、定位并牢固地固定至所述耦接模块；·一个或多个光纤腔；每一个光纤腔用于插入并耦接相应光纤的远端，使得所述远端的截面与所述相应的光电器件光学连通，并面向所述相应的光电器件准确对准；(e)其中，所述耦接模块直接耦接到所述电绝缘支撑物的固定区域，并且其中，所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面不同并分别与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面电接触。本专利技术的光电电极元件具有坚固和小尺寸的优点。具体地，所述耦接模块的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电电极元件，所述光电电极元件可植入人体或动物体内以放置在生物组织上从而电刺激和/或感测所述生物组织的生理参数，所述光电电极元件包括：/n(a)电极模块(40)，所述电极模块包括：/n·电绝缘支撑物(43)，所述电绝缘支撑物用于将所述可植入电极元件耦接到生物组织，其中，所述绝缘支撑物包括电极耦接表面(43s)并部分地嵌入；/n·至少第一电极和第二电极(41，42)，所述第一电极和所述第二电极各自包括电极表面(41s，42s)、彼此分离并且在各自的电极表面处暴露于环境大气，使得当所述光电电极元件耦接到生物组织时，所述第一电极表面和所述第二电极表面(41s，42s)与所述生物组织电接触，并且/n·第一耦接表面和第二耦接表面(44，45)，所述第一耦接表面和所述第二耦接表面分别与所述第一电极和所述第二电极(41，42)电连通，/n(b)光电模块(20)，所述光电模块包括光电电路，所述光电电路包括适用于将光能变换为电能和/或将电能变换为光能的一个或多个光电器件(21a-21c)，所述光电模块进一步包括与所述光电电路电连通的第一光电模块接触表面和第二光电模块接触表面(24，25)，/n(c)光学模块(30)，所述光学模块包括一个或多个光纤(31a-31c)，每个光纤具有通过水力直径Dh的截面表征的远端，所述远端与相应的光电器件光学连通，/n(d)耦接模块(10)，所述耦接模块包括：/n·电路接纳部(12)，所述电路接纳部用于将所述光电模块(20)插入、定位并牢固地固定至所述耦接模块(10)；/n·一个或多个光纤腔(11a-11c)；每一个光纤腔用于插入并耦接相应光纤的远端，使得所述远端的截面与所述相应的光电器件光学连通，并面向所述相应的光电器件准确对准；/n(e)其中，所述耦接模块(10)直接耦接到所述电绝缘支撑物(43)的固定区域，并且其中，所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面(24，25)与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面(44，45)不同并分别与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面电接触。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电电极元件，所述光电电极元件可植入人体或动物体内以放置在生物组织上从而电刺激和/或感测所述生物组织的生理参数，所述光电电极元件包括：
(a)电极模块(40)，所述电极模块包括：
·电绝缘支撑物(43)，所述电绝缘支撑物用于将所述可植入电极元件耦接到生物组织，其中，所述绝缘支撑物包括电极耦接表面(43s)并部分地嵌入；
·至少第一电极和第二电极(41，42)，所述第一电极和所述第二电极各自包括电极表面(41s，42s)、彼此分离并且在各自的电极表面处暴露于环境大气，使得当所述光电电极元件耦接到生物组织时，所述第一电极表面和所述第二电极表面(41s，42s)与所述生物组织电接触，并且
·第一耦接表面和第二耦接表面(44，45)，所述第一耦接表面和所述第二耦接表面分别与所述第一电极和所述第二电极(41，42)电连通，
(b)光电模块(20)，所述光电模块包括光电电路，所述光电电路包括适用于将光能变换为电能和/或将电能变换为光能的一个或多个光电器件(21a-21c)，所述光电模块进一步包括与所述光电电路电连通的第一光电模块接触表面和第二光电模块接触表面(24，25)，
(c)光学模块(30)，所述光学模块包括一个或多个光纤(31a-31c)，每个光纤具有通过水力直径Dh的截面表征的远端，所述远端与相应的光电器件光学连通，
(d)耦接模块(10)，所述耦接模块包括：
·电路接纳部(12)，所述电路接纳部用于将所述光电模块(20)插入、定位并牢固地固定至所述耦接模块(10)；
·一个或多个光纤腔(11a-11c)；每一个光纤腔用于插入并耦接相应光纤的远端，使得所述远端的截面与所述相应的光电器件光学连通，并面向所述相应的光电器件准确对准；
(e)其中，所述耦接模块(10)直接耦接到所述电绝缘支撑物(43)的固定区域，并且其中，所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面(24，25)与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面(44，45)不同并分别与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面电接触。


2.根据权利要求1所述的光电电极元件，其中，
(a)所述耦接模块的所述一个或多个光纤腔(11a-11c)中的每一个都基本上平行于支撑向量z延伸，并且都被包封在直径为D的垂直于所述支撑向量z的圆内，
(b)所述耦接模块在垂直于所述支撑向量z的平面上的投影具有第一尺寸H的表面，所述第一尺寸不大于直径D的300％、优选地不大于200％、更优选地不大于100％，并且其中所述表面具有垂直于所述第一尺寸的第二尺寸W，所述第二尺寸优选地不大于直径D的300％、优选地不大于200％、更优选地不大于100％，和/或其中
(c)所述第一尺寸H和/或所述第二尺寸W优选地小于5mm、更优选地小于3mm。


3.根据权利要求1或2所述的光电电极元件，其中，所述一个或多个光电器件包括光伏电池单元，所述光伏电池单元的相应光纤是馈送光纤(31a)，并且其中，所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面(24，25)与所述光伏电池单元电连通并且由所述光伏电池单元来馈电。


4.根据前述权利要求中任一项所述的光电电极元件，其中，所述一个或多个光电器件包括发光器件(21c)，所述发光器件的相应光纤是反馈光纤(31c)，所述发光器件具有光学输出，所述光学输出：
(a)可以通过所述电极模块的所述第一电极表面与所述第二电极表面之间的电势差的变化来调制，和/或
(b)表示适合于将光能变换为电能的光电器件的活动。


5.根据权利要求4所述的光电电极元件，其中，所述光电电路可以包括用于放大所述电极模块的所述第一电极与所述第二电极之间的电势差变化的放大链，所述放大链由所述光电模块的光伏电池单元(21a，21b)供电。


6.根据前述权利要求中任一项所述的光电电极元件，其中，通过借助于以下各项中的一项或多项将所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面电桥接而使得所述第一光电模块接触表面和所述第二光电模块接触表面(24，25)分别与所述电极模块的所述第一耦接表面和所述第二耦接表面(44，45)电连通：
·包含导电聚合物或装有导电颗粒的聚合物的导电膏(16c)，
·从导电线或带、印刷电路或迹线中选择的导体(16)，其中，所述导体的第一端接合到所述第一光电模块接触表面或所述第二光电模块接触表面(24，25)，并且第二端接合到相应的第一耦接表面或第二耦接表面(44，45)，其中，接合可以通过电线接合、带式接合、电线或带式激光熔接、焊接中的一种或多种形成，
·所述第一光电模块接触表面或所述第二光电模块接触表面(24，25)与相应的第一耦接表面或第二耦接表面(44，45)的直接接触，以及熔接、铆接、夹紧、卡扣配合、利用插头和插座组件、用导电焊接材料对接触的表面进行焊接、或通过平面之间的简单接触。


7.根据前述权利要求中任一项所述的光电电极元件，其中，整个耦接模块都嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·多古特，玛丽·道特里班德，卡曼·古德弗兰德，
申请(专利权)人：赛纳吉亚医疗公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE