分離型腦起搏器的制作方法

本發明涉及醫療器械技術領域，尤其涉及一種分離型腦起搏器。

背景技術：

人體的運動靠肌肉的收縮和舒張完成，肌肉的收縮和舒張靠接受大腦中樞的電信號來實現，指揮和協調肌體運動有兩個中樞，即錐體系和錐體外系，這兩個中樞分別發放特定頻率和幅度的電信號指令，通過下行神經纖維到達靶點，指揮和協調肌肉的收縮和舒張，保持正常狀態的肌力和肌張力。如果上述兩個中樞在致病因素的作用下反應性過度興奮，就會發放過強的異常電信號，靶點肌肉接受了這樣的過強電信號，執行指令，肌肉過度收縮，肌張力增高，人體就出現病理狀態。如果錐體系發放這種異常電信號，肌肉就會過度收縮出現抽搐，這就是癲癇發病的病理基礎。如果錐體外系發放這種異常電信號就會出現肌張力增高或平衡失調，這就是帕金森、肌張力障礙、共濟失調、舞蹈病等疾病的病理基礎。

在醫療行業，針對于帕金森等神經系統疾病可以采用中樞型腦起搏器(DBS)等醫療設備進行治療，中樞型腦起搏器從物理學角度考慮利用電脈沖局部刺激腦深部的特定神經組織治療神經系統疾病取得了一定的臨床效果。DBS由內電極、導線和脈沖發生儀三部分構成。內電極通過開顱植入顱內神經組織特定部位，脈沖發生儀植入胸大肌下，導線則植入皮下以連接脈沖發生儀和內電極。它的主要工作原理是脈沖發生儀發放脈沖電信號通過導線傳至內電極對特定腦神經進行脈沖電刺激，從而達到治療疾病的目的。

DBS的主要不足是：1、手術風險大：DBS脈沖發生儀、導線和內電極是連在一起的，都需要植入體內，開顱風險大。2、價格貴：植入體內材料要求高、價格貴，手術大，醫療費用高。3、治療作用：治療病種有限。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種價格低廉、使用方便、安全副作用小并且治療范圍廣的分離型腦起搏器。

為了實現上述目的，本發明提出了一種分離型腦起搏器，包括至少一對用于鑲嵌在顱骨上的內電極，所述內電極是由鈦合金層包裹釹鐵硼磁性材料構成，其中用于鑲嵌在頭顱左顳側顱骨上的第一內電極與可拆卸的設置在頭顱左顳側頭皮上的第一外電極可經頭皮形成電連接，用于鑲嵌在頭顱右顳側顱骨上的第二內電極與可拆卸的設置在頭顱右顳側頭皮上的第二外電極可經頭皮形成電連接，所述第一外電極和第二外電極分別經導線連接至脈沖發生儀的正負極。

優選的是，所述內電極呈紐扣電池狀，其直徑為10~12mm，厚度為3~7mm，所述鈦合金層的厚度為0.03~0.05mm。

優選的是，所述分離型腦起搏器包括兩對至五對內電極，除所述第一內電極和第二內電極外，所述分離型腦起搏器還包括用于左右對稱的鑲嵌在顱骨頂葉和/或枕葉的內電極。

優選的是，所述第一外電極和第二外電極采用銀電極。

本發明的該方案的有益效果在于上述分離型腦起搏器手術不開顱，簡單安全，副作用小，價格低廉，使用方便，療效效果好，治療范圍廣，其利用磁場和電場的物理作用來改變大腦神經纖維的異常電活動，從而治療由此引起的一系列神經系統疾病。

附圖說明

圖1示出了本發明所涉及的內電極鑲嵌在顱骨上的結構示意圖。

圖2示出了本發明所涉及的分離型腦起搏器的結構以及使用狀態的示意圖。

圖3示出了本發明所涉及的分離型腦起搏器的治療機理示意圖。

附圖標記：1-脈沖發生儀，2-第一外電極，3-第一內電極，4-第二內電極，5-第二外電極，6-導線，7-神經纖維，8-第三內電極，9-第四內電極。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

如圖1所示，本發明所涉及的分離型腦起搏器(Transcranial magnetic electric stimulation，TMES)包括至少一對內電極，所述內電極是由鈦合金層包裹釹鐵硼磁性材料構成，這種內電極既有磁場的作用又有導電的作用，所以又稱之為磁場內電極，在本實施例中，所述內電極呈紐扣電池狀，其直徑為10~12mm，厚度為3~7mm，所述鈦合金層的厚度為0.03~0.05mm。在具體治療時，可以根據病人的頭部大小來確定所述內電極的數量，通常來講可以采用一對至五對內電極，內電極需要通過微創手術分別鑲嵌在患者的顱骨上，其中一對內電極需要鑲嵌在頭顱左右顳側的顱骨上，將該對內電極記做第一內電極3和第二內電極4；當所述分離型腦起搏器包括兩對至五對內電極時，除所述第一內電極3和第二內電極4外，所述分離型腦起搏器還包括用于左右對稱的鑲嵌在顱骨頂葉和/或枕葉的內電極。在本實施例中，假設采用兩對內電極，包括第一內電極3、第二內電極4、第三內電極8以及第四內電極9，所述第三內電極8和第四內電極9根據需要左右對稱的鑲嵌在患者顱骨的頂葉。

如圖2所示，所述分離型腦起搏器還包括一對外電極（記做第一外電極2和第二外電極5）和脈沖發生儀1，在本實施例中，所述第一外電極2和第二外電極5采用銀電極，所述一對外電極可拆卸的設置在頭顱左右顳側頭皮上（例如采用頭套的方式），為了增加舒適度，可以在外電極與頭皮接觸處設置導電海綿。所述第一內電極3和第二內電極4可以分別經頭皮與第一外電極2和第二外電極5形成電連接，所述第一外電極2和第二外電極5分別經導線6連接至所述脈沖發生儀1的正負極，所述脈沖發生儀1可采用由威海國安醫院安博電子有限公司研發生產的型號為GY-V的脈沖發生儀。

在治療疾病時，可以只利用鑲嵌在顱骨內的內電極進行治療，其通過所述內電極產生的靜磁場來對神經纖維的傳導產生影響，進而糾正大腦異常電活動，消除慢波，降低細胞興奮性，如圖3所示，其具體治療機理如下：神經纖維7內的載流子在沒有磁場的情況下做直線運動，當嵌入內電極施加磁場后，載流子進入磁場受到洛侖茲力的作用而發生軌跡偏移，并在神經纖維兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在神經纖維兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。霍爾電磁效應改變了神經纖維7的傳導過程，使過度興奮的異常電流傳導受到抑制。另一方面磁場可以使大腦神經系統發生一系列生化改變，主要是多巴胺抑制遞質增加，乙酰膽堿興奮性遞質減少，抑制了細胞興奮性。但是只利用鑲嵌在顱骨內的內電極進行治療這樣的治療效果相對較弱。

本發明所涉及的分離型腦起搏器在治療疾病時，是將所述第一外電極2和第二外電極5分別固定在頭顱左右顳側頭皮上，之后使所述脈沖發生儀1發放脈沖電流，該脈沖電流經導線6傳輸至第一外電極2，通過頭皮的導電作用使所述第一外電極2與第一內電極3連通，此時便將脈沖電流導入至顱內，該脈沖電流經大腦后由所述第二內電極4導出，之后經頭皮、第二外電極5以及導線6流向所述脈沖發生儀1的負極。

當第一內電極3和第二內電極4有脈沖電流通過時，便產生了脈沖磁場，脈沖磁場的穿透半徑更大，磁場作用力更強，這便使得在所述第三內電極8和第四內電極9產生靜磁場的同時，所述第一內電極3和第二內電極4產生脈沖磁場，以加大對患者頭部施加的磁場強度，增加治療的力度。

正常情況下人的大腦組織由顱骨包繞，顱骨的電阻阻值較大，外加電流不易進入顱內，所以DBS需打通顱骨將內電極置于腦組織內，而TMES在植入內電極時已將阻值最大的顱骨皮質去掉，阻值大大減小。通過對1212例術前術后病人顱骨阻值測定，術后顱骨阻值比術前平均減少了68%，這樣脈沖電流就能順利通過顱骨進入顱內，實現對腦神經組織的電刺激，這種刺激不同于DBS的僅局部點刺激，而是一個全面腦刺激，臨床效果更好。當不使用本發明所涉及的分離型腦起搏器時，將所述第一外電極2和第二外電極5取下，與所述內電極分離即可。

本發明所涉及的分離型腦起搏器治療機理如下：

（1）磁場作用：

當使用本發明所涉及的分離型腦起搏器后，所述第三內電極8和第四內電極9產生靜磁場的同時，所述第一內電極3和第二內電極4有脈沖電流通過產生脈沖磁場，這樣對患者顱骨施加磁場后，便會發生霍爾電磁效應，如圖3所示，神經纖維7內的載流子在沒有磁場的情況下做直線運動，當施加磁場后，載流子進入磁場受到洛侖茲力的作用而發生軌跡偏移，并在神經纖維兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在神經纖維兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。霍爾電磁效應改變了神經纖維7的傳導過程，使過度興奮的異常電流傳導受到抑制。另一方面磁場可以使大腦神經系統發生一系列生化改變，主要是多巴胺抑制遞質增加，乙酰膽堿興奮性遞質減少，抑制了細胞興奮性。這就是TMES應用磁場治療疾病的理論依據。

（2）電場作用：TMES的兩個外電極分別作用于患者的左右兩顳側，脈沖發生儀1發放等于或大于正常腦電頻率的閾上刺激，落在慢波復極化相對不應期上腦電頻率增加，異常慢波減少或消除，細胞興奮性下降。另一方面電刺激使多巴胺等抑制性遞質合成增加，乙酰膽堿興奮性遞質作用減弱，導致后突觸膜電位過程抑制，細胞興奮性下降。同時脈沖電流穿越靜磁場時產生了脈沖磁場，增加了瞬間的磁場強度，強化了磁場的作用。電場和磁場的共同作用療效更加突出。

與中樞型腦起搏器(DBS)相比，本發明所涉及的分離型腦起搏器主要有以下優點：

（1）內電極植入顱骨——無需開顱，手術簡單，副作用小；

（2）脈沖發生儀以及導線均在體外——采用普通材料即可，價格低廉；

（3）體外充電——使用方便，無需再次手術更換電池；

（4）磁場作用——霍爾效應抑制腦電新理念；

（5）電場作用——全腦電刺激，作用范圍廣；

（6）磁場電場共同作用——功能倍增，療效更好；

（7）電場磁場可聯通可分離——構思新穎，結構科學。

本發明所涉及的分離型腦起搏器基于神經纖維傳導存在霍爾電磁效應而設計，這種效應能糾正大腦異常電活動，消除慢波，降低細胞興奮性，所述分離型腦起搏器能夠治療癲癇、帕金森、腦卒中偏癱、肌張力障礙(梅杰綜合征、痙攣性斜頸、扭轉痙攣)、共濟失調、舞蹈病、抽動穢語綜合征、腦癱、腦萎縮、特發性震顫等疾病。

本發明所涉及的分離型腦起搏器多年來的治療效果總結如下：

（1）癲癇病：自2007年1月至2010年1月診治的癲癇病患者1085例，所有病例符合國際抗癲癇聯盟分類和術語委員會2001版診斷標準，男689例，女396例，年齡5個月~83歲，平均23.4歲，病程10天~30年，平均10.9年。強直陣攣性發作690例，單純部分性發作79例，部分性發作繼發全面性發作83例，復雜部分性發作233例。其中原發性癲癇669例，繼發性癲癇416例。所有患者治療前后做標準16導聯腦電地形圖檢查，隨診6個月~10年結果如下：發作停止749例(69.03%)，顯效205例（18.89%)，有效106例(9.77%)，無效25例(2.31%)。

腦電圖變化：治療前檢查腦電圖地形圖，重度異常158例，中度異常179例，輕度異常400例，正常348例，治療后30分鐘復查腦電圖，重度異常11例，下降93.04%，中度異常61例，下降65.92%，輕度異常165例，下降58.75%，正常未改變。

（2）帕金森病：自2010年1月至2016年5月診治的帕金森病患者698例，所有病例符合英國腦庫PD診斷標準，男387例，女311例，年齡35~85歲，平均67歲，病程8年， 隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失79例(11.32%)，癥狀大部消失193例(27.65%)，癥狀部分消失292例(41.83%)，癥狀無改變134例(19.20%)。

（3）特發性震顫：自2010年1月至2016年5月診治的特發性震顫患者115例，男66例，女49例，年齡20~75歲，平均67.1歲，病程7.8年，隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失7例(6.09%)，癥狀大部消失24例(20.87%)，癥狀部分消失64例(55.65%)，癥狀無改變20例(17.39%)。

（4）腦卒中：自2010年1月至2016年5月診治的腦卒中患者1101例，所有病例經CT或MRI診斷為腦卒中，其中出血性腦卒中369例，缺血性腦卒中732例，男598例，女503例，年齡33~82歲，平均56.7歲，病程4.2年，隨訪6個月~7年。根據英國醫學研究委員會的分級標準劃分為0~5級，治療前后同側肌力改變結果如下：肌力提高5級5例(0.45%)，肌力提高4級12例(1.09%)，肌力提高3級37例(3.36%)，肌力提高2級370例(33.61%)，肌力提高1級535例(48.59%)，肌力提高0級142例(12.90%)。

（5）肌張力障礙：自2010年1月至2016年5月診治的肌張力障礙患者311例，所有病例符合《神經病學》(2006年第1版)診斷標準，其中梅杰綜合征146例，痙攣性斜頸91例，扭轉痙攣74例。

（a）梅杰綜合征146例，男52例，女94例，年齡19~74歲，平均55.3歲，病程4.7年，治療后隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失22例(15.07%)，癥狀大部消失75例(51.36%)，癥狀部分消失33例(22.60%)，癥狀無改變16例(10.96%)。

（b）痙攣性斜頸91例，男47例，女44例，年齡11~71歲，平均41.5歲，病程4.9年，治療后隨訪6 個月~7年。治療后癥狀消失19例(20.88%)，癥狀大部消失47例(51.65%)，癥狀部分消失16例(17.58%)，癥狀無改變9例(9.89%)。

（c）扭轉痙攣74例，男46例，女28例，年齡11~65歲，平均32.4歲，病程4.2年，治療后隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失12例(16.21%)，癥狀大部消失34例(45.95%)，癥狀部分消失16例(21.62%)，癥狀無改變14例(18.92%)。

（6）共濟失調：自2010年1月至2016年5月診治共濟失調患者292例，男173例，女119例，年齡4~72歲，平均46.2歲，病程6.4年，隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失3例(1.02%)，癥狀大部消失34例(11.64%)，癥狀部分消失87例(29.79%)，癥狀無改變168例(57.55%)。

（7）舞蹈病：自2010年1月至2016年5月診治的舞蹈病患者67例，男35例，女32例，年齡21~72歲，平均43.6歲，病程3.7年，治療后隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失2例(2.99%)，癥狀大部消失32例(47.76%),癥狀部分消失21例(31.34%)，癥狀無改變12例(17.91%)。

（8）抽動穢語綜合征：自2010年1月至2016年5月診治的抽動穢語綜合征患者39例，所有病例符合《國際疾病和分類》第10版(ICD-10)診斷標準，男33例，女6例，年齡8~56歲，平均22.4歲，病程7.5年，治療后隨訪6個月~7年。治療后癥狀消失6例(15.4%)，癥狀大部消失22例(56.4%)，癥狀部分消失7例(17.9%)，癥狀無改變4例(10.2%)。