一种无线无电池脑神经刺激器及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种无线无电池脑神经刺激器及制备方法，利用手机扬声器可以驱动神经刺激器，经过设计的谐振器可以有效地放大压电信号。脑神经刺激器包括两部分：一个具有可植入神经刺激电极的底座和一个通过磁耦合连接的谐振腔器件。脑神经刺激器的设计方案为抑制癫痫提供了一种通用的方法。脑神经刺激器可以扩展到目标脑深层或表面区域和周围神经系统。刺激模式可由音频无线传输和控制。我们通过自由活动小鼠的脑电图记录证明，无线神经刺激器可以有效缓解体内癫痫小鼠的癫痫发作事件。以有效缓解体内癫痫小鼠的癫痫发作事件。以有效缓解体内癫痫小鼠的癫痫发作事件。

【技术实现步骤摘要】
一种无线无电池脑神经刺激器及制备方法


[0001]本专利技术涉及脑神经刺激
，特别地涉及一种无线无电池脑神经刺激器及制备方法。

技术介绍

[0002]癫痫是一种常见的破坏性神经系统疾病，影响全球超过7000万人。癫痫的治疗策略分为三大类：药物治疗、癫痫手术和替代治疗策略(例如神经刺激)。作为前瞻性的手段，体内神经刺激是治疗神经精神疾病的一种新的临床治疗方法，尤其适用于耐药患者。其中，30％～40％的癫痫患者存在耐药性，研究发现电刺激大脑海马齿状回区(Dentate gyrus region of the hippocampus，DGH)可以抑制癫痫发作，挽救生命。
[0003]目前，神经刺激技术很难满足随时随地治疗癫痫的要求。医院的大型神经刺激仪器的治疗可能会错过及时宝贵的治疗机会，因为癫痫发作通常是不可预测的。现有便携式神经刺激装置是将一根特殊的电线或导线永久植入大脑的特定区域，导线将电池中的电流/电压发送到大脑特定区域，以响应与癫痫发作相关脑电信号节律性、频率或幅度的变化，减轻癫痫疾病症状。但是，这类植入设备的并发症和故障可能由导线断裂/设备故障/电池断开/移位引起，并可能导致各种不良症状。同时，虽然新型的癫痫治疗仪(CN216091870U)和癫痫治疗帽(CN2315950Y)可实现有效的治疗，但是其自身通用性较差，体积庞大，操作复杂，使用起来很不方便。难以提高患者治疗的依从性，影响患者正常的日常生活。另一种基于无线电技术的神经电刺激系统也被用于癫痫治疗(CN109646796A)。然而，对于无线电系统所产生的磁场可能会对正常组织/皮肤吸收和神经系统疾病产生不必要的其他额外潜在风险。
[0004]在这里，我们专利技术了一种用于脑神经刺激的手机铃声激活脑神经刺激器。已经证明了通过海马齿状回区域(DGH)的神经刺激可以对小鼠进行有效癫痫抑制。脑神经刺激器实现了无需复杂的能量管理和数据处理设备即可将手机铃声声能转换为神经刺激信号。我们的工作具有方便操作、低成本和长期工作的神经刺激可以促进神经精神疾病便携式临床治疗的发展。所以，我们专利技术了一种新型的无线无电池脑神经刺激器用于耐药性神经系统疾病(癫痫)治疗。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种新型便携式神经刺激装置(无线无电池微创脑神经刺激器)。无线无电池微创脑神经刺激器可将手机音频无线转换成神经刺激信号用于抑制癫痫；具有可连接/可拆卸谐振腔器件的脑神经刺激器可以有效收集压电能量以执行神经刺激；无源的脑神经刺激器完全不需要外部电池的供电，这种无线无电池脑神经刺激器就省去了频繁更换电池的繁琐以及有线连接的局限性。
[0006]无线无电池脑神经刺激器依次包括谐振腔器件和底座；所述谐振腔器件包括谐振腔上部、压电片、信号调制电路、谐振腔下部、第一磁柱；所述底座包括柔性框架、第二磁柱、
电刺激电极；谐振腔上部，用于汇聚声能；压电片用于转换声能为电能；信号调制电路，用于将电能转换为神经刺激信号；谐振腔下部，用于放置电路；第一磁柱与第二磁柱配合，用于实现谐振腔器件与底座的电和物理连接；柔性框架，具有生物相容性可以穿戴在头部；电刺激电极，植入在特定脑区以执行神经刺激。
[0007]优选地，无线无电池脑神经刺激器通过手机音频进行无线供电，无需外部的电源或者电池，产生的电信号用于抑制癫痫。
[0008]优选地，谐振腔器件和底座通过磁铁相互连接。
[0009]优选地，信号调制电路将手机声能经压电片转换的电能处理成为相应的神经刺激信号，用以实现癫痫抑制。
[0010]优选地，谐振腔上部、压电片、信号调制电路、谐振腔下部集成在一起，具有柔性的生物相容性聚二甲基硅氧烷(PDMS)外壳和环氧树脂内壳。
[0011]优选地，压电片包括锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)薄膜，与信号调制电路连接，能够被声能驱动。
[0012]本申请还涉及一种无线无电池脑神经刺激器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1、谐振腔器件的柔性外壳由聚二甲基硅氧烷柔性材料在相应的模具中制造完成；谐振腔的内壳采用环氧树脂硬胶材料，覆盖柔性外壳的内部；
[0014]步骤2、压电片和信号调制电路放置在谐振腔中；压电片由带有Ag/Cu电极的薄PZT薄膜制成；
[0015]步骤3、采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装的柔性信号调制电路的输入端(Vin)连接到压电片，输出端(Vo)连接到谐振腔底部的圆柱形磁体；
[0016]步骤4、谐振腔的上部和下部用粘合剂连接；
[0017]步骤5、底座包括柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)框架和微米级电刺激电极；柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)框架在模具中制造完成；刺激电极由硅管中的两根聚四氟乙烯绝缘钨线制成；
[0018]步骤6、柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)框架和微米级电刺激电极被连接到柔性底座上的圆柱形磁铁。
[0019]优选地，柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)框架的模具由3D打印制造。
[0020]优选地，硅管直径为160～200μm。
[0021]优选地，聚四氟乙烯绝缘钨线直径为60～80μm。
[0022]本专利技术提供的一种无线无电池脑神经刺激器及制备方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0023](1)我们将无线神经刺激器与体内电生理学相结合，以证明治疗效果。
[0024](2)基于压电效应的脑神经刺激器可以通过手机播放铃声作为能源和选定的神经电刺激模式进行无线操作。
[0025](3)手机铃声可直接转化为神经电刺激信号，送入特定脑区参与神经活动进行治疗。
[0026](4)在有无神经刺激的情况下，对比癫痫发作时的脑电信号和相应的时间频谱分析，证明声学驱动的脑神经刺激器可以有效地抑制癫痫发作。
[0027](5)注射海盐藻酸溶液后，在没有提供神经刺激时，从高功率脑电信号图中观察到
发作间期大振幅尖峰活动。这些结果表明，海盐藻酸溶液递送后可以有效地诱导癫痫，脑电信号可以明显记录癫痫发作时大脑异常的放电活动。
[0028](6)与没有神经刺激的脑电信号波形和功率谱相比，随着功率降低，观察到的强发作期尖峰较少。这些结果表明声学驱动的脑神经刺激器可以有效地抑制癫痫发作。
附图说明
[0029]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0030]图1显示了本专利技术具有柔性生物相容性封装的脑神经刺激器示意图；
[0031]图2显示了本专利技术谐振腔器件和底座连接示意图；
[0032]图3是信号调制电路的原理图与实物细节展示；
[0033]图4是声能信号转换为压电信号进而转化为神经刺激信号的示意图；
[0034]图5是没有神经刺激的情况下，癫痫发作时脑电信号和相应的时间频谱分析；
[0035]图6是有脑神经刺激器进行神经刺激的情况下，癫痫发作时的脑电信号和相应的时间频谱分析。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，所述脑神经刺激器依次包括谐振腔器件和底座；所述谐振腔器件包括谐振腔上部、压电片、信号调制电路、谐振腔下部、第一磁柱；所述底座包括柔性框架、第二磁柱、电刺激电极；谐振腔上部用于汇聚声能；压电片用于转换声能为电能；信号调制电路用于将电能转换为神经刺激信号；谐振腔下部用于放置电路；第一磁柱与第二磁柱配合，用于实现谐振腔器件与底座的电和物理连接；柔性框架具有生物相容性可以穿戴在头部；电刺激电极植入在特定脑区以执行神经刺激。2.根据权利要求1所述的无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，所述的无线无电池脑神经刺激器通过手机音频进行无线供电，无需外部的电源或者电池，产生的神经刺激信号用于抑制癫痫。3.根据权利要求1所述的无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，谐振腔器件和底座通过磁铁相互连接。4.根据权利要求3所述的无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，信号调制电路将手机声能信号经压电片转换的电信号处理成为相应的神经刺激信号，用以实现癫痫抑制。5.根据权利要求3所述无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，谐振腔上部、压电片、信号调制电路、谐振腔下部集成在一起，形成谐振腔器件，其中谐振腔器件具有柔性的生物相容性聚二甲基硅氧烷(PDMS)外壳和环氧树脂内壳。6.根据权利要求1所述的无线无电池脑神经刺激器，其特征在于，压电片包括锆钛酸铅压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：关宏野，薛欣宇，詹阳，邢丽丽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：