CN101970041A - 电极阵列以及形成电极阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种形成电极阵列的方法，此方法包括：形成包括延伸自脊并且由脊支撑的纵向间隔的多个电极接触的细长梳结构，电连接多条导电路径中的每一条至多个电极接触中相应的一个，靠近接触放置导电路径，在导电路径和接触上放置硅酮，固化硅酮以基本上保持相邻接触之间的纵向间隔，以及从多个电极接触分离脊。

Description

电极阵列以及形成电极阵列的方法
相关申请的交叉引用
本发明要求对特此通过参考而在此纳入的、提交于2007年11月16日的、编号为2007906282的澳大利亚专利申请要求优先权。
技术领域
本发明总体上涉及可植入式电极，并且更加具体地，涉及用于医疗植入物的电极阵列。
背景技术
存在为了各种治疗成效而将电刺激传送至患者或接受者(此处为“接受者”)的各种医疗植入物。例如，正常健康耳朵的耳蜗的听毛细胞将声信号转换为神经冲动。由于耳蜗听毛细胞的缺乏或破坏而深度失聪的人士不能够从常规助听系统中获得合适的疗效。修复听力植入系统被开发出来，以向此类人士提供感知声音的能力。修复听力植入系统绕过耳蜗中的听毛细胞以直接地将电刺激传送至听觉神经纤维，从而允许大脑感知类似于自然听力知觉的听力知觉。
实施于刺激医疗植入物中的电极依据设备和待受刺激的组织而变化。例如，耳蜗按音质分布定位和分隔成各自响应于特定频率范围中的刺激信号的区域。为了顺应耳蜗的这种特性，修复听力植入系统通常包括各自被构建并布置以将适当的刺激信号传送至耳蜗的特定区域的电极阵列。
发明内容
依据本发明的一种实施方式，公开了一种形成电极阵列的方法，此方法包括：形成包括延伸自脊并被脊支撑的纵向间隔的多个电极接触的细长梳结构；电连接多条导电路径至多个电极接触；限制多个接触以基本上保持相邻接触之间的纵向间隔；以及从脊分离电极接触。
依据本发明的另一种实施方式，公开了一种形成电极阵列的方法，此方法包括：形成包括延伸自脊并被脊支撑的纵向间隔的多个电极接触的细长梳结构；电连接多条导电路径中的每一条至多个电极接触中的相应的一个；靠近接触放置导电路径；在导电路径和接触上放置硅酮；固化硅酮以基本上保持相邻接触之间的纵向间隔；以及从多个电极接触分离脊。
附图说明
本发明的方面和实施方式在此参照附图而描述，附图中：
图1A为示例性医疗设备，即具有可使用本发明的实施方式有利地生产的电极载体构件的耳蜗植入物的透视图；
图1B为在其中本发明的电极阵列的实施方式可被有利地实施的耳蜗植入物的可植入部件的侧视图；
图2为在卷曲位置的在图1中示出的电极阵列的实施方式的侧视图；
图3为在耳蜗中就位的图2的电极阵列的示意图；
图4为依据本发明的实施方式的、可在电极阵列的生产中使用的梳的透视图；
图5为图4的梳的一部分的透视放大图。
图6为依据本发明的实施方式的、在图5中示出的梳上的个别的电极接触的侧视图；
图7为具有示出为安置于接触的凹槽中的电路径的图6的电极接触的侧视图；
图8为依据本发明的实施方式的、示出用于将脊从梳移除的切割线的梳的顶视图；
图9为依据本发明的实施方式的、制造图4的梳的方法的流程图；
图10为依据本发明的实施方式的、制造具有图4的梳的电极接触阵列的方法的流程图；
图11示出具有V形缺口的替代电极接触配置；
图12示出梳的第一替代配置；
图13示出梳的第二替代配置；
图14示出梳的另一种替代配置；
图15示出梳的另一种替代配置；以及
图16示出使用独立的两组梳的替代配置。
具体实施方式
本发明的实施方式在此的描述主要关于听力修复物的一种类型，即cochlearTM修复物(通常称为cochlearTM修复设备、cochlearTM植入物、cochlearTM设备以及类似称谓；在此简称为“耳蜗植入物”)。耳蜗植入物通常指传送电刺激到接受者耳蜗的听力修复物。如在此处使用的，耳蜗植入物还包括将电刺激协同其他类型的刺激(例如声刺激或机械刺激)传送的听力修复物。应该明白，本发明的实施方式可以实施于任何耳蜗植入物或者其他目前已知的或将来会开发出的听力修复物，包括听觉大脑刺激器，或者声学地或机械地刺激接受者中耳或内耳的部分的可植入式听力修复物。
图1A为具有依据本发明的实施方式生产的电极载体构件的示例性医疗设备的透视图。具体地，图1A为植入于具有外耳101、中耳105以及内耳107的接受者中的，被称为耳蜗植入物100的常规耳蜗植入物的透视图。以下描述外耳101、中耳105以及内耳107的部分，然后是耳蜗植入物100的描述。
在功能健全的耳朵中，外耳101包括耳廓110和耳道102。声压或声波103由耳廓110收集并且被引导到及通过耳道102。横跨耳道102远端部署的是响应于声波103而振动的鼓膜104。这种振动通过中耳105的包括锤骨108、砧骨109和镫骨111且统称为听小骨106的三块骨耦合到卵圆窗112。中耳105的骨108、109和111用来过滤和放大声波103，造成卵圆窗112接合或者响应于鼓膜104的振动而振动。这种振动建立起耳蜗140内的外淋巴的流体运动波。这样的流体运动反过来激活耳蜗140内部的微小听毛细胞(未示出)。听毛细胞的激活造成适当神经冲动产生，并且通过螺旋神经节细胞(未示出)以及听觉神经114传输至大脑(也未示出)，并在其中神经冲动被感知为声音。
耳蜗植入物100包括直接或间接与接受者身体连接的外部组件142，以及暂时或永久植入接受者的内部组件144。外部组件142通常包括一个或多个声音输入元件，比如用于检测声音的传声器124、声音处理单元126、电源(未示出)以及外部发射器单元128。外部发射器单元128包括外部线圈130以及，优选地，直接或间接地固定到外部线圈130的磁体(未示出)。声音处理单元126处理在描绘的实施方式中由接受者的耳廓110所定位的传声器124的输出。声音处理单元126生成经由线缆(未示出)提供给外部发射器单元128的、有时在此被称为编码数据信号的编码信号。
内部组件144包括内部接收器单元132、刺激器单元120以及也被称为引线的细长电极部件118。内部接收器单元132包括内部线圈136，并且优选地，包括相对于内部线圈而固定的磁体(也未示出)。内部接收器单元132和刺激器单元120密封地封装在生物相容的壳体内，有时被统称为刺激器/接收器单元。正如上文所述，内部线圈从外部线圈130接收电能与刺激数据。细长电极部件118具有连接到刺激器单元120的近端，以及植入于耳蜗140中的远端。电极部件118从刺激器单元120经过乳突骨119延伸至耳蜗140。如下所述，电极部件植入于耳蜗140中。在某些实施方式中，电极部件118可至少在底部区域116，并且有时更远处植入。例如，电极部件118可以延伸向被称为耳蜗顶点134的耳蜗140的顶端。在某些情况下，电极部件118可经由耳蜗开窗122插入耳蜗140。在其他情况下，耳蜗开窗可以通过圆窗121、卵圆窗112、岬123或者通过耳蜗140的顶转147而形成。
电极部件118包括沿其长度部署的、有时在此被称为电极阵列146的、电极148的纵向排列和远端延伸的阵列146。虽然电极阵列146可以部署于电极部件118之上，但在大多数实际应用中，电极阵列146集成入电极部件118中。这样，电极阵列146在此被称为部署在电极部件118中。刺激器单元120生成由电极148应用到耳蜗140的刺激信号，从而刺激听觉神经114。
在耳蜗植入物100中，外部线圈130经由射频(RF)链接将电信号(即，电能与刺激数据)发送到内部线圈136。内部线圈136通常为包括多匝电绝缘的单股或多股铂或金导线的导线天线线圈。内部线圈136的电绝缘由柔性硅酮模塑(未示出)提供。在使用中，可植入式接收器单元132可以布置于邻近接受者的耳廓110的颞骨的凹槽中。
在参考耳蜗植入物描述本发明的各个方面的同时，应该理解，本发明的各个方面同样地可适用于具有比如听觉大脑植入物(ABI)、功能性电刺激(FES)、脊髓刺激(SCS)、穿透性ABI电极(PABI)等等的电刺激电极阵列的其他刺激医疗设备。此外，应该明白，本发明可适用于具有所有种类电极的刺激医疗设备。例如，具有比如直电极、近蜗轴电极以及短/基底电极之类的电极的耳蜗植入物。
在整个此描述中，术语“电极阵列”表示两个或更多的有时在此处被称为电极接触或简称为接触的电极的集合。术语电极阵列还指代或包括在其中布置有电极的载体构件的一部分。应该明白，在文献和现有技术中，常使用术语“电极阵列”以指代电极本身以及电极与在其中布置有电极的载体构件的组合两者。
图1B为常规耳蜗植入物的可植入式组件100的侧视图。内部组件144包括接收器/刺激器10以及电极部件或引线20。引线20包括螺旋区域21、过渡区域22、近端区域23和耳蜗内区域24。近端区域23与耳蜗内区域24形成电极阵列25。电极阵列25，并且特别是电极阵列25的耳蜗内区域24，支持多个电极接触30。这些电极接触30各自连接到相应的导电路径，比如通过引线20连接到接收器/刺激器10的导线(未示出)，每个电极接触30的相应的刺激电信号通过其传播。
图2为在如同当它在患者的耳蜗中就位时那样在卷曲的位置的电极阵列25的侧视图，其中电极接触30位于弯曲的内侧上。图3示出在患者的耳蜗50中就位的图2的电极阵列。在这种示例性应用中，如同可被本领域的技术人员所理解的那样，电极接触30被示出与待刺激组织电接触。
图4为依据本发明的一种实施方式的、可在电极阵列的生产中使用的梳的透视图。如图4中所示，电极接触30形成为在此处称为“梳”的单个零件300。梳300包括延伸自脊31并且由其支撑的电极接触30。在所示示例中，有二十二个电极接触30延伸自细长脊31。在实践中，可以存在任意数量的电极接触，范围从2个到256个电极接触，或者更多个。这可以例如包括3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、10-20个、20-30个、30-50个、50-100个、100-150个、150-200个、200-256个、256-300个电极接触，等等。
如可被本领域的技术人员所理解的那样，电极接触30优选地由铂制成，但是也可以使用任何其他的合适的材料，比如铱、铂/铱合金，或者其他铂或铱合金。
电极接触30还优选地形成为如图5和图6中所示的U形形状。图5为梳300的一部分的透视放大图；图6为梳300上的个别的电极接触30的侧视图。在这个生产阶段，电极30形式为梳300的齿。如图6中所示，齿30具有较大的暴露表面区域。电极阵列25特别地适配以在一个方向弯折与弯曲，导致它非常适合于插入弯曲的体腔，比如耳蜗50。
优选地，梳300的每个齿30的宽度为0.3mm，而它们之间的间隙为0.3mm。基于优选的齿30的数量，这样的梳的总长度为大约13mm。当然，这些尺度可以随特定的设计和应用而按需更改。
图5还示出连接到相应的齿30的导电路径(在该示例中的导线)32。如将在以下更加详细地描述的，连接的方法能够以比如焊接之类的任意合适的方式完成。图7为示出在U形齿30中的一个中支撑的导电导线32集合的梳30的侧视图。一旦导线32被连接到电极接触30，电极接触30就被截断或者从脊31被分离。切割点优选地就在脊31之下从而使接触30具有基本上为矩形的形状，如图8中所示。
梳300的脊31提供双重功能。首先，脊31连接电极接触30从而使接触成一个整体并且因此相对于彼此处于固定位置。其次，脊31提供固定保持点以将梳300固定到焊接夹具(未示出)，从而在随后的处理操作中保持电极接触30。
以下参照图9描述形成梳300的方法。在步骤500，具有例如50um的厚度的铂片被处理(在此示例中被冲压)，以提供如图8中所示的梳300的形状。当然也可以使用其他方法来形成梳300，比如EDM来微机械加工此梳。据设想，在某些应用中，期望更小的接触，而一旦已达到冲压电极的极限，那么它们可以使用激光切断并且在随后使用以上描述的方法形成，或者使用激光切断并且使用激光消融而形成。
还可以使用旋转刀具以将铂片或其他材料切割为具有脊或具有粘贴衬背的电极接触，其中旋转刀片切开第一层并保持脊完整，并且跟随以形成、焊接、模塑等。第二层可被剥离。用于冲压、切割，以及其他加工片材的各种其他技术也在特此通过参考而在此纳入的编号为WO 02/089907的国际专利出版物中描述。
在步骤501中，平面梳通过在齿30中形成U形而形成为如图4和图5中所示的它的3维形状。在步骤502中，清洗成形的梳以为焊接做准备。从单片材料形成多个梳是可能的。例如，可以从500mm长的铂条经由气动压力机准同步地形成大约25个梳。
从形成的梳300形成电极30的方法参照图10描述。在步骤600，将完成的三维梳300放置于准备好将导线32接到梳的焊接夹具(未示出)中。梳300通过沿脊31的长度被保持而被固定，从而提供牢固的保持。
在步骤601中，将导线32焊接到最近电极接触30。在步骤602中，将一定量的(例如一小滴)硅酮置于电极接触30的凹槽中。在步骤603中，将第二导线32焊接到第二近电极接触30。在步骤604中，将来自第二接触的导线铺入第一电极的凹槽中的硅酮液滴中。在步骤605中，将硅酮液滴放置于第二电极接触的凹槽中。在步骤606中，重复步骤601到605直到所有的导线32已连接到它们相应的电极接触30。如同本领域的技术人员所能认识到的那样，放置导线和硅酮的次序在本发明的替代实施方式中可能是不同的。类似地，应该认识到，每条导线，或者全部导线，都可以在单个操作中被安置于电极凹槽中，随后在某些或全部这样的凹槽应用硅酮，或者不应用硅酮。
在连接所有导线之后，在步骤607中将生产管心针(例如，PTFE涂层导线)悬挂于或者安置于导线顶部之上。此管心针随后被移除并形成引线20的腔。在步骤608中，将硅酮置于在生产管心针上的每个接触之上，以形成子组件，并且在步骤609中硅酮在烘炉中固化。在过程中的这个时刻，电极接触30基本上限制在相对的纵向位置从而基本上保持相邻接触之间的纵向间隔。
在步骤610中，将子组件从焊接夹具移除。在步骤611中，脊31通过比如从梳300切割以留下单独的电极接触30而被分离。在替代实施方式中，如图11所示，在齿30中形成V形缺口以便于简单地通过“折断”齿而使齿从脊31分离。或者，可以通过形成具有比如图12中所示的较狭窄部分的齿30的部分，而促进齿30从脊31的分离。这提供替代的“折断”选择。
还可以改变以上某些步骤的次序。例如，将梳形成为3维形状的步骤501可以在将导电导线32焊接入位的步骤之后执行。以其他顺序执行步骤也是被设想到的。还可以将2条或多条导线连接到一个或多个电极。这样可以提供冗余的优点并且可以增加产生的引线20的耐用性。
过程如公知于本领域中的那样继续。特别是，电极阵列的一种模塑方法如编号为6,421,569的美国专利中描述的那样，其公开内容通过参考整体在此并入。
子组件优选地被小心地弯折以匹配弯曲的模塑模具(未示出)的形状。组件随后在接触被更接近于内侧(弯曲的内侧)放置的情况下被放置在弯曲的模塑模具中。模具内的空间以硅酮材料填充。匹配模具盖被置于组件之上并被压下。模具随后被置于烘炉中以固化硅酮。模具在随后打开以允许将产生的电极阵列从模具移除。
上述电极阵列形成适配以连接到可植入式接收器/刺激器10(图1)的引线组件20的远端。接收器/刺激器10通常容纳于金属外壳之内。在一种应用中，接收器/刺激器10具有对应于它的多条信道的馈通端子的阵列。
电极阵列促进非平表面加工的使用。例如，可以在电极接触30的表面提供凹窝状、波纹状、有小点的或者不规则的几何形状。这些不同的表面加工可以通过在冲压和预成形操作中压印图案面而实现。或者，可以通过在模塑之前或之后对阵列的受控喷砂而粗糙化接触区域。还可以使用激光消融经由直写方法或者在电极生产中的几乎任何阶段使用掩膜以实现表面修饰。非平表面区域可具有在不需要更大的电极接触的情况下增加电极接触的有效尺寸的优点。这样使得具有等效表面区域的较小电极接触能够被利用。制造这样的表面加工的各种方法在例如通过参考特此并入的编号4,602,637的美国专利和编号为PCT/US2006/036966(WO2007/050212)的PCT申请中描述。
或者，电极接触可以基本上为平面而不是如上所述的U形。在这种实施方式中，梳300可以被冲压而不是成形。这样的实施方式提供出相对更简单的生产工艺。在替代实施方式中，电极接触30具有不同于矩形的形状，比如方形、圆形、三角形或椭圆形。
而在另一种替代方式中，可以使用本发明的多个方面以提供具有可变间距的电极阵列。这样的结构公开于在此并入参考的编号为7,184,843的美国专利中。例如，梳300可以由具有可变间距，并且远端电极接触比近端的更加彼此接近布置的齿30所构成。也可以利用电极接触间的间隔的其他变化。
而在另一种替代方式中，可以使用变化厚度的梯状片以制造如图13所示的具有脊31的梳300。这具有在保持相对一致的接触厚度的同时增加电极接触30的扭转稳定性的优点。
而在另一种替代方式中，如图14中所示，脊31延伸于电极接触30之间。
在另一种替代实施方式中，可以形成具有如图15中所示的基本上为圆柱形的梳300。在一种这样的实施方式中，电极接触30为圆形并且其两端连接到脊31。在生产这样的结构中，齿30可被卷曲成形，或者，它们可以通过从连续的铂管蚀刻形状而形成。
而在另一种实施方式中，如图16中所示，两个单独的(未连接的)脊31、31’保持两组相应的电极接触30、30’。
而在另一种替代方式中，可以形成两个或多个阵列并将其层叠在一起以形成单个组织刺激电极部件。例如，这样的部件可以形成自具有七个电极的第一叠层、具有八个电极的第二叠层以及具有八个电极的第三叠层，以形成具有23个电极的电极部件。在耳蜗电极阵列的情况中，形成的阵列可以具有22个耳蜗内电极以及一个耳蜗外电极。这样的层叠工艺将会优选地形成22个电极的线性阵列。可以利用其他的层组合以及每层中其他数量的电极，以形成不同长度的阵列。
在以上描述中，导电路径可以由包括导线、导电沉积物、导电轨等在内的任何适当的方式所提供。
形成电极阵列的以上的和其他实施方式以及电极阵列本身能够提供一个或多个相较于常规方法的优点。这样的优点可能包括，而不限于以下这些：它们能够使用简单、低成本的技术生产；它们具有较低的零件数量(对于22个电极接触，零件数量减少了21个)；它们具有较高的生产产出率(至少在焊接中在保持接触之时问题较少)；并且它们允许与接触安置的更大的准确性和一致性。
尽管以上描述了本发明的各种实施方式，应该理解，它们仅通过举例的方式介绍，而没有限定。相关领域中的技术人员将会明晰，可以在不违背本发明的精髓和范围的同时，可以在其中做出形式和细节上的各种改变。因而，本发明的广度与范围不应由任何上述示例实施方式所限制，而应该仅依据以下的权利要求以及它们的同等物而定义。在此处讨论的所有专利和出版物都通过对其参考而整体的纳入。

Claims (19)

1.一种形成电极阵列的方法，包括：
形成包括延伸自脊并且由脊支撑的纵向间隔的多个电极接触的细长梳结构；
电连接多条导电路径至所述多个电极接触；
限制所述多个接触以基本上保持相邻接触之间的纵向间隔；以及
从所述脊切断所述电极接触。
2.依照权利要求1的方法，其中连接所述多条导电路径至所述电极接触包括：
将所述导电路径中的至少一条连接至所述多个电极接触中的每一个。
3.依照权利要求1的方法，其中连接所述多条导电路径至所述多个电极接触包括：
将所述多条导电路径焊接至所述电极接触。
4.依照权利要求1的方法，其中所述多个电极接触中的至少一个具有凹槽，并且其中连接所述多条导电路径至所述多个电极接触包括：
在所述至少一个电极接触的所述凹槽中的固化的硅酮中保持所述导电路径。
5.依照权利要求4的方法，其中在所述至少一个电极接触的所述凹槽中的固化的硅酮中保持所述导电路径包括：
将硅酮液滴置于凹槽中；以及
将导电路径置于所述至少一个电极接触的凹槽中。
6.依照权利要求1的方法，还包括：
将管心针置于连接到所述电极接触的所述导电路径上。
7.依照权利要求5的方法，还包括：
将硅酮置于管心针上并且将所述硅酮固化。
8.依照权利要求1的方法，其中所述多个电极接触沿所述脊等距间隔。
9.依照权利要求1的方法，其中形成细长梳结构包括步骤：
从一片生物相容的且导电的材料形成所述梳。
10.依照权利要求9的方法，另外包括：
将所述电极接触成形为凹槽形状，并且
其中连接多条导电路径至所述电极接触包括：
将多条导电路径连接至所述电极接触的凹槽。
11.依照权利要求9的方法，还包括：
对所述电极接触应用表面加工。
12.依照权利要求11的方法，其中对所述电极接触应用表面加工包括：
在所述电极接触的表面中形成凹窝。
13.依照权利要求11的方法，其中所述表面加工包括在所述电极接触的表面中形成波纹。
14.一种通过权利要求1的方法而形成的医疗植入物。
15.依照权利要求14的医疗植入物，其中所述医疗植入物为耳蜗植入物。
16.一种形成电极阵列的方法，包括：
形成包括延伸自脊并且由脊支撑的纵向间隔的多个电极接触的细长梳结构；
电连接多条导电路径中的每一条至所述多个电极接触中相应的一个；
靠近所述接触放置所述导电路径；
在所述导电路径和接触上放置硅酮；
固化所述硅酮以基本上保持相邻接触之间的纵向间隔；以及
从所述多个电极接触切断所述脊。
17.依照权利要求16的方法，还包括：
将所述电极接触成形为凹槽形状，并且
其中电连接多条导电路径至所述电极接触包括：
在所述电极接触的凹槽中将多条导电路径连接至所述电极接触。
18.一种通过权利要求16的方法而形成的医疗植入物。
19.依照权利要求18的医疗植入物，其中所述医疗植入物为耳蜗植入物。
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