一种声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极。


背景技术：

2.人工耳蜗通过植入耳蜗内的多通道电极直接刺激听神经元以达到帮助患者恢复听力的目的。当把电刺激转变为光刺激，就运用到了光遗传技术，通过在耳蜗听神经元上表达光敏蛋白，配合植入耳蜗内的多通道光电极给予光刺激同样可以达到恢复听力的目的。除了光敏蛋白之外，还存在机械敏感性蛋白，可被特定的强度和波段的超声波激活，具体参见文献：[1]王天歌.声遗传技术的研究进展[j].化学与生物工程,2020,37(9):9-12.[2]洪非凡，李月舟.超声遗传学技术中的机械敏感性离子通道[j].浙江大学学报(医学版),2019,48(1):34—38.。超声波是一种在医学领域得到普遍认可的物理媒介，例如文献[1]公开的用于医学成像和诊断的低强度超声波以及用于击碎结石和肿瘤组织等的高强度超声波，超声波的能量和操纵的精确性已经在多个领域得到证实。机械敏感性蛋白可通过注射、微管递送或载药微球递送等方法在目标听神经元细胞上实现表达。
[0003]
传统人工耳蜗电刺激精确度不够高，光刺激穿透性较低，且发光元件使用寿命短是一大瓶颈。声遗传具有精准调控性、高安全性等优势，有望弥补现有技术的缺陷。
[0004]
因此，有必要提供一种声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极，能够精准调控刺激信号和响应神经细胞，且安全性高、寿命长。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极，能够精准调控刺激信号和响应神经细胞，且安全性高，寿命长。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了一种声遗传人工耳蜗刺激电极，包括电极载体和封装在所述电极载体内不同位置处的多个超声发射器，所述电极载体具有与超声刺激装置相连的连接件，每个所述超声发射器通过所述连接件与所述超声刺激装置信号连接且在所述超声刺激装置的控制下用于向外发射超声波。
[0007]
优选地，所述电极载体内还封装有至少一个超声接收器，所述超声接收器用于采集耳蜗内反射回来的超声信号，并将所述超声信号反馈至所述超声刺激装置。
[0008]
优选地，所述超声刺激装置具有信号处理单元，所述信号处理单元用于：根据所述超声接收器反馈的超声信号对所述超声发射器所发射的超声波参数进行调整。
[0009]
优选地，所有所述超声发射器和所有所述超声接收器一一对应形成多组，每组中的所述超声发射器和所述超声接收器处于电极载体的长度方向的同一位置，且多组沿着所述电极载体的长度方向等间隔排列成一列或多列。
[0010]
优选地，所述电极载体为由弹性材料制成的实心弹性体，所述超声发射器和所述超声接收器嵌入所述电极载体中。
[0011]
优选地，所述连接件为电导线或无线接收线圈。
[0012]
优选地，所述超声发射器的数量与所述超声接收器的数量均为8-32。
[0013]
优选地，所述超声发射器为压电陶瓷件或磁致伸缩件。
[0014]
为实现上述目的，本发明还提供了一种声遗传人工耳蜗植入系统，包括超声刺激装置及上述的刺激电极，所述超声刺激装置和所述刺激电极信号连接；所述超声刺激装置用于采集外界声音信号并将其转换为电刺激信息，以控制所述超声发射器向外发射超声波，所述超声波用于激活其对应的听神经元。
[0015]
优选地，所述超声刺激装置包括：声音信号采集单元和信号处理单元，所述声音信号采集单元用于采集外界声音，所述声音信号采集单元和所述信号处理单元信号连接，所述信号处理单元和所述超声发射器信号连接，所述信号处理单元用于将声音信号转换为所述电刺激信号。
[0016]
优选地，所述超声刺激装置控制每个所述超声发射器发射不同频率的超声波。
[0017]
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极，该刺激电极由多个超声发射器形成“声电极”，通过侵入式手术将声遗传人工耳蜗的声电极植入到耳蜗内，本发明采用药械结合方式，通过药物注射或载药微球递送等方式将机械敏感性蛋白输送到耳蜗内，在耳蜗内听神经元上表达机械敏感性蛋白，耳蜗内不同位置的超声发射器激活不同位置的机械敏感性蛋白以激活其对应表达的听神经元，从而修复患者听力；进一步，其在电极载体中设置超声接收器，而超声接收器用于对耳蜗内刺激点返回的超声信号进行接收并反馈给超声发射装置，从而对刺激信号进行反馈调参，形成闭环控制，更优化刺激信号的质量。相比传统人工耳蜗，本发明提供的声遗传人工耳蜗植入系统通过药械结合的方法将外界声音信息转换为超声信息传递给听神经，可以实现对传递信号和响应神经细胞的精准操控，修复听力受损，增强了患者听到的声音的质量，在刺激精度和穿透性方面都有显著提升，而且使用寿命更长。可用于治疗儿童先天性的重度神经性耳聋，或者是成年人的语后聋。
附图说明
[0018]
图1为本发明实施例中声遗传人工耳蜗刺激电极植入到耳蜗内部后的使用状态示意图；
[0019]
图2为本发明实施例中声遗传人工耳蜗刺激电极的结构示意图；
[0020]
图3为本发明实施例中声遗传人工耳蜗植入系统的原理框图；
[0021]
图4为本发明实施例中植入到耳蜗内部的超声发射装置发射不同频率超声的叠加示意图。
[0022]
图中：
[0023]
1-耳蜗，2-植入系统，3-超声刺激装置，11-叠加位置，21-刺激电极，22-声音信号采集单元，23-信号处理单元，210-电极载体，211-超声发射器，212-超声接收器，2111-第一超声波，2112-第二超声波。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0025]
图1为本发明实施例中声遗传人工耳蜗刺激电极植入到耳蜗内部后的使用状态示意图；图2为本发明实施例中声遗传人工耳蜗刺激电极的结构示意图。
[0026]
请参见图1和图2，本实施例提供的声遗传人工耳蜗刺激电极2，包括电极载体210和封装在电极载体210内不同位置处的多个超声发射器211，电极载体210具有与超声刺激装置3相连的连接件(图未示)，每个超声发射器211通过所述连接件与超声刺激装置3信号连接且在超声刺激装置3的控制下用于向外发射超声波，激活机械敏感性蛋白从而激活听神经元；进一步地，电极载体210内还封装有至少一个超声接收器212，超声接收器212用于采集耳蜗内反射回来的超声信号，并将所述超声信号反馈至超声刺激装置3，超声刺激装置3具有信号处理单元23，信号处理单元23根据超声接收器212反馈的超声信号对超声发射器211所发射的超声波参数进行调整，形成闭环控制。
[0027]
电极载体210为由弹性材料制成的实心弹性体，如电极载体210为硅胶体，兼具一定的弹性和韧性，植入时可以弯转成与耳蜗1匹配的形状。多个超声发射器211和至少一个个超声接收器212嵌入电极载体210中，较佳地，超声发射器211的数量与超声接收器212的数量相同，位置一一对应，所有超声发射器211和所有超声接收器212一一对应形成多组，每组中的超声发射器211和超声接收器212处于电极载体210的长度方向的同一位置，且多组沿着电极载体210的长度方向等间隔排列成一列或多列。优选地，超声发射器211的数量与超声接收器212的数量均为8-32。多个超声发射器211可发射不同频率的超声，不同频率的超声波叠加后产生预定的刺激信号以激活听神经元。超声发射器和所有超声接收器均为常用的超声器件，可以为压电陶瓷件或磁致伸缩件。
[0028]
图3为本发明实施例中声遗传人工耳蜗植入系统的原理框图，图4为本发明实施例中植入到耳蜗内部的声遗传人工耳蜗刺激电极发射不同频率超声的叠加示意图。
[0029]
请参见图3和图4，机械敏感性蛋白可通过药物注射或载药微球递送等方式输送到耳蜗1内，在耳蜗1内听神经元上表达机械敏感性蛋白；不同的超声发射器211可发射不同频率的超声波，不同频率的超声波进行叠加，如图4所示，第一超声波2111和第二超声波2112在耳蜗1的特定位置处叠加，从而激活该叠加位置11处的机械敏感性蛋白以激活其表达的听神经元。类似的，耳蜗1内不同位置听神经元上的机械敏感性蛋白应对不同频率的超声有最佳响应，由此通过植入系统2的刺激电极21的不同通道的超声发射器211发射的超声波进行叠加以产生特定刺激信号激活特定听神经元，从而恢复患者的听力。因而，只要输送的机械敏感性蛋白对超声响应频率有选择性，而且刺激电极21的超声发射器211和超声接收器212能够植入到适宜的位置且稳定工作，就能实现刺激信号的精准传输。
[0030]
综上，耳蜗1内递送药物以使不同位置的听神经元表达对特定频率超声有响应的机械敏感性蛋白；本实施例提供的声遗传人工耳蜗的超声发射器211通过不同频率的超声波在耳蜗1不同位置叠加产生不同的刺激信号以激活听神经元，从而恢复听力；超声接收器212可接收耳蜗1内特定位置返回的超声信号，对超声发射器211进行反馈调参，实现闭环控制，更优化刺激信号的质量。
[0031]
请参见图3，本实施例提供的声遗传人工耳蜗植入系统2包括超声刺激装置3和刺激电极21，超声刺激装置3和刺激电极21通过连接件信号连接，超声刺激装置3包括声音信号采集单元22和信号处理单元23，超声刺激装置3可以放在体外或体内。在一实施例中，超声刺激装置3放置在体外，超声刺激装置3和刺激电极21通过线圈无线连接，体内的刺激电
极21通过所述线圈接收体外传输的电刺激信号后驱动刺激电极21向外发射超声波；在另一实施例中，超声刺激装置3放置在体内，超声刺激装置3植入在皮下即可，超声刺激装置3通过电导线和刺激电极21信号连接；声音信号采集单元22可以为麦克风等，用于收集外界声音信息；声音信号采集单元22和信号处理单元23信号连接，信号处理单元23和超声发射器211信号连接，信号处理单元23可为传统人工耳蜗可用的声音处理器，用于将声音信号转换为电刺激信号；声音信号采集单元22收集的外界声音信息经过信号处理单元23处理转换为电刺激信息并输出给超声发射器211后，即可由超声发射器211向外发射超声波；同时超声接收器212可对于耳蜗内特定位置反射回来的超声信号进行采集，并将采集到的信号传导到信号处理单元23处理后向超声发射器211反馈调整后刺激参数和刺激策略，实现闭环控制。由于超声发射器211发射的超声波和超声接收器212接收的反射信号有时间差，且不同信号方向不一样，通过控制时间和方向可以实现超声波信号的精准定位。
[0032]
综上，本发明提供的声遗传人工耳蜗植入系统及其刺激电极，采用药械结合的方式，包括耳蜗内声遗传药物递送(药物部分)及声遗传人工耳蜗植入系统(器械部分)。信号处理单元可将声音信息转化为电刺激信号输出给超声发射器，耳蜗内不同位置的超声发射器发射超声波激活不同位置机械敏感性蛋白以激活听神经元，从而修复患者听力；而超声接收器用于对耳蜗内刺激点返回的超声信号进行检测，从而对刺激信号进行反馈调参，更优化刺激信号的质量。相比传统人工耳蜗，本发明提供的声遗传人工耳蜗精确度更高、刺激穿透性更强、使用寿命更长，且本发明提供的声遗传人工耳蜗植入系统结构简单，模块分类清楚。
[0033]
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

技术特征：
1.一种声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，包括电极载体和封装在所述电极载体内不同位置处的多个超声发射器，所述电极载体具有与超声刺激装置相连的连接件，每个所述超声发射器通过所述连接件与所述超声刺激装置信号连接且在所述超声刺激装置的控制下用于向外发射超声波。2.根据权利要求1所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述电极载体内还封装有至少一个超声接收器，所述超声接收器用于采集耳蜗内反射回来的超声信号，并将所述超声信号反馈至所述超声刺激装置。3.根据权利要求2所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述超声刺激装置具有信号处理单元，所述信号处理单元用于：根据所述超声接收器反馈的超声信号对所述超声发射器所发射的超声波参数进行调整。4.根据权利要求2所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所有所述超声发射器和所有所述超声接收器一一对应形成多组，每组中的所述超声发射器和所述超声接收器处于电极载体的长度方向的同一位置，且多组沿着所述电极载体的长度方向等间隔排列成一列或多列。5.根据权利要求2所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述电极载体为由弹性材料制成的实心弹性体，所述超声发射器和所述超声接收器嵌入所述电极载体中。6.根据权利要求2所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述超声发射器的数量与所述超声接收器的数量均为8-32。7.根据权利要求1所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述超声发射器为压电陶瓷件或磁致伸缩件。8.根据权利要求1所述的声遗传人工耳蜗刺激电极，其特征在于，所述连接件为电导线或无线接收线圈。9.一种声遗传人工耳蜗植入系统，其特征在于，包括超声刺激装置及权利要求1-8任一项所述的刺激电极，所述超声刺激装置和所述刺激电极信号连接；所述超声刺激装置用于采集外界声音信号并将其转换为电刺激信息，以控制所述超声发射器向外发射超声波，所述超声波用于激活其对应的听神经元。10.根据权利要求9所述的声遗传人工耳蜗植入系统，其特征在于，所述超声刺激装置包括：声音信号采集单元和信号处理单元，所述声音信号采集单元用于采集外界声音，所述声音信号采集单元和所述信号处理单元信号连接，所述信号处理单元和所述超声发射器信号连接，所述信号处理单元用于将声音信号转换为所述电刺激信号。11.根据权利要求9所述的声遗传人工耳蜗植入系统，其特征在于，所述超声刺激装置控制每个所述超声发射器发射不同频率的超声波。

技术总结
本发明公开了一种声遗传人工耳蜗植入体及其刺激电极，该刺激电极包括电极载体和封装在所述电极载体内不同位置处的多个超声发射器，所述电极载体具有与超声刺激装置相连的连接件，每个所述超声发射器通过所述连接件与所述超声刺激装置信号连接且在所述超声刺激装置的控制下用于向外发射超声波。本发明提供的声遗传人工耳蜗植入系统通过药械结合的方法将外界声音信息转换为超声信息传递给听神经，可以实现对传递信号和响应神经细胞的精准操控，修复听力受损，增强了患者听到的声音的质量，在刺激精度和穿透性方面都有显著提升，而且使用寿命更长。且使用寿命更长。且使用寿命更长。


技术研发人员：王华 吴勇 王昊 王丞阳 沈玉含
受保护的技术使用者：微创投资控股有限公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/7/11