電活性振動設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于將振動施予體腔中的身體組織的刺激構件，包括：彈性電絕緣層（1)，具有第一表面和第二表面，其中所述層的所述第一表面的至少一部分適于抵靠所述體腔的所述組織；第一柔性導電層（2)，設置在所述絕緣層（1)的所述第二表面的至少一部分上，并且可電連接至第一電勢；介電聚合物層（3)，設置在所述第一導電層（2)的至少一部分上；以及第二柔性導電層（4)，設置在所述介電聚合物層（3)的至少一部分上，并且可電連接至第二電勢。本發明還涉及用于體腔中的振動刺激的設備和方法。
【專利說明】電活性振動設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過電活性刺激構件振動刺激體腔中的身體組織的設備。本發明還涉 及通過電活性刺激構件來進行振動刺激的方法。

【背景技術】
[0002] 在各種醫療應用中已知采用離子電活性聚合物（ΕΑΡ)的各種醫療設備。在例如 US2005/0165439和US2010/0312322中公開了包括由離子電活性聚合物構成的電活性部件 的氣囊導管。其中描述的氣囊導管、導絲、支架和動脈瘤線圈可以用于植入或插入體腔中以 例如按壓動脈粥樣硬化斑塊和輸送假體裝置。當施加小電壓時，通常1伏或2伏，離子ΕΑΡ 變形。離子ΕΑΡ通常具有幾秒數量級的反應時間。
[0003] 介電彈性體構成另一類電活性聚合物，其通常具有比上述離子ΕΑΡ更快的反應時 間。Carpi等人（Polym Int 2010;59:407-414)提出了一種特定類型的流體靜力聯接的 (HC)介電彈性體（DE)致動器，稱為推拉式HCDE致動器，其具有約100Hz的工作頻率。這樣 的流體靜力聯接的DE致動器依賴于不可壓縮的流體，其將基于DE的能動部機械聯接至與 負載相連的受動部。Carpi等人建議開發這樣的致動器以用作觸覺顯示器和皮膚刺激器。
[0004] 在例如W02008/138997中公開了用機械振動在體腔中進行刺激。該PCT公布公開 了用于在體腔內進行振動刺激的設備，所述體腔例如患者的鼻腔或腸。該設備包括刺激構 件和使刺激構件振動的外置振動發生器。在鼻腔中的振動刺激可以用于治療例如鼻炎。
[0005] 但是為了定制振動治療，需要改進的方法和設備。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種用于振動刺激身體組織的改進的方法和設備。
[0007] 在本發明的第一方面中，提供了 一種用于將振動施予體腔中的身體組織的刺激構 件，包括：彈性電絕緣層，具有第一表面和第二表面，其中所述層的所述第一表面的至少一 部分適于抵靠所述體腔的所述組織；第一柔性導電層，設置在所述絕緣層的所述第二表面 的至少一部分上，并且可電連接至第一電勢；介電聚合物層，設置在所述第一導電層的至少 一部分上；以及第二柔性導電層，設置在所述介電聚合物層的至少一部分上，并且可電連接 至第二電勢。所述刺激構件還可擴展。在這樣的情況下，所述刺激構件能夠設置在第一狀 態下和第二狀態下，在第一狀態下，所述刺激構件能夠經由身體開口被引入體腔中，并且在 第二狀態下，所述刺激構件擴展至使得所述電絕緣層的所述第一表面抵靠所述體腔內的所 述組織的體積。
[0008] -旦在身體組織和刺激構件的最外表面的至少一部分之間建立接觸，刺激構件的 最外表面即絕緣構件的第一表面，通過將第一導電層和第二導電層連接至第一電勢和第二 電勢可以將振動施予身體組織。大體上，當在導電層之間施加電勢時，靜電場產生并且來自 導電層上電荷的靜電力機械地加載聚合物層。由于該機械按壓，至少部分地夾在第一導電 層和第二導電層之間的聚合物層可以沿厚度方向收縮。這可以被理解為至少部分地夾在第 一導電層和第二導電層之間的聚合物層的厚度減小。因此，聚合物層的面積可以沿垂直于 厚度方向的方向擴展使得聚合物層在平面中擴大。該聚合物層的面積擴展可以因此使部分 聚合物層，以及因此使部分刺激構件彎曲到平面外。顯然，刺激構件彎曲到平面外的部分對 應于在導電層上施加電勢的部分。通過改變施加至導電層的電勢，聚合物層的變形程度可 以多次地改變從而將振動施予身體組織。
[0009] 因此，根據第一方面的刺激構件具有（多）層結構。刺激構件可以包括一個或更 多個活性區，其中各活性區分別包括至少一個最外面的電絕緣層、第一導電層、介電聚合物 層和第二導電層。這樣的活性區可以例如在絕緣層的第二表面上形成類似于貼片的結構， 并且向身體組織施予選擇性的振動刺激。為了保持刺激構件的整體彈性，包含在刺激構件 中的層的數量可以限制為上述4層。
[0010] 因此，根據第一方面的刺激構件不需要外置式振動發生器。另外，刺激構件可以包 括一個或更多個包括夾在兩個導電層之間的介電聚合物的活性區，并且可以因此允許局部 振動刺激特定的身體組織。換句話說，根據活性區的尺寸，振動刺激可以被選擇地傳輸至在 體腔中特定位置的身體組織。刺激構件可以例如與大的組織區域相接觸，同時只引起部分 刺激構件振動，因此只有大組織區域的部分被振動刺激。
[0011] 各個層的彈性和柔性能夠將刺激構件引入對象的體腔中并且當在體腔中時對施 加的電壓快速反應，即變形。除了彈性以外，絕緣層是電中性的，因此為刺激構件提供了插 入到對象體腔中且在抵靠對象體腔中的組織時安全的外表面。
[0012] 作為進一步的預防措施，第一導電層可連接至接地電勢。在對象體腔內的最外面 的絕緣層破裂的情況下將第一導電層連接至接地電勢提供了進一步的安全性。
[0013] 另一方面，第二導電層可連接至至少一個隨時間變化的電勢。通過經常改變施加 在導電層之間的電勢，聚合物層變形的對應頻率以及因此刺激構件變形的對應頻率完成。 由此形成振動并將其施予組織。應理解的是，當刺激構件包括多個活性區時，各活性區可以 單獨可連接至第一電勢和第二電勢。
[0014] 作為又一安全措施，第一導電層可以設置在與適于抵靠組織的第一表面的部分重 疊的絕緣層的第二表面的部分上。換句話說，與體腔中的身體組織相接觸的刺激構件包括 至少一個由絕緣層和第一導電層組成的雙層。在例如介電聚合物層電擊穿的情況下，用連 續的絕緣層在第二表面上完全覆蓋第一導電層進一步保護了對象。
[0015] 但是，例如出于制造原因或安全原因，還能想到進一步包括功能層或絕緣層的刺 激構件。
[0016] 介電聚合物層可以例如包括選自由聚氨酯、硅酮、氟硅酮、乙烯丙烯、聚丁二烯和 異戊二烯組成的組的介電聚合物。介電層的材料應當是為了允許制造刺激構件的多層結構 和整體彈性的材料。具體來說，刺激構件的多層結構可以是有彈性的。
[0017] 第一導電層和第二導電層可以例如包括選自由碳脂、石墨粉、石墨噴涂、增厚的電 解質、噴鍍的黃金、銀膏和導電聚合物組成的組的材料。應當理解，為了給變形提供最小的 阻力，包含在刺激構件中的層應當是柔性的。
[0018] 在刺激構件的一些實施方式中，絕緣層和第一導電層限定包含流體的封閉體積， 其中第二導電層疊加在所述封閉體積上。因此，在絕緣層和第一導電層之間限定的區域內 提供例如硅油或玉米油的流體。當電勢施加至第二導電層的重疊部分時，介電聚合物層的 相對應部分的區域被放大。這反過來影響流體填充的體積中的壓力，使得壓力下降。因此， 流體將致動從介電層，經由第一導電層內部地傳輸至絕緣層。
[0019] 流體填充的體積通過將第二導電層與對象的身體組織進一步分開提供了又一級 安全性。此外，流體填充的體積可以只具有幾毫米的尺寸，例如6_，并且因此可以進一步提 供選擇性地將振動刺激傳輸給身體組織的可能性。
[0020] 為了防止刺激構件的平面內運動并且使刺激構件沿垂直于層的方向變形，可以沿 所述第二導電層的至少一部分的外周設置加強件。一個或更多個加強件圍繞例如一個或更 多個層狀的貼片、層狀的圖案設置，并且因此電極便于沿朝向接觸身體組織的方向變形。加 強件可以例如由具有足夠剛性的聚合物構成。
[0021] 如上所述，第二導電層可以由至少一個電極組成。各電極可以因此單獨地與電活 性區重疊，該電活性區包括至少一個介電聚合物、第一導電層、可選地如上面定義的流體填 充的體積以及絕緣層。多個電極可以設置在刺激構件中，由此允許不同的振動治療。
[0022] 刺激構件的不同結構在本發明的范圍內。刺激構件可以具有第一柔性導電層和第 二柔性導電層彼此至少部分重疊的結構。然后，介電聚合物可以包括在兩個導電層之間。刺 激構件的另一個示例是多層氣囊，其中所述多層包括絕緣層、第一和第二導電層以及介電 聚合物層。刺激構件可以設置有入口，特別是當刺激構件具有氣囊結構時。入口可以例如 允許將刺激構件和/或層連接至其它設備，例如擴展構件以使可擴展刺激構件擴展。更具 體地，刺激構件可以包括用于與刺激構件的封閉的內部體積流體連通的入口，刺激構件的 封閉的內部體積例如氣囊、腔或導管的封閉的內部體積。所述封閉的內部體積可以由彈性 絕緣層限定，彈性絕緣層的第一表面形成這樣的體積的外表面。
[0023] 應當理解，關于本發明的第一方面描述的實施方式和示例，當可應用時同樣與下 文的本發明的第二方面和第三方面相關。
[0024] 在本發明的第二方面，提供了一種用于振動刺激體腔中的身體組織的設備，包括： 上述的刺激構件，其中刺激構件是可擴展的并且能被設置在第一狀態下和第二狀態下，在 第一狀態下，刺激構件能夠經由身體開口被引入體腔中，并且在第二狀態下，刺激構件擴展 至使得電絕緣層的第一表面抵靠體腔內的組織的體積。因此，刺激構件可以被擴展從而建 立與身體組織的良好接觸。良好的接觸不但能充分刺激被選擇的組織區域，而且能順暢地 傳輸振動刺激。
[0025] 在一些實施方式中，（設備的）刺激構件被設置為根據振動模式振動，所述振動模 式包括在10-500HZ，例如50-300HZ范圍內的至少一個頻率分量。這意味著刺激構件可以以 單個頻率振動、以選自上述限定范圍內的多個頻率順序地振動、以及同時以多個頻率來振 動。如果刺激構件一次以一個振動頻率振動，則這樣的頻率可以在ΙΟ-ΙΟΟΗζ的范圍內，例 如在50-90HZ的范圍內，例如在60-80HZ的范圍內，例如在68Hz左右（例如，68±5Hz)。
[0026] 以多個頻率同時進行的振動刺激可以例如通過使刺激構件的不同活性區以不同 的頻率振動來完成。可替代地，同時以多個頻率進行振動刺激可以通過根據振動模式的刺 激而完成。這樣的振動模式可以包括兩個（或更多個）不同的頻率分量。在某些情況下，振 動模式包括一個也稱為激發刺激的較高頻率分量和一個也稱為主周期成分的較低頻率分 量。在上下文中，"主周期成分"可以指振動模式的成分（或部分），該成分將第一頻率的周 期性提供至振動模式，而"激發刺激"可以指從平衡狀態提供振動構件的（至少一部分的） 空間變化和/或振動構件的（至少一部分的）抵靠壓力變化的一個或更多個振動模式的部 分。
[0027] 振動模式可以例如包括第一頻率分量，該第一頻率分量在大約ΙΟ-ΙΟΟΗζ的范圍 內，例如在50-90HZ的范圍內，例如在60-80HZ的范圍內，或在50-70HZ的范圍內，例如在 68Hz左右（例如68±5Hz)。振動模式的第二頻率分量可以例如是第一頻率分量的至少1. 5 倍。兩頻率之間的該差值可以允許改進瞄準生物路徑的不同區段，該生物路徑用于記錄例 如振動的機械刺激。
[0028] 振動模式可以還包括第二頻率分量，該第二頻率分量在約90-400HZ的范圍內，例 如約 110-320HZ。
[0029] 可替代地，不同的活性區能夠在相同的頻率振動，但是彼此之間具有相移。通過這 種方式，振動能夠經過刺激構件的整個表面。
[0030] 為了使刺激構件處于其第二擴展狀態，所述設備可以還包括適于通過向刺激構件 提供流體而擴展刺激構件的擴展構件。當刺激構件放置在體腔內時，流體，例如氣體，被提 供至刺激構件，直到建立良好的接觸表面和期望的接觸壓力，或抵靠壓力。因此，刺激構件 可以限定封閉的室，該封閉的室在其第二擴展狀態保持所提供的流體，而在其第一非擴展 狀態基本沒有流體。
[0031] 當刺激構件放置在體腔中時，其可以如上所述在身體組織上施加壓力。所述設備 可以例如被設置為使得絕緣層的第一表面在20-120毫巴的壓力下抵靠組織。在一些實施 方式中，抵靠壓力對應于在刺激構件內的流體壓力。但是，刺激構件抵靠組織的壓力或接觸 壓力可以根據施加的振動而變化。
[0032] 刺激構件擴展至上述壓力在介電聚合物層上提供了一定的預應力。該預應力可以 改善刺激構件的致動器性能。
[0033] 將理解的是，抵靠壓力可以適應要被刺激的身體組織的類型、體腔的類型以及治 療目的。例如，為了治療鼻腔的后部，壓力可以是70-120毫巴（例如75-100毫巴）。
[0034] 刺激構件，優選地在根據第二方面的設備中所包含的刺激構件，可以適于記錄在 絕緣構件的第一表面和身體組織之間的接觸壓力。為了記錄壓力，所述設備可以還包括：電 阻器，連接至第一導電層和第二導電層中的至少之一；記錄模塊，適于記錄在第一導電層的 至少一部分和第二導電層的至少一部分之間的電容；和計算模塊，適于基于所記錄的電容 計算在絕緣層的第一表面的至少一部分和組織之間的接觸壓力。例如由組織消溶脹導致的 接觸壓力變化將在介電層的厚度產生相對應的變化，因此電容變化。通過記錄介電層的電 容及其變化，可以計算接觸壓力。電阻器例如可以與由第一導電層和第二導電層形成的電 容器以及在這兩層之間的介電材料串聯連接。
[0035] 在某些情況下，在身體組織和刺激構件之間的接觸壓力與對象的健康狀況是相關 聯的。例如，在人體對象的鼻腔中，在一個時間段上的接觸壓力變化取決于對象的鼻部健 康?；加斜茄椎膶ο蟊硎境雠c健康對象不同的接觸壓力圖案。因此，接觸壓力可以用于診 斷目的，從而估計振動刺激在體腔中的進度。
[0036] 為了將振動刺激有效地傳輸至體腔中的身體組織，還需要適當放置刺激構件。適 當放置刺激構件可以用多種不同方式實現。例如，刺激構件可以還包括適于在引入體腔的 過程中引導刺激構件的引導元件。引導元件例如可以包括與腔的開口（即身體開口）和體 腔平行的長度軸。身體開口應被理解為身體的任何自然開口或手術開口。
[0037] 本文使用的術語"對象"應被理解為包括哺乳動物對象，例如人類對象。
[0038] 所述設備可以還包括用于靠近刺激構件進行機械連接和電連接的界面。因此，所 述界面位于所述設備的部分上，該部分在當設備使用時位于體腔外。界面允許導電層與電 勢連接。另外，界面允許機械連接，例如連接至固定裝置或固定構件。
[0039] 根據一個實施方式，體腔選自對象的鼻腔或腸，其中刺激構件在其第二狀態下抵 靠鼻腔或腸的組織。還能想到，各種哺乳動物對象可以受益于使用本文所述的振動設備或 本文所述的方法的振動刺激。
[0040] 振動刺激可以指向人類對象的鼻腔的不同部分。這例如用刺激構件而實現，該刺 激構件包括只在刺激構件的后部或遠端部或端部的電活性區。可替代地，通過施加隨時間 變化的電勢，只有在刺激構件的后部或遠端部的電活性區振動。刺激例如可以在鼻腔的后 部進行以治療與下丘腦中的異常活動相關的疾病。與下丘腦中的異常活動相關的疾病的 非限制性示例為偏頭痛、梅尼爾綜合癥、高血壓、叢集性頭痛、心律失常、ALS、腸道易激綜合 癥、睡眠障礙、糖尿病、肥胖癥、多發性硬化癥、耳鳴、呼吸障礙、阿爾茨海默病、心境和焦慮 障礙和癲癇。另一方面，在鼻腔前部的振動刺激對于治療例如鼻炎和哮喘是有用的。另外， 還可以在對象的其它體腔中進行本文所述的振動刺激，導氣腔和導液腔均可，例如血管和 膽管。
[0041] 另外，患有例如腸炎（例如在結腸中）、潰瘍性結腸炎、克隆氏癥以及尿道炎的對 象可以受益于在腸中的振動刺激。
[0042] 本發明在第三方面中，提供了一種通過振動刺激人類對象的體腔中的身體組織來 進行治療的方法，該方法包括以下步驟：將刺激構件引入體腔，所述刺激構件包括介電聚合 物；并且將隨時間變化的（一個或更多個）電勢施加至所述介電聚合物以將振動施予在體 腔中的身體組織。
[0043] 上述方法因此開發了一種可以產生機械振動而不使用外置式振動發生器的刺激 構件。應當理解，所述方法的優點基本在關于本發明的第一方面和第二方面的內容中公開。 還應理解，在本發明的一個方面中公開的實施方式也同樣可應用于本發明的其它方面。
[0044] 隨時間變化的電勢可以具有包括一個或更多個在10-500HZ范圍內的頻率分量的 頻率含量。因此，隨時間變化的電勢根據以頻率含量為特征的振動模式使刺激構件振動。
[0045] 在一些實施方式中，所述引入還包括在體腔中將刺激構件擴展至使得刺激構件抵 靠身體組織的狀態。擴展例如可以繼續進行直到刺激構件以第一壓力抵靠組織。第一壓力 例如可以對應于在刺激構件和體腔中的身體組織之間的期望的接觸壓力或抵靠壓力。所期 望的接觸壓力可以反過來表示在刺激構件和身體組織之間的良好接觸，該接觸允許振動的 有效傳輸。
[0046] 此外，擴展的步驟可以還包括測量刺激構件的介電聚合物的電容，將所述電容轉 換為表示刺激構件和身體組織之間的接觸壓力的測量壓力，并且當測量壓力達到第一壓力 時停止擴展。第一壓力例如可以在20-120毫巴的范圍內。
[0047] 刺激構件的擴展可以通過將流體提供至刺激構件而完成。刺激構件可以由此限定 閉合的室，所述室在擴展狀態下保持所提供的流體并且在非擴展狀態下基本沒有流體。
[0048] 在再一個方法方面中，提供了一種用于通過振動刺激人類對象的體腔中的身體組 織來進行治療的方法，該方法包括以下步驟：將刺激構件引入體腔，所述振動構件包括介電 聚合物層和設置在介電聚合物層的相對表面上或不同側的多個柔性電極對；測量在多個柔 性電極對上的電容；選擇測量電容大于第一電容的柔性電極對的子集；并且將一個或更多 個隨時間變化的電勢施加至柔性電極對的子集。多個電極對例如可以設置為離散對，或可 以提供為在本發明上述其它方面的層的形式。例如，每一對的一個電極可以和多個對中的 其它對相對應（在介電聚合物的相同表面或相同側）的電極一起形成導電層。
[0049] 第一電容例如是絕對值或表示期望的電容變化。例如可以記錄電容的初始值。當 以后記錄到電容的期望變化時，可以認為達到了第一電容。
[0050] 上下文中的多個柔性電極對應該被理解為至少兩對，例如四對。在刺激構件包括 閉合的內部體積的實施方式中，電極對可以沿著刺激構件的圓周分布。
[0051] 在該方法中，刺激構件的介電聚合物設置有多個電極，優選在介電聚合物的相對 表面或不同側成對地設置。當刺激構件位于體腔中時，這允許測量介電層的電容。刺激構 件的部件可以與身體組織相接觸。與刺激構件相接觸的身體組織在刺激構件的對應部件上 施加壓力，從而影響那些部件的每一個的介電層的電容。因此，第一電容表示接觸壓力足夠 大以進行有效的振動刺激。通過施加隨時間變化的電勢，選擇測量電容大于第一電容的電 極的子集來管理振動刺激。
[0052] 在另一個實施方式中，刺激構件是可擴展的并且選擇的步驟還包括將刺激構件擴 展為使得至少一對電極上測量的電容超過第一電容。
[0053] 此外，所述方法可以還包括：在選擇子集之后，至少存儲在子集內的一對電極上測 量的第二電容。施加的步驟可以還包括：測量在子集內的至少一對電極的電容；計算針對 在子集內的至少一對電極的時間平均電容；將時間平均電容與存儲的第二電容進行比較， 如果時間平均電容大于第二電容，則通過收縮刺激構件來降低在所述刺激構件內的壓力； 或如果時間平均電容小于第二電容，則通過擴展刺激構件來升高在所述刺激構件內的壓 力。
[0054] 根據來自身體組織的生物反應，可以調整刺激構件的擴展程度從而增大擴展或減 小擴展，即收縮。身體組織的嚴重消溶脹例如可以偶爾失去在刺激構件和身體組織間的接 觸。為了重建良好的接觸，刺激構件例如可以通過向刺激構件供給流體而進一步擴展。上 述電容測量值可以方便地表示需要調整刺激構件的擴展/收縮。
[0055] 電容測量值還可以用于確定何時可以結束振動刺激，即何時人類對象的健康狀況 被積極影響。因此，根據一個實施方式，施加的步驟還包括：測量在子集內的至少一對電極 的電容；為所述在子集內的至少一對電極計算時間平均電容，并且如果時間平均電容小于 第三電容，則結束在體腔中的治療。因此，第三電容可以表示患者期望的健康狀況。例如， 第三電容可以表示何時組織被消溶脹且正常，并且因此何時能夠結束治療。
[0056] 類似于第一電容，第三電容可以是絕對值或者是相對值。
[0057] 另外，為了確保檢測到的電容變化是由身體組織內的變化引起，必須使任何從刺 激構件的泄漏最少。
[0058] 在一個實施方式中，引入的步驟包括將刺激構件引入選自鼻腔和腸的體腔中。
[0059] 在鼻腔中進行治療的一個實施方式中，選擇的步驟可以還包括以下步驟中的至少 之一：選擇位于刺激構件的遠端或后端、端部的至少一對電極；以及選擇位于刺激構件的 近端或前端的至少一對電極。
[0060] 在又一個方法方面中，提供了用于通過振動刺激人類對象的體腔中的身體組織來 進行治療的方法，該方法包括以下步驟：將可擴展刺激構件引入體腔，所述可擴展刺激構件 包括介電聚合物層和設置在介電聚合物層的相對表面或不同側的多個柔性電極對；測量在 多個柔性電極對上的電容；將刺激構件擴展至使測量電容的預定子集超過預定電容的狀 態；將一個或更多個隨時間變化的電勢施加至柔性電容對的相對應的子集。
[0061] 該方法能夠在刺激構件的至少一部分和體腔內的組織之間建立良好的接觸。當這 樣的良好接觸（由與第四電容進行比較的測量電容表示）已經在身體組織和刺激構件的期 望部件之間形成時（由預定的子集表示），如果例如振動刺激只被傳輸至體腔的一部分（例 如鼻腔的前部或后部），可以中斷擴展。在隨附的圖2a和圖2b中，示出了具有兩個電極子 集的設備的示例。
[0062] 本文所述的刺激構件和設備可以用于本發明的方法方面。
[0063] 本發明的其它目的和特征從詳細說明和權利要求中是明顯的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0064] 現在來參照示意性實施方式的附圖，其中相同的元件編號相同：
[0065] 圖1A是根據本發明的刺激構件的特定示例的截面圖；
[0066] 圖1B是根據本發明的刺激構件的特定示例的截面圖；
[0067] 圖2A和圖2B示出了刺激構件的一個非限制性示例的不同縱向截面圖；
[0068] 圖3A是根據本發明的設備的特定示例的部分截面圖；
[0069] 圖3B是圖3A沿A-A線的放大水平截面圖；
[0070] 圖4是根據本發明的設備的特定示例的示意性截面圖；
[0071] 圖5是根據本發明的聯接設備的示意性截面圖；
[0072] 圖6是根據本發明的刺激構件的特定示例的截面圖；
[0073] 圖7是根據本發明的設備的一個示例插入到人體對象的鼻腔中的截面圖。

【具體實施方式】
[0074] 現在參照附圖，將以非限制性示例描述本發明的實施方式。
[0075] 圖1A是根據本發明的刺激構件的特定示例的截面圖。刺激構件包括具有第一表 面和第二表面的電絕緣層1、設置在電絕緣層的第二表面上的第一導電層2、設置在第一導 電層上的介電聚合物層3、和設置在介電聚合物層上的第二導電層4。
[0076] 如圖1所示的示例，電絕緣層、第一導電層、介電聚合物和第二導電層可以形成一 個四層結構，其中第一導電層和第二導電層設置在介電聚合物的相對的表面上或不同側 上。因此，介電聚合物可以具有可以在其上設置第一導電層的第一表面或側面、以及可以在 其上設置第二導電層的第二表面或側面。
[0077] 在多層結構中的每個層可以是連續的并且完全覆蓋它們所設置的層?？商娲兀?第一絕緣層可以形成連續的層，在該連續的層上第一導電層、介電聚合物層以及第二導電 層設置為一個或更多個三層的貼片或部分，由此形成刺激構件的活性區。
[0078] 還能想到另一個可選結構，其中絕緣層、第一導電層和介電聚合物形成連續的三 層結構，并且其中第二導電層設置在上文定義的介電聚合物的第二表面上作為貼片或部 分，由此形成刺激構件的四層活性區。根據要治療的身體組織，形成活性區的部分的貼片可 以在絕緣層的第二表面上不同地分布。取決于要振動治療的身體組織，四層活性區的數量 可以是一個、二個、三個、四個、五個、六個或更多個。下文參照附圖進一步解釋不同層如何 設置在彼此之上的示例。
[0079] 當刺激構件放置在身體中時，絕緣層1的第一表面抵靠身體組織。因此，絕緣層1 包括一種材料，該材料使得該絕緣層不會化學或生物學地影響其所接觸的任何身體組織。 因此，絕緣層1在身體組織上不具有局部效果。該材料的非限制性示例是塑料材料或橡膠 材料。在某些情況下，刺激構件由乳膠或乙烯樹脂制成。
[0080] 絕緣層1的第一表面可適于在導入鼻腔的過程中和當放置在鼻腔中時減小刺激 構件和周圍組織之間的摩擦。絕緣層1可以例如由提供光滑的第一表面的材料構成或涂覆 有潤滑劑，例如石蠟溶液。
[0081] 絕緣層1的第二表面可適于允許第一導電層2設置在第二表面上從而獲得良好的 粘合性、導電性和耐久性。
[0082] 此外，電絕緣層1是彈性的，即柔性的，并且能夠重復地彎曲和折曲。這例如使刺 激構件插入在體腔中以及從體腔移除。
[0083] 在電絕緣層1的第二表面上設置第一柔性導電層2。在一個實施方式中，該層可以 是基本覆蓋位于體內的電絕緣層的整個可用第二表面的連續層。
[0084] 第一導電層2還能夠電連接至接地電勢，以在設備發生故障時，例如最外面的絕 緣層破裂時保護患者。如果介電層3發生電擊穿，任何電流立刻接地。第一導電層1可以 通過例如無電式電鍍、離子注入、物理氣相沉積、濺射法、噴射沉積或現有技術中已知的其 它方法涂覆，并且可以包括與介電聚合物材料化學兼容的材料。
[0085] 在一個實施方式中，介電聚合物層3設置在第一導電層2上并且可以整體地或部 分地覆蓋第一導電層2。部分覆蓋介電聚合物層3的示例是在貼片或部分中形成的層，該層 能夠被單獨地控制并且由此能夠局部和/或選擇性地刺激身體組織。介電聚合物的非限制 性示例是聚氨酯、硅酮、氟硅酮、乙烯丙烯、聚丁二烯和異戊二烯。介電聚合物可以具有彈性 特性。
[0086] 選擇介電聚合物層3的厚度從而能夠使致動最佳同時不犧牲耐久性或易制性。較 薄的層對于給定電壓提供較大的電場，因此可以使用較低的電壓。較薄的層還提供較低的 電容和相對應地較短的時間常數，這可以給電致動提供快速和良好控制的機械反應。另一 方面，較薄的層更易受電擊穿的影響。所述層的非限制性示例的厚度是50 μ m。
[0087] 此外，可以將固化劑添加到介電聚合物層3以增加材料的彈性（楊氏模量）。這也 能夠增大材料的電擊穿場強和電容率。
[0088] 在介電聚合物層的至少一部分上，設置能電連接至第二電勢的第二柔性導電層4。 第二導電層4例如被圖案化為或形成為一個或更多個通道，該通道包括一個或更多個具有 像貼片結構的形式的電極、將貼片彼此連接和/或連接至外部電源的導電軌跡或路徑。各 電極能夠被獨立地供電以選擇性地管理振動。此外，電極可以彼此分開一定的距離以確保 適當的電絕緣。
[0089] 可替代的實施方式可以包括由電絕緣層分開的多個導電層，由此提供更多的通 道。
[0090] 第一導電層和第二導電層可以包括例如碳脂、石墨粉、石墨噴涂、增厚的電解質、 噴鍍的黃金、銀膏和導電聚合物的材料。所述材料可以通過例如無電式電鍍、物理氣相沉 積、濺射法、離子注入或噴射沉積被涂覆。圖案化可以通過例如使用例如光掩模、光電繪圖 儀或激光直接成像的光刻法與蝕刻、剝離或現有技術中已知的其它技術相結合而獲得?？?替代的實施方式可以在沉積過程中使用掩膜并由此只在期望的位置涂覆材料。
[0091] 為了獲得第一導電層和第二導電層的良好的粘合性、導電性和耐久性，在導電層、 介電聚合物層和絕緣層之間的彈性模量（楊氏模量）可以是相配的。
[0092] 另外，第一和第二導電層以及絕緣層必須是足夠柔性的，以確保由介電聚合物層 提供的變形不被過度抑制。
[0093] 圖1B是根據本發明的刺激構件的特定示例的截面圖，其中電絕緣層1和第一導電 層2限定封閉體積5,該封閉體積5包含流體，例如硅油。還可以提供一個或多個封閉體積 5,其中各封閉體積5單獨地與電極4重疊。當電壓施加至電極時，在電極4下方的介電層 3的面積增大并且在封閉體積5中的壓力減小。然后，當電壓減小時，所述面積減少并且在 封閉體積5中的壓力恢復。通過交替施加電壓，并由此交替在封閉體積5中的壓力，可以使 刺激構件振動。
[0094] 加強件可以可選地沿第二導電層的外周設置。當電壓施加至第二導電層時，介電 層的表面增大。然后，加強件可以抑制沿與第二導電層的表面平行的方向的擴展，因此介電 層的表面相反地被迫沿與介電層的表面的法線平行的方向凸出。圖1B描繪了加強件的一 個示例，其中加強件6可選地沿電極4,即第二導電層4的外周設置。
[0095] 根據示意性非限制實施方式，刺激構件包括形成由盤狀電極限定的多個獨立通道 的第二導電層和電連接至第二電勢（例如，針對所有電極的共同電勢或針對各電極的獨立 的電勢）的導電軌跡。盤狀電極或貼片可以具有約4mm的直徑并且可以設置在約50μπι厚 的介電聚合物層上。啟動電壓可以是2kV，對應的電場強度為40MV/m，從而避免在介電聚合 物層中的電擊穿。針對這樣的貼片的電容可以是約6. 7pF，且、=3。針對施加 500Hz的 電/[目號，相對應的最大電流可以計算為42μΑ?；诖耍璧碾姽β蕦⒃趍W的范圍內。電 極間的最小距離可以是2mm，該距離是降低電極間的電擊穿的風險所需要的。為了進一步降 低該風險，可以在第二導電層即電極和導電軌跡上增加第二絕緣層。
[0096] 圖2A和圖2B示出了刺激構件的一個非限制性示例的縱向截面圖。在該示例中， 刺激構件是多層氣囊或導管。該截面示出了氣囊的兩個不同位置。絕緣層1的第一表面限 定了氣囊的外表面，該外表面適于在體腔中抵靠身體組織。第一導電層2設置在第一絕緣 層1的第二表面上或第一絕緣層1的內側并且覆蓋絕緣層1的整個內部區域。介電聚合物 構成基本覆蓋第一導電層1的整個內部區域的連續層3。第一導電層2只有靠近氣囊的入 口的一小部分區域（圓周）沒有被介電聚合物覆蓋。該暴露的區域足夠大以提供與例如在 連接器腔（未示出）中的折疊柔性電路板的電連接。由電極（或貼片）和導電軌跡（即， 導電路徑）限定的通道設置在介電聚合物層3上。在該示例中，第二導電層4適于將振動 施予體腔的兩個不同部分，例如關于身體開口的一個后部和一個前部。第二導電層4因此 以貼片或部分的形式設置在介電聚合物層3上，由此形成刺激構件的不同活性區。圖2B示 出了兩個不同的貼片，而圖2A示出了貼片和位于氣囊的入口適于電連接至柔性電路板的 導電軌跡的截面。
[0097] 例如刺激氣囊或導管的刺激構件可以方便地將內部翻到外面而被生產，從具有限 定氣囊外側的第一表面的絕緣層開始，然后在氣囊的外側增加第一導電層、介電層、第二導 電層以及可能的加強件。當所述層完成時，再一次將氣囊內部翻到外面，提供例如圖2A和 圖2B所示的刺激構件。
[0098] 應了解，刺激構件不限于氣囊的形狀。例如圓柱形的其它形狀也是可以的。
[0099] 參照圖3A和圖3B，將描述根據本發明的設備的特定示例。
[0100] 圖3A是設備的部分截面圖，示出了可擴展的刺激構件7和套管10的截面，以及引 導銷8、管9、管狀電極13的側視圖。擴展腔11和連接器腔12由虛線表示。圖3B是沿圖 3A中的A-A線的水平截面圖。
[0101] 可擴展刺激構件7,例如可以基本是圖2A中描繪的多層氣囊，當處于擴展狀態時， 可擴展刺激構件7抵靠體腔組織并且將振動施予體腔組織。包圍管9端部的刺激構件7的 入口通過壓緊套管10連接至管9。擴展腔11和連接器腔12兩者都設置在管9內。
[0102] 擴展腔11包括用于將流體提供至刺激構件的通道，以實現刺激構件的擴展。刺激 構件7因此包括用于容納由擴展構件11提供的流體的室。室壁由刺激構件7的內表面層 限定。因此，通過擴展腔11向刺激構件提供流體影響刺激構件7的體積和擴展程度。提供 流體通過使刺激構件7進入其擴展狀態還實現了刺激構件7的擴展。為了允許流體從擴展 腔11至刺激構件7的自由通行，擴展腔11的端部包括至少一個開口。該開口設置在刺激 構件7內。擴展腔11和刺激構件7與人的身體相接觸的部分通常限定閉合的系統以防止 流體或電流泄露至人的身體。
[0103] 擴展腔11和連接器腔12可以例如由塑料材料或橡膠材料制成。
[0104] 在一個示例中，擴展構件11的端部形成在刺激構件7內延伸的引導銷8。構成引 導銷8的至少部分擴展構件11是由比刺激構件的材料更硬的材料制成以便于刺激構件插 入體腔中。
[0105] 可以通過外部裝置經由擴展腔11控制流體（例如氣體或液體）的供給。這樣的 外部裝置可以包括氣泵或具有可移動柱塞的圓筒，該可移動柱塞通過前后移動能夠調節在 圓筒中的流體的量，并由此調節在刺激構件7中的流體的量。
[0106] 根據本發明的設備可以方便地包括安全閥，當刺激構件內的流體壓力超過某最大 值時，該安全閥例如通過從刺激構件排放流體能夠釋放一些壓力。
[0107] 當刺激構件在其擴展狀態下抵靠身體組織時，取決于正在討論的患者的腔和身體 結構，刺激構件的形狀可以例如為圓柱形、圓形、橢圓形或微滴形。
[0108] 刺激構件可以例如具有直徑10mm且活動長度30mm的氣囊的形狀。總共可以有15 條通道，其中各通道可以被單獨地控制使得電勢可以選擇地施加至一個通道、多個通道或 所有通道。
[0109] 刺激構件的尺寸可以明顯地適于要被治療的患者的體腔的類型、大小和形狀。 [0110] 為了能夠順暢且無痛地導入鼻腔，刺激構件的寬度可以在處于第一狀態時不超過 要治療的患者的鼻孔的寬度。例如在新生兒中，刺激構件可以在其第一狀態下是約1_寬。 為了進一步方便將刺激構件導入鼻腔，可以預形成輕微的彎曲以更好的適合鼻部解剖結 構。
[0111] 圖3B描繪了如何在刺激構件7的一個電極，即第二導電層4和柔性電路板的一個 導電軌跡14之間提供電連接的示例。柔性電路板卷繞設置在管9中延伸的連接器腔12內。 在由刺激構件7的入口封閉的管9的端部設置有連接器插頭16。連接器插頭16從柔性電 路板徑向延伸，穿過管9,到達沿管9的外圓周設置的環形管狀電極13,由此將電路板的導 電軌跡14連接至管狀電極13。
[0112] 氣囊的入口設置在管9的端部使得刺激構件7的第二導電層4的表面與管狀電極 13電接觸。通過使用多個管狀電極14和導電插頭16,多條通道可以連接至能獨立控制通 道的柔性印刷電路板，因此幫助例如在體腔內選擇的振動刺激和局部的振動刺激以及其它 功能，例如傳感器功能。
[0113] 夾持套管10可以圍繞氣囊的入口設置從而將固定壓力施予氣囊和管9。
[0114] 為了進一步幫助在例如鼻腔的體腔內插入和放置，所述設備可以設置有標尺以幫 助人們執行刺激。例如擴展構件可以設置有這樣的標尺，該標尺與特定的患者身體結構的 任何現有知識一起可以表示所述設備插入鼻腔中多深?？商娲?，所述設備可以設置有比 鼻孔大的阻擋器以防止刺激構件插入鼻腔中過深。套管10能夠被設計為用于此目的。后 者的另一個示例在圖4中示出，其中覆蓋管的外徑可以做得比鼻孔大。
[0115] 在刺激構件的第二狀態，刺激構件至少部分地擴展至使絕緣層的第一表面的至少 一部分抵靠體腔中的身體組織的體積。接觸表面建立在刺激構件和體腔組織之間，接觸壓 力和振動刺激能通過該接觸表面傳遞至患者。刺激構件抵靠身體組織的接觸壓力可以在 20-120毫巴的范圍內。
[0116] 第二電勢適于隨時間函數變化。因此，當介電材料的壓縮隨施加的電場而變化時 使刺激構件振動。刺激構件被設置為根據振動模式而振動，該振動模式通常包括在例如 50-300HZ的10-500HZ范圍內的至少一個頻率部件。
[0117] 圖4是所述設備的一個非限制性實施方式的示意性截面圖。刺激構件具有圓柱形 狀并且包括絕緣層1、第一導電層2、介電聚合物層3和第二導電層4。電絕緣蓋8設置在圓 筒的端部上，由此形成可以用流體填充的內部密閉體積。引導銷8設置在密閉體積內并且 附接至蓋18面向圓筒內側的表面。如前所述，引導銷8可以由比刺激構件本身更硬的材料 制成從而便于將刺激構件插入體腔中。
[0118] 刺激構件的端部適于插入到體腔的身體組織中并且將振動施予體腔的身體組織。 端部從覆蓋管17延伸，在覆蓋管17中插入并固定圓筒。覆蓋管具有對應于刺激構件的外 徑的內徑且外徑足夠大以防止覆蓋管17插入到體腔中。由此，防止刺激構件插入過深。
[0119] 至少刺激構件的端部可以形成在能夠變形的材料中從而便于例如插入和放置。所 述刺激構件的端部可以進一步被形成在能夠通過例如提供流體而至少部分擴展的材料中。
[0120] 根據本發明的一個實施方式，所述設備包括適于將刺激構件連接至外部電源、接 地電勢、壓力產生設備（例如氣泵）和其它設備（例如用于記錄在刺激構件和身體組織之 間的接觸壓力）的聯接構件。
[0121] 圖5示出了這樣的聯接設備19的示意性截面圖，該聯接設備19包括連接器銷20、 0型環密封件21和氣流通道22。如圖4所示，安裝在覆蓋管17中的刺激構件附接至聯接 構件。第一導電層2和第二導電層4的暴露區抵靠聯接構件的接觸表面，接觸表面電連接 至連接器銷20。因此，在連接器銷20與第一導電層2和第二導電層4之間建立電接觸。0 型環密封件21抵靠刺激構件的內側，從而能夠穿過氣流通道22保持氣壓。
[0122] 圖6示出了本發明另一個實施方式的示意性截面圖，本發明的另一個實施方式包 括刺激構件7、引導銷8和夾持套管10,所述刺激構件7例如為具有包圍管9端部入口的氣 囊，所述引導銷8在刺激構件7內延伸，所述夾持套管10圍繞氣囊的入口設置以將固定壓 力施予氣囊7和管9。夾持套管10包括界面23和電連接器銷20,所述界面23用于固定裝 置23以防止所述設備在鼻腔內的刺激過程中不期望地移動，并且所述電連接器銷20用于 將刺激構件7的第一和第二導電層2、4與第一、第二電勢電連接。
[0123] 在該實施方式中，至少介電聚合物層3和第二導電層4只覆蓋氣囊7的入口，該氣 囊7的入口包圍管9的端部。因此，從管9部分延伸的刺激構件7的其余部分是受動部。受 動部或受動區應該被理解為刺激構件7的一部分，在該部分中不產生振動。相反，通過由刺 激構件7覆蓋管9的端部的部分產生的振動引起受動部振動，并且所述振動經由在管9內 包圍的流體和振動構件7被傳輸至受動部。
[0124] 可替代地，在管外面可以設置外置致動器，由此提供擠壓作用。能動部，即致動器， 能夠例如被分成沿管的長度的一部分軸向設置的多個部分。通過順序致動這些部分，位移 體積的更大部分將朝向刺激構件移動由此提供更大的振動幅度。
[0125] 在該實施方式中，不需要在體腔中插入電連接。但是，不可能給體腔的部分提供選 擇性振動刺激。相反，整個刺激構件將根據基本相同的振動模式來振動。
[0126] 根據振動裝置的一個非限制性示例，介電聚合物可以既用作致動器又用作傳感 器。這提供了監視在組織和刺激構件之間的局部接觸壓力的可能性。
[0127] 局部接觸壓力可以通過測量在刺激構件的局部的第一導電層和第二導電層之間 的電容而間接地測量。通常，電容能夠通過以下步驟測量：先將電壓施加至刺激構件的部 分（例如，由第二導電層的電極覆蓋的區域限定的部分），移除電源，然后記錄在連接至電 極和第一導電層的電阻器上的電勢差。最后，通過將電壓記錄為時間的函數，電容可以用現 有技術中已知的數學關系估計?？商娲兀娮杵髂軌蚺c電極串聯連接，并且高頻電壓能夠 被施加至該電路。隨后測量在電阻器上的最終電壓。這實際上是高通濾波器。因此，通過 選擇電阻器的合適的值，當施加振動時，能夠測量電容。
[0128] 沒有連接至任何電極的其它導電軌跡可以設置為與實際使用的電極平行。然后， 將在該軌跡和地面之間測量的電容從在電極和地面之間測量的電容減去。優選使用高頻低 電壓信號以確保電容感應不干擾振動。
[0129] 在下文中，將關于刺激構件的局部部分來描述從電容到壓力的轉換，所述刺激構 件的局部部分包括絕緣層和設置在第一導電層和第二導電層之間的介電聚合物層。
[0130] 所述部分的電容是
[0131]

【權利要求】
1. 一種用于將振動施予體腔中的身體組織的刺激構件，包括： 彈性電絕緣層，具有第一表面和第二表面，其中所述層的所述第一表面的至少一部分 適于抵靠所述體腔的所述組織； 第一柔性導電層，設置在所述絕緣層的所述第二表面的至少一部分上，并且可電連接 至第一電勢； 介電聚合物層，設置在所述第一導電層的至少一部分上；以及 第二柔性導電層，設置在所述介電聚合物層的至少一部分上，并且可電連接至第二電 勢； 其中，所述刺激構件可擴展并且能夠設置在第一狀態下和第二狀態下，在第一狀態下， 所述刺激構件能夠經由身體開口被引入體腔中，并且在第二狀態下，所述刺激構件擴展至 使得所述電絕緣層的所述第一表面抵靠所述體腔內的所述組織的體積。
2. 根據權利要求1所述的刺激構件，其中所述第一導電層可連接至接地電勢，并且所 述第二導電層可連接至隨時間變化的電勢。
3. 根據權利要求2所述的刺激構件，其中所述第一導電層設置在所述絕緣層的所述第 二表面的部分上，該部分與所述第一表面適于抵靠所述組織的部分重疊。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述介電聚合物選自由聚氨酯、 硅酮、氟硅酮、乙烯丙烯、聚丁二烯和異戊二烯組成的組。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述第一導電層和所述第二導電 層包括選自由碳脂、石墨粉、石墨噴涂、增厚的電解質、噴鍍的黃金、銀膏和導電聚合物組成 的組的材料。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述絕緣層和所述第一導電層限 定包含流體的封閉體積，其中所述第二導電層與所述封閉體積重疊。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中沿所述第二導電層的至少一部分 的外周設置加強件。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述第二導電層由至少一個電極 構成。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述第一柔性導電層和所述第二 柔性導電層彼此至少部分重疊。
10. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，其中所述刺激構件是多層氣囊。
11. 根據上述權利要求中任一項所述的刺激構件，還包括用于與所述刺激構件的封閉 的內部體積流體連通的入口。
12. -種用于振動刺激體腔中的身體組織的設備，包括： 由上述權利要求中任一項限定的刺激構件， 其中所述刺激構件被設置為根據振動模式振動，所述振動模式包括在10-500HZ，例如 50-300HZ范圍內的至少一個頻率分量。
13. 根據權利要求12所述的設備，還包括適于通過將流體供給至所述刺激構件而擴展 所述刺激構件的擴展構件。
14. 根據權利要求12-13中任一項所述的設備，其中所述設備被配置為使得所述絕緣 層的所述第一表面在20-120毫巴的壓力下抵靠所述組織。
15. 根據權利要求12-14中任一項所述的設備，還包括： 電阻器，連接至所述第一導電層和所述第二導電層中的至少之一； 記錄模塊，適于記錄在所述第一導電層和所述至少第二導電層的至少一部分之間的電 容；和 計算模塊，適于基于所記錄的電容計算在所述絕緣層的所述第一表面的至少一部分和 所述組織之間的接觸壓力。
16. 根據權利要求12-15中任一項所述的設備，其中所述刺激構件還包括引導元件，所 述引導元件適于在引入體腔的過程中引導所述刺激構件。
17. 根據權利要求12-16中任一項所述的設備，還包括用于靠近所述刺激構件進行機 械連接和電連接的界面。
【文檔編號】A61H23/02GK104220037SQ201380015361
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年3月20日
【發明者】賈恩·埃瑞克·尤托, 伏萊德瑞克·尤托威, 廉姆·霍爾姆 申請人:考地特醫療公司