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US9393428B2 Implantable antenna assemblies

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US9393428B2 Implantable antenna assemblies

摘要

  • 问题:传统耳蜗植入感应天线依赖手工绕线制造，批间电气与力学参数离散度大；中心永磁体在 MRI 静磁场作用下受位移力与扭矩，存在运动伤害风险；磁铁铁磁材料对邻近区域 CT/MRI 成像产生伪影。
  • 方案:以多层聚酰亚胺柔性印刷电路板取代手工绕线——第一层基底形成 Au 感应线圈（附 Ti/Pt 粘合层），第二、三层形成 Au 电磁屏蔽，各层经热压叠层及 via 互连成形；设计三类可拆卸磁铁保持结构（硅胶封装口袋、天线中心孔、笼式旋转锁），磁铁可经小切口手术取出并于术后复位。
  • 效果:未封装叠层厚度 200–400 μm（典型算例 ~330 μm），硅胶封装后约 737 μm；13 J 冲击测试（10° 斜入射，金属面 + 2.8 mm 聚氨酯模拟颅骨与皮肤）无损伤；薄型磁铁（厚 2–3 mm，直径增大）可缩短内植感应线圈与外部发射线圈间距；RF 传输效率与 MRI 场内力/扭矩均无实测定量数据公开。
  • 形态:耳蜗植入内置天线组件，27 项权利要求，涵盖结构（权项 1–16）、整机（权项 17）与制造方法（权项 18–27）三类独立权项。

机理与方案

耳蜗植入系统中，外部发射器 (180) 经皮向内植天线 (187) 传输能量与数据；天线中心磁铁 (189) 同时承担吸附外部头件的功能。MRI 静磁场 B₀ 对永磁体施加位移力与对准扭矩，可能导致磁铁移位乃至整体植入物运动，引发患者损伤；磁铁铁磁材料在 CT/MRI 图像中产生局部伪影，干扰植入区邻近软组织成像。手工绕线天线的附加问题是批间参数离散度大，且承受法向冲击时导线易发生拉伸断裂。

多层柔性 PCB 叠层结构（图 3/4）

叠层自下而上为：PI / Ti·Au / 粘合剂 / PI / Ti·Au / 粘合剂 / PI / Ti·Au / 粘合剂 / PI（图 4）。各聚酰亚胺基底厚度 12.5–50 μm（典型 ~24.5 μm），粘合剂层 ~20 μm；按 4 层金属 + 5 层 PI + 4 层粘合剂计，未封装总厚约 330 μm，封装约 203 μm 硅胶（双面）后约 737 μm（Claim 15 规定封装前 < 400 μm）。

第一层基底正面形成螺旋感应线圈（Au，厚 ~18 μm，宽 ~500 μm），背面形成返回迹线 (350)，两者经穿层 via 连通，避免电气交叉。第二、三层基底分别承载屏蔽上弧 (325,335) 与下辐射状轮辐（Au，厚 ~23 μm，宽 ~179 μm），经 via (320) 上下闭合，接机壳地后抑制外部噪声对线圈特性的干扰。Ti 或 Pt 粘合层解决 Au 与 PI 界面结合力问题。迹线成形方式包括电镀/溅射/气相沉积 + 化学刻蚀或激光消融；各层经粘合剂热压固化叠合，via 孔用激光/机械冲孔/钻孔成形后填入贵金属。聚酰亚胺抗拉强度 75–90 MPa（部分医疗级应用达 ~392 MPa），面内抗拉伸特性使叠层在法向冲击下可弯曲变形而不导致迹线断裂，取代了手工绕线因拉伸失效的模式。

三类可拆卸磁铁保持结构

口袋式（图 6A–6C）：硅胶封装体中预留带唇边 (605) 的型腔 (600)，尺寸匹配钕铁硼磁铁（外封气密钛壳）的外径；嵌入后唇边将磁铁固位。外科移除时，切开皮肤软组织 (610)、掀开唇边，提取磁铁；复位时反向操作，无需破坏其余封装结构。图 6D 展示薄型磁铁 (620) 变体：厚度 2–3 mm，直径增大；在维持头件吸附固定力的同时降低植入物轮廓，直接缩短内植感应线圈与外部发射线圈的间距 (630)，改善经皮传输耦合。

中心孔式（图 7A–7C）：在柔性 PCB 天线中心加工孔径 (705) 大于磁铁直径的圆孔，磁铁置于孔内、硅胶口袋在孔内成形。天线可位于磁铁中心平面（图 7B）或磁铁正上方（图 7C），后者最小化间距 (630)。图 8 为颅骨预成型凹陷变体，植入后皮肤隆起仅为天线叠层厚度，轮廓几近不可察。

笼式旋转锁（图 9A–9C）：刚性笼 (900) 带中心孔 (902)，磁铁 (905) 插入后旋转卡锁（类刺刀锁机构）；笼外周具有与硅胶封装体啮合的特征，抑制笼相对封装体的位移。全文明确指出：在某些情况下笼的结构足以在 MRI 期间防止磁铁移位或脱出，从而消除手术移除的必要；若术者判断仍需移除，可用工具旋转解锁后提取磁铁。

效果与证据

专利提供的定量数据涵盖叠层尺寸（各 PI/金属/粘合剂层厚度、线圈迹线宽 ~500 μm、屏蔽迹线宽 ~179 μm、未封装总厚 200–400 μm、封装后约 737 μm）及一项力学冲击实测结果（13 J、10° 斜入射、金属面 + 2.8 mm 聚氨酯覆层，重复冲击无损伤）；MRI 兼容性（b0-force / b0-torque / 伪影）仅作机制性描述，无任何场强条件下力/扭矩实测值，无 SAR 或 RF 致热数据，无 ASTM/ISO 标准条款引用，属概念/结构方案披露。

对我方产品的意义

本专利针对磁铁力学挑战（b0-force / b0-torque），三类可拆卸磁铁结构（硅胶口袋、天线中心孔、笼式旋转锁）为我方含移除式磁铁的植入产品提供直接结构参照；笼式方案（图 9）最具对标价值——旋转卡锁在不破坏封装体的前提下实现可控拆卸，且专利明确指出特定条件下该笼可在 MRI 期间防止磁铁移位，提供一条无需手术移除磁铁的 MRI 耐受路径参考；中心孔式方案（图 7）同时满足减小线圈间距与磁铁可移除两项设计目标，可作为天线-磁铁整体布局的对照基准。

关联

关系图谱

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