阅读说明：本技术 塑形模具和脑皮层电刺激器的制作方法、存储介质 (Shaping die, manufacturing method of cerebral cortex electric stimulator and storage medium ) 是由 马克·霍默恩 戴聿昌 庞长林 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种塑形模具和脑皮层电刺激器的制作方法、存储介质。该方法包括：采集患者的脑部影像数据；对所述脑部影像数据进行3D建模,获得所述塑形模具的三维数据；基于所述三维数据,控制3D打印机进行3D打印或控制精密机械加工设备进行精密机械加工,得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极进行塑形的所述塑形模具。该方法中,塑形模具的三维数据与患者的脑皮层区域的沟壑及褶皱曲率或凹凸表面的形状等信息一致,使用该塑形模具对脑皮层电刺激器的柔性电极塑形,实现了不同患者的脑皮层电刺激器的定制化,进而提高了对脑皮层的电流刺激效果。本发明尤其适用于视觉皮层电刺激器,用以改善视盲患者的视觉感受。(The invention discloses a shaping die, a manufacturing method of a cerebral cortex electric stimulator and a storage medium. The method comprises the following steps: collecting brain image data of a patient; 3D modeling is carried out on the brain image data, and three-dimensional data of the shaping mold is obtained; and based on the three-dimensional data, controlling a 3D printer to perform 3D printing or controlling a precision machining device to perform precision machining to obtain the shaping die for shaping the flexible electrode of the cerebral cortex electric stimulator. In the method, the three-dimensional data of the shaping die is consistent with information such as gully and fold curvature of a cortex region of a patient or the shape of a concave-convex surface, and the flexible electrode of the cortex electric stimulator is shaped by using the shaping die, so that the customization of the cortex electric stimulators of different patients is realized, and the current stimulation effect on the cortex is further improved. The invention is particularly suitable for the visual cortex electric stimulator and is used for improving the visual perception of the blind patients.)

塑形模具和脑皮层电刺激器的制作方法、存储介质

技术领域

本发明涉及医疗设备制造技术领域，更具体地，涉及塑形模具和脑皮层电刺激器的制作方法、存储介质。

背景技术

视觉重建大致可分为视网膜、视神经和视皮层三个层次。对于视网膜及视神经已经发生损害的患者，视皮层的视觉重建是一个重要研究方向。相关技术中，通过对视觉皮层施加刺激电流来诱发视盲患者光幻视以形成视觉感受。即将电极阵列直接植入患者脑部，通过电极阵列施加刺激电流给视觉皮层这一视路的最下游，从而使患者产生视觉感知。然而，与视网膜部分的规则弧面结构不同，视觉皮层具有复杂的沟壑形状。如何实现电极阵列的有效植入，以保证各刺激电极的刺激效果，是本领域技术人员面临的挑战。

此外，对脑皮层其他区域进行电刺激，也可以实现其他类型的功能恢复及疾病治疗(如疼痛治疗、成瘾性疾病治疗、植物人唤醒等)，同样存在需要解决电极阵列有效植入的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种塑形模具和脑皮层电刺激器的制作方法，从而实现了不同患者的脑皮层电刺激器的定制化，提高了脑皮层电刺激器对患者脑皮层的电流刺激效果。

根据本发明的一方面，提供一种柔性电极塑形模具的制作方法，所述制作方法包括：

采集患者的脑部影像数据；

对所述脑部影像数据进行3D建模，获得所述塑形模具的三维数据；

基于所述三维数据，控制3D打印机进行3D打印或控制精密机械加工设备进行精密机械加工，得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极进行塑形的所述塑形模具。

优选地，所述对所述脑部影像数据进行3D建模，获得所述塑形模具的三维数据之前，还包括：

对所述脑部影像数据进行图像分割，得到脑部视觉皮层影像数据。

优选地，所述脑部视觉皮层影像数据包括：

脑部视觉皮层V1部分的影像数据、脑部视觉皮层V2部分的影像数据和脑部视觉皮层V3部分的影像数据；或者

脑部视觉皮层V1部分的影像数据和脑部视觉皮层V2部分的影像数据；或者

脑部视觉皮层V1部分的影像数据和脑部视觉皮层V3部分的影像数据。

优选地，所述对所述脑部影像数据进行3D建模，获得所述塑形模具的三维数据包括：

对所述脑部影像数据进行3D建模，分别获得所述塑形模具的凸模三维数据和/或凹模三维数据。

优选地，所述基于所述三维数据，控制3D打印机进行3D打印或控制精密机械加工设备进行精密机械加工，得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极进行塑形的所述塑形模具包括：

基于所述凸模三维数据，控制3D打印或精密机械加工，得到凸型塑形模具；和/或

基于所述凹模三维数据，控制3D打印或精密机械加工，得到凹型塑形模具。

优选地，所述采集患者的脑部影像数据，包括：

通过磁共振成像和/或CT扫描成像采集所述患者的脑部影像数据。

优选地，采用金属增材技术进行3D打印，或采用多轴多联动精密加工中心进行精密机械加工。

根据本发明的另一方面，提供一种脑皮层电刺激器的制作方法，包括：

采用如上任一项所述的塑形模具的制作方法制作得到所述塑形模具；

利用所述塑形模具夹持柔性电极，并在真空环境下加热所述塑形模具和所述柔性电极，对柔性电极进行塑形，得到塑形后的所述柔性电极；

将所述柔性电极的引入部分和集成电路芯片、分立元器件封装成封装结构，以得到所述脑皮层电刺激器。

优选地，真空环境下加热所述塑形模具和所述柔性电极的加热温度包括：150-250℃。

根据本发明的又一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被执行时实现如上所述的柔性电极塑形模具的制作方法。

本发明提供的实施例具有以下优点或有益效果：

采集患者的脑部影像数据，对脑部影像数据进行3D建模，获得塑形模具的三维数据，基于三维数据，控制3D打印机进行3D打印，或使用精密机械加工的方式，得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极进行塑形的塑形模具，塑形模具的三维数据与患者的脑皮层区域的沟壑及褶皱曲率或凹凸表面的形状等信息一致，使用该塑形模具对脑皮层电刺激器的柔性电极塑形，实现了不同患者的脑皮层电刺激器的定制化，进而提高了对患者脑皮层的电流刺激效果，尤其适用于视觉皮层电刺激器，用以改善视盲患者的视觉感受。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本发明的一个实施例的塑形模具的制作方法的流程图；

图2示出了本发明的一个实施例的脑皮层电刺激器的植入状态图；

图3示出了本发明的一个实施例的柔性电极的结构示意图；

图4示出了本发明的另一个实施例的塑形模具的制作方法的流程图；

图5示出了本发明的一个实施例的脑皮层电刺激器的制作方法的流程图；

图6示出了本发明的一个实施例的塑形模具和压紧模具的结构示意图；

图7示出了本发明的一个实施例的塑形模具的制作控制装置的结构图。

附图标记列表

210 电极阵列

220 电缆

230 封装结构

231 引入部分

300 柔性电极

610 凸型塑形模具

620 凹型塑形模具

630 下压紧模具

640 上压紧模具

700 制作控制装置

710 处理器

720 存储器

730 影像数据采集设备

740 模具加工设备

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明的一个实施例的塑形模具的制作方法的流程图。具体包括以下步骤：

在步骤S110中，采集患者的脑部影像数据。

在本步骤中，可以是通过磁共振成像和/或CT扫描成像扫描患者的脑部区域，基于扫描结果采集患者的脑部影像数据。这里的脑部影像数据可以是患者整个脑部结构区域的影像数据，也可以是患者部分脑部结构区域的影像数据。作为一个实施例，对于视盲患者而言，该脑部影像数据至少包括视盲患者的视觉皮层区域的影像数据。由于每个视盲患者的视觉皮层区域的解剖结构存在差异，所以基于视觉皮层区域的影像数据，可以得到视盲患者的视觉皮层区域的沟壑及褶皱曲率或凹凸表面的形状等信息。

在步骤S120中，对所述脑部影像数据进行3D建模，获得所述塑形模具的三维数据。

在该步骤中，可以是将脑部影像数据导入建模软件进行3D建模，获得塑形模具的三维数据。塑形模具的三维数据与患者的脑皮层区域的沟壑及褶皱曲率或凹凸表面的形状等信息一致。

在步骤S130中，基于所述三维数据，控制3D打印机进行3D打印或控制精密机械加工设备进行精密机械加工，得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极进行塑形的所述塑形模具。

可选地，图2示出本发明的一个实施例的脑皮层电刺激器的植入状态图，如图2所示，脑皮层电刺激器包括一个植入患者脑皮层的植入装置和与该植入装置通信的外部装置(未示出)，该植入装置包括柔性电极300。柔性电极300包括刺激部分、电缆220和引入部分231(参考图3)。引入部分231连接集成电路芯片和分立元器件(未示出)，并封装起来形成封装结构230。植入装置用来接收外部装置发送的电刺激信号，如视盲患者周围环境的视频信息，利用柔性电极300中的刺激部分通过电刺激的方式直接作用于脑皮层，从而实现视觉感知、疼痛治疗、成瘾性疾病治疗或植物人唤醒等目的。刺激部分优选为成排成列布置的电极阵列210，也可以根据需要配置为其他可能构造。本发明所指的塑形主要针对于直接与脑皮层接触的刺激部分。

具体地，图3示出了本发明的一个实施例的柔性电极的结构示意图。如图3所示，该实施例的脑皮层电刺激器的柔性电极300，包括：电极阵列210、电缆220及引入部分231。电极阵列210中电极的数量一般为数十个或数百个甚至数千个。电缆220内部形成多根分别连接电极阵列210的导线，用于电连接电极阵列210和引入部分231。引入部分231用于连接集成电路或者分立元器件。利用塑形模具夹持柔性电极300的电极阵列210，可以对电极阵列210进行塑形。

基于三维数据，控制3D打印机进行3D打印，或采用精密机械加工的方式，得到的塑形模具与患者的脑皮层区域的沟壑及褶皱曲率或凹凸表面的形状等信息一致，所以使用该塑形模具对脑皮层电刺激器的柔性电极300塑形，可以提高柔性电极300与患者脑皮层区域的贴合程度，进而可以提高对患者脑皮层的电流刺激效果，尤其适用于视觉皮层电刺激器，用以改善视盲患者的视觉感受。

图4是本发明的另一个实施例的塑形模具的制作方法的流程图，具体包括以下步骤：

在步骤S110中，采集患者的脑部影像数据。

在步骤S121中，对所述脑部影像数据进行图像分割，得到脑部视觉皮层影像数据。

这里对脑部影像数据进行图像分割前还可以对脑部影像数据进行预处理，例如，去噪和格式化。具体地，脑部视觉皮层影像数据包括：脑部视觉皮层V1部分的影像数据、脑部视觉皮层V2部分的影像数据和脑部视觉皮层V3部分的影像数据；或者脑部视觉皮层V1部分的影像数据和脑部视觉皮层V2部分的影像数据；或者脑部视觉皮层V1部分的影像数据和脑部视觉皮层V3部分的影像数据。

在步骤S122中，对所述脑部影像数据进行3D建模，分别获得所述塑形模具的凸模三维数据和/或凹模三维数据。

在步骤S131中，基于所述凸模三维数据，控制3D打印或精密机械加工得到凸型塑形模具；和/或基于所述凹模三维数据，控制3D打印或精密机械加工得到凹型塑形模具。例如，采用金属增材技术进行3D打印，或采用多轴多联动精密加工中心进行精密机械加工。

凸型塑形模具和凹型塑形模具匹配在一起可以形成与患者脑皮层的沟壑及褶皱曲率或者凹凸表面相同的形状，也可以单独使用凸型塑形模具或凹型塑形模具，并结合另一可塑部件一起对柔性电极300的刺激部分进行塑形。

图5示出了本发明的一个实施例的脑皮层电刺激器的制作方法的流程图。

在步骤S510中，利用所述塑形模具的制作方法制作得到所述塑形模具。

在本步骤中，利用如图1或者图4所示的塑形模具的制作方法制作得到塑形模具。

在步骤S520中，利用所述塑形模具夹持柔性电极300，并在真空环境下加热所述塑形模具和所述柔性电极300，经过一定的塑形时间后，得到塑形后的所述柔性电极300。

可选地，柔性电极300中的电极阵列210包括第一薄膜绝缘层、金属层及第二薄膜绝缘层，金属层位于第一薄膜绝缘层和第二薄膜绝缘层之间，形成薄膜-金属-薄膜的夹层结构。采用MEMS工艺通过化学气相沉积、溅射、电镀、蒸镀、等离子刻蚀、图案化或其组合制成该电极阵列210。第一薄膜绝缘层和第二薄膜绝缘层的材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯、特氟隆、硅树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸、聚对二甲笨(派瑞林)。其中，派瑞林可以通过化学气相沉积的方式沉积，以便于使电极阵列210的厚度薄至几百、几十至几微米，更易于塑形成型。

图6示出本发明的一个实施例的塑形模具和压紧模具的结构示意图。塑形模具包括：凸型塑形模具610和凹型塑形模具620，压紧模具包括：下压紧模具630和上压紧模具640。下压紧模具630和上压紧模具640用于将柔性电极300的引入部分231和电缆220压平。凸型塑形模具610与下压紧模具630可拆卸连接。即该实施例只需针对不同患者进行凸型塑形模具610和凹型塑形模具620的定制打印或精密机械加工，而下压紧模具630和上压紧模具640则可以通用。此外，为便于装配，在夹持柔性电极300后，凹型塑形模具620通过螺钉固定于凸型塑形模具610上。

具体地，将柔性电极300放置于下压紧模具630和凸型塑形模具610的特定位置，使得柔性电极300的电极阵列210与凸型塑形模具610位置匹配；将上压紧模具640和凹型塑形模具620分别安装于下压紧模具630和凸型塑形模具610的相应位置，使得下压紧模具630和上压紧模具640夹持柔性电极300的引入部分231和电缆220，凸型塑形模具610和凹型塑形模具620夹持固定柔性电极300的电极阵列210；将固定后的组件放入真空烤箱高温150-250℃处理，经过设定时间后，得到塑形后的柔性电极300。

在步骤S530中，将所述柔性电极300的引入部分231和集成电路芯片、分立元器件封装成封装结构，以得到所述脑皮层电刺激器。

该脑皮层电刺激器可以用于实现视觉感知、疼痛治疗、成瘾性疾病治疗或植物人唤醒等目的，尤其适用于视觉皮层电刺激器，用于治疗青光眼、糖尿病视网膜病变、高度近视眼底病变、眼外伤等致盲眼病，另外也可以作为视网膜色素变性(RP)及老年性视网膜黄斑退行性病变(AMD)的替代治疗方案。与视网膜电刺激器相比，该视觉皮层电刺激器可继续保留视盲患者的所有残留视力。

通常，脑皮层电刺激器的植入装置通过手术植入在患者脑部。在植入手术时，医生先去除患者的一部分颅骨，使其形成镂空部分。该镂空部分足以提供供电极阵列210通过的空间。医生通过工具将脑皮层电刺激器的植入装置植入患者颅骨的镂空部分或者颅骨上或者头皮下方，并将脑皮层电刺激器的柔性电极300的电极阵列210植入脑皮层表面。一般来说，对于视盲患者而言，电极阵列210可以植入脑部视觉皮层的V1区域，也可以部分覆盖脑部视觉皮层的V2区域或脑部视觉皮层的V3区域。手术完成后，柔性电极300周围的颅骨可以愈合。

视觉皮层电刺激器的外部装置包括摄像单元、视频处理单元和无线传输单元。摄像单元采集视盲患者周围环境的视频信息，视频处理单元将视频信息进行数据转换，无线传输单元将数据转换后的视频信息传输给植入装置。视觉皮层电刺激器的柔性电极300的电极阵列210通过电刺激的方式直接作用于视觉皮层，从而使患者能够获得视觉感知。本发明实现了不同视盲患者的脑皮层电刺激器的定制化，并能提高视盲患者的视觉感受。

对于其他类型的脑皮层电刺激器而言，外部装置相应配置，但均具有向植入装置发送电刺激信号的功能，具体可参考现有及改进的技术。

图7示出了本发明的一个实施例的塑形模具的制作控制装置700的结构图。图7示出的设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围构成任何限制。

参考图7，该装置包括通过总线连接的处理器710、存储器720、影像数据采集设备730和模具加工设备740。存储器720包括只读存储器(ROM)和随机访问存储器(RAM)，存储器720内存储有执行系统功能所需的各种计算机指令和数据，处理器710从存储器720中读取各种计算机指令以执行各种适当的动作和处理。影像数据采集设备730可以为磁共振成像设备，也可以为CT扫描成像设备。影像数据采集设备730采集患者的脑部影像数据。模具加工设备740例如为3D打印机或者精密机械加工设备。模具加工设备740基于塑形模具的三维数据进行3D打印，或使用精密机械加工技术，得到用于对脑皮层电刺激器的柔性电极300进行塑形的塑形模具。存储器720还存储有计算机指令以完成本发明实施例的塑形模具的制作方法。

相应地，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被执行时实现上述塑形模具的制作方法。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。