柔性电极

1.本技术涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种电极装置。


背景技术：

2.肿瘤治疗电场(tumor treating fields，ttf)诊疗法是利用中频(100-300khz)电场抑制肿瘤细胞的有丝分裂，在电场作用下使细胞发生不均等分裂，最终导致细胞死亡的方法。目前应用ttf疗法的主要产品为以色列novocure公司的optune及novotal系统，这种产品目前采用的是体外穿戴式电极及固定阵列工作方式。
3.目前临床使用的穿戴式电极采用圆形陶瓷电极阵列形式，圆形陶瓷背面镀银，焊接在电路软板上统一引线接出，但是圆形陶瓷电极本身尺寸较大，在贴合人体皮肤或者植入时柔韧性不够，无法保证良好的贴合，且透气性较差，长期佩戴容易引发皮肤炎症。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高柔韧性、贴合度的电极装置。
5.第一方面，本技术提供了一种电极装置，所述电极装置包括柔性衬底以及设置于所述柔性衬底上的多个传导电极，各所述传导电极包括多个柔性电路板以及设置于各所述柔性电路板上的多个电极片，各所述柔性电路板与所述柔性衬底连接，同一个所述柔性电路板上的电极片之间间隔设置。
6.在其中一个实施例中，所述传导电极包括多个环形柔性电路板和第一连接柔性电路板，各所述环形柔性电路板之间间隔设置，所述第一连接柔性电路板的第一端用于连接各所述环形柔性电路板，所述第一连接柔性电路板的第二端与电场发生器连接。
7.在其中一个实施例中，所述传导电极包括一个环形柔性电路板和多个沿所述环形柔性电路板的径向设置的多个第一条形柔性电路板，各所述第一条形柔性电路板与所述环形柔性电路板连接。
8.在其中一个实施例中，所述传导电极包括第二连接柔性电路板和多个沿第一方向设置的第二条形柔性电路板，所述多个沿第一方向设置的第二条形柔性电路板与所述第二连接柔性电路板的第一端连接，所述第二连接柔性电路板的第二端与电场发生器连接。
9.在其中一个实施例中，所述传导电极还包括多个沿第二方向设置的第三条形柔性电路板，各所述第三条形柔性电路板与各所述第二条形柔性电路板之间交叉连接以形成网格状。
10.在其中一个实施例中，所述电极装置还包括导电凝胶，所述导电凝胶设置在同一个柔性电路板上相邻的两个所述电极片之间，和/或设置在所述电极片的表面。
11.在其中一个实施例中，所述电极装置还包括通孔，所述通孔开设于所述柔性衬底之上。
12.在其中一个实施例中，若所述电场发生器施加至多个所述电极装置的电场相同，
且各所述电极装置的电极片的总面积相同，则所述电极装置作用于目标区域的场强与所述柔性电路板上相邻的两个所述电极片之间的间距负相关。
13.在其中一个实施例中，若所述电场发生器施加至多个所述电极装置的电场相同，且各所述电极装置的电极片的总面积相同，则所述电极装置作用于目标区域的场强与间隔角负相关；其中，所述间隔角为第一电极片组中各电极片朝向圆心的第三方向与第二电极片组中各电极片朝向圆心的第四方向之间的夹角，所述第一电极片组与所述第二电极片组为沿径向设置的相邻的两组电极片组。
14.在其中一个实施例中，所述电极片的长度为0.5mm-3mm，宽度为0.5mm-3mm，厚度为0.1-1mm。
15.上述电极装置，电极装置包括柔性衬底以及设置于柔性衬底上的多个传导电极，各传导电极包括多个柔性电路板以及设置于各柔性电路板上的多个电极片，各柔性电路板与柔性衬底连接，同一个柔性电路板上的电极片之间间隔设置。由于电极片间隔设置在柔性电路板上，柔性电路板间隔设置在柔性柔性衬底上，柔性电路板上的电极片以阵列的形排布在柔性衬底上，可以极大地提升电极装置上电极片的贴合效果，增强电极装置的柔韧性，而且，电极片间隔设置和柔性电路板的间隔设置赋予了电极装置更好的透气性和散热性，给皮肤留出“呼吸”空间，增强散热，极大降低副作用发生的概率。
附图说明
16.图1为本技术提供的现有技术的圆形陶瓷电极的结构示意图；
17.图2为一个实施例中电极装置的第一结构示意图；
18.图3为一个实施例中电极装置的应用示意图；
19.图4为一个实施例中电极装置的第二结构示意图；
20.图5为一个实施例中电极装置的第三结构示意图；
21.图6为一个实施例中电极装置的第四结构示意图；
22.图7为一个实施例中电极装置的第五结构示意图；
23.图8为一个实施例中电极装置的第六结构示意图；
24.图9为一个实施例中电极装置的第七结构示意图；
25.图10为另一个实施例中电极装置的第八结构示意图；
26.图11为一个实施例中目标区域场强分布示意图；
27.图12为一个实施例中目标区域场强有效参数组合示意图；
28.图13为另一个实施例中目标区域场强分布示意图；
29.图14为一个实施例中等效人体组织模型的电场强度分布示意图。
30.附图标记说明：
31.100、电极装置；10、柔性衬底；20、传导电极；
32.201、柔性电路板；202、电极片；203、环形柔性电路板；
33.204、第一连接柔性电路板；205、第一条形柔性电路板；
34.206、第二连接柔性电路板；207、第二条形柔性电路板；
35.208、第三条形柔性电路板；30、导电凝胶；40、通孔。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.在本技术中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
42.肿瘤治疗电场(tumor treating fields，ttf)诊疗法是利用中频(100-300khz)电场抑制肿瘤细胞的有丝分裂，在电场作用下使细胞发生不均等分裂，最终导致细胞死亡的方法。
43.2011年，这种技术通过美国食品药品管理局(food and drug administration、fda)认证，用于治疗复发性胶质瘤，2016年通过fda认证可用于新诊断多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme、gbm)治疗，2019年通过fda认证用于治疗恶性胸膜间皮瘤。目前这些结果表明，ttf诊疗法在肿瘤/癌症治疗方面存在巨大的潜力。目前应用ttf诊疗法的主要产品为以色列novocure公司的optune及novotal系统，这种产品目前采用的是体外穿戴式电极及固定阵列工作方式。
44.如图1所示，目前临床使用的穿戴式电极采用圆形陶瓷电极，圆形陶瓷背面镀银，焊接在电路软板上统一引线接出。但是现有的圆形陶瓷电极本身尺寸较大，在贴合人体皮
肤或者植入时柔韧性不够，无法保证良好的贴合；其次，圆形陶瓷电极不能够透气，引发很多的副作用；再次，目前在使用时，陶瓷电极每隔两到三天就需要更换，费用高昂，且浪费严重。因此，本技术提出了一种电极装置用来解决上述问题。
45.图2为一个实施例中电极装置的第一结构示意图，如图2所示，电极装置100包括柔性衬底10以及设置于柔性衬底10上的多个传导电极20，各传导电极20包括多个柔性电路板201以及设置于各柔性电路板201上的多个电极片202，各柔性电路板201与柔性衬底10连接，同一个柔性电路板201上的电极片202之间间隔设置。
46.在本实施例中，如图2所示，电极装置100自下而上依次包括柔性衬底10，多个柔性电路板以及设置于各柔性电路板201上的多个电极片202，柔性电路板201嵌在柔性衬底10中，在柔性衬底10中完全导通，电极片202以阵列的形式间隔焊接在柔性电路板201上，多个传导电极20通过统一引线输出，即多个柔性电路板201通过统一引线输出。
47.可选的，柔性衬底10包括柔性柔性衬底材料，例如可以为聚酰亚胺(pi)，聚对苯二甲酸乙二酯(pet)，聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)，聚二甲基硅氧烷(pdms)有机硅塑料(silicone)等有机柔性材料。
48.可选的，柔性电路板201包括柔性柔性电路板，可以是以聚酰亚胺或聚酯薄膜等柔性材料为基材制成的可挠性印刷柔性电路板。
49.可选的，电极片202由多个标准高介电常数陶瓷小片或者金属片组成，电极片202可以是圆形的，也可以是多边形的，本技术实施例对此不做限制。若电极片202为四边形，优选的，电极片202的长度为0.5mm-3mm，宽度为0.5mm-3mm，厚度为0.1mm-1mm。
50.在本实施例中，本技术提出的电极装置100可以进行体外佩戴和体内植入等多种方式，而且多个传导电极20的设置方式可根据目标区域进行调整，本技术实施例对此不做限制。例如，在实际应用过程中，可同时使用多个电极装置100组成大阵列的电极装置100覆盖目标区域，构建类似如图3所示的“电极帽”等形式，将图3中的每一个圆形电极可看作为本技术上述图2提供的电极装置，每一个电极装置通过一个引线输出，可佩戴，也可植入。
51.本技术实施例中，电极装置包括柔性衬底以及设置于柔性衬底上的多个传导电极，各传导电极包括多个柔性电路板以及设置于各柔性电路板上的多个电极片，各柔性电路板与柔性衬底连接，同一个柔性电路板上的电极片之间间隔设置。由于电极片间隔设置在柔性电路板上，柔性电路板间隔设置在柔性柔性衬底上，柔性电路板上的电极片以阵列的形排布在柔性衬底上，可以极大地提升电极装置上电极片的贴合效果，增强电极装置的柔韧性，而且，电极片间隔设置和柔性电路板的间隔设置赋予了电极装置更好的透气性和散热性，给皮肤留出“呼吸”空间，增强散热，极大降低副作用发生的概率。
52.图4为一个实施例中电极装置的第二结构示意图，如图4所示，传导电极包括多个环形柔性电路板203和第一连接柔性电路板204，各环形柔性电路板203之间间隔设置，第一连接柔性电路板204的第一端用于连接各环形柔性电路板203，第一连接柔性电路板204的第二端与电场发生器连接。
53.在本实施例中，如图4所示，电极装置100的第二结构示意图为一个圆形阵列的电极装置，多个环形柔性电路板203依次间隔设置在柔性衬底10上，第一连接柔性电路板204的第一端经过圆心，将各环形柔性电路板203连接，进行导通，每一个环形柔性电路板203上间隔设置多个电极片202，第一连接柔性电路板204经过圆心的第一端上焊接电极片202，第
一连接柔性电路板204的第二端与电场发生器连接，对电极装置100施加电场。
54.可选的，第一连接柔性电路板204的第一端也可以不经过圆心，第一连接柔性电路板204的第一端将沿圆心向外的四个环形柔性电路板203连接，第一连接柔性电路板204的第一端也可以穿过圆心等。
55.图5为一个实施例中电极装置的第三结构示意图，如图5所示，传导电极包括一个环形柔性电路板203和多个沿环形柔性电路板203的径向设置的多个第一条形柔性电路板205，各第一条形柔性电路板205与环形柔性电路板203连接。
56.在本实施例中，如图5所示，电极装置100的第三结构示意图为另一个圆形阵列的电极装置，在靠近柔性衬底10的圆心处设置一个环形柔性电路板203，沿环形柔性电路板203的径向设置的多个第一条形柔性电路板205，各第一条形柔性电路板205与环形柔性电路板203连接，将多个第一条形柔性电路板205中的任意一个第一条形柔性电路板205的一端与电场发生器连接，对电极装置100施加电场。
57.可选的，各第一条形柔性电路板205还可以与环形柔性电路板203连接之后，经过圆心与其他第一条形柔性电路板205进行连接。
58.需要说明的是，上述实施例提供的图4和图5的电极装置100，传导电极20的设置方式可以单独采用上述任意一种设置方式，也可以将两者进行结合，根据患者具体使用情况而定。例如，粘贴在头皮上的电极装置100，由于电极片202的轴向形变可能更大，则可以采用上述图4提供的电极装置100；粘贴在细小结构上的电极装置100，由于电极片202的径向形变较大，则可以采用图5提供的电极装置100。
59.图6为一个实施例中电极装置的第四结构示意图，如图6所示，传导电极包括第二连接柔性电路板206和多个沿第一方向设置的第二条形柔性电路板207，多个沿第一方向设置的第二条形柔性电路板207与第二连接柔性电路板206的第一端连接，第二连接柔性电路板206的第二端与电场发生器连接。
60.在本实施例中，如图6所示，多个第二条形柔性电路板207横向设置在柔性衬底10上，电极片202间隔设置在多个第二条形柔性电路板207上，每一个第二条形柔性电路板207的右端与第二连接柔性电路板206的第一端连接，第二连接柔性电路板206的第二端与电场发生器连接，对电极装置100施加电场。
61.可选的，第一方向可以为横向，也可以为纵向，也可以为任意角度，本技术实施例对此不做限制。
62.图7为一个实施例中电极装置的第五结构示意图，如图7所示，传导电极还包括多个沿第二方向设置的第三条形柔性电路板208，各第三条形柔性电路板208与各第二条形柔性电路板207之间交叉连接以形成网格状。
63.在本实施例中，如图7所示，传导电极还包括多个沿第二方向设置的第三条形柔性电路板208，第三条形柔性电路板208与各第二条形柔性电路板207之间相互垂直，交叉连接嵌在柔性衬底10上以形成网格状，电极片202间隔设置在第二条形柔性电路板207和/或第三条形柔性电路板208上，第二连接柔性电路板206的第一端可以和第二条形柔性电路板207连接，也可以和第三条形柔性电路板208连接，第二连接柔性电路板206的第二端与电场发生器连接，对电极装置100施加电场。
64.可选的，各第三条形柔性电路板208与各第二条形柔性电路板207之间交叉连接，
可以是相互垂直连接的，也可以是任意角度交叉连接以形成网格状，本技术实施例对此不做限制。
65.需要说明的是，本技术上述提供的电极装置100的几种结构示意图，可以任意组合，而且以上电极装置100的几种结构示意图并不是对本技术电极装置100结构的限定，用户可以根据患者目标区域进行调整，自行设置各传导电极20中柔性电路板与设置在柔性电路板上的电极片202的位置，本技术实施例对此不做限制。
66.图8为一个实施例中电极装置的第六结构示意图，如图8所示，电极装置100还包括导电凝胶30，导电凝胶30设置在同一个柔性电路板201上相邻的两个电极片202之间，和/或设置在电极片的表面。
67.在本实施例中，患者在进行体外佩戴时，为了进一步增加电极装置100与患者皮肤的贴合度，还可以在电极装置100上增加导电凝胶30，如图8所示，将导电凝胶30设置在同一个柔性电路板201上相邻的两个电极片202之间。例如，可以在电极片202的一侧增加导电凝胶30。
68.在本实施例中，还可以将导电凝胶30设置在所有电极片的表面，提高电极装置与用户之间的贴合度。
69.图9为一个实施例中电极装置的第七结构示意图，图10为一个实施例中电极装置100的第八结构示意图，如图9、图10所示，电极装置100还包括通孔40，通孔40开设于柔性衬底10之上。
70.在本实施例中，除了本技术上述实施例所提供的，通过间隔设置柔性电路板和在柔性电路板上间隔设置电极片，可以增加电极装置100的透气性，本技术还提供一种在电极装置100上开设通孔40的方式，将通孔40开设于柔性衬底10之上。示例性的，如图9、10所示，可以将通孔40开设在各环形柔性电路板或条形柔性电路板之间的空隙部分，进一步增强散热与透气效果。
71.图11为一个实施例中目标区域场强分布示意图，如图11所示，若电场发生器施加至多个电极装置的电场相同，且各电极装置的电极片的总面积相同，则电极装置作用于目标区域的场强与柔性电路板上相邻的两个电极片之间的间距负相关。若电场发生器施加至多个电极装置的电场相同，且各电极装置的电极片的总面积相同，则电极装置作用于目标区域的场强与间隔角负相关；其中，间隔角为第一电极片组中各电极片朝向圆心的第三方向与第二电极片组中各电极片朝向圆心的第四方向之间的夹角，第一电极片组与第二电极片组为沿径向设置的相邻的两组电极片组。
72.在本实施例中，在各电极装置电极片的总面积固定以及电场发生器施加至多个电极装置的电场相同的前提下，可以改变电极片的间距和电极片的间隔角。结合上述实施例提供的电极装置，以图4为例，间距为处于同一径向任意两个相邻的环形柔性电路板上的两个电极片之间的距离，间隔角为处于同一径向的电极片组和相邻的处于同一径向的电极片组之间的最小夹角。以图5为例，间距为第一条形柔性电路板上相邻两个电极片之间的距离，间隔角为两个第一条形柔性电路板之间构成的最小夹角。以图6、图7为例，间距为第二条形柔性电路板和/或第三条形柔性电路板上相邻两个电极片之间的距离。
73.在本实施例中，如图11所示，图11为圆形阵列电极(上述图4、图5)目标区域场强随电极片的间距、电极片的间隔角的分布情况，其中，横坐标t代表电极片之间的间距，纵坐标
theta代表为电极片的间隔角，可以发现，在同一间隔角下，电极片的间距越小，目标区域的场强越大，即目标区域的场强与电极片的间距负相关；在同一间距下，电极片的间隔角越小，目标区域的场强越大，即目标区域的场强与电极片的间隔角负相关。由于肿瘤治疗电场诊疗法的有效场强的有效值范围在0.7v/cm以上，电极片的设计可选的参数范围可以缩减到图12所示的灰度色块对应参数组合中，其中，横坐标t代表电极片之间的间距，纵坐标theta代表为目标区域的场强的大小，例如，当电极片间距在4.5mm以内时，间隔角可选范围为30
°
～70
°
。图13为线形阵列电极(上述图6、图7)目标区域场强随电极片的间距分布情况，其中，横坐标t为为电极片的间距，纵坐标为目标区域的场强(即图13中的电场模)，随着电极片的间距的增大，目标区域的场强基本呈递减方式。可知，只需要保证电极片的间距在5mm以内，都可以使目标区域场强有效值达到在0.7v/cm以上。
74.需要说明的是，上述计算结果的数值并不是限制电极装置设计的准确数值，只是表征在实际设计过程中，可进行类似的计算，根据实际需要确定合理的电极装置的设计参数。
75.在本实施例中，如图14所示，图14为构建的等效人体组织模型的电场强度分布示意图，可以得到人体不同组织部位的电场强度。
76.在一个实施例中，将现有技术的圆形单片电极与本技术的其中一种线性阵列电极和圆形阵列电极进行比较，发现在目标区域的有效场强比较接近的前提下，本技术提出的电极装置设计增益(即单位面积场强更高)，电极片的用料更少，更换方便且制作成本更低，能够保证在相同效果的前提下极大减轻用户的经济压力，弥补了现有技术因频繁更换导致的费用高昂、浪费严重的问题。
[0077][0078]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0079]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。