一种治疗耳聋耳鸣的耳廓共形柔性超声微针复合装置的制作方法

本发明涉及医疗器械和中药外用给药，具体涉及一种治疗耳聋耳鸣的耳廓共形的柔性超声微针复合装置。

背景技术：

1、耳聋耳鸣是常见且困扰性的听觉系统疾病，其发病机制复杂，涉及内耳微循环障碍、听神经损伤、听觉中枢异常兴奋等多方面因素，目前尚缺乏特效的根治性药物。在众多治疗策略中，将药物有效递送至内耳靶组织并同时进行神经调控是治疗的关键。

2、经皮给药系统作为一种非侵入性给药方式，虽能避免肝脏首过效应和胃肠道降解，但皮肤的屏障作用，尤其是角质层，严重限制了药物透皮吸收效率，特别是对于中药复方中的亲水性大分子活性成分。微针经皮给药和低频超声波导入是两种公认有效的物理促渗方法。微针通过机械穿刺在角质层建立微米级传输通道，具有微创、高效、生物利用度高的特点；超声波可通过其稳态空化和瞬态空化效应、声流作用及机械振动，可逆性地扰乱角质层脂质双分子层结构，显著提升药物的经皮渗透率。已有研究证实，微针与低频超声联合应用可产生显著的协同增效作用，将大分子药物的透皮通量提升数倍乃至十数倍。

3、然而，现有的超声经皮给药装置多为刚性、手持式或台式大型设备，存在体积庞大、操作复杂、依赖专业人员与固定电源、无法长期连续治疗等缺陷，极大地限制了患者的依从性。现有微针技术主要集中于糖尿病胰岛素给药、疫苗递送等领域，应用于耳部疾病治疗的研究极少。近年来，虽然可穿戴柔性电子技术取得了显著进展，但大多集中于物理治疗或成像监测领域，鲜有将超声促渗、微针给药与中医经络穴位理论进行系统集成，并针对耳廓这一复杂曲面解剖结构进行共形设计，以实现精准治疗的装置。

4、另一方面，传统中医在治疗耳聋耳鸣方面积累了丰富经验，认为其病机多与“气滞血瘀、清窍失养”相关，临床上常通过刺激听宫穴、听会穴、耳门穴等耳周关键穴位，并配合内服或外用当归、川芎、丹参等活血化瘀、通络开窍的中药组合物，取得了确切疗效。但传统口服或外敷给药存在起效慢、生物利用度低、难以精准靶向耳部病灶等不足。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是为解决上述至少一个技术问题，提供将柔性电子技术、低频超声物理促渗、载药微针和中医穴位治疗技术集成于一个柔性、可穿戴、易于操作的贴片内，兼具高效透皮、穴位精准刺激、安全可穿戴特性，旨在实现对耳聋耳鸣相关穴位的精准、高效、无创、可长期使用的协同药物与物理能量双重刺激治疗的装置。

2、技术方案：本发明提供了一种治疗耳聋耳鸣的耳廓共形柔性超声微针复合装置，包括可拆卸相连接的载药微针贴片和柔性超声主机，载药微针贴片包括可溶性微针，用于刺入皮肤后溶解并释放药物，柔性超声主机包括：

3、耳廓共形柔性基底，用于承载柔性超声换能器阵列和电路，能够贴合人体耳廓及耳周曲面；

4、柔性超声换能器阵列，集成于所述耳廓共形柔性基底下表面；

5、柔性控制单元，集成于耳廓共形柔性基底上表面，与柔性超声换能器阵列电连接；

6、柔性封装层，用于封装并保护柔性超声换能器阵列和柔性控制单元。

7、超声换能器阵列，用于超声振动加速微针基质溶解和药物释放，同时通过空化效应促进药物向深层组织渗透。

8、装置采用一次性可溶性微针贴片加可重复使用柔性超声主机的分体式设计，便于使用和节省用户成本，柔性基底采用医用级聚二甲基硅氧烷 (pdms) /ecoflex硅橡胶与聚酰亚胺 (pi) 复合薄膜制成，即：二甲基硅氧烷 (pdms)与聚酰亚胺 (pi)，或者，ecoflex硅橡胶与聚酰亚胺 (pi) 复合，具有良好的柔韧性、生物相容性和较低的声衰减系数，厚度为50-300μm，用于承载换能器阵列和电路，可完全贴合人体耳廓及耳周复杂曲面；耳廓共形柔性基底整体外形根据人体耳廓的平均三维解剖数据（呈弧形或多曲面耳廓共形结构，为能覆盖耳廓的前侧、后侧及边缘的穴位区域的曲面薄片）设计为可覆盖耳前、耳后、耳廓边缘关键区域的曲面薄片，形状为弧形或多曲面耳廓共形结构，弯曲半径 5-10 mm。同时基底边缘设有 3 个微型耳廓卡扣，配合医用低敏压敏胶使用，确保装置在日常活动中不会脱落。

9、耳廓共形柔性基底采用镂空网格结构，在保证机械强度的同时减轻重量并增加透气性。佩戴方式可以采用医用低敏压敏胶、耳廓边缘卡扣、 弹性环带或夹持结构中的一种或组合，用于将装置稳固固定在耳廓周围，夹紧力控制在5-15n之间，既保证日常活动时不脱落，又避免长时间佩戴引起皮肤过敏和压迫不适。

10、耳廓共形柔性基底高曲率区域使用 pdms或 ecoflex 增强贴合度，电极支撑区域使用聚酰亚胺提供结构强度，阵元区基底厚度0.1-0.2mm保证压电效率与柔韧性平衡，连接区厚度0.05-0.1mm增加柔性适应耳部弯曲，电极区厚度0.05-0.08mm降低重量提高佩戴舒适度，整体弯曲半径可达<10 mm，确保长期佩戴不发生疲劳断裂。

11、进一步的，柔性超声换能器阵列包括多个能够独立控制的超声换能器单元，各单元分别对应治疗耳聋耳鸣的穴位。

12、进一步的，超声换能器单元为微型压电单元，共6个，分别对应听宫穴、听会穴、耳门穴、翳风穴、角孙穴和交感穴。

13、柔性基底表面设有若干预设的定位标识区，分别对应听宫穴、听会穴、耳门穴、翳风穴、角孙穴、交感穴的体表投影区域。

14、柔性超声换能器阵列集成于所述柔性基底下表面，包含多个独立的超声换能器单元（六个微型压电单元），分别对应听宫穴、听会穴、耳门穴、翳风穴、角孙穴和交感穴（治疗耳聋耳鸣的六个关键穴位），每个单元均可独立启停和调节参数；

15、其中，耳前三穴（听宫穴、听会穴、耳门穴）换能器单元呈垂直弧形排列于耳屏前方，间距约 10mm，皮肤厚度约 1.5-2mm，穴位深度约 2-3mm，边缘圆角设计，避免压迫耳前敏感皮肤；翳风穴换能器单元位于耳垂后方，乳突下端前方凹陷中，皮肤厚度约 2-2.5mm，穴位深度约 3-4mm；角孙穴换能器单元位于耳尖直上入发际处，皮肤厚度约 1.5-2mm，穴位深度约 2-3mm；交感穴换能器单元位于耳轮脚末端下方，耳甲艇的前上角，皮肤厚度约0.8-1.2mm，穴位深度约 1-1.5mm。

16、进一步的，载药微针贴片的布局和尺寸与柔性超声换能器阵列的布局尺寸一致，并与对应穴位的体表投影区域一致，形成穴位对应。

17、进一步的，听宫穴、听会穴、耳门穴对应的超声换能器单元直径 3-5mm，频率 1-1.2mhz，最大输出强度 0.3-0.5w/cm²；翳风穴对应的超声换能器单元直径 5-8mm，频率1.2-1.5mhz，最大输出强度 0.4-0.6w/cm²；角孙穴对应的超声换能器单元直径 4-6mm，频率 0.6-1.0mhz，最大输出强度 0.2-0.4w/cm²；交感穴对应的超声换能器单元直径 3-5mm，频率 0.5-0.8mhz，最大输出强度 0.1-0.3w/cm²。

18、具体的，以上参数为满足不同功能需求而设计：根据不同穴位的解剖特点和治疗需求，各穴位对应的超声换能器参数不同：听宫、听会、耳门穴治疗需直接刺激听觉神经末梢，改善耳蜗微循环，是治疗耳聋耳鸣的核心穴位；翳风穴治疗需疏风通络，开窍安神；角孙穴治疗需清热消肿，散风止痛；交感穴治疗需调节自主神经功能。每个阵元支持功率、时间、工作模式独立调节，超声起停可同步也可异步。

19、进一步的，所述微型压电单元为柔性压电换能元件，所述柔性压电换能元件包含压电陶瓷颗粒。

20、具体的，柔性压电换能元件包含压电陶瓷颗粒（如锆钛酸铅pzt、钛酸钡batio3、铌镁酸铅-钛酸铅pmn-pt等）与柔性聚合物基体（如聚二甲基硅氧烷pdms、聚偏氟乙烯pvdf、环氧树脂、聚氨酯等）的复合体系。

21、柔性超声换能器阵列采用岛桥结构。每个超声换能器单元设置于刚性或半刚性的器件岛上，相邻的器件岛之间通过与柔性基底集成的蛇形可延展导线实现电连接。器件岛保护脆弱的换能器结构免于应力集中，而蛇形导线吸收了绝大部分弯曲和拉伸应变，使阵列整体具备柔性和可延展性。

22、进一步的，除特别说明外，本装置各穴位超声换能器单元的压电纤维间距为 100-120μm，压电复合层厚度为 150-200μm，其中：听宫穴、听会穴、耳门穴对应的超声换能器单元内置微型加速度传感器，用于检测张口动作并自动微调输出参数；翳风穴对应的超声换能器单元的压电复合层厚度相对于其余穴位的超声换能器单元的压电复合层厚度增加 20μm；角孙穴对应的超声换能器单元采用低频声波，且表面具有微凸点；交感穴对应的超声换能器单元的压电纤维间距减小至 80μm。

23、具体的，耳前三穴（听宫穴、听会穴、耳门穴）换能器单元呈垂直弧形排列于耳屏前方，间距约 10mm，进行边缘圆角设计，避免压迫耳前敏感皮肤，内置微型加速度传感器，检测张口动作并自动微调输出参数；翳风穴换能器单元位于耳垂后方，乳突下端前方凹陷中，设计为凸面弧形基底，压电复合层厚度增加 20μm，提高输出强度；角孙穴换能器单元位于耳尖直上入发际处，表面有毛发覆盖，影响耦合效果，采用表面微凸点设计，可拨开毛发直接接触皮肤；采用低频率设计，增加声波穿透深度；交感穴换能器单元位于耳轮脚末端下方，耳甲艇的前上角，采用超微型化设计，压电纤维间距减小至 80μm，提高低频机电转换效率。

24、柔性控制单元集成于耳廓共形柔性基底上表面空白区域，与柔性超声换能器阵列电连接，用于实现超声输出控制、信号采集处理、安全控制、电源管理及无线通信功能。具体包括微控制器，多频驱动电路模块，阵列寻址模块，安全监测模块，电源模块，无线通讯模块和多功能按键；更具体的：

25、柔性控制单元采用 0.1mm 厚的柔性印刷电路板，将所有控制电路集成在柔性基底上表面（远离声发射面的一侧）的空白区域，避免局部过厚。通过柔性电路板实现各模块间的高密度互连，其连接关系为：微控制器的输入端分别与安全监测模块、蓝牙通信模块电连接，微控制器的输出端与多频驱动电路的输入端电连接，多频驱动电路的输出端与柔性超声换能器阵列电连接；电源模块通过电源管理电路分别与上述各模块电连接，为整个装置供电；无线通信模块可与平板/手环/手机 app通讯相连进行参数设置和数据传输。

26、其中，微控制器mcu是控制单元的中央处理器，统一协调各模块工作。所述微控制器用于接收并处理生物阻抗检测信号、温度传感器数据；向多频驱动电路模块发送控制指令，调节超声输出参数；存储治疗记录和患者信息，支持数据导出；管理蓝牙通信模块，与平板/手环/手机 app 进行数据交互；管理电源状态，控制低功耗休眠与唤醒。多频驱动电路模块接收微控制器生成的频率控制信号和脉冲门控信号，将其转换为能够直接驱动超声换能器阵列的高压脉冲波形。每个穴位采用完全相同的独立驱动电路，仅在被选通时工作，实现对超声频率、强度、工作模式和治疗时间的独立控制。阵列寻址模块是连接驱动电路与六个超声换能器阵元的电信号选通枢纽。它根据mcu的指令，将驱动电路的输出信号接通至指定穴位对应的换能器阵元，实现一对多的多路独立控制。电源模块为超薄软包电池，具备过充、过放、短路、温度保护功能，集成在耳廓上方相对平坦的区域，不影响佩戴舒适度。充电接口为微型磁吸充电触点，充满电后可支持至少 6 次 30 分钟的六穴同步治疗，或 12 次单侧治疗，满足一周的使用需求。无线通信模块利用主控制器内置的低功耗蓝牙模块，可与平板/手环/手机app双向通信。app提供可视化治疗界面，支持模式选择、强度调节、定时设置；自动记录每次治疗的时间、模式、温度曲线等数据，生成治疗日志；可设置异常中断报警、低电量提醒等。安全监测模块，包括温度传感器，每个超声换能器内置微型 ntc 温度传感器，实时监测治疗部位温度，当温度超过 38℃时自动降低输出强度，超过 40℃时立即停止治疗，在本发明另外一些实施例中，安全监测模块还包括压力传感器用于检测微针与皮肤的贴合状态，当检测到佩戴不当时，自动暂停治疗并发出提示。超时保护模块限制单次治疗最长时间为 30 分钟，每日最多治疗 2 次，防止过度刺激。

27、进一步的，所述载药微针贴片为一体化可溶性微针结构或针尖-基底双层载药微针结构。针尖层刺入皮肤后快速释放药物，对于针尖-基底双层载药微针结构，基底层与皮肤表面接触后都能够缓慢释放药物。

28、上述均包括可溶的微针结构，其为药物均匀分散在透明质酸基质中，微针刺入皮肤后，基质在组织间液中溶解并释放药物。载药微针贴片微针面为贴肤面，基底面为与柔性超声主机可拆卸结合面，为一次性使用消耗品。采用生物相容且可溶解的高分子材料，透明质酸（ha）和/或聚乙烯醇（pva）的共混物制备。通过微模具浇铸法形成微针阵列，微针贴片的布局和尺寸与柔性超声换能器阵列的布局尺寸完全一致，与对应穴位的体表投影区域一致，形成穴位对应，确保药物释放区域与超声刺激区域完全重合。

29、载药微针贴片每个微针呈圆锥形，每个穴位区域微针贴片呈圆形或椭圆形，尺寸与对应换能器的尺寸完全匹配，确保药物释放区域与超声刺激区域完全重合，组内微针阵列按规则矩阵排布，底部直径约50-200 μm，尖端曲率半径小于10 μm，针尖角度30°-60°，微针长度为200-800 μm，微针间距中心距100-200 μm，微针密度：25-100根/mm2。微针阵列的针尖采用圆钝设计，避免刺入过深损伤血管和神经。

30、柔性封装层采用三层复合柔性封装设计，用于保护柔性控制单元的内部电子元件，具体为：内层为声学耦合层，直接与皮肤接触，采用200-500 μm厚的医用级pdms或ecoflex或自黏附型医用硅凝胶，实现超声换能器阵元的声阻抗至人体皮肤的渐进过渡，最大化声传输效率，提供柔软、亲肤的接触界面，排除换能器与皮肤间的空气间隙，确保良好声耦合，集成温度传感器的热传导路径。中间层为电气绝缘层，对所有电子模块表面均涂敷约10-20 μm厚的聚对二甲苯parylene c，实现芯片级电气绝缘，提供机械应力缓冲，保护焊点和导线。顶层为防水外封装层，位于结构最外侧、背离皮肤直接暴露于外部环境，采用医用级热塑性聚氨酯tpu薄膜或ecoflex硅橡胶，厚度100-200 μm，提供最外层机械防护与防水密封，抵抗日常使用中的机械摩擦、拉扯、汗液浸渍及清洁剂侵蚀。

31、在本发明的一个实施例中，可重复使用柔性超声主机，是装置的核心控制和能量输出单元，通过围绕在换能器阵列区域周边的环形或点阵状医用双面胶圈，也可以是嵌入的微型柔性磁吸对合结构与一次性载药微针贴片可拆卸连接。

32、进一步的，所述载药微针贴片所负载的药物包括：当归60~100份、川芎40~80份、丹参80~160份和丁香油10~30份。

33、耳聋耳鸣其病机从中医论述为气滞血瘀、耳窍失养，治疗当以气血同调、通补兼施、寒温适宜、上下并治，方中川芎活血行气、上行头目为君；当归补血活血、养血安神为臣；丹参活血祛瘀、凉血清热为佐；丁香油芳香开窍、引药直达病所为使。全方共奏活血通窍、行气止痛、养血安神之效。当归、川芎、丹参均为药食同源品种，长期使用无毒副作用，丁香油外用刺激性小，全方外用安全性极高。

34、进一步的，上述的药物由如下步骤制备：

35、s1. 超临界流体萃取挥发油与脂溶性成分：分别将当归、川芎、丹参按重量份称取，粉碎过筛，装入超临界 萃取釜，萃取压力35-40 mpa，萃取温度32-50℃，萃取时间2-3 h，流量15-20 l/min，三者萃取物和丁香油经羟丙基-β-环糊精包合，过滤，真空冷冻干燥，得复方中药提取物-环糊精包合物；

36、s2. 超声辅助水溶性成分提取：合并上述超临界萃取后的药渣，加入 10 倍量超纯水，超声提取2-3 次，合并提取液，过滤，滤液减压浓缩，真空冷冻干燥，得复方水溶性提取物粉末；

37、s3. 可溶性微针基质制备：称取透明质酸 10%-15%(w/w)、聚乙烯吡咯烷酮 2%-4%(w/w)、甘油 0.5%-2%(w/w)、中药提取物-环糊精包合物 10%-15%(v/w)、水溶性提取物粉末5%-10%(v/w)和超纯水 65%-80%(v/w)，搅拌均匀真空脱气，得复方-基质混合液；

38、s4. 载药微针制备：制备微孔阵列模具，将步骤 s3 得到的复方-基质混合液倒入模具，离心去除气泡，无菌刮刀刮去模具表面多余溶液，转移至真空冷冻干燥机，预冻，升华干燥，解析干燥，真空干燥完成，剥离模具，切割成与对应换能器尺寸匹配大小。

39、本发明装置使用时，包括：

40、载药微针和超声主机贴合：患者清洁耳周皮肤，取出一次性载药微针贴片，撕去保护膜，将其磁吸连接到对应穴位的超声换能器模块上。

41、佩戴贴敷：将装置贴敷在耳廓上，轻轻按压各个复合模块，使微针刺入皮肤，确保所有模块都与皮肤紧密贴合。

42、治疗启动：长按电源键开机，用户通过机身上的启动按钮或手机app操作确认开始治疗。主控模块按预设程序驱动超声：听宫、听会、耳门穴工作频率 1-1.2mhz，最大输出强度 0.3-0.5w/cm²；翳风穴工作频率 1.2-1.5mhz，最大输出强度 0.4-0.6w/cm²；角孙穴工作频率 0.6-1.0mhz，最大输出强度 0.2-0.4w/cm²；交感穴工作频率 0.5-0.8mhz，最大输出强度 0.1-0.3w/cm²。单次治疗最长时间限制为 30 分钟，到达时间后自动停止所有穴位治疗；每日累计治疗时间最长限制为 60 分钟，超过后禁止当日再次治疗。治疗过程中，温度传感器实时监测贴敷区温度，当皮肤温度超过 38℃时自动降低超声强度，超过 40℃时立即停止工作；当电路电流超过 500ma 时自动切断电源。

43、结束治疗后处理：治疗结束超声主机自动停机，所有超声输出终止。患者取下装置，每个穴位上的微针贴片由下向上轻轻揭除丢弃，用湿布擦拭装置底面清洁后收纳。

44、有益效果：相对于现有技术，本发明具有如下优点：

45、采用耳廓共形柔性基底，装置整体轻薄、柔性，将控制单元集成于中心主体，一体式封装，通过柔性基底和岛桥结构设计，使换能器能紧密适配耳部复杂曲面，大幅提升声耦合效率和佩戴舒适性。

46、采用分离-贴合式结构使得核心且成本较高的柔性超声换能器主机可多次循环使用，而直接接触体液、携带药物的载药微针贴片作为低成本一次性耗材，在保证卫生安全的同时，显著降低了长期使用的经济负担。微针的微创特性和低强度脉冲超声确保了治疗过程无痛、无创伤、无交叉感染风险。

47、采用六个关键耳穴点对点的换能器布局解决了传统超声设备无法多穴位同步治疗、手持设备定位不准的难题，通过独立多通道控制，结合温度与阻抗监测实现闭环安全控制，根据患者的具体病情制定个性化治疗方案。

48、本发明结合超声神经调控和穴位药物治疗的优势，设计超声能量同时作用于微针载体和穴位深部组织，超声振动加速微针基质溶解和药物释放，同时通过空化效应促进药物向深层组织渗透；低强度超声同时刺激穴位神经末梢，调节听觉通路和自主神经功能，与药物治疗产生协同作用，极大提升了中药组合物的透皮效率和治疗效果。