陳甜甜，付 麗，田 佳，于 哲，譚菲菲，張 克，丁錫燕

（山東省醫(yī)療器械和藥品包裝檢驗(yàn)研究院，濟(jì)南 250101）

0 引言

隨著人類生活環(huán)境的變化，聽力損失的患病率不斷升高，其已成為全球重大的健康問題[1-2]。對(duì)于病變部位在內(nèi)耳的重度/極重度感音神經(jīng)性聽力損失患者來說，人工耳蝸植入是目前聽覺康復(fù)最可靠的選擇[3-4]，也是獲得和保持言語功能的最佳方案[5]。目前，隨著新生兒聽力篩查工作在全國不斷普及和深入，以及人工耳蝸植入技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工耳蝸植入者呈低齡化趨勢(shì)[6]。然而，兒童自然生長發(fā)育等特點(diǎn)對(duì)人工耳蝸的各項(xiàng)機(jī)械防護(hù)性能，尤其是電極導(dǎo)線的拉伸性能提出了較高要求，這直接影響著人工耳蝸的植入壽命和工作可靠性[7]。本研究將對(duì)拉伸后的人工耳蝸植入體電極導(dǎo)線分別采用不同的測(cè)試原理、測(cè)量設(shè)備進(jìn)行開路試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析比較，并給出人工耳蝸植入體電極導(dǎo)線拉伸性評(píng)價(jià)的方法建議。

1 標(biāo)準(zhǔn)研究

1.1 背景

在人工耳蝸植入體植入期間，刺激器通常完全放于顳骨內(nèi)，其電極導(dǎo)體穿過乳突切口，到達(dá)內(nèi)耳，參比電極導(dǎo)體放在顳肌下方的顱骨表面[8-9]。內(nèi)耳和中耳在嬰兒出生時(shí)就已經(jīng)基本發(fā)育完全[10]。隨著顳骨的生長，位于中耳側(cè)方的所有結(jié)構(gòu)顯著向外生長，導(dǎo)致內(nèi)耳和中耳結(jié)構(gòu)相對(duì)向內(nèi)偏移[11-12]。從出生到成年，人類圓形窗口到中硬膜角將有（12±5）mm 的顱骨生長[13]。骨生長和著床期間的拉伸力大約為1 N，而人工耳蝸植入體電極導(dǎo)體在顱骨生長期間可能被拉伸。因此，人工耳蝸植入體的電極導(dǎo)線部分需要特殊設(shè)計(jì)以便能夠承受在顱骨生長期間可能經(jīng)歷的拉伸。

國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)YY 0989.7—2017/ISO 14708—7：2013《手術(shù)植入物 有源植入式醫(yī)療器械 第7 部分：人工耳蝸植入系統(tǒng)的專用要求》[14-15]和國際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ISO 14708—7：2019 Implants for surgery—Active implantable medical devices—Part 7：Particular requirements for cochlear and auditory brainstem implant systems[16]對(duì)人工耳蝸電極導(dǎo)線的拉伸性做出了要求，但未規(guī)定試驗(yàn)驗(yàn)證方法。標(biāo)準(zhǔn)中明確表示考慮電極的不同幾何設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)方法由制造商自由決定，但承受拉伸的關(guān)鍵電極部分需要經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證[17]。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)要求

標(biāo)準(zhǔn)要求人工耳蝸植入體刺激器外的電極導(dǎo)線應(yīng)能承受植入過程中或植入后可能產(chǎn)生的張力，任何導(dǎo)線不應(yīng)斷裂，任何功能性電氣絕緣不應(yīng)損壞[14]。

試驗(yàn)方法為樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)，其流程圖如圖1 所示，電極導(dǎo)線被拉伸15 mm 或者承受1 N 的拉伸力后，施加試驗(yàn)電壓進(jìn)行絕緣測(cè)試。試驗(yàn)信號(hào)應(yīng)為1 kHz 方波，其峰峰值電壓應(yīng)為人工耳蝸植入系統(tǒng)最大峰峰值輸出電壓的2 倍。電極導(dǎo)線內(nèi)任意導(dǎo)線對(duì)組合間施加至少15 s 的試驗(yàn)信號(hào)測(cè)量每對(duì)導(dǎo)體線路之間的阻抗。如果拉伸試驗(yàn)后電極導(dǎo)線并未損壞且每對(duì)導(dǎo)體線路之間的阻抗超過100 kΩ，則可以確認(rèn)符合性[14]，即電極導(dǎo)線拉伸后不能發(fā)生開路或短路。

圖1 樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)流程圖

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 開路試驗(yàn)方法

驗(yàn)證電極導(dǎo)線是否開路的試驗(yàn)方法可分為2種：直流電阻測(cè)試法和阻抗遙測(cè)法。本研究將對(duì)同一樣品（16 通道電極導(dǎo)線）分別采用2 種方法驗(yàn)證其拉伸后是否發(fā)生開路，試驗(yàn)環(huán)境溫度為23～24 ℃，相對(duì)濕度為45%～50%。

2.1.1 直流電阻測(cè)試法

在上述樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)后，使用FLUKE 15B+萬用表測(cè)量各電極導(dǎo)線的直流電阻，若直流電阻≤100 Ω，則電極導(dǎo)線未發(fā)生開路。經(jīng)測(cè)試，16 通道電極導(dǎo)線的直流電阻實(shí)測(cè)值均在63.5～70.6 Ω范圍內(nèi)，證明電極導(dǎo)線未發(fā)生開路。

2.1.2 阻抗遙測(cè)法

在上述樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)后，將該電極導(dǎo)線連接到配套的刺激器工裝上，連接刺激器兼容的人工耳蝸聲音處理器、調(diào)機(jī)設(shè)備及軟件，將電極導(dǎo)線尾部的電極陣列浸入0.9%的生理鹽水中，打開調(diào)機(jī)軟件進(jìn)行阻抗遙測(cè)[18-19]。若電極阻抗遙測(cè)值在制造商規(guī)定的通路范圍內(nèi)，且調(diào)機(jī)軟件顯示電極狀態(tài)為通路，則可確認(rèn)導(dǎo)線未發(fā)生開路。經(jīng)測(cè)試，16 通道電極導(dǎo)線在共地模式下的電極阻抗遙測(cè)值均在1.19～2.03 kΩ 范圍內(nèi)，調(diào)試軟件顯示電極狀態(tài)為通路，證明電極導(dǎo)線未發(fā)生開路。

2.2 絕緣試驗(yàn)方法

電極導(dǎo)線的絕緣層在拉伸后可能造成損壞，存在電極導(dǎo)線短路的風(fēng)險(xiǎn)，可通過絕緣試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。標(biāo)準(zhǔn)要求每對(duì)導(dǎo)體線路之間的阻抗應(yīng)超過100 kΩ[14]。絕緣阻抗的測(cè)量方法可分為2 種：高精度萬用表測(cè)量法和示波器測(cè)量法。考慮到電極導(dǎo)線之間絕緣阻抗值的不確定性，采用不同的測(cè)試方法得到的檢測(cè)結(jié)果可能相差較大，本研究將使用100～1 000 kΩ（以100 kΩ 遞增）共10 種標(biāo)準(zhǔn)電阻分別測(cè)試驗(yàn)證2種方法的準(zhǔn)確性。然后，對(duì)同一樣品（16 通道電極導(dǎo)線）測(cè)試鹽水浸泡前后的絕緣阻抗，驗(yàn)證鹽水浸泡對(duì)絕緣阻抗的影響。試驗(yàn)環(huán)境溫度為23～24 ℃，相對(duì)濕度為45%～50%。

2.2.1 電極導(dǎo)線絕緣阻抗測(cè)量方法比較

2.2.1.1 高精度萬用表測(cè)量法

在上述樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)后，采用高精度萬用表測(cè)量電極導(dǎo)線絕緣阻抗，電路圖如圖2所示。P1、P2 分別連接至電極導(dǎo)線中任意2 根導(dǎo)線，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使P1、P2 之間試驗(yàn)信號(hào)為40 Vp-p、1 kHz 的方波，采用FULKE 8846A 型6 位半數(shù)字高精度萬用表分別測(cè)量電壓（U）和電流（I），計(jì)算絕緣阻抗Rx（Rx=U/I）。將16 通道電極導(dǎo)線兩兩組合，共需測(cè)量120 個(gè)絕緣阻抗。

圖2 高精度萬用表測(cè)量法測(cè)量絕緣阻抗電路圖

2.2.1.2 示波器測(cè)量法

在上述樣品鹽水預(yù)處理及拉伸試驗(yàn)后，采用示波器測(cè)量電極導(dǎo)線絕緣阻抗，電路圖如圖3 所示。P1、P2 分別連接至電極導(dǎo)線中任意2 根導(dǎo)線，每次測(cè)量前將P1、P2 兩端試驗(yàn)信號(hào)調(diào)至40 Vp-p、1 kHz 的方波，參考電阻R 設(shè)為100 kΩ，采用Agilent DSO9104A 型數(shù)字示波器分別測(cè)量峰峰值電壓U1與U2，計(jì)算絕緣阻抗Rx：Rx=R×[U2/（U1-U2）]。將16 通道電極導(dǎo)線兩兩組合，共需測(cè)量120 個(gè)絕緣阻抗。

圖3 示波器測(cè)量法測(cè)量絕緣阻抗電路圖

2.2.1.3 2 種測(cè)量方法比較

高精度萬用表測(cè)量法和示波器測(cè)量法比較結(jié)果詳見表1。其中10 種標(biāo)準(zhǔn)電阻值由日本日置IM3536型LCR 測(cè)試儀在1 kHz 下測(cè)量而得。2 種方法的測(cè)量誤差如圖4 所示。

表1 高精度萬用表測(cè)量法和示波器測(cè)量法絕緣阻抗測(cè)試結(jié)果

圖4 2 種方法的測(cè)量誤差比較

2.2.2 鹽水浸泡對(duì)絕緣阻抗的影響

對(duì)同一樣品（16 通道電極導(dǎo)線）采用高精度萬用表測(cè)量法測(cè)試其鹽水（9 g/L 的生理鹽水，37 ℃）浸泡前后的絕緣阻抗。本研究選擇同樣10 組電極導(dǎo)線對(duì)進(jìn)行比較，測(cè)得鹽水浸泡前后的電極導(dǎo)線絕緣阻抗結(jié)果如圖5 所示，詳見表2。

圖5 鹽水浸泡前后絕緣阻抗值比較

表2 鹽水浸泡前后絕緣阻抗值統(tǒng)計(jì) 單位：kΩ

3 討論

電極導(dǎo)線拉伸后的開路試驗(yàn)方法包含直流電阻測(cè)試法和阻抗遙測(cè)法，2 種方法均可驗(yàn)證拉伸后電極導(dǎo)線是否斷開。其中，直流電阻測(cè)試法對(duì)測(cè)試準(zhǔn)備要求較低，但測(cè)量過程中容易損壞電極觸點(diǎn)，不易區(qū)分拉伸或測(cè)量過程導(dǎo)致的電極導(dǎo)線開路。阻抗遙測(cè)法對(duì)制造商樣品的準(zhǔn)備要求較高，需要將拉伸后的電極導(dǎo)線與配套刺激器連接起來，但測(cè)量過程簡單快捷，且與人工耳蝸的臨床實(shí)際使用方法一致。

為了驗(yàn)證電極導(dǎo)線拉伸后絕緣層是否損壞，本研究對(duì)比了高精度萬用表測(cè)量法和示波器測(cè)量法2種絕緣試驗(yàn)方法。從圖4 可以看出，采用高精度萬用表測(cè)量法的誤差均在±1.5%以內(nèi)，測(cè)量誤差相對(duì)穩(wěn)定。而采用示波器法測(cè)量誤差較大，原因可能包括：（1）示波器非精確測(cè)量儀器[20]；（2）示波器測(cè)量法采用電阻分壓法，分壓電阻和待測(cè)電阻之間的比值直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

另外，為驗(yàn)證鹽水浸泡對(duì)絕緣阻抗的影響，本研究采用高精度萬用表法測(cè)量鹽水浸泡前后的電極導(dǎo)線絕緣阻抗。從圖5 可以看出，經(jīng)鹽水浸泡后的電極導(dǎo)線絕緣阻抗值明顯減小。因此，在電極導(dǎo)線拉伸性評(píng)價(jià)中，為了模擬電極導(dǎo)線植入人體后的拉伸狀態(tài)，按標(biāo)準(zhǔn)要求，電極導(dǎo)線拉伸前應(yīng)進(jìn)行鹽水預(yù)處理至少10 d。

4 結(jié)語

本研究通過開路試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn)分別驗(yàn)證電極導(dǎo)線拉伸后是否斷裂、功能性電氣絕緣層是否損壞，并研究了鹽水預(yù)處理對(duì)電極導(dǎo)線絕緣阻抗的影響，總結(jié)了人工耳蝸植入體的拉伸性評(píng)價(jià)方法并提出以下建議：（1）在進(jìn)行人工耳蝸電極導(dǎo)線拉伸性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮鹽水預(yù)處理對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，充分模擬電極導(dǎo)線植入人體后的環(huán)境條件；（2）針對(duì)開路試驗(yàn)，直流電阻測(cè)試法或阻抗遙測(cè)法均可，若制造商有條件制作可連接電極導(dǎo)線的刺激器工裝，推薦選用更符合臨床實(shí)際應(yīng)用情況的阻抗遙測(cè)法；（3）針對(duì)絕緣試驗(yàn)，考慮到電極導(dǎo)線之間絕緣阻抗的不確定性，若分壓電阻選擇不當(dāng)，則可能直接造成測(cè)試結(jié)果的誤判，因此推薦采用高精度萬用表測(cè)量法。上述研究結(jié)果能夠給相關(guān)產(chǎn)品的檢驗(yàn)人員提供參考和思路，指導(dǎo)生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)研發(fā)，保證人工耳蝸植入體電極導(dǎo)線良好的拉伸性能。

此外，人工耳蝸植入體電極導(dǎo)線性能評(píng)價(jià)還需考慮人工耳蝸植入體在從無菌包裝取出后到植入人體前可能的意外彎曲或跌落，以及植入人體后由于人體顳肌活動(dòng)導(dǎo)致的植入導(dǎo)線彎曲。本研究僅對(duì)電極導(dǎo)線拉伸性能評(píng)價(jià)方法給出參考建議，未對(duì)其彎曲耐久性進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，未來還需要進(jìn)一步研究電極導(dǎo)線的其他性能。