具有恒压/恒流双脉冲模式的植入式神经刺激器制作方法

李路明, 王伟明, 胡春华, 郝红伟, 马伯志

2011年8月31日

2011年3月28日

2011年3月28日

北京品驰医疗设备有限公司

A61N1/36GK102166388SQ201110074928

恒压 植入式 恒流 脉冲 模式 具有

1.一种植入式神经刺激器，包括控制装置、脉冲输出装置和通信装置；所述脉冲输出装置包括DC-DC电路、输出通道及极性选择电路、脉冲输出控制电路、电荷平衡电路和电极阻抗测量电路，其特征在于所述脉冲输出装置具有输出恒压电信号的第一工作模式，以及输出恒流电信号的第二工作模式；所述控制装置能够对所述脉冲输出装置进行控制，使其在所述第一工作模式与所述第二工作模式之间进行切换；所述通信装置能够无线地与外部设备进行通信，其能够接收所述植入式神经刺激器所需的运行数据并提供给所述控制装置；所述控制装置获取所述运行数据后才控制所述脉冲输出装置启动输出2.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述运行数据包括用于确定所述脉冲输出装置工作模式的识别数据3.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，在所述第一工作模式中，所述脉冲输出装置所输出的电压幅度为0 10V4.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，在所述第一工作模式中，所述电极阻抗测量电路能够测量所述植入式神经刺激器所连接的电极的阻抗5.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，在所述第二工作模式中，所述脉冲输出装置所输出的电流强度在20mA以上6.根据权利要求1所述的植入式神经刺激器，其特征在于，在所述第二工作模式中，所述DC-DC电路的输出电压被设置为满足电流输出强度的最低幅度7.根据权利要求1-6之一所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述脉冲输出装置具有至少两个信号通道，各个信号通道所产生的脉冲电信号的脉冲宽度和幅度分别能够通过所述脉冲输出控制进行设置8.根据权利要求1-6之一所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述脉冲输出装置的各个脉冲电信号之后，所述电荷平衡电路产生一个反向的平衡脉冲电信号9.根据权利要求8所述的植入式神经刺激器，其特征在于，所述各个脉冲电信号与所述平衡脉冲电信号之间具有一时间间隔

本发明为一种可以通过恒压和恒流两种脉冲模式对靶点进行刺激的植入式神经电脉冲刺激器，属于植入式医疗仪器技术领域

图1所示的本发明应用于双侧脑深部刺激示意图中，本发明的植入式神经刺激器 1产生两路恒压或者恒流电脉冲信号，通过延长导线2将该两路电脉冲信号传递给两个刺激电极3，两个刺激电极3将两路电脉冲信号分别加到两个治疗靶点，通过电脉冲刺激对神经类疾病起到治疗的作用刺激器1通过编程可以产生一路或者两路的电脉冲信号，图2所示为产生两路脉冲输出时的脉冲信号，通道1和通道2脉冲的幅度和脉宽均可以独立调节，两个通道的频率相同，而且在时序上分开，每个通道的每个刺激电脉冲输出后，经过短时间延时OOOuS左右)后会产生一个反向的低幅度脉冲，实现对刺激靶点的电荷平衡，避免对靶点的组织产生损伤短时间延时的作用是使刺激脉冲对靶点充分作用，避免引起刺激生理效应的减弱如图3所示，在本发明的一种实施实例中，使用充电电池作为电源，刺激器1的硬件电路组成主要包括微控制器4、脉冲输出模块5、电源管理模块6、通信模块7、充电电池9 等其中微控制器4是刺激器电路的控制核心，具体控制功能为控制脉冲输出模块5产生电脉冲输出；监测并控制充电模块6工作状态；控制通信模块7与体外控制设备进行无线通信及参数设置；监测干簧开关8的动作实现体外磁铁对刺激器的控制功能微控制器4中集成作为程序存储器用的大容量的FLASH存储器，并且支持自编程操作，通过设计，微控制器4的程序可以通过与体外程控仪无线双向通信，实现在线更新脉冲输出模块5用于产生电压或者电流两种模式的脉冲信号，也可以通过输出通道控制选择产生一路或者两路输出信号，主要由DC-DC电路10、通道及极性选择电路11、恒压/恒流脉冲输出电路12、电荷平衡及电极阻抗测量电路13等组成其中DC-DC电路10 既可以升压又可以降压，输出电压范围0 10V，脉冲电流输出能力在500欧姆负载下不小于20mA ；通道及极性选择电路11与DC-DC电路10输出相连，通过微控制器4选择一个或者两个电能储存电容进行充电及脉冲输出，并通过微控制器4设定每个通道的输出极性组合；恒压/恒流脉冲输出电路12可以产生恒流或者恒压两种模式的脉冲输出；电荷平衡及电极阻抗测量电路13中的电荷平衡电路用于产生与刺激脉冲反向的脉冲信号，实现对刺激靶点的正反向电荷平衡，避免损伤靶点组织；电极阻抗测量电路通过AD采集采样电阻的电压获得脉冲输出的电流信息，通过计算得到电极间阻抗电源管理模块6与电池9相连，主要由稳压电路14、电池电压采样电路15、充电线圈16、整流滤波电路17、充电管理及保护电路18、测温电路19等组成充电线圈16用于接收体外充电器的能量输入，整流滤波后通过充电管理及保护电路18给电池充电充电线圈 16可以为大直径的扁平空心线圈或者小直径的磁芯线圈通信模块7由微控制器4控制，与体外控制设备进行双向无线通信，主要由信号发射电路19、信号接收电路20、发射/接收线圈21等组成信号发射与接收共用同一个通信线圈通信采用PPM编码及衰减的正弦波形调制信号，效率高，功耗低充电电池9为植入医疗设备专用锂离子电池如图4所示，为恒压/恒流脉冲输出模块5的一种具体的实现原理图DC-DC电路 11由场效应管、肖特基二极管、电感、比较器等器件组成，通过控制模块23控制可以为输出电容进行可控的能量输送；电容Cl和C2分别为两个通道的电能储存电容，为脉冲输出提供能量，开关SWl和SW2分别控制电容Cl和C2与DC-DC电路及输出回路的通断；开关SW3用于控制电荷平衡；场效应管Ml、M2及运算放大器OAl用于控制产生恒压/恒流脉冲输出，恒压脉冲模式输出时，运算放大器OAl关闭，场效应管Ml用于控制产生电压脉冲输出，DC-DC 电路控制电容Cl和C2两端的电压为脉冲输出幅度，恒流模式脉冲输出时，运算放大器0A1、 场效应管M2及电阻Rl配合产生恒流脉冲输出，恒流脉冲幅度通过数模转换器DA2的输出 DA20UT 调节在恒流脉冲模式下，为了获得最高的工作效率，通过电流反馈判断电流输出是否满足，进一步的通过控制模块5控制DC-DC输出合适的能量给电容Cl和C2，使电容Cl和C2两端的电压尽量接近正好满足电流脉冲输出要求刺激器通过通信模块7与体外控制设备进行无线通信，接收体外控制设备传送的刺激器运行数据，并提供给微控制器4微控制器4根据获得的运行数据控制脉冲输出模块 5启动脉冲输出无线通信可以采用字节(Byte)为单位的脉冲间隙调制方式，也可以采用字、双字等为单位进行调制图fe给出了体外控制设备传送的编程数据的一种数据组成方式，由编程指令、刺激器运行数据、CRC校验码组成，其中刺激器运行数据中包含至少一个刺激器工作状态字节Byte 1，该工作状态字节Byte 1定义了一系列的刺激器运行标志，其中包含恒压/恒流脉冲模式切换标志，如图恥中所示，工作状态字节Bytel的bit7位作为恒压 /恒流脉冲模式切换标志，该位复位时为恒压脉冲输出，该位置位时为恒流脉冲输出微控制器4控制输出脉冲模式，图6所示为恒流/恒压脉冲输出控制程序的流程 脉冲输出从步骤30开始，首先执行步骤31，设置输出通道、电极极性参数，之后进入步骤 32，判断编程设定的是恒压脉冲还是恒流脉冲输出，如果是恒压脉冲输出，执行步骤33，如果是恒流脉冲输出，执行步骤37在步骤33中，设定输出通道DC-DC的输出等于恒压脉冲的幅度，之后执行步骤34，控制场效应管Ml导通，产生恒压脉冲输出，之后进入步骤35，判断是否需要进行电极阻抗测试，如果需要阻抗测试，执行步骤36，否则直接转到步骤44在步骤37中，设定输出通道DC-DC的输出等于满足电流输出的电压调整档数，之后执行步骤 38，启动数模转换器DA2并设定其输出等于电流脉冲幅度对应的值，产生恒流脉冲输出，之后进入步骤39，判断设定的电流输出能力是否满足，如果满足，执行步骤40，如果不满足， 执行步骤42在步骤40中，判断是否允许输出通道DC-DC输出档数降低，如果允许，执行步骤41，将输出通道DC-DC的输出档数降低一档，之后进入步骤44在步骤42中，禁止输出通道DC-DC电压档数降低，之后执行步骤43，将输出通道DC-DC的输出档数增加一档，之后进入步骤44在步骤44中，判断脉宽是否到时间，到时间后关闭脉冲输出，脉冲输出程序结束ο通过附图和