專利名稱：植入式雙模刺激芯片、系統(tǒng)及模式轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，尤其是具有電壓刺激和電流刺激兩種刺激模式的雙模刺激芯片、系統(tǒng)及模式轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
植入式神經(jīng)電刺激在神經(jīng)功能失調(diào)治療和神經(jīng)損傷康復(fù)中具有重要的作用。植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)通過在人體內(nèi)諸如運(yùn)動神經(jīng)、感覺神經(jīng)的特定神經(jīng)靶點(diǎn)處植入電極，來釋放高頻電刺激，以對特定神經(jīng)進(jìn)行刺激，從而使人體機(jī)能恢復(fù)到正常運(yùn)作的狀態(tài)。目前，植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)主要包括用于治療以帕金森病等典型運(yùn)動障礙型疾病的植入式腦深部電刺激(DBS，俗稱腦起搏器)，植入式腦皮層電刺激(CNQ，植入式脊髓電刺激系統(tǒng)(SCS)，植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)(SNS)，植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)(VNS)等寸。已知的植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)通常主要包括脈沖發(fā)生器、電極、延伸導(dǎo)線、以及體外控制裝置。其中，脈沖發(fā)生器與延伸導(dǎo)線連接，延伸導(dǎo)線進(jìn)而又連接至電極，從而將脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖傳輸?shù)诫姃Q，以對神經(jīng)靶點(diǎn)進(jìn)行電刺激?，F(xiàn)有技術(shù)中的脈沖發(fā)生器的輸出刺激脈沖僅具有恒壓刺激模式或者恒流刺激模式中的ー種。恒壓刺激輸出的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單耗能較少、能夠節(jié)省電能延長使用壽命， 缺點(diǎn)是較易受阻抗變化的影響，而恒流刺激輸出的優(yōu)點(diǎn)是刺激強(qiáng)度不受人體組織阻抗變化的影響但相對能耗大結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。因此亟需一種能夠集兩種刺激模式的優(yōu)點(diǎn)于一體的雙模刺激芯片及植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，使醫(yī)生或病人能夠使用體外控制裝置根據(jù)需要選擇恒壓刺激模式或恒流刺激模式。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種電路結(jié)構(gòu)簡單且可支持恒壓刺激和恒流刺激兩種工作模式的雙模刺激芯片及植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，使醫(yī)生或病人能夠使用體外控制裝置根據(jù)需要選擇恒壓刺激模式或恒流刺激模式。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，ー種雙模電刺激芯片，包括數(shù)字控制模塊，所述數(shù)字控制模塊用于輸出數(shù)字控制信號控制刺激脈沖的輸出；模擬脈沖發(fā)生模塊，所述模擬脈沖發(fā)生模塊與所述數(shù)字控制模塊相連接，所述模擬脈沖發(fā)生模塊包括恒壓刺激發(fā)生電路和恒流刺激發(fā)生電路，用于產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖；輸出控制模塊，所述輸出控制模塊與所述數(shù)字控制模塊、模擬脈沖發(fā)生模塊均相連接，用于將恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖通過電極輸出體外；刺激輸出測量模塊，所述刺激輸出測量模塊與所述數(shù)字控制模塊、輸出控制模塊均相連接，所述刺激輸出測量模塊由數(shù)字控制模塊控制，用于測量所述輸出控制模塊輸出的刺激電壓或刺激電流并反饋給所述數(shù)字控制模塊；
所述雙模電刺激芯片具有恒壓刺激模式和恒流刺激模式兩種刺激模式，當(dāng)處于恒壓刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊的恒壓刺激發(fā)生電路產(chǎn)生恒壓刺激脈沖輸出；當(dāng)處于恒流刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊的恒流刺激發(fā)生電路產(chǎn)生恒流刺激脈沖輸出。優(yōu)選地，所述恒壓刺激發(fā)生電路包括基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊、對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊進(jìn)行運(yùn)算得到的基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊、用于所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊的輸出電壓進(jìn)行反饋放大的電壓反饋放大模塊、恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊。優(yōu)選地，所述恒流刺激發(fā)生電路包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊及對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊的輸出電流進(jìn)行反饋放大的電流反饋放大模塊。優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路CurrentDAC，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流Idac ；所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊包括第一電阻Rdac，所述第一電阻Rdac的輸入端與所述可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC的輸出端相連接，其兩端用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vdac ；所述電壓反饋放大模塊包括串聯(lián)連接在刺激脈沖輸出端和刺激地輸出端之間的第一反饋分壓電阻Rfb和第二反饋分壓電阻Rfn，所述第二反饋分壓電阻Rfn兩端產(chǎn)生的反饋電壓Vs_fb用于調(diào)節(jié)刺激電壓脈沖輸出為設(shè)定值；所述恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊包括運(yùn)算放大器Al，所述運(yùn)算放大器Al的同相輸入端與所述第一電阻Rdac的輸入端相連接用于將基準(zhǔn)電壓Vdac輸入運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述第一反饋分壓電阻Rfb和第二反饋分壓電阻Rfn之間的連接端相連接用于將反饋電壓Vs_fb輸入運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器Al用于對所述基準(zhǔn)電壓Vdac進(jìn)行放大運(yùn)算產(chǎn)生恒壓刺激電壓輸出。優(yōu)選地，所述恒壓刺激發(fā)生電路還包括第一恒壓開關(guān)VS1，所述第一恒壓開關(guān)VSl串接在可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 Current DAC與第一電阻Rdac之間；第二恒壓開關(guān)VS2，所述第二恒壓開關(guān)VS2的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連接；第四場效應(yīng)晶體管Md，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的柵極與所述第二恒壓開關(guān)VS2 的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電壓輸出；所述第一恒壓開關(guān)VSl與第二恒壓開關(guān)VS2同時開閉用于啟用或禁用恒壓刺激模式。優(yōu)選地，所述恒流刺激發(fā)生電路包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流Idac ；所述電流反饋放大模塊為包括第一場效應(yīng)晶體管Ma、第二場效應(yīng)晶體管Mb和第三場效應(yīng)晶體管Mcd的鏡像電流放大電路。優(yōu)選地，所述恒流刺激發(fā)生電路還包括第一恒流開關(guān)CSl，所述第一恒流開關(guān)CSl串接在編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC與鏡像電流放大電路之間；第二恒流開關(guān)CS2，所述第二恒流開關(guān)CS2的輸入端與所述鏡像電流放大電路的輸出端相連接；
第四場效應(yīng)晶體管Md，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的柵極與所述第二恒流開關(guān)CS2 的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電流輸出；所述第一恒流開關(guān)CSl和第二恒流開關(guān)CS2同時開閉用于啟用或禁用恒流刺激模式。一種植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括植入病人體內(nèi)的脈沖發(fā)生器、與所述脈沖發(fā)生器相連接的電極、體外程控器，所述脈沖發(fā)生器包括如權(quán)利要求1至7中所述的雙模電刺激芯片。優(yōu)選地，該植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層電刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中的ー種。優(yōu)選地，所述體外程控器具有用于控制雙模電刺激芯片工作模式的微處理器系統(tǒng)模塊，所述雙模電刺激芯片還包括用于測量人體組織阻抗的阻抗測量模塊，當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化小于設(shè)定閾值時，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒壓刺激模式；當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化大于設(shè)定閾值時，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒流刺激模式。本發(fā)明還提供了一種植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)刺激模式轉(zhuǎn)換方法，包括如下步驟A 醫(yī)生使用體外程控器設(shè)置脈沖發(fā)生器的最高刺激電壓和最高刺激電流；B:設(shè)置脈沖發(fā)生器的刺激芯片的初始刺激模式為恒壓刺激模式或恒流刺激模式， 并在恒壓刺激模式下設(shè)置電壓刺激參數(shù)或在恒流刺激模式下設(shè)置電流刺激參數(shù)；C:如初始刺激模式設(shè)置為恒壓刺激模式，將設(shè)置電壓刺激參數(shù)與最高刺激電壓進(jìn)行比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電流與最高刺激電流進(jìn)行比較，如果測量刺激電流小于最高刺激電流，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒流刺激模式并使用最高刺激電流進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號；如初始刺激模式設(shè)置為恒流刺激模式，將設(shè)置電流刺激參數(shù)與最高刺激電流比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電壓與最高刺激電壓進(jìn)行比較，如果測量刺激電壓小于最高刺激電壓，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒壓刺激模式并使用最高刺激電壓進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號。該方法保證了雙模刺激芯片刺激輸出始終小于安全極限值，避免過大的刺激輸出對病人造成健康損害。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于在雙模刺激芯片的模擬脈沖發(fā)生模塊包括恒壓刺激發(fā)生電路和恒流刺激發(fā)生電路，能夠產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖，因此同時具備了恒壓刺激模式和恒流刺激模式的優(yōu)點(diǎn)，既不易受輸出阻抗變化的影響且能耗較低使用壽命較長，且電路結(jié)構(gòu)簡単，使醫(yī)生或病人能夠使用體外控制裝置根據(jù)需要在兩種刺激模式中進(jìn)行選擇。比如通常雙模刺激芯片選擇在恒壓刺激模式下工作，在保證刺激強(qiáng)度不變的情況下，如判斷人體組織阻抗的變化大于設(shè)定閾值時，則轉(zhuǎn)入恒流刺激模式，可根據(jù)需要自動切換刺激模式。并且，本發(fā)明的雙模刺激芯片在植入式產(chǎn)品替換時具有較好的兼容性，既可以替換原有的電壓刺激模式產(chǎn)品也可以替換原有的電流刺激模式產(chǎn)品，方便病人。


附圖1為本發(fā)明的雙模刺激芯片的模塊原理圖；附圖2為本發(fā)明的模擬脈沖發(fā)生模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本發(fā)明的刺激輸出測量模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明的雙模刺激芯片的模式轉(zhuǎn)換程序流程圖；其中10、數(shù)字控制模塊；20、模擬脈沖發(fā)生模塊；201、恒壓刺激發(fā)生電路；2011、基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊；2012、基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊；2013、電壓反饋放大模塊；2014、恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊；202、恒流刺激發(fā)生電路；30、輸出控制模塊；40、刺激輸出測量模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明參照圖1，ー種雙模電刺激芯片，包括數(shù)字控制模塊10，所述數(shù)字控制模塊10用于輸出數(shù)字控制信號控制刺激脈沖的輸出；模擬脈沖發(fā)生模塊20，所述模擬脈沖發(fā)生模塊20與所述數(shù)字控制模塊10相連接， 所述模擬脈沖發(fā)生模塊20包括恒壓刺激發(fā)生電路201和恒流刺激發(fā)生電路202，用于產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖；輸出控制模塊30，所述輸出控制模塊30與所述數(shù)字控制模塊10、模擬脈沖發(fā)生模塊20均相連接，用于將恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖通過電極輸出體外；刺激輸出測量模塊40，所述刺激輸出測量模塊40與所述數(shù)字控制模塊10、輸出控制模塊30均相連接，所述刺激輸出測量模塊40由數(shù)字控制模塊10控制，用于測量所述輸出控制模塊30輸出的刺激電壓或刺激電流并反饋給所述數(shù)字控制模塊10。所述雙模電刺激芯片具有恒壓刺激模式和恒流刺激模式兩種刺激模式，當(dāng)處于恒壓刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊20的恒壓刺激發(fā)生電路201產(chǎn)生恒壓刺激脈沖輸出；當(dāng)處于恒流刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊20的恒流刺激發(fā)生電路202產(chǎn)生恒流刺激脈沖輸出。參照圖2，所述恒壓刺激發(fā)生電路201包括基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011、對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011進(jìn)行運(yùn)算得到的基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊2012、用于所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊2011的輸出電壓進(jìn)行反饋放大的電壓反饋放大模塊2013、恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊 2014。所述恒流刺激發(fā)生電路202包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011及對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011的輸出電流進(jìn)行反饋放大的電流反饋放大模塊2022。所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流Idac ；所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊2012包括第一電阻Rdac，所述第一電阻Rdac的輸入端與所述可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC的輸出端相連接，其兩端用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓 Vdac ；所述電壓反饋放大模塊2013包括串聯(lián)連接在刺激脈沖輸出端和刺激地輸出端之間的第一反饋分壓電阻Rfb和第二反饋分壓電阻Rfn，所述第二反饋分壓電阻Rfn兩端產(chǎn)生的反饋電壓Vs_fb用于調(diào)節(jié)刺激電壓脈沖輸出為設(shè)定值；
所述恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊2014包括運(yùn)算放大器Al，所述運(yùn)算放大器Al的同相輸入端與所述第一電阻Rdac的輸入端相連接用于將基準(zhǔn)電壓Vdac輸入運(yùn)算放大器 Al，所述運(yùn)算放大器Al的反相輸入端與所述第一反饋分壓電阻Rfb和第二反饋分壓電阻 Rfn之間的連接端相連接用于將反饋電壓Vs_fb輸入運(yùn)算放大器Al，所述運(yùn)算放大器Al用于對所述基準(zhǔn)電壓Vdac進(jìn)行放大運(yùn)算產(chǎn)生恒壓刺激電壓輸出。所述恒壓刺激發(fā)生電路201還包括第一恒壓開關(guān)VS1，所述第一恒壓開關(guān)VSl串接在可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC與第一電阻Rdac之間；第二恒壓開關(guān)VS2，所述第二恒壓開關(guān)VS2的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連接；第四場效應(yīng)晶體管Md，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的柵極與所述第二恒壓開關(guān)VS2 的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電壓輸出；所述第一恒壓開關(guān)VSl與第二恒壓開關(guān)VS2同時開閉用于啟用或禁用恒壓刺激模式。所述恒流刺激發(fā)生電路202包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊2011包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路CurrentDAC，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流Idac ；所述電流反饋放大模塊2022為包括第一場效應(yīng)晶體管Ma、第二場效應(yīng)晶體管Mb 和第三場效應(yīng)晶體管Mcd的鏡像電流放大電路。所述恒流刺激發(fā)生電路202還包括第一恒流開關(guān)CS1，所述第一恒流開關(guān)CSl串接在編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路Current DAC與鏡像電流放大電路之間；第二恒流開關(guān)CS2，所述第二恒流開關(guān)CS2的輸入端與所述鏡像電流放大電路的輸出端相連接；第四場效應(yīng)晶體管Md，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的柵極與所述第二恒流開關(guān)CS2 的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管Md的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電流輸出；所述第一恒流開關(guān)CSl和第二恒流開關(guān)CS2同時開閉用于啟用或禁用恒流刺激模式。醫(yī)生或病人使用體外控制裝置可根據(jù)需要選擇恒壓刺激模式或恒流刺激模式，即當(dāng)?shù)谝缓懔鏖_關(guān)CSl和第二恒流開關(guān)CS2同時開，第一恒壓開關(guān)VSl與第二恒壓開關(guān)VS2 同時閉時，植入式脈沖發(fā)生器產(chǎn)生恒流刺激；當(dāng)?shù)谝缓懔鏖_關(guān)CSl和第二恒流開關(guān)CS2同時閉，第一恒壓開關(guān)VSl與第二恒壓開關(guān)VS2同時開時，植入式脈沖發(fā)生器產(chǎn)生恒壓刺激。
參照圖3，所述輸出控制模塊30包括第六場效應(yīng)晶體管Sgnd，所述第六場效應(yīng)晶體管Sgnd的一端與刺激地端相連接，所述第六場效應(yīng)晶體管Sgnd的另一端與任一刺激電極觸點(diǎn)相連接，當(dāng)所述雙模電刺激芯片處于恒壓刺激模式時，所述第六場效應(yīng)晶體管Sgnd 用于切換指定電極觸點(diǎn)作為刺激地輸出端或刺激脈沖輸出端，即每ー個電極觸點(diǎn)既可以作為刺激地輸出端又可以作為刺激脈沖輸出端。第五場效應(yīng)晶體管Mc，當(dāng)所述雙模電刺激芯片處于恒壓刺激模式時，所述第五場效應(yīng)晶體管Mc作為開關(guān)用于在電流刺激模式和電壓刺激模式之間切換；第二電阻Rei，所述第二電阻Rei的一端與所述第五場效應(yīng)晶體管Mc的源級相連接，所述第二電阻Rei的另一端與第一反饋分壓電阻Rfb的一端相連接后并與電極觸點(diǎn)相連接用于測量刺激電流輸出。
第一反饋分壓電阻Rfb的一端連接有第一開關(guān)Onl連接至運(yùn)算放大器Al的反相輸入端，第一反饋分壓電阻Rfb的另一端連接有第二開關(guān)0n2連接至刺激輸出測量模塊40。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Onl和第二開關(guān)0η2同時關(guān)閉時，與第一反饋分壓電阻Rfb相連接的該電極觸點(diǎn)用作刺激脈沖輸出端。本發(fā)明還提供了一種植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括植入病人體內(nèi)的脈沖發(fā)生器、與所述脈沖發(fā)生器相連接的電極、用于讀取及控制脈沖發(fā)生器輸出參數(shù)的體外程控器，所述脈沖發(fā)生器包括如上述所述的雙模電刺激芯片。該植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層電刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中的一種。所述體外程控器具有用于控制雙模電刺激芯片工作模式的微處理器系統(tǒng)模塊，所述雙模電刺激芯片還包括用于測量人體組織阻抗的阻抗測量模塊，當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化小于設(shè)定閾值時，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒壓刺激模式；當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化大于設(shè)定閾值時，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒流刺激模式，從而實(shí)現(xiàn)雙模刺激芯片能夠根據(jù)病人的需求在恒壓刺激模式和恒流刺激模式之間自動轉(zhuǎn)換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于在雙模刺激芯片的模擬脈沖發(fā)生模塊20包括恒壓刺激發(fā)生電路201和恒流刺激發(fā)生電路202，能夠產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖，因此同時具備了恒壓刺激模式和恒流刺激模式的優(yōu)點(diǎn)，既不易受輸出阻抗變化的影響且能耗較低使用壽命較長，且電路結(jié)構(gòu)簡單，使醫(yī)生或病人能夠使用體外控制裝置根據(jù)需要在兩種刺激模式中進(jìn)行選擇。通常雙模刺激芯片選擇在恒壓刺激模式下工作，在保證刺激強(qiáng)度不變的情況下，如判斷人體組織阻抗的變化超過設(shè)定閾值時，則轉(zhuǎn)入恒流刺激模式，可根據(jù)需要自動切換刺激模式。并且，本發(fā)明的雙模刺激芯片在植入式產(chǎn)品替換時具有較好的兼容性，既可以替換原有的電壓刺激模式產(chǎn)品也可以替換原有的電流刺激模式產(chǎn)品，方便病人。參照圖4，為保證本發(fā)明雙模刺激芯片刺激輸出小于安全極限值及刺激模式轉(zhuǎn)換方法的流程圖。首先，醫(yī)生使用體外程控器設(shè)置脈沖發(fā)生器的最高刺激電壓和最高刺激電流，然后設(shè)置脈沖發(fā)生器的刺激芯片的初始刺激模式為恒壓刺激模式或恒流刺激模式，并在恒壓刺激模式下設(shè)置電壓刺激參數(shù)或在恒流刺激模式下設(shè)置電流刺激參數(shù)。如初始刺激模式設(shè)置為恒壓刺激模式，將設(shè)置電壓刺激參數(shù)與最高刺激電壓進(jìn)行比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電流與最高刺激電流進(jìn)行比較，如果測量刺激電流小于最高刺激電流，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒流刺激模式并使用最高刺激電流進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號；如初始刺激模式設(shè)置為恒流刺激模式，將設(shè)置電流刺激參數(shù)與最高刺激電流比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電壓與最高刺激電壓進(jìn)行比較，如果測量刺激電壓小于最高刺激電壓，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒壓刺激模式并使用最高刺激電壓進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號。這樣就保證了雙模刺激芯片的輸出始終在安全的范圍內(nèi)，避免過大的刺激輸出對病人造成健康損害。本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種雙模電刺激芯片，其特征在干包括數(shù)字控制模塊，所述數(shù)字控制模塊用于輸出數(shù)字控制信號控制刺激脈沖的輸出；模擬脈沖發(fā)生模塊，所述模擬脈沖發(fā)生模塊與所述數(shù)字控制模塊相連接，所述模擬脈沖發(fā)生模塊包括恒壓刺激發(fā)生電路和恒流刺激發(fā)生電路，用于產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖；輸出控制模塊，所述輸出控制模塊與所述數(shù)字控制模塊、模擬脈沖發(fā)生模塊均相連接， 用于將恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖通過電極輸出體外；刺激輸出測量模塊，所述刺激輸出測量模塊與所述數(shù)字控制模塊、輸出控制模塊均相連接，所述刺激輸出測量模塊由數(shù)字控制模塊控制，用于測量所述輸出控制模塊輸出的刺激電壓或刺激電流并反饋給所述數(shù)字控制模塊；所述雙模電刺激芯片具有恒壓刺激模式和恒流刺激模式兩種刺激模式，當(dāng)處于恒壓刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊的恒壓刺激發(fā)生電路產(chǎn)生恒壓刺激脈沖輸出；當(dāng)處于恒流刺激模式吋，所述模擬脈沖發(fā)生模塊的恒流刺激發(fā)生電路產(chǎn)生恒流刺激脈沖輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述恒壓刺激發(fā)生電路包括基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊、對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊進(jìn)行運(yùn)算得到的基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊、用于所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊的輸出電壓進(jìn)行反饋放大的電壓反饋放大模塊、恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述恒流刺激發(fā)生電路包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊及對所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊的輸出電流進(jìn)行反饋放大的電流反饋放大模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(Current DAC)，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流(Idac)；所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生模塊包括第一電阻(Rdac)，所述第一電阻(Rdac)的輸入端與所述可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(Current DAC)的輸出端相連接，其兩端用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓 (Vdac)；所述電壓反饋放大模塊包括串聯(lián)連接在刺激脈沖輸出端和刺激地輸出端之間的第一反饋分壓電阻(Rfb)和第二反饋分壓電阻(Rfn)，所述第二反饋分壓電阻(Rfn)兩端產(chǎn)生的反饋電壓(Vs_fb)用于調(diào)節(jié)刺激電壓脈沖輸出為設(shè)定值；所述恒壓刺激運(yùn)算放大輸出模塊包括運(yùn)算放大器(Al)，所述運(yùn)算放大器(Al)的同相輸入端與所述第一電阻(Rdac)的輸入端相連接用于將基準(zhǔn)電壓(Vdac)輸入運(yùn)算放大器， 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述第一反饋分壓電阻(Rfb)和第二反饋分壓電阻(Rfn) 之間的連接端相連接用于將反饋電壓(Vs_fb)輸入運(yùn)算放大器(Al)，所述運(yùn)算放大器(Al) 用于對所述基準(zhǔn)電壓(Vdac)進(jìn)行放大運(yùn)算產(chǎn)生恒壓刺激電壓輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述恒壓刺激發(fā)生電路還包括第一恒壓開關(guān)(VS1)，所述第一恒壓開關(guān)(VSl)串接在可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 (Current DAC)與第一電阻(Rdac)之間；第二恒壓開關(guān)(VS2)，所述第二恒壓開關(guān)(VS2)的輸入端與所述運(yùn)算放大器(Al)的輸出端相連接；第四場效應(yīng)晶體管(Md)，所述第四場效應(yīng)晶體管(Md)的柵極與所述第二恒壓開關(guān) (VS2)的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管(Md)的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電壓輸出； 所述第一恒壓開關(guān)(VSl)與第二恒壓開關(guān)(VS2)同時開閉用于啟用或禁用恒壓刺激模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述恒流刺激發(fā)生電路包括所述基準(zhǔn)電流發(fā)生模塊包括可編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(Current DAC)，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流Gdac)；所述電流反饋放大模塊為包括第一場效應(yīng)晶體管(Ma)、第二場效應(yīng)晶體管(Mb)和第三場效應(yīng)晶體管(Mcd)的鏡像電流放大電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙模電刺激芯片，其特征在于所述恒流刺激發(fā)生電路還包括第一恒流開關(guān)(CS1)，所述第一恒流開關(guān)(CSl)串接在編程電流數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 (Current DAC)與鏡像電流放大電路之間；第二恒流開關(guān)(CS2)，所述第二恒流開關(guān)(CS2)的輸入端與所述鏡像電流放大電路的輸出端相連接；第四場效應(yīng)晶體管(Md)，所述第四場效應(yīng)晶體管(Md)的柵極與所述第二恒流開關(guān) (CS2)的輸出端相連接，所述第四場效應(yīng)晶體管(Md)的漏極用于產(chǎn)生恒定刺激電流輸出； 所述第一恒流開關(guān)(CSl)和第二恒流開關(guān)(CS2)同時開閉用于啟用或禁用恒流刺激模式。
8.—種植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括植入病人體內(nèi)的脈沖發(fā)生器、與所述脈沖發(fā)生器相連接的電極、體外程控器，其特征在于所述脈沖發(fā)生器包括如權(quán)利要求1至7中所述的雙模電刺激芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于該植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層電刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中的ー種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述體外程控器具有用于控制雙模電刺激芯片工作模式的微處理器系統(tǒng)模塊，所述雙模電刺激芯片還包括用于測量人體組織阻抗的阻抗測量模塊，當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化小于設(shè)定閾值吋，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒壓刺激模式；當(dāng)所述阻抗測量模塊的測量值變化大于設(shè)定閾值吋，所述微處理器系統(tǒng)模塊選擇恒流刺激模式。
11.一種植入式雙模神經(jīng)電刺激系統(tǒng)刺激模式轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括如下步驟 A 醫(yī)生使用體外程控器設(shè)置脈沖發(fā)生器的最高刺激電壓和最高刺激電流；B 設(shè)置脈沖發(fā)生器的刺激芯片的初始刺激模式為恒壓刺激模式或恒流刺激模式，并在恒壓刺激模式下設(shè)置電壓刺激參數(shù)或在恒流刺激模式下設(shè)置電流刺激參數(shù)；C 如初始刺激模式設(shè)置為恒壓刺激模式，將設(shè)置電壓刺激參數(shù)與最高刺激電壓進(jìn)行比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電流與最高刺激電流進(jìn)行比較，如果測量刺激電流小于最高刺激電流，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒流刺激模式并使用最高刺激電流進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號；如初始刺激模式設(shè)置為恒流刺激模式，將設(shè)置電流刺激參數(shù)與最高刺激電流比較使用兩者中較小參數(shù)進(jìn)行刺激，再將測量到的刺激芯片的刺激輸出電壓與最高刺激電壓進(jìn)行比較，如果測量刺激電壓小于最高刺激電壓，則保持原有刺激參數(shù)；否則，則轉(zhuǎn)換為恒壓刺激模式并使用最高刺激電壓進(jìn)行刺激并發(fā)出警告信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙模電刺激芯片、系統(tǒng)及模式轉(zhuǎn)換方法，包括數(shù)字控制模塊、模擬脈沖發(fā)生模塊、輸出控制模塊、刺激輸出測量模塊，所述雙模電刺激芯片具有恒壓刺激模式和恒流刺激模式兩種刺激模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于能夠產(chǎn)生恒壓刺激脈沖或恒流刺激脈沖，因此同時具備了恒壓刺激模式和恒流刺激模式的優(yōu)點(diǎn)，既不易受輸出阻抗變化的影響且能耗較低使用壽命較長，且電路結(jié)構(gòu)簡單，使醫(yī)生或病人能夠使用體外控制裝置根據(jù)需要在兩種刺激模式中進(jìn)行選擇。并且，本發(fā)明的雙模刺激芯片在植入式產(chǎn)品替換時具有較好的兼容性，既可以替換原有的電壓刺激模式產(chǎn)品也可以替換原有的電流刺激模式產(chǎn)品，方便病人。
文檔編號A61N1/372GK102580243SQ201110007509
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者吳有林 申請人:蘇州景昱醫(yī)療器械有限公司