專利名稱：具有恒壓/恒流雙脈沖模式的植入式神經刺激器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為一種可以通過恒壓和恒流兩種脈沖模式對靶點進行刺激的植入式神經電脈沖刺激器，屬于植入式醫(yī)療儀器技術領域。
背景技術：
對某些類型的神經系統疾病，如帕金森病、癲癇、頑固性疼痛、扭轉痙攣、痙攣性斜頸、舞蹈病、特發(fā)性眩暈，臨床上常用藥物治療和外科手術治療，但副作用和并發(fā)癥是重要的弊端。電刺激療法通過對不同疾病相應的靶點進行慢性電脈沖刺激，如對帕金森病刺激丘腦底核及蒼白球，對癲癇刺激迷走神經，起到對因治療作用，是一種可逆性的神經調節(jié)治療，是一種理想的治療方法。植入式神經刺激系統通常由植入體內的神經刺激器、延長導線、電極、以及體外程控和充電設備等部分組成，植入式神經刺激器與延長導線連接，延長導線與電極連接，電極觸點直接與刺激靶點接觸。體外程控設備用于對植入刺激器進行參數遙測、編程及儀器測試，體外充電設備用于對可充電的神經刺激器進行無線充電。植入式神經刺激器產生電脈沖信號，脈沖信號經延長線和電極傳遞至相應靶點， 對靶點進行電脈沖刺激，起到治療的作用。刺激器產生的脈沖信號可以有恒壓和恒流兩種模式，現有技術中的神經刺激器一般只具有一種脈沖模式，而恒壓和恒流兩種輸出模式各有特點，恒壓模式電路簡單，功耗相對低，恒流模式電流輸出穩(wěn)定，但功耗相對較大，兩種脈沖模式可以滿足不同的應用需求。

發(fā)明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有恒壓/恒流兩種脈沖模式的植入式神經電脈沖刺激器，該刺激器既可以產生恒壓模式脈沖信號，又可以產生恒流模式的脈沖信號，兩種脈沖模式可以通過體外程控設備進行切換，可以解決不同應用需求的適用性問題，滿足多種神經系統疾病的治療需求。一種植入式神經刺激器，包括控制裝置、脈沖輸出裝置和通信裝置；所述脈沖輸出裝置包括DC-DC電路、輸出通道及極性選擇電路、脈沖輸出控制電路、電荷平衡電路和電極阻抗測量電路，其特征在于所述脈沖輸出裝置具有輸出恒壓電脈沖信號的第一工作模式，以及輸出恒流電脈沖信號的第二工作模式；所述控制裝置能夠對所述脈沖輸出裝置進行控制，使其在所述第一工作模式與所述第二工作模式之間進行切換；所述通信裝置能夠無線地與外部設備進行通信，其能夠接收所述植入式神經刺激器所需的運行數據并提供給所述控制裝置；所述控制裝置獲取所述運行數據后才控制所述脈沖輸出裝置啟動輸出。優(yōu)選地，所述運行數據包括用于確定所述脈沖輸出裝置工作模式的識別數據。
優(yōu)選地，在所述第一工作模式中，所述脈沖輸出裝置所輸出的電壓幅度為0 10V。優(yōu)選地，在所述第一工作模式中，所述電極阻抗測量電路能夠測量所述植入式神經刺激器所連接的電極的阻抗。優(yōu)選地，在所述第二工作模式中，所述脈沖輸出裝置所輸出的電流強度在20mA以上。優(yōu)選地，在所述第二工作模式中，所述DC-DC電路的輸出電壓被設置為滿足電流輸出強度的最低幅度。優(yōu)選地，所述脈沖輸出裝置具有至少兩個信號通道，各個信號通道所產生的脈沖電信號的脈沖寬度和幅度分別能夠通過所述脈沖輸出控制進行設置。優(yōu)選地，所述脈沖輸出裝置的各個脈沖電信號之后，所述電荷平衡電路產生一個反向的平衡脈沖電信號。優(yōu)選地，所述各個脈沖電信號與所述平衡脈沖電信號之間具有一時間間隔。與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)既可以產生恒壓脈沖輸出，又可以產生恒流脈沖輸出，并且可以產生1 2路脈沖輸出，使用靈活，適用范圍廣，可以滿足不同的應用需求；(2)全國有上千萬帕金森、癲癇、慢性疼痛等神經系統疾病患者，本發(fā)明具有極高的經濟效益和社會效益。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是本發(fā)明應用于雙側腦深部刺激示意圖。圖2是本發(fā)明雙通道輸出時的電脈沖示意圖。圖3是本發(fā)明的一種實施實例的電路原理框圖。圖4是本發(fā)明的電壓/電流雙脈沖模式輸出的一種電路實現原理圖。圖fe是體外控制設備控制本發(fā)明恒壓/恒流脈沖模式時傳送的編程數據的一種數據組成方式。圖恥是本發(fā)明的一種包含恒壓/恒流脈沖模式切換標志的刺激器工作狀態(tài)標志定義。圖6是本發(fā)明的電壓/電流雙脈沖模式輸出的控制流程圖。
具體實施例方式圖1所示的本發(fā)明應用于雙側腦深部刺激示意圖中，本發(fā)明的植入式神經刺激器 1產生兩路恒壓或者恒流電脈沖信號，通過延長導線2將該兩路電脈沖信號傳遞給兩個刺激電極3，兩個刺激電極3將兩路電脈沖信號分別加到兩個治療靶點，通過電脈沖刺激對神經類疾病起到治療的作用。刺激器1通過編程可以產生一路或者兩路的電脈沖信號，圖2所示為產生兩路脈沖輸出時的脈沖信號，通道1和通道2脈沖的幅度和脈寬均可以獨立調節(jié)，兩個通道的頻率相同，而且在時序上分開，每個通道的每個刺激電脈沖輸出后，經過短時間延時OOOuS左右)后會產生一個反向的低幅度脈沖，實現對刺激靶點的電荷平衡，避免對靶點的組織產生損傷。短時間延時的作用是使刺激脈沖對靶點充分作用，避免引起刺激生理效應的減弱。如圖3所示，在本發(fā)明的一種實施實例中，使用充電電池作為電源，刺激器1的硬件電路組成主要包括微控制器4、脈沖輸出模塊5、電源管理模塊6、通信模塊7、充電電池9 等。其中微控制器4是刺激器電路的控制核心，具體控制功能為控制脈沖輸出模塊5產生電脈沖輸出；監(jiān)測并控制充電模塊6工作狀態(tài)；控制通信模塊7與體外控制設備進行無線通信及參數設置；監(jiān)測干簧開關8的動作實現體外磁鐵對刺激器的控制功能。微控制器4中集成作為程序存儲器用的大容量的FLASH存儲器，并且支持自編程操作，通過設計，微控制器4的程序可以通過與體外程控儀無線雙向通信，實現在線更新。脈沖輸出模塊5用于產生電壓或者電流兩種模式的脈沖信號，也可以通過輸出通道控制選擇產生一路或者兩路輸出信號，主要由DC-DC電路10、通道及極性選擇電路11、恒壓/恒流脈沖輸出電路12、電荷平衡及電極阻抗測量電路13等組成。其中DC-DC電路10 既可以升壓又可以降壓，輸出電壓范圍0 10V，脈沖電流輸出能力在500歐姆負載下不小于20mA ；通道及極性選擇電路11與DC-DC電路10輸出相連，通過微控制器4選擇一個或者兩個電能儲存電容進行充電及脈沖輸出，并通過微控制器4設定每個通道的輸出極性組合；恒壓/恒流脈沖輸出電路12可以產生恒流或者恒壓兩種模式的脈沖輸出；電荷平衡及電極阻抗測量電路13中的電荷平衡電路用于產生與刺激脈沖反向的脈沖信號，實現對刺激靶點的正反向電荷平衡，避免損傷靶點組織；電極阻抗測量電路通過AD采集采樣電阻的電壓獲得脈沖輸出的電流信息，通過計算得到電極間阻抗。電源管理模塊6與電池9相連，主要由穩(wěn)壓電路14、電池電壓采樣電路15、充電線圈16、整流濾波電路17、充電管理及保護電路18、測溫電路19等組成。充電線圈16用于接收體外充電器的能量輸入，整流濾波后通過充電管理及保護電路18給電池充電。充電線圈 16可以為大直徑的扁平空心線圈或者小直徑的磁芯線圈。通信模塊7由微控制器4控制，與體外控制設備進行雙向無線通信，主要由信號發(fā)射電路19、信號接收電路20、發(fā)射/接收線圈21等組成。信號發(fā)射與接收共用同一個通信線圈。通信采用PPM編碼及衰減的正弦波形調制信號，效率高，功耗低。充電電池9為植入醫(yī)療設備專用鋰離子電池。如圖4所示，為恒壓/恒流脈沖輸出模塊5的一種具體的實現原理圖。DC-DC電路 11由場效應管、肖特基二極管、電感、比較器等器件組成，通過控制模塊23控制可以為輸出電容進行可控的能量輸送；電容Cl和C2分別為兩個通道的電能儲存電容，為脈沖輸出提供能量，開關SWl和SW2分別控制電容Cl和C2與DC-DC電路及輸出回路的通斷；開關SW3用于控制電荷平衡；場效應管Ml、M2及運算放大器OAl用于控制產生恒壓/恒流脈沖輸出，恒壓脈沖模式輸出時，運算放大器OAl關閉，場效應管Ml用于控制產生電壓脈沖輸出，DC-DC 電路控制電容Cl和C2兩端的電壓為脈沖輸出幅度，恒流模式脈沖輸出時，運算放大器0A1、 場效應管M2及電阻Rl配合產生恒流脈沖輸出，恒流脈沖幅度通過數模轉換器DA2的輸出 DA20UT 調節(jié)。在恒流脈沖模式下，為了獲得最高的工作效率，通過電流反饋判斷電流輸出是否滿足，進一步的通過控制模塊5控制DC-DC輸出合適的能量給電容Cl和C2，使電容Cl和C2兩端的電壓盡量接近正好滿足電流脈沖輸出要求。刺激器通過通信模塊7與體外控制設備進行無線通信，接收體外控制設備傳送的刺激器運行數據，并提供給微控制器4。微控制器4根據獲得的運行數據控制脈沖輸出模塊 5啟動脈沖輸出。無線通信可以采用字節(jié)(Byte)為單位的脈沖間隙調制方式，也可以采用字、雙字等為單位進行調制。圖fe給出了體外控制設備傳送的編程數據的一種數據組成方式，由編程指令、刺激器運行數據、CRC校驗碼組成，其中刺激器運行數據中包含至少一個刺激器工作狀態(tài)字節(jié)Byte 1，該工作狀態(tài)字節(jié)Byte 1定義了一系列的刺激器運行標志，其中包含恒壓/恒流脈沖模式切換標志，如圖恥中所示，工作狀態(tài)字節(jié)Bytel的bit7位作為恒壓 /恒流脈沖模式切換標志，該位復位時為恒壓脈沖輸出，該位置位時為恒流脈沖輸出。微控制器4控制輸出脈沖模式，圖6所示為恒流/恒壓脈沖輸出控制程序的流程。 脈沖輸出從步驟30開始，首先執(zhí)行步驟31，設置輸出通道、電極極性參數，之后進入步驟 32，判斷編程設定的是恒壓脈沖還是恒流脈沖輸出，如果是恒壓脈沖輸出，執(zhí)行步驟33，如果是恒流脈沖輸出，執(zhí)行步驟37。在步驟33中，設定輸出通道DC-DC的輸出等于恒壓脈沖的幅度，之后執(zhí)行步驟34，控制場效應管Ml導通，產生恒壓脈沖輸出，之后進入步驟35，判斷是否需要進行電極阻抗測試，如果需要阻抗測試，執(zhí)行步驟36，否則直接轉到步驟44。在步驟37中，設定輸出通道DC-DC的輸出等于滿足電流輸出的電壓調整檔數，之后執(zhí)行步驟 38，啟動數模轉換器DA2并設定其輸出等于電流脈沖幅度對應的值，產生恒流脈沖輸出，之后進入步驟39，判斷設定的電流輸出能力是否滿足，如果滿足，執(zhí)行步驟40，如果不滿足， 執(zhí)行步驟42。在步驟40中，判斷是否允許輸出通道DC-DC輸出檔數降低，如果允許，執(zhí)行步驟41，將輸出通道DC-DC的輸出檔數降低一檔，之后進入步驟44。在步驟42中，禁止輸出通道DC-DC電壓檔數降低，之后執(zhí)行步驟43，將輸出通道DC-DC的輸出檔數增加一檔，之后進入步驟44。在步驟44中，判斷脈寬是否到時間，到時間后關閉脈沖輸出，脈沖輸出程序結束ο通過附圖和具體實施方式
的描述，從輸出波形、電路原理、及流程控制幾個方面詳細說明了本發(fā)明的技術方案。上述方式只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，對于本領域內的普通技術人員而言，在本發(fā)明公開的具有恒壓/恒流雙脈沖模式的神經刺激器的基礎上，很容易想到將其進行修改或者等同替換，應用于各種植入式醫(yī)療儀器系統，而不僅限于本發(fā)明具體實施方式
所描述的系統結構，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。以上所述僅為本發(fā)明的幾種具體實施例，以上實施例僅用于對本發(fā)明的技術方案和發(fā)明構思做說明而非限制本發(fā)明的權利要求范圍。凡本技術領域中技術人員在本專利的發(fā)明構思基礎上結合現有技術，通過邏輯分析、推理或有限實驗可以得到的其他技術方案， 也應該被認為落在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種植入式神經刺激器，包括控制裝置、脈沖輸出裝置和通信裝置；所述脈沖輸出裝置包括DC-DC電路、輸出通道及極性選擇電路、脈沖輸出控制電路、電荷平衡電路和電極阻抗測量電路，其特征在于所述脈沖輸出裝置具有輸出恒壓電信號的第一工作模式，以及輸出恒流電信號的第二工作模式；所述控制裝置能夠對所述脈沖輸出裝置進行控制，使其在所述第一工作模式與所述第二工作模式之間進行切換；所述通信裝置能夠無線地與外部設備進行通信，其能夠接收所述植入式神經刺激器所需的運行數據并提供給所述控制裝置；所述控制裝置獲取所述運行數據后才控制所述脈沖輸出裝置啟動輸出。
2.根據權利要求1所述的植入式神經刺激器，其特征在于，所述運行數據包括用于確定所述脈沖輸出裝置工作模式的識別數據。
3.根據權利要求1所述的植入式神經刺激器，其特征在于，在所述第一工作模式中，所述脈沖輸出裝置所輸出的電壓幅度為0 10V。
4.根據權利要求1所述的植入式神經刺激器，其特征在于，在所述第一工作模式中，所述電極阻抗測量電路能夠測量所述植入式神經刺激器所連接的電極的阻抗。
5.根據權利要求1所述的植入式神經刺激器，其特征在于，在所述第二工作模式中，所述脈沖輸出裝置所輸出的電流強度在20mA以上。
6.根據權利要求1所述的植入式神經刺激器，其特征在于，在所述第二工作模式中，所述DC-DC電路的輸出電壓被設置為滿足電流輸出強度的最低幅度。
7.根據權利要求1-6之一所述的植入式神經刺激器，其特征在于，所述脈沖輸出裝置具有至少兩個信號通道，各個信號通道所產生的脈沖電信號的脈沖寬度和幅度分別能夠通過所述脈沖輸出控制進行設置。
8.根據權利要求1-6之一所述的植入式神經刺激器，其特征在于，所述脈沖輸出裝置的各個脈沖電信號之后，所述電荷平衡電路產生一個反向的平衡脈沖電信號。
9.根據權利要求8所述的植入式神經刺激器，其特征在于，所述各個脈沖電信號與所述平衡脈沖電信號之間具有一時間間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有恒壓/恒流雙脈沖模式的植入式神經刺激器，屬于植入式醫(yī)療儀器技術領域。本發(fā)明為神經系統疾病患者提供一種雙通道植入式神經電脈沖刺激器，可以同時產生一路或者兩路電脈沖信號，電脈沖信號可以是恒壓模式或者恒流模式，兩種脈沖模式可以通過體外程控設備進行切換。其特征在于主要由微控制器、脈沖輸出電路、通信電路、電源管理電路、電池等部分組成。本發(fā)明具有恒壓/恒流兩種脈沖輸出模式，可以解決不同應用需求的適用性問題，滿足多種神經系統疾病的治療需求。本發(fā)明可用于治療多種神經系統疾病。
文檔編號A61N1/36GK102166388SQ201110074928
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2011年3月28日
發(fā)明者李路明, 王偉明, 胡春華, 郝紅偉, 馬伯志 申請人:北京品馳醫(yī)療設備有限公司