基于rfid射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片。其特征在于：該系統(tǒng)由基帶芯片模塊（1）、ASIC芯片模塊（2）、天線（3）、PCB（4）、其他電路元件（5）、激勵基準電極（6）、激勵電極組（7）、生物兼容外殼（8）連接組成；本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的結構簡單，便于制作；能夠有效，及時，連續(xù)地發(fā)射多種具有治療神經(jīng)疾病功能的激勵信號，該信號源可以分布在人體體內(nèi)深度在0到5CM內(nèi)的合適的位置。本發(fā)明所述的神經(jīng)芯片通過一組微型激勵電極向人體神經(jīng)組織發(fā)射有效的激勵電流。神經(jīng)介入芯片讀寫器可通過指令激活合適的電極點陣達到最佳治療效果。
【專利說明】基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片

【技術領域】 [0001] 本發(fā)明涉及一種基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片。

【背景技術】 [0002] 諸多疾病與神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有關。如中樞神經(jīng)系統(tǒng)周圍神經(jīng)系統(tǒng)植 物神經(jīng)系統(tǒng)的損傷會誘發(fā)和導致感覺、運動、意識、植物神經(jīng)功能障礙等多種疾病。
[0003] 這些疾病以可對病人產(chǎn)生不同程度的疼痛。目前，神經(jīng)系統(tǒng)疾病和疼痛的治療技 術和手段是一個亟待發(fā)展的領域。美國專利US 6895280 B2設計了一種脊髓神經(jīng)刺激儀 (Spinal cord stimulation),簡稱（SCS))。該設備植入人體內(nèi)，其工作電極與脊髓神經(jīng) 節(jié)點連接，電極亦可穿過脊髓直達肩部。該技術對多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病有效，如反射性神經(jīng)不 良疾病（RSD)。該產(chǎn)品結構復雜，植入方式難度高，成本巨大。中國專利CN201310537668提 出一種利用癌性疼痛治療藥物對癌癥病人進行疼痛治療。盡管藥物治療疼痛是目前的主要 方法，但該方法病理響應時間長，作用時間短，一般具有明顯的副作用。CN203564311U提出 一種采用穿刺針治療疼痛的方法。該技術在一定程度闊展了藥物治療的范圍，對某些疾病 有特殊療效。但該技術操作困難，且治療面較窄。CN203355134U設計了一種術后疼痛治療 儀，通過作用于人體的皮膚電流達到疼痛治療的目的。
[0004] 該方法簡單，使用面較廣，但由于工作電極很難準確定位，且作用于人體外表皮， 效果較差。中國專利CN302012071S發(fā)明了一種射頻疼痛治療儀。該技術使用高頻電磁場 對患者疼痛出進行輻射治療。使用效果主要以神經(jīng)疼痛治療為主。
[0005] 中國CN201220664704. 5提出了一種微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片技術，該產(chǎn)品可 以完全植入人體體內(nèi)，芯片被動式地接收來至掃描器的高頻電磁能量作為系統(tǒng)的工作電 源，整個芯片系統(tǒng)的外觀尺寸只有直徑為1. 5MM，長10MM大小。該芯片集成了微型生化傳感 器，模擬信號處理，電子標簽（RFID)模塊等多種功能。
[0006] 該芯片體積小，無內(nèi)部電源，植入過程簡單(注射器直接在皮下注射)，因此如果在 該技術基礎上，在芯片內(nèi)集成一組微型電極，即可形成一個微型化的，可分布式植入人體內(nèi) 部的智能電流激勵電極系統(tǒng)。該電極系統(tǒng)可產(chǎn)生各種治療神經(jīng)疾病的有效激勵電流信號并 可最大限度地接近病發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)。基于以上設計思想，本發(fā)明提出一個基于RFID技術平臺 的無源智能電流激勵芯片，可用于多種神經(jīng)介入治療場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是：基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng) 皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在于：由基帶芯片模塊、ASIC芯片模塊、天線、PCB、其他電路元 件、激勵基準電極、激勵電極組和生物兼容外殼連接組成；它們的連接關系是：由ASIC芯 片模塊產(chǎn)生的激勵電流通過激勵電極組施加在特定的神經(jīng)網(wǎng)絡線路，經(jīng)過其他電路元件中 的可調(diào)阻抗模塊回到激勵基準電極，以形成電流回路；由神經(jīng)介入芯片讀卡器發(fā)出的控制 信號經(jīng)過天線接收后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)/時鐘模塊解調(diào)后送至基帶芯片模塊，基帶芯片模塊根 據(jù)所收到的指令確定激勵電流的大小和電壓波形以及確定激發(fā)最佳的激勵電極，該信號經(jīng) 過模數(shù)轉換模塊與模擬開關送至所確定的激勵電極組；所述的其他電路元件是可調(diào)阻抗電 路，外接天線諧振電容。
[0008] 所述的ASIC芯片模塊由數(shù)模轉換模塊，脈沖電路和模擬開關組成；以上模塊與基 帶芯片模塊，電流激勵電極組一起組成該神經(jīng)介入芯片信號驅動電路。所述激勵電極組表 面鍍有鈦合金或鍍金，安裝在PCB上，裸漏在殼體外面的部分形成凸起以增加放電強度。
[0009] 所述神經(jīng)介入芯片外殼涂有生物兼容性涂層，對環(huán)境中的水分和酸堿組分有良好 的阻抗作用，所述生物兼容性涂層為：Parylene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜。所述電流 激勵電極組采用多電極結構。
[0010] 所述電流激勵電極組還與激勵基準電極形成激勵電流回路。激勵基準電極在神經(jīng) 介入芯片的外殼一端形成，并且與其他電路元件中的可調(diào)阻抗電路構成串聯(lián)回路；該回路 的阻抗受模擬開關控制，用以輸出至神經(jīng)網(wǎng)絡線路的激勵電流的強度。本發(fā)明的結構簡單， 便于制作；在ASIC芯片與RFID基帶芯片的復合結構框架下所設計的微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯 片是一個無內(nèi)部電源，全植入式，分布式的微型系統(tǒng)，對于治療由于神經(jīng)系統(tǒng)損傷所造成的 多種疾病有重要的臨床意義，與目前所用的各種技術和產(chǎn)品相比具有獨特的優(yōu)點。該神經(jīng) 介入芯片能夠通過注射器輕易地植入在人體體內(nèi)，其能量來自與芯片本身非接觸的讀卡系 統(tǒng)，該讀卡器可在距離植入芯片0-5CM的范圍內(nèi)工作。該芯片具有多個電流激勵電極，可通 過讀卡器選擇位置最佳的電極單獨或協(xié)同工作。RFID基帶芯片可以通過指令改變激勵電 極的工作電壓的幅度與波形。該微型芯片可以采用多組同時植入的方式工作以達到可靠和 高效的治療效果。本發(fā)明所設計的神經(jīng)芯片采用生物兼容性涂層，可以長期植入在人體體 內(nèi)。該芯片基準電極設置在電流激勵電極的相反方向以形成穩(wěn)定，可靠的電流回路。由于 本發(fā)明涉及的神經(jīng)芯片采用體內(nèi)植入方式和多個激勵電極結構，與傳統(tǒng)的各種體外電刺激 療法、針灸療法、其他物理療法如激光、紅外療法相比，具有更有效的治療效果，特別是對手 術后疼痛的治療，由于其設計原理的獨特性，具有更好的效果。本發(fā)明所涉及的創(chuàng)新技術使 該芯片具有多種應用前景。在人體傷害性刺激損傷的外周區(qū)域，經(jīng)常使用非甾體類抗炎藥 和激素類藥物來進行疼痛治療，也可采用經(jīng)皮電刺激或神經(jīng)阻斷方式。本發(fā)明所設計的神 經(jīng)介入芯片可以直接植入在后根神經(jīng)、交感神經(jīng)附近，該芯片的激勵電流可直接作用于有 髓神經(jīng)纖維、無髓神經(jīng)纖維、交感神經(jīng)纖維、上行傳導束下行傳導束等處，可明顯改善治療 效果。脊髓丘腦側束是硬膜外激素和麻醉藥的作用部位，丘腦是阿片類藥物的作用靶位，該 神經(jīng)芯片可以很容易地植入在這些區(qū)域。本發(fā)明所設計的神經(jīng)介入芯片還可替代脊髓神經(jīng) 刺激儀對很多神經(jīng)系統(tǒng)受損而導致的疾病進行治療，如反射性交感神經(jīng)營養(yǎng)不良（RSD)等。 本發(fā)明的有益效果是： 1.微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片基于RFID射頻技術和ASIC技術?；赗FID射頻技術的特 點，該芯片能夠通過與讀卡器交換指令實現(xiàn)對系統(tǒng)工作參數(shù)的設定和優(yōu)化。
[0011] 2.微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片無內(nèi)部電源，可長期植入人體體內(nèi)。
[0012] 3.微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片采用現(xiàn)代微機械技術加工工藝，從而其微小的體積能夠 輕易地通過注射方法全植入在人體體內(nèi)。
[0013] 4.微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片采用Parylene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜，并結合 先進的表面調(diào)質工藝作為外殼的表面涂層材料，充分地保證了芯片系統(tǒng)的生物兼容性。
[0014] 5.微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片具有多組電流激勵電極，可對電極進行優(yōu)化和配置。
[0015] 6.該系統(tǒng)基帶芯片設計基于低頻RFID標準，采用標準的CMOS工藝實現(xiàn)所有的系 統(tǒng)功能，制造工藝成熟簡單，讀卡器與標準設備兼容。
[0016] 7.該植入式微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片通過有髓神經(jīng)纖維、無髓神經(jīng)纖維、交感神經(jīng) 纖維、上行傳導束、下行傳導束、脊脊髓丘腦側束作用于交感神經(jīng)節(jié)、后根神經(jīng)節(jié)、邊緣神 經(jīng)、丘腦、大腦皮層，從而達到對于相關疾病的治療目的。 8.該植入式微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片對于軀體性疼痛，內(nèi)臟性疼痛，神經(jīng)源性疼痛的治 療均可應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0018] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為ASIC芯片模塊結構；圖3為本發(fā)明基帶芯 片模塊周圍電路。
[0019] 圖中：1.基帶芯片模塊、2. ASIC芯片模塊、3.天線、4. PCB、5.其他電路元件、6.激 勵基準電極、7.激勵電極組、8.生物兼容外殼、9.數(shù)模轉換模塊、10.脈沖電路、11.模擬開 關、12. RF電磁耦合電路、13.整流電路、14.電源管理模塊、15.溫度傳感器、16.儲存單 元、17.信號調(diào)制解調(diào)單元。

【具體實施方式】 [0020] 基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在于： 由基帶芯片模塊1、AS IC芯片模塊2、天線3、PCB4、其他電路元件5、激勵基準電極6、激勵電 極組7和生物兼容外殼8連接組成；它們的連接關系是：由ASIC芯片模塊2產(chǎn)生的激勵電 流通過激勵電極組7施加在特定的神經(jīng)網(wǎng)絡線路，經(jīng)過其他電路元件5中的可調(diào)阻抗模塊 回到激勵基準電極6,以形成電流回路；由神經(jīng)介入芯片讀卡器21發(fā)出的控制信號經(jīng)過天 線3接收后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)/時鐘模塊解調(diào)后送至基帶芯片模塊1，基帶芯片模塊1根據(jù)所收 到的指令確定激勵電流的大小和電壓波形以及確定激發(fā)最佳的激勵電極，該信號經(jīng)過模數(shù) 轉換模塊（9)與模擬開關11送至所確定的激勵電極組7 ;所述的其他電路元件5是可調(diào)阻 抗電路，外接天線諧振電容。
[0021] 所述的ASIC芯片模塊2由數(shù)模轉換模塊9,脈沖電路10和模擬開關11組成；以 上模塊與基帶芯片模塊1，電流激勵電極組7 -起組成該神經(jīng)介入芯片信號驅動電路。
[0022] 所述激勵電極組7表面鍍有鈦合金或鍍金，安裝在PCB4上，裸漏在殼體外面的部 分形成凸起以增加放電強度。
[0023] 所述神經(jīng)介入芯片外殼涂有生物兼容性涂層，對環(huán)境中的水分和酸堿組分有良好 的阻抗作用，所述生物兼容性涂層為：Parylene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜。所述電流 激勵電極組7采用多電極結構。
[0024] 所述電流激勵電極組7還與激勵基準電極6形成激勵電流回路。激勵基準電極 6在神經(jīng)介入芯片的外殼一端形成，并且與其他電路元件5中的可調(diào)阻抗電路構成串聯(lián)回 路；該回路的阻抗受模擬開關控制，用以輸出至神經(jīng)網(wǎng)絡線路的激勵電流的強度。使用時， 該芯片植入后，在神經(jīng)介入芯片讀卡器的激勵下，其內(nèi)置天線感應來自讀卡器的射頻電磁 場而產(chǎn)生感應電壓，由此驅動基帶芯片1、ASIC芯片2以及其他電路5、脈沖電路10工作。 因而通過模擬開關11選擇驅動電流激勵電極組圖7向周圍區(qū)域發(fā)射特定的電壓脈沖。該 脈沖以特定的方式激勵周圍的神經(jīng)組織而達到預期的治療目的。本發(fā)明的神經(jīng)介入芯片是 在ASIC芯片與RFID基帶芯片的復合結構框架下所設計的。如圖3所示，天線3接收到來自 周圍神經(jīng)芯片讀卡器發(fā)射的射頻信號和電磁能量，經(jīng)過RF電磁耦合電路12,整流電路13， 電源管理模塊14后，產(chǎn)生合適的具有一定功率的電壓信號從而啟動神經(jīng)介入芯片工作。存 儲單元14保存由讀卡器所下達的指令中所設置的系統(tǒng)工作參數(shù)，如：激勵電壓幅度、波形、 脈沖長度、激勵電極代號。激勵電極代號的選取由模擬開關11觸發(fā)?；鶐酒凑疹A定的 工作流程和來至讀卡器的指令，通過ADC模塊9對溫度傳感器15進行采樣，該參數(shù)可用來 對整個芯片的工作狀態(tài)進行評估和檢測。如果芯片處于正常工作狀態(tài)，開始通過DAC模塊 9啟動脈沖電路單元10和模擬開關11進而激活特定的激勵電極7。根據(jù)病人對激勵電流 的效果的反饋信息，操作人員對讀卡器的指令進行調(diào)整和選擇來確定最佳的激勵方式。讀 卡器與神經(jīng)介入芯片之間的信息交換是通過信號調(diào)制/解調(diào)單元12實現(xiàn)的。本發(fā)明的結 構簡單，可用醫(yī)用注射器直接植入人體體內(nèi)。根據(jù)發(fā)病的類型和位置，該芯片可長期或短期 植入在距離人體皮膚表面0-5CM的范圍內(nèi)。該芯片的植入角度需根據(jù)患者的實際情況確 定。對于大部分所涉及的疾病，醫(yī)生可根據(jù)醫(yī)學知識和臨床經(jīng)驗來確定神經(jīng)介入芯片在人 體體內(nèi)的植入部位。該過程帶來的植入誤差可通過激勵信號的強度和波形來消除。一般而 言，該芯片的激勵電極不需與神經(jīng)未梢直接接觸。激勵電極與神經(jīng)未梢之間的距離在一定 程度上決定激勵信號的強度。該距離越遠，所需要的激勵強度越大。在某些場合，如果是對 應的較為敏感的植入?yún)^(qū)域，如丘腦附近，該芯片植入定位時可借助X-RAY機來完成。當患者 不再需要神經(jīng)介入芯片的治療時，如果植入深度在2CM以下，可以采用特殊設計得的剝離 注射器直接將芯片取出。在植入深度較大時，可以采用微型手術將芯片取出。
【權利要求】
1. 基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在于：由基帶芯片模塊 (1)、ASIC芯片模塊（2)、天線（3)、PCB (4)、其他電路元件（5)、激勵基準電極（6)、激勵電極 組（7)和生物兼容外殼（8)連接組成；它們的連接關系是：由ASIC芯片模塊（2)產(chǎn)生的激勵 電流通過激勵電極組（7)施加在特定的神經(jīng)網(wǎng)絡線路，經(jīng)過其他電路元件（5)中的可調(diào)阻 抗模塊回到激勵基準電極（6)，以形成電流回路；由神經(jīng)介入芯片讀卡器發(fā)出的控制信號 經(jīng)過天線（3)接收后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)/時鐘模塊解調(diào)后送至基帶芯片模塊（1)，基帶芯片模塊 (1)根據(jù)所收到的指令確定激勵電流的大小和電壓波形以及確定激發(fā)最佳的激勵電極，該 信號經(jīng)過模數(shù)轉換模塊（9)、脈沖電路（10)與模擬開關（11)送至所確定的激勵電極組（7); 所述的其他電路元件（5 )是可調(diào)阻抗電路，外接天線諧振電容。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在 于：所述的ASIC芯片模塊（2)由數(shù)模轉換模塊（9)，脈沖電路（10)和模擬開關（11)組成；以 上模塊與基帶芯片模塊（1)，電流激勵電極組（7) -起組成該神經(jīng)介入芯片信號驅動電路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在 于：所述激勵電極組（7)表面鍍有鈦合金或鍍金，安裝在PCB (4)上，裸漏在殼體外面的部 分形成凸起以增加放電強度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在 于：所述神經(jīng)介入芯片外殼涂有生物兼容性涂層，對環(huán)境中的水分和酸堿組分有良好的阻 抗作用，所述生物兼容性涂層為：Pairlene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特征在 于：所述電流激勵電極組（7 )采用多電極結構。
6. 根據(jù)權利要求1或6所述的基于RFID射頻技術的無源微創(chuàng)皮下神經(jīng)介入芯片，其特 征在于：所述電流激勵電極組（7)還與激勵基準電極（6)形成激勵電流回路；激勵基準電極 (6 )在神經(jīng)介入芯片的外殼一端形成，并且與其他電路元件（5 )中的可調(diào)阻抗電路構成串聯(lián) 回路；該回路的阻抗受模擬開關控制，用以輸出至神經(jīng)網(wǎng)絡線路的激勵電流的強度。
【文檔編號】A61N1/375GK104107507SQ201410323604
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權日:2014年7月9日
【發(fā)明者】龐德興, 龍瓊珍 申請人:龐德興, 龍瓊珍