[發明專利]程控多通道電生理刺激器

有效

• 申請號: 201410078147.2
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103893914A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 鄔小玫;王建飛;金練
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: A61N1/39
• 分類號: A61N1/39
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于醫療儀器技術領域，具體涉及一種可程控多通道的電生理刺激器，可用于心臟起搏式低能量除顫，或者其他需要采用電生理刺激器研究、診斷或治療的領域。

背景技術

電生理刺激器是指可以向生物體組織施加電刺激的設備。電生理刺激器是研究生物體電生理特征的必備工具，比如在測定骨骼肌細胞神經沖動的傳導速度實驗中，將刺激電極放在外周神經附近，觀察并測量刺激脈沖發出到測量電極處測得肌肉興奮之間的時間間隔，從而計算得到神經沖動傳導的速度，同時也可以知道引起肌肉興奮所需要的電刺激強度；另一方面，電生理刺激器也可以用于生物組織的電生理功能監測，比如在神經外科和脊柱外科手術中，通過采用特定參數的電脈沖刺激神經，觀察神經的各項指標來了解和監控神經的功能狀況，可用于避免術中神經損傷和預防術后神經功能受損。

在心臟診斷和治療領域，電生理刺激器也大有用處。利用與心臟同步發放的一組或若干組精確定時的早搏電脈沖來刺激心臟，觀察并記錄心臟產生的反應，可以有效地檢查出潛在的心臟傳導系統方面的病變：如利用電生理刺激器測量動作電位時程恢復特性，可以有效評估病人發生心律失常的風險。在治療心臟病變方面，心臟起搏器已經被證明在治療心動過緩方面具有巨大的應用價值。在治療快速性心律失常方面，抗心動過速起搏已經被臨床試驗證實可有效終止部分房性或室性心動過速。而對于最惡性的心律失常——室顫，也可以嘗試利用電生理刺激器來終止，即所謂的起搏式除顫。

起搏式除顫是嘗試將一定模式的弱電刺激施加在心肌上，以期達到除顫的目的，是一種低能量除顫的方法，可以顯著減輕高能電擊對人體的傷害。用于起搏式除顫的電生理刺激器必須能夠發放心臟起搏式脈沖，具體說來應具備以下功能：1.具有多路脈沖輸出能力；2.各路輸出脈沖的空間范圍可以任意組合；3.各路脈沖幅度、寬度、間隔、周期、個數可調；4.脈沖波形可為雙相波或單相波。

發明內容

基于上述背景，針對起搏式除顫所需的電生理刺激器的設計需求，本發明的目的在于設計一種脈沖參數可程控，刺激通道及刺激模式可調節的多通道電生理刺激器，脈沖幅度、寬度、間隔、周期、個數、波形、通道數均可靈活調整。

本發明提出的可程控多通道電生理刺激器，由上位機控制界面、微控制器（MCU）、脈沖幅度控制電路、橋式放電電路、復雜可編程邏輯器件（CPLD）、脈沖分發電路組成。其中：

所述上位機控制界面設置各項脈沖參數，刺激發放通道等，然后把相應的控制指令按照串口通信協議的格式發送給微控制器（MCU）和復雜可編程邏輯器件（CPLD）；

所述微控制器（MCU）接收上位機的控制指令，設置脈沖的波形（雙相/單相）、寬度、幅度、間隔、周期、個數等參數，根據指令控制相應硬件電路動作，按參數要求發放脈沖；

所述脈沖幅度控制電路利用外供低壓直流電源對儲能電容充電至設定電壓值，該電壓送入橋式放電電路，決定了脈沖幅度；所述橋式放電電路采用兩對開關管構成H型橋路，形成兩個電流方向相反的放電回路，兩個放電回路交替導通截止，使系統能夠發放雙相脈沖波，通過控制開關管的導通截止時間、次數控制脈沖寬度、間隔、個數等參數；

所述復雜可編程邏輯器件（CPLD）接收上位機的控制指令，控制相應通道導通或截止，從而決定脈沖發放的空間分布區域；

所述脈沖分發電路將橋式放電電路輸出的脈沖波通過導通的通道接入對應電極。

本發明中，上位機控制界面根據設置上位機與MCU和CPLD串口通信協議的數據格式，設置脈沖的波形（雙相/單相）、寬度、幅度、間隔、周期、個數等參數，設置刺激電極的導通區域，控制刺激脈沖開始/停止發放的整個過程，并可實時顯示刺激器工作狀態。

本發明中，微控制器接收上位機的控制指令，設置脈沖的波形、幅度、寬度、間隔、個數、周期等參數。微控制器通過信號Ctrl1控制脈沖幅度控制電路，調節脈沖幅度；通過信號Ctrl2~Ctrl5控制組成橋式放電電路四個開關管的導通或截止，進而，控制脈沖的寬度、幅度、間隔、個數、周期、波形等。?