[發(fā)明專利]一種植入式神經(jīng)電刺激裝置與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410270731.8
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104096313A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 徐琦;馬玄;張雪;何際平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;G08C17/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

1.一種植入式神經(jīng)電刺激裝置，其特征在于，所述裝置包括個人數(shù)字助理、體外控制器、體內(nèi)刺激器和刺激電極，其中：

所述個人數(shù)字助理，用于記錄實驗動物信息、體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息，并提供設置刺激參數(shù)的人機界面，通過雙向無線射頻通信與體外控制器連接，將所述刺激參數(shù)傳輸?shù)剿鲶w外控制器，同時接收體外控制器發(fā)送來的體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息并顯示；

所述體外控制器，用于與體內(nèi)刺激器之間利用體內(nèi)線圈和體外線圈的感性耦合，進行刺激參數(shù)和能量的經(jīng)皮無線傳輸，接收體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息并通過無線射頻通信傳送給個人數(shù)字助理；

所述體內(nèi)刺激器，用于根據(jù)所述刺激參數(shù)產(chǎn)生刺激脈沖輸出至刺激電極，實施脊髓神經(jīng)電刺激，同時通過測量電極與被刺激靶組織間的接觸阻抗，獲取刺激器和刺激電極在動物體內(nèi)的工作狀態(tài)信息。

2.如權利要求1所述的植入式神經(jīng)電刺激裝置，其特征在于，所述體外控制器包括射頻信號發(fā)生器、E類功率放大模塊、能量和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、射頻收發(fā)器、微處理器、數(shù)據(jù)調(diào)制模塊以及電池模塊，其中：

所述射頻信號發(fā)生器與E類功率放大模塊相連接，射頻信號發(fā)生器產(chǎn)生射頻載波經(jīng)E類功率放大模塊進行功率放大，E類功率放大模塊輸出連接至能量和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，驅(qū)動能量和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊工作；

所述微處理器與射頻收發(fā)器相連接，接收個人數(shù)字助理通過無線射頻通信發(fā)送的刺激參數(shù)，發(fā)送體內(nèi)刺激器通過負載調(diào)制模塊經(jīng)皮無線傳來的刺激器和刺激電極工作狀態(tài)信息至個人數(shù)字助理；

所述微處理器還與數(shù)據(jù)調(diào)制模塊相連接，串行地輸出刺激參數(shù)至數(shù)據(jù)調(diào)制模塊，通過數(shù)據(jù)調(diào)制模塊對E類功率放大模塊輸出至能量和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的射頻載波進行數(shù)據(jù)調(diào)制；

所述調(diào)制的射頻信號載波通過體內(nèi)外線圈的磁耦合傳送至體內(nèi)刺激器，完成能量和數(shù)據(jù)的經(jīng)皮無線傳輸；

所述電池模塊，用于對所述射頻信號發(fā)生器和所述E類功率放大模塊供電。

3.如權利要求1或2所述的植入式神經(jīng)電刺激裝置，其特征在于，所述的體內(nèi)刺激器包括能量和數(shù)據(jù)接收模塊、整流濾波模塊、DC/DC變換模塊、數(shù)據(jù)解調(diào)模塊、微處理器、刺激波形產(chǎn)生模塊、阻抗檢測模塊以及負載調(diào)制模塊，其中：

所述能量和數(shù)據(jù)接收模塊，用于通過體內(nèi)與體外線圈之間的磁耦合接收從體外控制器傳來的能量與數(shù)據(jù)；

所述能量和數(shù)據(jù)接收模塊，還用于與整流濾波模塊連接，并通過整流濾波模塊將能量傳送給DC/DC變換模塊，從而對微處理器和其后的刺激波形產(chǎn)生模塊供電；

所述能量和信息接收模塊，還與數(shù)據(jù)解調(diào)模塊相連，數(shù)據(jù)解調(diào)模塊將能量和信息接收模塊接收的數(shù)據(jù)調(diào)制波進行解調(diào)，并將解調(diào)出來的數(shù)據(jù)輸出至微處理器；

所述微處理器與刺激波形產(chǎn)生模塊相連，根據(jù)所述解調(diào)的刺激參數(shù)控制刺激波形產(chǎn)生模塊輸出刺激脈沖至刺激電極；

所述阻抗檢測模塊通過在恒定直流電壓激勵下測量刺激回路電流大小獲取刺激電極與被刺激組織之間的接觸阻抗，確定刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)；

所述負載調(diào)制模塊與阻抗檢測模塊相連，用于根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)對應的高低電平接入不同阻抗的負載至體內(nèi)線圈，通過負載調(diào)制效應將體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息通過體內(nèi)外線圈耦合傳送至體外控制器。

4.如權利要求1或2所述的植入式神經(jīng)電刺激裝置，其特征在于，所述刺激電極為基于柔性電路板工藝的多觸點電極，手術植入動物體內(nèi)，通過電極兩側(cè)小孔采用椎骨棘突或肌肉筋膜固定方式降低電極植入后的移位發(fā)生率和失效率。

5.如權利要求4所述的植入式神經(jīng)電刺激裝置，其特征在于，所述刺激電極中，采用聚酰亞胺對多個鍍金電極觸點進行絕緣封裝，兩側(cè)小孔用于在椎骨棘突或肌肉筋膜上進行電極的手術固定，降低電極手術植入后的移位發(fā)生率和失效率。

6.一種植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一個個人數(shù)字助理、多個體外控制器、多個體內(nèi)刺激器和多個刺激電極，其中：

所述個人數(shù)字助理，用于記錄實驗動物信息、體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息，并提供設置刺激參數(shù)的人機界面，通過雙向無線射頻通信連接至體外控制器，并將所述刺激參數(shù)傳輸?shù)剿鲶w外控制器，同時接收體外控制器傳來的體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息并顯示；

所述體外控制器，用于與體內(nèi)刺激器之間利用體內(nèi)線圈和體外線圈的感性耦合，進行刺激參數(shù)和能量的經(jīng)皮無線傳輸，接收體內(nèi)刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息并通過無線射頻通信傳送給個人數(shù)字助理；

所述體內(nèi)刺激器，用于根據(jù)所述刺激參數(shù)產(chǎn)生刺激脈沖輸出至手術植入硬膜外腔的刺激電極，實施脊髓神經(jīng)電刺激；

所述體內(nèi)刺激器，通過阻抗測量獲取刺激器和刺激器電極的工作狀態(tài)信息，利用體內(nèi)線圈對體外線圈的負載調(diào)制將狀態(tài)信息經(jīng)皮無線傳送至體外控制器；

所述個人數(shù)字助理與多個體外控制器構成星形拓撲結(jié)構的網(wǎng)絡，個人數(shù)字助理作為該星形網(wǎng)絡的中心節(jié)點；

通過電池供電的包含發(fā)射線圈的體外控制器置于動物所穿馬夾口袋內(nèi)，體外發(fā)射線圈與植入動物背部皮下刺激器的體內(nèi)接收線圈準直正對；

用戶通過個人數(shù)字助理編程刺激參數(shù)并發(fā)送至多個體外控制器，體外控制器將刺激參數(shù)通過體內(nèi)線圈和體外線圈的耦合經(jīng)皮無線傳送至對應的體內(nèi)刺激器，控制體內(nèi)刺激器產(chǎn)生特定參數(shù)的刺激脈沖連接至對應的刺激電極；體內(nèi)刺激器測量獲取刺激器和刺激電極的工作狀態(tài)信息，通過體內(nèi)線圈對體外線圈的負載調(diào)制將狀態(tài)信息傳送至體外控制器。