專利名稱：神經(jīng)刺激器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及人工植入體技術領域，尤其涉及一種神經(jīng)剌激器。
背景技術：
神經(jīng)剌激器以電流直接剌激人體的有關神經(jīng)，從而部分或全部地替帶失去正常功 能的人體器官或組織的有效功能。目前典型的神經(jīng)剌激器有植入于人體內耳用于剌激聽 覺神經(jīng)的耳蝸植入體，或稱電子耳蝸；植入于視網(wǎng)膜用于剌激視神經(jīng)的視網(wǎng)膜剌激器等。
神經(jīng)剌激器通常由體內天線，電流剌激器，和剌激電極組成，其中體內天線用于接 收體外發(fā)射的信號，電流剌激器產(chǎn)生相應的剌激電流，電極將電剌激傳至神經(jīng)組織。
神經(jīng)剌激器屬于對安全性和有效性要求最高的有源三類植入體?；谄鋺玫奶?殊性，不僅要求神經(jīng)剌激功能應安全有效，而且希望能在體外監(jiān)控剌激器的工作狀態(tài)，并能 測量有關的人體生理參數(shù)。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種神經(jīng)剌激器，用于解決現(xiàn)有神經(jīng)剌激 器只能單向實施對神經(jīng)的電流剌激，而無法獲知神經(jīng)剌激器的物理參數(shù)以及相應人體的生 理參數(shù)的問題。 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種神經(jīng)剌激器，包括順序連接的體內天線、前
向通路、剌激電極，還包括連接在剌激電極和體內天線之間的反向通路，其中 所述體內天線接收體外的射頻天線信號，前向通路根據(jù)接收的天線信號產(chǎn)生用
于剌激神經(jīng)的剌激電流；剌激電極根據(jù)前向通路產(chǎn)生的剌激電流對神經(jīng)進行剌激；反向通
路，用于監(jiān)控和測量與電剌激相關的物理和生理參數(shù)，并將所得物理和生理參數(shù)通過體內
天線反饋給體外天線。
進一步地，所述反向通路包括 物理和生理參數(shù)檢測單元，用于檢測剌激電極在神經(jīng)組織之間的阻抗、剌激電流
在各電極上的電場分布、神經(jīng)對電剌激的反應、和前向通路的工作狀態(tài)； 編碼/通訊單元，用于將檢測到的物理和生理參數(shù)依次進行模/數(shù)轉換、并行/串
行轉換、數(shù)據(jù)幀編碼和存儲，并以負載調制方式將存儲的反向遙測數(shù)據(jù)從體內天線傳輸?shù)?br> 體外天線。 進一步地，所述物理和生理參數(shù)檢測單元包括 三選一選擇開關，用于從電極阻抗、電場分布和神經(jīng)反應三種參數(shù)中選擇一個參
數(shù)送入反向通道；可編程放大器，用于對所述三選一選擇開關選擇輸出的參數(shù)信號進行增
益放大；N選1選擇開關，用于對增益放大后的參數(shù)信號進行選擇性地監(jiān)控，監(jiān)控神經(jīng)剌激
器內部的工作狀態(tài)；可編程低通濾波器，用于對N選1選擇開關選定的參數(shù)信號，進行帶通
濾波，輸出濾波后的信號到編碼/通訊單元。 進一步地，所述物理和生理參數(shù)檢測單元包括
模/數(shù)轉換器，用于將由物理和生理參數(shù)檢測單元輸入的反向信號由模擬量轉換 為數(shù)字量； 并行/串行轉換器，用于將模/數(shù)轉換器的并行輸出數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)幀編碼器，用于對所述并行/串行轉換器輸出的串行數(shù)據(jù)加上幀同步編碼和 奇偶校驗碼； 數(shù)據(jù)存儲器，用于對數(shù)據(jù)幀編碼器編碼后的反向參數(shù)數(shù)據(jù)進行存儲； 反向數(shù)據(jù)調制器，用于從數(shù)據(jù)存儲器中讀取反向參數(shù)數(shù)據(jù)，對所述反向參數(shù)數(shù)據(jù)
進行調制處理，將調制后的反向參數(shù)信號經(jīng)由體內天線傳輸至體外。 進一步地，所述反向數(shù)據(jù)調制器是以負載調制的方式對存儲器中的反向數(shù)字信號 進行調制。所述反向數(shù)據(jù)調制器利用存儲器中反向數(shù)字信號控制調制開關的開與合，將調 制負載從體內天線的固有負載中進行接入或斷開。
進一步地，所述前向通路包括 能量獲取單元，用于從體外發(fā)射的射頻信號中獲取能量，經(jīng)電壓調節(jié)后，為整個神 經(jīng)剌激器提供電源； 信號檢測單元，用于從體外發(fā)射的射頻信號載波中檢測出基頻信號和時鐘信號， 將基頻數(shù)據(jù)信號發(fā)送給信號解碼單元； 信號解碼單元，用于從信號檢測單元輸出的基頻數(shù)據(jù)流中提取電剌激脈沖的各項 信息，并將電剌激脈沖各項信息發(fā)送給安全控制單元和電流剌激器；
安全控制單元，用于檢查電剌激脈沖各項信息的有效性； 電流剌激器，用于在安全控制單元控制下，對符合有效性的剌激脈沖在指定剌激 電極產(chǎn)生所需電流幅度、脈沖寬度、和剌激頻率的電剌激。 本發(fā)明的神經(jīng)剌激器，可以利用反向通路實現(xiàn)對剌激電極作用下的人體生理參數(shù) 的采集以及剌激器自身物理參數(shù)的采集，并將采集所得參數(shù)通過體內天線反饋給體外天 線，從而使得患者或醫(yī)生可以獲知神經(jīng)剌激的相應信息，有助于調整神經(jīng)剌激器的使用狀 態(tài)。 本發(fā)明只需一套體內天線和體外天線就可實現(xiàn)從體外到體內的正向信號傳輸和 從體內到體外的反向信號傳輸。從而能夠實現(xiàn)神經(jīng)剌激器的信息反饋，以便供醫(yī)生或用戶 獲知更多內部物理和生理參數(shù)信息，用于參考這些信息進行剌激器的控制與調整。


圖1是本發(fā)明的兼帶前向通路和反向通路的神經(jīng)剌激器示意圖； 圖2是神經(jīng)剌激器中前向通路102的功能模塊圖； 圖3是神經(jīng)剌激器中反向通路104的功能模塊圖； 圖4是反向通路的物理和生理參數(shù)檢測單元104A的電路結構圖； 圖5是反向通路的編碼/通訊單元104B的模塊結構示意圖； 圖6是反向通路的編碼/通訊單元104B中反向數(shù)據(jù)調制器的工作示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下結合附圖對本發(fā)明作進一步
5地詳細說明。 如圖1所示，顯示了本發(fā)明的一種帶反向遙測功能的神經(jīng)剌激器，包括體內天線 101，用于接收體外的射頻天線信號；前向通路102，用于根據(jù)接收的天線信號產(chǎn)生安全和 有效的用于剌激神經(jīng)的剌激電流；剌激電極103，用于根據(jù)前向通路產(chǎn)生的剌激電流對神 經(jīng)進行剌激；反向通路104，用于監(jiān)控和測量與電剌激相關的物理參數(shù)和人體生理參數(shù)，并 將監(jiān)控和測量所得物理參數(shù)和生理參數(shù)通過體內天線反饋給體外天線及體外監(jiān)測設備。
所述前向通路102的電路結構如圖2所示，前向通路102包括
能量獲取單元102A，用于從由體內天線所接收的體外發(fā)射的射頻信號中獲取能 量，經(jīng)電壓調節(jié)后，為整個神經(jīng)剌激器電路提供電源； 信號檢測單元102B，用于從由體內天線所接收的體外發(fā)射的射頻信號載波中檢測 出基頻信號和時鐘信號，將基頻數(shù)據(jù)信號發(fā)送給信號解碼單元102C ; 信號解碼單元102C，用于從信號檢測單元102B輸出的基頻數(shù)據(jù)流中提取電剌激 脈沖的各項信息，并將電剌激脈沖各項信息發(fā)送給安全控制單元102D和電流剌激器102E ;
安全控制單元102D，用于檢查電剌激脈沖各項信息的有效性，防止產(chǎn)生不安全的 電剌激，例如剌激正負電荷不平衡，過度剌激，無效剌激參數(shù)，電極靜態(tài)放電，和不匹配的 體外處理器； 電流剌激器102E，通常包括數(shù)模轉換器、電流源、和開關網(wǎng)絡，根據(jù)剌激脈沖各項 信息，在安全控制單元102D控制下，對符合有效性指標的剌激脈沖，在指定剌激電極產(chǎn)生 所需電流幅度、脈沖寬度、和剌激頻率的電剌激。 如圖3所示，顯示了所述反向通路104的功能模塊圖。所述反向通路104包括
物理和生理參數(shù)檢測單元104A，用于檢測剌激電極在神經(jīng)組織之間的阻抗、剌激 電流在各電極上的電場分布、神經(jīng)對電剌激的反應、和電流剌激器102E的工作狀態(tài)。
編碼/通訊單元104B，用于將檢測到的物理和生理參數(shù)進行模/數(shù)轉、并行/串行 轉換、數(shù)據(jù)幀編碼和存儲，并以負載調制方式將存儲器中的反向遙測數(shù)據(jù)從體內天線傳輸 到體外天線。 進一步地，圖3所示的物理和生理參數(shù)檢測單元104A的電路結構如圖4所示。該 物理和生理參數(shù)檢測單元104A包括 1)三選一選擇開關，用于從電極阻抗、電場分布和神經(jīng)反應三種參數(shù)中選擇一個 參數(shù)送入反向通道，其中，這三種參數(shù)有不同的信號幅度范圍，具體范圍可結合實際需要調 節(jié)設置； 2)0-60dB可編程放大器，根據(jù)所述三選一選擇開關所選擇輸出的參數(shù)信號，由可 編程放大器對該選擇輸出的參數(shù)信號進行增益放大，增益倍數(shù)可依參數(shù)類型不同而具體設 定，將選擇出的反向參數(shù)信號放大至合適的信號幅度； 3)N選1選擇開關，用于有選擇性地監(jiān)控剌激器內部的關鍵工作狀態(tài)；
4)可編程低通濾波器，用于根據(jù)所選擇的參數(shù)信號，由程序控制濾波器的通帶頻 率，從而濾除通帶外頻率信號的干擾。濾波器的輸出信號送到編碼/通訊單元104B。
如圖5所示，顯示了反向通路的編碼/通訊單元104B的模塊結構示意圖，該編碼 /通訊單元104B包括 a)模/數(shù)轉換器(ADC)，用于將輸入的反向信號由模擬量轉換為數(shù)字量，以提高反
6向數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?b)并行/串行轉換器，用于將ADC的并行輸出數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)，以適應后續(xù)數(shù) 據(jù)編碼和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?c)數(shù)據(jù)幀編碼器，用于對所述并行/串行轉換器輸出的反向參數(shù)數(shù)據(jù)加上幀同步 編碼和奇偶校驗碼，以方便體外反向信號接收器的同步和數(shù)據(jù)校驗；
d)數(shù)據(jù)存儲器，用于對編碼后的反向參數(shù)數(shù)據(jù)進行存儲； e)反向數(shù)據(jù)調制器，用于從數(shù)據(jù)存儲器中讀取反向參數(shù)數(shù)據(jù)，對所述反向參數(shù)數(shù)
據(jù)進行調制處理，將經(jīng)調制后的反響參數(shù)信號經(jīng)由體內天線傳輸至體外。 如圖6所示，顯示了所述反向數(shù)據(jù)調制器的調制方式示意圖。其中，反向數(shù)據(jù)調制
器以負載調制的方式將存儲器中的反向數(shù)字信號通過體內天線傳輸至體外天線。存儲器中
的反向數(shù)字信號0/1控制調制開關K的開與合，從而將一個調制負載Rm從體內天線的固有
負載Re中接入或斷開。 體外天線的信號幅度會隨著體內天線的負載變化而變化。體外電路的反向信號檢 測電路通過檢測體外天線的信號幅度變化而檢測出體內的反向數(shù)字信號。采用此反向數(shù)據(jù) 傳輸方法，只需一套體內天線和體外天線就可實現(xiàn)從體外到體內的正向信號傳輸和從體內 到體外的反向信號傳輸。從而能夠實現(xiàn)神經(jīng)剌激器的信息反饋，以便供醫(yī)生或用戶獲知更 多內部物理和生理參數(shù)信息，用于參考這些信息進行剌激器的控制與調整。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。
權利要求
一種神經(jīng)刺激器，其特征在于，包括順序連接的體內天線、前向通路、刺激電極，還包括連接在刺激電極和體內天線之間的反向通路，其中所述體內天線接收體外的射頻天線信號，前向通路根據(jù)接收的天線信號產(chǎn)生用于刺激神經(jīng)的刺激電流；刺激電極根據(jù)前向通路產(chǎn)生的刺激電流對神經(jīng)進行刺激；反向通路，用于監(jiān)控和測量與電刺激相關的物理和生理參數(shù)，并將所得物理和生理參數(shù)通過體內天線反饋給體外天線。
2. 如權利要求1所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述反向通路包括 物理和生理參數(shù)檢測單元，用于檢測剌激電極在神經(jīng)組織之間的阻抗、剌激電流在各電極上的電場分布、神經(jīng)對電剌激的反應、和前向通路的工作狀態(tài)；編碼/通訊單元，用于將檢測到的物理和生理參數(shù)依次進行模/數(shù)轉換、并行/串行轉 換、數(shù)據(jù)幀編碼和存儲，并以負載調制方式將存儲的反向遙測數(shù)據(jù)從體內天線傳輸?shù)襟w外 天線。
3. 如權利要求2所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述物理和生理參數(shù)檢測單元包括 三選一選擇開關，用于從電極阻抗、電場分布和神經(jīng)反應三種參數(shù)中選擇一個參數(shù)送入反向通道；可編程放大器，用于對所述三選一選擇開關選擇輸出的參數(shù)信號進行增益放大； N選1選擇開關，用于對增益放大后的參數(shù)信號進行選擇性地監(jiān)控，監(jiān)控神經(jīng)剌激器內 部的工作狀態(tài)；可編程低通濾波器，用于對N選1選擇開關選定的參數(shù)信號，進行帶通濾波，輸出濾波 后的信號到編碼/通訊單元。
4. 如權利要求2所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述物理和生理參數(shù)檢測單元包括 模/數(shù)轉換器，用于將由物理和生理參數(shù)檢測單元輸入的反向信號由模擬量轉換為數(shù)并行/串行轉換器，用于將模/數(shù)轉換器的并行輸出數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)幀編碼器，用于對所述并行/串行轉換器輸出的串行數(shù)據(jù)加上幀同步編碼和奇偶 校驗碼；數(shù)據(jù)存儲器，用于對數(shù)據(jù)幀編碼器編碼后的反向參數(shù)數(shù)據(jù)進行存儲； 反向數(shù)據(jù)調制器，用于從數(shù)據(jù)存儲器中讀取反向參數(shù)數(shù)據(jù)，對所述反向參數(shù)數(shù)據(jù)進行 調制處理，將調制后的反向參數(shù)信號經(jīng)由體內天線傳輸至體外。
5. 如權利要求4所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述反向數(shù)據(jù)調制器是以負載調制 的方式對存儲器中的反向數(shù)字信號進行調制。
6. 如權利要求5所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述反向數(shù)據(jù)調制器利用存儲器中 反向數(shù)字信號控制調制開關的開與合，將調制負載從體內天線的固有負載中進行接入或斷 開。
7. 如權利要求1所述的神經(jīng)剌激器，其特征在于，所述前向通路包括 能量獲取單元，用于從體外發(fā)射的射頻信號中獲取能量，經(jīng)電壓調節(jié)后，為整個神經(jīng)剌激器提供電源；信號檢測單元，用于從體外發(fā)射的射頻信號載波中檢測出基頻信號和時鐘信號，將基 頻數(shù)據(jù)信號發(fā)送給信號解碼單元；信號解碼單元，用于從信號檢測單元輸出的基頻數(shù)據(jù)流中提取電剌激脈沖的各項信 息，并將電剌激脈沖各項信息發(fā)送給安全控制單元和電流剌激器； 安全控制單元，用于檢查電剌激脈沖各項信息的有效性；電流剌激器，用于在安全控制單元控制下，對符合有效性的剌激脈沖在指定剌激電極 產(chǎn)生所需電流幅度、脈沖寬度、和剌激頻率的電剌激。
全文摘要
本發(fā)明提供一種神經(jīng)刺激器，包括順序連接的體內天線、前向通路、刺激電極，還包括連接在刺激電極和體內天線之間的反向通路，其中所述體內天線接收體外的射頻天線信號，前向通路根據(jù)接收的天線信號產(chǎn)生用于刺激神經(jīng)的刺激電流；刺激電極根據(jù)前向通路產(chǎn)生的刺激電流對神經(jīng)進行刺激；反向通路，用于監(jiān)控和測量與電刺激相關的物理和生理參數(shù)，并將所得物理和生理參數(shù)通過體內天線反饋給體外天線。本發(fā)明只需一套體內天線和體外天線就可實現(xiàn)從體外到體內的正向信號傳輸和從體內到體外的反向信號傳輸。從而能夠實現(xiàn)神經(jīng)刺激器的信息反饋，以便供醫(yī)生或用戶獲知更多內部物理和生理參數(shù)信息，用于參考這些信息進行刺激器的控制與調整。
文檔編號A61N1/08GK101773701SQ201010000519
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權日2010年1月11日
發(fā)明者傅前杰, 孫曉安, 曾凡鋼, 陳洪斌 申請人:杭州諾爾康神經(jīng)電子科技有限公司