專利名稱:采用堿性鋅錳充電電池的感應(yīng)充電式腦深部刺激器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種采用堿性鋅錳充電電池的感應(yīng)充電式腦深部刺激器,用于帕金森病、扭轉(zhuǎn)痙攣、痙攣性斜頸、舞蹈病。
背景技術(shù):
腦深部刺激器俗稱腦起搏器,英文名稱為Deep Brain Stimulator,簡稱DBS。DBS在治療運(yùn)動障礙性疾病中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,是目前最有前途的治療帕金森病(Parkinson’sDisease--PD)的方法。
帕金森病是中老年人神經(jīng)系統(tǒng)的常見病之一。在我國,據(jù)估計(jì),目前約有110萬~150萬患者。臨床上采用的治療方法有藥物治療和外科手術(shù)治療。但人們逐漸發(fā)現(xiàn)藥物長期應(yīng)用后療效減退,并出現(xiàn)嚴(yán)重的、內(nèi)科治療難以解決的副作用。目前對PD的外科治療通常是在蒼白球或蒼白球及其傳出纖維的通路上進(jìn)行毀損或刺激。但毀損術(shù)后可出現(xiàn)較多的并發(fā)癥。而腦深部電刺激術(shù)可以起到與毀損術(shù)相同的效果,但是可逆的,因而受到廣泛的關(guān)注。
國內(nèi)外已經(jīng)開展了腦起搏器手術(shù),取得較好效果。目前臨床上所使用的DBS均為美國美敦力(Medtronic)公司獨(dú)家生產(chǎn)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品最大的缺點(diǎn)在于植入人體的DBS的供電電池不能從體外為其補(bǔ)充電能,只能一次性使用,其壽命在3~5年,從國內(nèi)臨床使用來看,往往用一年就需換電池。電池電能一旦耗盡,病人只能再次接受手術(shù),取出DBS以更換。既增加了患者的痛苦,又加重了其經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
此外,目前的DBS開關(guān)可能受到外界電磁場干擾。DBS系統(tǒng)可能與一些產(chǎn)生電磁場的設(shè)備發(fā)生反應(yīng)。防盜設(shè)備和機(jī)場、車站的安檢設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)電磁場,可能造成刺激不適感增加,因此患者在接近這些裝置時(shí)須謹(jǐn)慎使用。
天津大學(xué)的李剛等為了克服上述不足,提出了一種經(jīng)人體皮膚向皮下的刺激電極供電的外置式腦深部刺激器(中國專利申請?zhí)?00410020168.5)。但是,很明顯,這種感應(yīng)式外置DBS有其不足之處容易受到外界干擾。引起工作不穩(wěn)定,甚至誤動作,對患者產(chǎn)生傷害。
針對上述不足,天津大學(xué)的李剛等,提出了一種感應(yīng)充電的腦深部刺激器(中國專利申請?zhí)?00410019937.X)。但是,在其權(quán)利要求和實(shí)施例中均沒有提出堿性可充電電池,專利申請200410019937.X只是籠統(tǒng)的提出儲能元件為可充電電池或超級電容。但是,充電電池有許多種類,不同的充電電池,性能相差很大。例如,采用鋰離子電池,可能1個(gè)月需要充電一次;而采用堿性充電電池則可能1.5~2年充電一次。很明顯,采用不同充電電池的腦深部刺激器,其性能可能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性差別。然而,中國專利申請200410019937.X未能說明采用何種充電電池。特別是,堿性充電電池需要專門的充電管理,但是,專利申請200410019937.X中只字未提,據(jù)此,可以認(rèn)為,專利申請200410019937.X中的有關(guān)充電電池的權(quán)利要求的技術(shù)公開不充分。實(shí)際上,可以認(rèn)為,專利申請200410019937.X并沒有考慮堿性充電電池。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種采用堿性鋅錳充電電池的感應(yīng)充電式腦深部刺激器。
為了改進(jìn)現(xiàn)有DBS的不足,我們提出新的技術(shù)方案(1)采用堿性鋅錳充電電池的感應(yīng)充電的DBS,我們稱之為CDBS。CDBS的刺激電極、充電系統(tǒng)等部件植入體內(nèi),通過感應(yīng)線圈為體內(nèi)電池充電。由于采用了堿性鋅錳充電電池,可以每間隔1.5年至2年為電池充電一次,充電操作簡單,患者在家里自己充電。(2)采用雙極開關(guān),從而大幅度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減少了車站、機(jī)場安檢設(shè)備等外界環(huán)境的干擾。
本發(fā)明采用第3代鋅錳電池作為可充電電池,其容量高于一般可充式電池,無記憶效應(yīng);自放電只有鎳氫電池的1/100,因而可以小電流長期使用。且不含汞、鎘等有害物資,是較理想的電池。按CDBS的耗電量計(jì)算,加上自放電,可以1.5~2年充電一次。在目前所有的可充電電池中,將第3代鋅錳電池用于DBS,可得到最佳性能。現(xiàn)有的其他種類的可充電電池均不能達(dá)到較好的效果。電池先用聚亞胺酯單獨(dú)封裝,然后再與其他元件封裝。
堿性鋅錳充電電池需要專門的充電方式。堿性鋅錳電池的標(biāo)稱電壓為1.5伏,當(dāng)電量用去2/3時(shí),開始充電,此時(shí)電壓約為1.1伏。充電至電壓達(dá)到1.58伏時(shí),停止充電。采用專門的充電電路,由微處理器管理,根據(jù)電池輸出電壓,決定充電和停止充電。設(shè)置溫度傳感器,檢測電池溫度,如果溫度超過設(shè)定值,則減小充電電流。充電20次以后,如果充電20個(gè)小時(shí),電壓電池仍然沒有達(dá)到1.58伏,則停止充電。
為了減少體內(nèi)部件的耗電量,在不充電時(shí),充電電流不工作,斷電。充電系統(tǒng)設(shè)置電池電壓溫度傳感器,以檢測電池的電壓和溫度,防止電池過放電和過充電。如果出現(xiàn)溫度升高的趨勢,則減小充電電流。
采用雙極開關(guān),可以減小外界干擾。開關(guān)內(nèi)并列安放2片小磁鐵,極性相反,可以分別自由做一維運(yùn)動。當(dāng)用U型磁鐵靠近2片磁鐵時(shí),它們將向一個(gè)方向運(yùn)動。例如,若U型磁鐵的N、S極與2片磁鐵的相同,則2片磁鐵被排斥向一個(gè)方向運(yùn)動;若U型磁鐵的N、S極與2片磁鐵的相反,則2片磁鐵被吸引向一個(gè)方向運(yùn)動。
如果單極性磁鐵,即N極或者S極的磁鐵靠近時(shí),2片磁鐵將向不同方向運(yùn)動。例如,N極磁鐵靠近2片磁鐵時(shí),2片磁鐵中的N極被排斥,而S極被吸引,因此2片磁鐵將向不同方向運(yùn)動。
雙極開關(guān)的設(shè)置為,當(dāng)2片磁鐵同時(shí)向一個(gè)方向運(yùn)動時(shí),開關(guān)狀態(tài)改變,若以前為導(dǎo)通,則狀態(tài)變?yōu)閿嚅_;若以前為斷開,則狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通當(dāng)2片磁鐵分別向2個(gè)方向運(yùn)動,即不向同一個(gè)方向運(yùn)動時(shí),開關(guān)保持原來的狀態(tài)不變。
在日常生活中及公共場所,所出現(xiàn)的磁場均為單極性磁場,因而不會引起開關(guān)狀態(tài)改變,不會造成腦深部刺激器的不正常開關(guān)動作。所以,采用雙極開關(guān)具有較強(qiáng)的抗干擾性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果(一)本發(fā)明采用堿性鋅錳充電電池,可以1.5~2年充電一次,遠(yuǎn)較采用其他充電電池的充電間隔時(shí)間長,為患者帶來很大的方便;(二)本發(fā)明采用了雙極性開關(guān),大為增加了腦深部刺激器的抗干擾能力;(三)全國有數(shù)百萬的帕金森病和癲癇病患者,其中需要使用腦深部刺激器的患者占有相對比例,所以本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
附圖1為采用堿性鋅錳充電電池的腦深部刺激器體內(nèi)部分原理框圖;附圖2為采用堿性鋅錳充電電池的腦深部刺激器體外部分原理框圖;附圖標(biāo)記1體內(nèi)感應(yīng)線圈
2調(diào)理電路3堿性鋅錳充電電池4電池電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)5刺激電極6脈沖發(fā)生系統(tǒng)7體內(nèi)微處理器8體內(nèi)雙極開關(guān)9電源10諧振回路11感應(yīng)線圈12體外雙極開關(guān)13鍵盤14體外微處理器15顯示器16脈沖調(diào)整電路17充電管理電路18體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的采用堿性充電電池的感應(yīng)充電式腦深部刺激器作詳細(xì)說明。
本發(fā)明的感應(yīng)充電式腦深部刺激器包括體內(nèi)和體外2部分,體內(nèi)部分植入人體皮下。如圖1所示,它包括體內(nèi)感應(yīng)線圈1、調(diào)理電路2、堿性鋅錳充電電池3、電池電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)4、刺激電極5、脈沖發(fā)生系統(tǒng)6、體內(nèi)微處理器7、體內(nèi)雙極開關(guān)8(即雙極開關(guān)的體內(nèi)部分),由微處理器管理體內(nèi)感應(yīng)充電系統(tǒng)和刺激脈沖發(fā)生系統(tǒng)。堿性鋅錳充電電池為體內(nèi)電路供電(未全部畫出連接線)。體外部分包括電源9、諧振回路10、感應(yīng)線圈11、體外雙極開關(guān)12、鍵盤13、體外微處理器14、顯示器15、脈沖調(diào)整電路16、充電管理電路17、體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)18。體外雙極開關(guān)是雙極開關(guān)的體外部分,為一個(gè)U型磁鐵。體外充電系統(tǒng)由充電管理電路17、諧振回路10、感應(yīng)線圈11、體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。體內(nèi)感應(yīng)充電系統(tǒng)包括體內(nèi)感應(yīng)線圈1、調(diào)理電路2、堿性鋅錳充電電池3、電池電源溫度監(jiān)控系統(tǒng)4。電池電源溫度監(jiān)控系統(tǒng)4監(jiān)測堿性鋅錳充電電池3的電壓和溫度,并通過電磁感應(yīng)發(fā)射給體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明的腦深部刺激器的體內(nèi)部分,采用生物相容性的材料(例如聚亞氨酯)封裝。
本發(fā)明的腦深部刺激器工作如下,電源9為體外電路供電(未全部畫出連接線),開啟體外部分的電源9的開關(guān),使體外微處理器14、脈沖調(diào)整電路16、體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)18開始工作;用體外雙極開關(guān)12接近體內(nèi)雙極開關(guān)8,使本發(fā)明的腦深部刺激器體內(nèi)部分開始工作,其脈沖幅值、頻率和寬度采用前次的數(shù)據(jù)。如果不需改變脈沖幅值、頻率和寬度,則不需進(jìn)行任何操作。由體內(nèi)脈沖發(fā)射系統(tǒng)6自行工作即可,產(chǎn)生的刺激脈沖通過刺激電極5到達(dá)人體內(nèi)相應(yīng)部位。此時(shí),體內(nèi)微處理器7關(guān)閉,以減少耗電。如果需要改變脈沖幅值、頻率和寬度,則用鍵盤輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。體內(nèi)電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)4每天檢測一次堿性鋅錳充電電池的電壓和溫度,如果不需要充電,則不啟動充電操作,電池電源溫度監(jiān)控系統(tǒng)4關(guān)閉,以減小耗電。如果需要充電,則在體內(nèi)微處理器7管理下,體內(nèi)電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)4發(fā)出無線電信號,體外電壓溫度控制系統(tǒng)18接收到信號后,立即向體外微處理器14發(fā)出充電請求,進(jìn)入充電程序,在體外微處理器14管理下,按照設(shè)定的充電模式進(jìn)行充電,電能通過感應(yīng)線圈11傳輸給體內(nèi)感應(yīng)線圈1。此時(shí),體內(nèi)的電池電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)4隨時(shí)監(jiān)控堿性鋅錳充電電池3的電壓和溫度,由體內(nèi)微處理器7分析判斷,當(dāng)?shù)竭_(dá)充電終點(diǎn)時(shí),發(fā)出信號,由體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)接收后,向體外微處理器14發(fā)出停止充電請求,結(jié)束充電。
實(shí)施例本發(fā)明的感應(yīng)充電式腦深部刺激器,采用專門制作的堿性鋅錳充電電池,電池容量為2000mIh,標(biāo)稱電壓為3伏,電池2端有焊接點(diǎn),用于連接。由于堿性鋅錳充電電池的自放電小,存儲3年,其容量損失約10%。電池考慮到腦深部刺激器的用電量以及電池的自發(fā)電,此電池可能1.5~2年充電一次。采用專門的充電模式,充電電流為按指數(shù)規(guī)律遞減的脈沖電流。當(dāng)電池電壓降低到1.1伏時(shí),開始充電;當(dāng)電池電壓達(dá)到1.58伏時(shí),停止充電。充電過程中,如果電池溫度將要超過40℃,則立即減小充電電流,直至電池溫度不再上升。充電電路在需要充電時(shí)才開啟,而在充電結(jié)束后停止工作,斷電。
采用雙極開關(guān),雙極開關(guān)的體內(nèi)部分的2個(gè)磁鐵片的距離為1.5厘米,同樣的,U型磁鐵(即雙極開關(guān)體外部分)的2極間距也是1.5厘米。當(dāng)U型磁鐵接近雙極開關(guān)體內(nèi)部分時(shí),即啟動了腦深部刺激器體內(nèi)部分,當(dāng)雙極開關(guān)再次接近雙極開關(guān)體內(nèi)部分時(shí),即可關(guān)閉腦深部刺激器體內(nèi)部分。如果用磁鐵的一個(gè)單極接近雙極開關(guān)的體內(nèi)部分時(shí),雙極開關(guān)不動作,因而不會使腦深部刺激器的狀態(tài)發(fā)生改變。
全國有數(shù)百萬的帕金森病和癲癇病患者,所以本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)充電式腦深部刺激器,其特征是,它包括采用堿性可充電電池的感應(yīng)充電系統(tǒng);雙極開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)充電系統(tǒng),其特征是,可充電電池采用堿性鋅錳可充電電池,充電電路在需要充電時(shí)才開啟,而在充電結(jié)束后停止工作,斷電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極開關(guān),其特征是,它由植入體內(nèi)部分和體外部分組成,植入體內(nèi)部分包括N極性、S極性磁鐵片,可以向2個(gè)方向運(yùn)動。當(dāng)2片磁鐵同時(shí)向一個(gè)方向運(yùn)動時(shí),開關(guān)狀態(tài)改變;當(dāng)2片磁鐵分別向2個(gè)方向各自運(yùn)動時(shí),開關(guān)保持原來的狀態(tài)不變。體外部分為U型磁鐵。當(dāng)U型磁鐵接近雙極開關(guān)體內(nèi)部分時(shí),即啟動了腦深部刺激器體內(nèi)部分,當(dāng)雙極開關(guān)再次接近雙極開關(guān)體內(nèi)部分時(shí),即可關(guān)閉腦深部刺激器體內(nèi)部分。如果用磁鐵的一個(gè)單極接近雙極開關(guān)的體內(nèi)部分時(shí),雙極開關(guān)不動作,因而不會使腦深部刺激器的狀態(tài)發(fā)生改變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用堿性鋅錳充電電池的感應(yīng)充電式腦深部刺激器,包括植入人體皮下的體內(nèi)部分以及位于人體外的體外部分。體內(nèi)部分包括雙極開關(guān)體內(nèi)部分、堿性鋅錳充電電池、電池電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)、刺激電極等;體外部分包括體外微處理器、脈沖調(diào)整電路、充電管理電路、體外電壓溫度監(jiān)控系統(tǒng)、雙極開關(guān)體外部分等。由于采用了雙極開關(guān)和堿性鋅錳充電電池,本發(fā)明的腦深部刺激器的抗干擾能力強(qiáng),且充電間隔時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用其他類型充電電池的腦深部刺激器。可用于帕金森病、扭轉(zhuǎn)痙攣、痙攣性斜頸、舞蹈病、強(qiáng)迫癥、癲癇等疾病的治療。
文檔編號H01H36/00GK1876199SQ20051007447
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者葉琳, 邱龍輝, 劉均洪, 王繁業(yè), 吳汝林, 呂輝 申請人:青島科技大學(xué)