植入式神經電刺激系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型適用于醫療器械領域，提供了一種植入式神經電刺激系統，包括電極陣列、脈沖發生器、以及設置在患者體外并利用電磁耦合向脈沖發生器進行無線供電的體外充電器。脈沖發生器包括充電電路，充電電路包括第二電感線圈；體外充電器包括電池，振蕩器和第一電感線圈。振蕩器將電池輸出的直流電逆變成高頻交流電，第一電感線圈通過電磁耦合向第二電感線圈輸出該高頻交流電。該系統在現有基礎上，還包括了設置在患者體外并利用近場電磁耦合技術向脈沖發生器供電的體外充電器，該體外充電器可直接驅動脈沖發生器工作，從而延長了系統的使用壽命，消除了患者由于電池使用壽命原因而再次手術的痛苦及患者的經濟負擔，具有很大的應用及推廣價值。
【專利說明】植入式神經電刺激系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于醫療器械領域，尤其涉及一種植入式神經電刺激系統。
【背景技術】
[0002]對某些類型的神經系統疾病，如帕金森病、癲癇、頑固性疼痛、扭轉痙攣、痙攣性斜頸、舞蹈病等，臨床上常用藥物治療和外科手術治療，但容易產生副作用和并發癥。為此，提出了一種可治療此類神經系統疾病的植入式神經電刺激系統，該系統通過對不同疾病患者體內的相應靶點進行慢性電脈沖刺激(如:對帕金森病患者丘腦核及蒼白球的刺激,對癲癇病患者迷走神經的刺激等)，起到對因治療的作用，是一種可逆的神經調節治療方式，受到了廣泛的關注。
[0003]現有技術提供的植入式神經電刺激系統包括一個或多個植入在患者體內相應靶點位置的刺激電極，以及一個植入患者體內、距離靶點位置較遠且通過導線連接刺激電極的脈沖發生器。在進行治療時，脈沖發生器向刺激電極發出具有一定脈沖幅度、脈沖寬度和脈沖刺激頻率的電脈沖，以刺激相應靶點，實現治療目的。為了實現對電脈沖的脈沖幅度、脈沖寬度和脈沖刺激頻率的設置，該系統還可進一步包括一編程器，醫生或患者通過該編程器設置電脈沖的脈沖幅度、脈沖寬度和脈沖刺激頻率，以使得脈沖發生器產生相應的電脈沖，從而實現對患者的最有效治療。
[0004]但現有技術提供的上述植入式神經電刺激系統中，植入患者體內的脈沖發生器采用不可充電電池維系工作，該不可充電電池的壽命一般是三到五年，一旦電池耗盡，患者需重新接受手術，增加了患者的身心痛苦和經濟負擔，可應用性較差。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種植入式神經電刺激系統，旨在解決現有技術提供的植入式神經電刺激系統采用不可充電電池，增加了患者身心痛苦和經濟負擔，可應用性差的問題。
[0006]本實用新型是這樣實現的，一種植入式神經電刺激系統，包括:
[0007]植入患者體內的相應靶點位置的電極陣列；
[0008]設置在所述患者體外的體外充電器，所述體外充電器包括電池、連接所述電池并將所述電池輸出的直流電逆變成高頻交流電的振蕩器、以及連接所述振蕩器的輸出端的第一電感線圈；
[0009]植入所述患者體內并與所述電極陣列電連接的脈沖發生器，所述脈沖發生器包括充電電路，所述充電電路包括通過電磁耦合感應所述第一電感線圈輸出的所述高頻交流電的第二電感線圈。
[0010]其中，所述充電電路還可包括:
[0011]輸入端連接所述第二電感線圈的兩端、將所述第二電感線圈感應到的高頻交流電進行放大及整流處理后輸出直流電信號的電壓增益及整流電路。[0012]此時，在一種情況下，所述充電電路還可包括:
[0013]輸入端連接所述電壓增益及整流電路的輸出端、對所述直流電信號進行穩壓處理的穩壓器；所述脈沖發生器還包括:
[0014]連接所述穩壓器的第一輸出端的控制單元；
[0015]連接所述控制單元、通過所述控制單元獲取所述第一輸出端輸出的直流電信號并利用所述直流電信號得到具有脈沖參數的電脈沖并輸出所述電脈沖給所述電極陣列的信號處理單兀。
[0016]而在另一種情況下，所述充電電路還可包括:
[0017]輸入端連接所述電壓增益及整流電路的輸出端、對所述直流電信號進行穩壓處理的穩壓器；所述脈沖發生器還包括:
[0018]連接所述穩壓器的第一輸出端的控制單元；
[0019]輸入端連接所述穩壓器的第二輸出端以儲存所述穩壓器通過所述第二輸出端輸出的直流電信號、以及輸出端連接所述控制單元的能量儲存單元；
[0020]連接所述控制單元、通過所述控制單元獲取所述第一輸出端輸出的直流電信號或所述能量儲存單元輸出的直流電信號并利用所述直流電信號得到具有脈沖參數的電脈沖并輸出所述電脈沖給所述電極陣列的信號處理單元。
[0021]上述系統還可包括:
[0022]輸出端連接所述脈沖發生器、感應所述患者的人體生理信號并輸出相應的人體生理狀態參數的傳感器單元。
[0023]其中，所述傳感器單元可包括:
[0024]至少一個設置在所述患者體外、感應所述患者的人體生理信號并將所述人體生理信號轉換成人體生理狀態參數的傳感器；
[0025]連接所述傳感器、并通過第二無線網絡連接所述脈沖發生器，將所述人體生理狀態參數發送給所述脈沖發生器以調整所述脈沖參數的第二無線收發器。
[0026]上述系統中，所述傳感器可以是腦電圖傳感器、加速度計傳感器或壓力傳感器；所述第二無線網絡可以是射頻網絡或藍牙網絡；所述傳感器單元可集成于所述脈沖發生器中。
[0027]本實用新型提供的植入式神經電刺激系統在現有基礎上，還包括了設置在患者體外并利用近場電磁耦合技術向脈沖發生器供電的體外充電器，該體外充電器可直接驅動脈沖發生器工作，從而延長了系統的使用壽命，消除了患者由于電池使用壽命原因而再次手術的痛苦及患者的經濟負擔，具有很大的應用及推廣價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本實用新型提供的植入式神經電刺激系統的邏輯框圖；
[0029]圖2是本實用新型實施例一提供的植入式神經電刺激系統的電路圖；
[0030]圖3是本實用新型實施例一中脈沖發生器的結構圖；
[0031]圖4是本實用新型實施例二提供的植入式神經電刺激系統的電路圖；
[0032]圖5是本實用新型實施例三提供的植入式神經電刺激系統的電路圖；
[0033]圖6是本實用新型實施例三中傳感器單元的一種結構圖；[0034]圖7是本實用新型實施例三中傳感器單元的另一種結構圖；
[0035]圖8是本實用新型實施例四提供的植入式神經電刺激系統的電路圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0037]針對現有的植入式神經電刺激系統存在的問題，本實用新型提出了一種植入式神經電刺激系統，如圖1所示，該系統包括植入患者體內的相應靶點位置的電極陣列1、植入患者體內并與電極陣列I電連接的脈沖發生器2、以及設置在患者體外的體外充電器3。其中，脈沖發生器2可通過導線向電極陣列I發出電脈沖，從而對相應靶點進行電脈沖刺激治療；體外充電器3通過與脈沖發生器2電磁耦合以實現對脈沖發生器2進行充電或供電。以下將結合實施例詳細說明本實用新型的實現方式。
[0038]實施例一
[0039]本實用新型實施例一提出了一種植入式神經電刺激系統，如圖2所示，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例一相關的部分。
[0040]本實用新型實施例一提供的植入式神經電刺激系統包括:植入患者體內的相應靶點位置的電極陣列I;植入患者體內、與電極陣列I電連接并向電極陣列I發出電脈沖的脈沖發生器2 ;以及為了解決脈沖發生器2的供電問題，設置在患者體外并利用電磁耦合向脈沖發生器2進行無線供電的體外充電器3。
[0041]詳細而言，體外充電器3包括第一電感線圈L1、電池31、振蕩器32。其中,振蕩器32的輸入端連接電池31的輸出電極,振蕩器32的第一輸出端連接第一電感線圈LI的第一端，振蕩器32的第二輸出端連接第一電感線圈LI的第二端。振蕩器32用于將電池31輸出的直流電逆變成高頻交流電后供給第一電感線圈LI，第一電感線圈LI通過電磁耦合向第二電感線圈輸出該高頻交流電。
[0042]進一步地，體外充電器3還可包括電阻R1，此時，振蕩器32的一個輸出端通過電阻Rl連接第一電感線圈LI。
[0043]本實用新型實施例一中，脈沖發生器2可植入到患者體內的鎖骨下或胸部附近位置；電極陣列I包括至少一個分別通過導線連接脈沖發生器2的電極，電極可通過患者頭骨中的鋸齒孔植入到大腦組織中的相應靶點位置，且電極可由生物相容性好、穩定性高的材料構成，優選地，電極可以是鉬電極或鉬銥合金電極；連接脈沖發生器2和電極陣列I的導線可植入患者的皮膚下，且要求導線的生物相容性好并具有柔軟光滑的特點，優選地，導線是硅橡膠包覆的金屬導線。
[0044]本實用新型實施例一中，體外充電器3向脈沖發生器2供電是指，體外充電器3直接驅動脈沖發生器2工作，或在脈沖發生器2具有能量儲存功能時向脈沖發生器2充電。當體外充電器3直接驅動脈沖發生器2工作時，體外充電器3可安裝在患者頭戴的帽子上或距離患者較近的器具上。
[0045]進一步地，如圖3所示，脈沖發生器2的充電電路可包括通過電磁耦合感應第一電感線圈LI輸出的高頻交流電的第二電感線圈L2、電壓增益及整流電路21，還可更進一步包括穩壓器22 ;脈沖發生器2還可包括控制單元23和信號處理單元24。其中，電壓增益及整流電路21的輸入端連接第二電感線圈L2的兩端，用于將第二電感線圈L2感應到的高頻交流電進行放大及整流處理后輸出直流電信號；穩壓器22的輸入端連接電壓增益及整流電路21的輸出端，用于對電壓增益及整流電路21輸出的直流電信號進行穩壓處理以濾除尖峰噪音信號；控制單元23連接穩壓器22的第一輸出端；信號處理單元24連接控制單元23，用于通過控制單元23獲取穩壓器22的第一輸出端輸出的直流電信號并利用該直流電信號得到具有特定脈沖參數的電脈沖并輸出給電極陣列的信號處理單元24，該脈沖參數是指電脈沖的脈沖幅度、脈沖寬度和/或脈沖刺激頻率。
[0046]更進一步地，脈沖發生器2還可包括能量儲存單元25，能量儲存單元25連接穩壓器22的第二輸出端和控制單兀23,用于儲存穩壓器22通過第二輸出端輸出的直流電信號。此時，控制單兀23可選擇切換能量儲存單兀25輸出的直流電信號或穩壓器22的第一輸出端輸出的直流電信號作為向信號處理單元24輸出的直流電信號。例如，可設置能量儲存單元25輸出的直流電信號作為優選輸入源，在能量儲存單元25電量充足的情況下，優選從能量儲存單元25獲取直流電信號，當能量儲存單元25能量不足或故障的情況下，才切換到從穩壓器22的第一輸出端直接獲取直流電信號。
[0047]本實用新型實施例一提供的植入式神經電刺激系統在現有基礎上，還包括了設置在患者體外并利用近場電磁耦合技術向脈沖發生器2供電的體外充電器3，該體外充電器3可直接驅動脈沖發生器2工作，從而延長了系統的使用壽命，消除了患者由于電池使用壽命原因而再次手術的痛苦及患者的經濟負擔，具有很大的應用及推廣價值。另外，還可在脈沖發生器2中設置充電電池或電容等能量儲存單元25，體外充電器3可向能量儲存單元25進行充電，在能量儲存單元25能量充足的條件下，脈沖發生器2直接從能量儲存單元25獲取直流電信號工作，而在能量儲存單元25能量不足的情況下，脈沖發生器2切換到由體外充電器3直接供電，從而進一步方便了患者的使用，可應用性進一步增強。
[0048]實施例二
[0049]本實用新型實施例二提出了一種植入式神經電刺激系統，如圖4所示，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例二相關的部分。
[0050]與實施例一不同，為了實現對脈沖參數的調節，在實施例二中，植入式神經電刺激系統還可包括:設置在患者體外并通過第一無線網絡連接脈沖發生器2、根據外部輸入指令向脈沖發生器2發出脈沖參數和/或從脈沖發生器2讀取當前的脈沖參數以備份的編程器4，其中，外部輸入指令可以是患者或醫生設置的指令。例如，脈沖發生器2中的信號處理單元24基于從編程器4接收到的脈沖參數生成相應的電脈沖并輸出給電極陣列1，以實現對患者更有效的治療。
[0051]本實用新型實施例二中，體外充電器3可集成于編程器4，也可獨立于編程器4。
[0052]本實用新型實施例二中，第一無線網絡可以是射頻網絡、藍牙網絡、WIFI網絡等現有各種短距離通信網絡或遠距離通信網絡。
[0053]本實用新型實施例二提出的植入式神經電刺激系統在實施例一的基礎上，還實現了對脈沖參數的調節，醫生可針對患者的治療情況，通過編程器4設置脈沖參數，從而實現了對患者更有效的治療，進一步提高了系統的可應用性。
[0054]實施例三[0055]本實用新型實施例三提出了一種植入式神經電刺激系統，如圖5所示，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例三相關的部分。
[0056]在實際應用中，脈沖參數中各參數分量的組合以及靶點位置均會應影響對患者的治療效果，具體來說，各參數分量的最佳組合以及靶點位置的最佳區域會獲得最佳的治療效果，而各參數分量的非最佳組合以及靶點位置的非最佳區域不但治療效果差，且會導致系統消耗的能量過多。例如，若在治療過程中，脈沖參數中的脈沖幅度太大或太小、脈沖寬度太寬或太窄、刺激頻率太快或太慢等，均會導致治療效果不充分，若靶點位置不準確而落在臨近區域，甚至可能帶來副作用。因此，有必要對治療效果進行評價。
[0057]為此，與實施例一和實施例二不同，在實施例三中，植入式神經電刺激系統還可包括傳感器單元5，傳感器單元5連接脈沖發生器2、編程器4和/或外部監控計算機，用于感應患者的人體生理信號并輸出相應的人體生理狀態參數。此時，傳感器單元5在患者進行治療過程中輸出的人體生理狀態參數可作為評價系統對患者治療效果的基礎數據。其中，人體生理信號可包括并不限于是腦電波信號、心跳信號、血壓信號等人體的生物電信號。
[0058]在一種情況下，可利用傳感器單元5輸出的人體生理狀態參數，采用閉環控制方式實現對脈沖參數的自動調節。此時，如圖6所示，傳感器單元5可包括:至少一個傳感器51，傳感器51設置在患者體外，用于感應患者的人體生理信號并將人體生理信號轉換成人體生理狀態參數；第二無線收發器52，第二無線收發器52連接傳感器51并通過第二無線網絡連接脈沖發生器2，用于將人體生理狀態參數發送給脈沖發生器2，之后，脈沖發生器2中的信號處理單元24利用控制算法，通過將人體生理狀態參數與預存的正常值的比對分析，自動調整脈沖參數并輸出相應的電脈沖。
[0059]在另一種情況下，參照傳感器單元5輸出的人體生理狀態參數，采用開環控制方式實現對脈沖參數的調節。此時，如圖7所示，傳感器單元5可包括:至少一個傳感器51，傳感器51設置在患者體外，用于感應患者的人體生理信號并將人體生理信號轉換成人體生理狀態參數；第一無線收發器53，第一無線收發器53連接傳感器51并通過第二無線網絡連接編程器4和/或外部監控計算機，用于通過編程器4將人體生理狀態參數發送給外部監控計算機和/或直接將人體生理狀態參數發送給外部監控計算機，之后，醫生或患者參考外部監控計算機顯示的人體生理狀態參數，調節編程器4輸出的脈沖參數，以實現開環控制。
[0060]當然，在實際應用中，傳感器單元5還可兼容上述兩種情況，即是說，傳感器單元5可同時包括第二無線收發器52和第一無線收發器53，其工作過程如上所述，在此不贅述。
[0061]本實用新型實施例三中，傳感器51可以是腦電圖傳感器、加速度計傳感器、壓力傳感器或其它具有生物電檢測功能的傳感器。
[0062]本實用新型實施例三中，根據需感應的生物電信號的不同，傳感器單元5可集成于脈沖發生器2中，也可單獨設置在患者體外。例如，若傳感器51是腦電圖傳感器，則傳感器單元5可集成在脈沖發生器2中，若傳感器51是速度計傳感器和/或壓力傳感器，則傳感器單元5單獨設置在患者體外。
[0063]本實用新型實施例三中，第二無線網絡可以是射頻網絡、藍牙網絡、WIFI網絡等現有各種短距離通信網絡或遠距離通信網絡。
[0064]本實用新型實施例三提出的植入式神經電刺激系統在實施例一和實施例二的基礎上，還增加了檢測人體生理信號并輸出人體生理狀態參數的傳感器單元5，該人體生理狀態參數可作為評價系統治療效果的基礎數據。另外，系統還可進一步利用該人體生理狀態參數，實現對脈沖參數的開環調節或閉環調節，進一步優化了系統性能，提高了系統的可應用性。
[0065]實施例四
[0066]本實用新型實施例四提出了一種植入式神經電刺激系統，如圖8所示，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例四相關的部分。
[0067]與實施例一、實施例二和實施例三不同，在實施例四中，植入式神經電刺激系統還可包括手控器6，手控器6通過第三無線網絡連接脈沖發生器2，用于根據患者或醫生的輸入指令控制脈沖發生器2的開啟或關閉并監測脈沖發生器2當前的剩余電量并當剩余電量低于預設值時發出報警提示信號。其中的報警提示信號可以是語音信號、光信號、面板提示信息中一種或幾種的組合。
[0068]本實用新型實施例四中，第三無線網絡可以是射頻網絡、藍牙網絡、WIFI網絡等現有各種短距離通信網絡或遠距離通信網絡。
[0069]本實用新型實施例四提出的植入式神經電刺激系統在實施例一、實施例二和實施例三的基礎上，還增加了可控制系統工作與否并監測脈沖發生器2當前剩余電量并當剩余電量并當剩余電量低于預設值時發出報警提示信息的手控器6，從而進一步優化了系統性能，方便了患者和醫生的使用，提高了系統的可應用性。
[0070]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述系統包括: 植入患者體內的相應靶點位置的電極陣列； 設置在所述患者體外的體外充電器，所述體外充電器包括電池、連接所述電池并將所述電池輸出的直流電逆變成高頻交流電的振蕩器、以及連接所述振蕩器的輸出端的第一電感線圈； 植入所述患者體內并與所述電極陣列電連接的脈沖發生器，所述脈沖發生器包括充電電路，所述充電電路包括通過電磁耦合感應所述第一電感線圈輸出的所述高頻交流電的第二電感線圈。
2.如權利要求1所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述充電電路還包括: 輸入端連接所述第二電感線圈的兩端、將所述第二電感線圈感應到的高頻交流電進行放大及整流處理后輸出直流電信號的電壓增益及整流電路。
3.如權利要求2所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述充電電路還包括: 輸入端連接所述電壓增益及整流電路的輸出端、對所述直流電信號進行穩壓處理的穩壓器； 所述脈沖發生器還包括: 連接所述穩壓器的第一輸出端的控制單元； 連接所述控制單元、通過所述控制單元獲取所述第一輸出端輸出的直流電信號并利用所述直流電信號得到具有脈沖參數的電脈沖并輸出所述電脈沖給所述電極陣列的信號處`理單元。
4.如權利要求2所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述充電電路還包括: 輸入端連接所述電壓增益及整流電路的輸出端、對所述直流電信號進行穩壓處理的穩壓器； 所述脈沖發生器還包括: 連接所述穩壓器的第一輸出端的控制單元； 輸入端連接所述穩壓器的第二輸出端以儲存所述穩壓器通過所述第二輸出端輸出的直流電信號、以及輸出端連接所述控制單元的能量儲存單元； 連接所述控制單元、通過所述控制單元獲取所述第一輸出端輸出的直流電信號或所述能量儲存單元輸出的直流電信號并利用所述直流電信號得到具有脈沖參數的電脈沖并輸出所述電脈沖給所述電極陣列的信號處理單元。
5.如權利要求1所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述系統還包括: 輸出端連接所述脈沖發生器、感應所述患者的人體生理信號并輸出相應的人體生理狀態參數的傳感器單元。
6.如權利要求5所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述傳感器單元包括: 至少一個設置在所述患者體外、感應所述患者的人體生理信號并將所述人體生理信號轉換成人體生理狀態參數的傳感器； 連接所述傳感器、并通過第二無線網絡連接所述脈沖發生器，將所述人體生理狀態參數發送給所述脈沖發生器以調整所述脈沖參數的第二無線收發器。
7.如權利要求6所述的植入式神經電刺激系統，其特征在于，所述傳感器是腦電圖傳感器、加速度計傳感器或壓力傳感器；所述第二無線網絡是射頻網絡或藍牙網絡；所述傳感器單元集成 于所述脈沖發生器中。
【文檔編號】A61N1/36GK203458691SQ201320499666
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】劉鵬, 莊少春, 崔招換, 陳文俊 申請人:先健科技(深圳)有限公司