多通道神经刺激装置及其应用制造方法及图纸

一种多通道神经刺激装置，包括主机和多组输出电极，主机包括有脉冲产生模块和输出模块，主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。本发明专利技术能够通过各组输出电极分别对某一神经通路上不同节点的神经元同时进行具有前后时序关系的脉冲刺激，强制神经通路产生具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，从而可应用于激发和恢复某些具有生理功能的神经活动。

【技术实现步骤摘要】
多通道神经刺激装置及其应用
本专利技术涉及脑神经医疗领域的神经刺激装置，及其应用技术。
技术介绍
通过对大脑的神经元进行电脉冲刺激，来影响神经元的活动，从而达到治疗某些脑疾病的目的，是神经医学领域的现有技术。但申请人发现，现有技术大多只是对某些位置的神经元进行孤立的刺激，影响这些神经元的活动，比如用于刺激某些神经核团，使其神经功能产生增强或减弱的变化，或者用于干预神经核团的信号传递，比如阻隔疼痛信号的传递达到电子止痛的目的。而若要用于启动某种具体的神经活动，尤其是要产生或改变神经核团之间具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，由于大脑中枢神经的各个神经链路的神经元之间是具有神经投射和信号传递关系的，所以，现有孤立的脑神经刺激技术，便难以产生这样的技术效果，而申请人发现在某些有意义的特定应用场合，往往便需要具有这样的技术效果。而且，现有技术对电刺激的具体位置、施加方式、和电脉冲的细节等无针对性，采取的技术往往跟用于外周神经刺激时是一样的，但实际上，对中枢神经元的刺激具有其特殊性，比如，根据对大脑一些神经回路的放电研究，施加到神经元的电脉冲，频率和脉冲幅度过低时无法触发动作电位放电，而频率或脉冲幅度过高时则会对神经元信号传递形成抑制，甚至使其失活。
技术实现思路
本专利技术目的是公开一种多通道的神经刺激装置，适合于对某些神经通路的不同位置的神经元同时进行脉冲刺激，促使神经通路产生具有信号定向传递关系的动作电位发放。本专利技术还公开对输出信号进行优化，使其能更有效地诱发神经元发放动作电位的技术。本专利技术同时公开上述的神经刺激装置的一些应用，包括用于增强某些神经传递通路的传递效能，用于唤醒深度昏迷病人，以及用于对脑死亡在短时间内的激活。本专利技术的神经刺激装置，包括主机和连接主机的电极，电极包括有接地电极(或称基准电极)和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，连接各输出电极的用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有二组或二组以上的输出电极，(比如三组输出电极)；主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。脉冲产生模块属于现有技术，所产生的脉冲可以采用方波、三角波、梯形波、或者模仿神经元动作电位脉冲的波形。脉冲宽度T0为0.5—10毫秒，更合适的是1—5毫秒，相当于神经元动作电位的脉冲宽度。各输出电极输出的脉冲信号，相对于基准电极(也即接地电极)的电位，脉冲信号的峰值电压幅度，在20—1000毫伏之间进行调节，根据电极接触位置及电极进入神经元的状态而有所不同。本专利技术的主机还包括脉冲周期调节电路，用于调节同一组输出电极(第一、第二和第三输出电极)所输出的前后两个脉冲的脉冲周期T。对于不同的应用，脉冲周期T是不同的，一般在25毫秒至1000毫秒之间，对应于频率是1—40赫兹，见后面应用部分所述。本专利技术主机还包括延迟时间调节电路，用于调节在同一个脉冲输出周期中，前后两个电极(比如第一输出电极和第二输出电极)输出的前后两个脉冲之间的延迟时间Ts。输出时序控制电路用于控制各输出模块的工作，使得各组输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：在一个脉冲周期T中，前一输出电极输出一个刺激脉冲后，经过设定的延迟时间Ts后，后一输出电极才输出一个刺激脉冲。具体的控制方法可以是：脉冲产生模块产生一个脉冲信号，然后经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，然后再经过一个延迟时间Ts后，再产生一个脉冲信号，时序控制电路对三个输出模块进行依次的选通输出，将这三个脉冲信号依次从三个输出模块进行输出，从而在三组输出电极上依次各输出一个脉冲信号。(注意这时脉冲产生模块的输出脉冲频率是输出电极输出脉冲频率的3倍)，这样的控制属于普通的电子技术，可以通过简单的MCU或者数字电路来实现。本专利技术的神经刺激装置具有多组输出电极，各输出电极能够输出相对于基准电极的刺激脉冲信号，且各组输出电极所输出的刺激脉冲信号具有前后依次输出的时序关系。使用本专利技术能够通过各组输出电极分别对某一神经通路上不同节点的神经元同时进行具有前后时序关系的脉冲刺激，强制神经通路产生具有信号定向传递关系的可持续的动作电位发放，从而可应用于激发和恢复某些具有生理功能的神经活动。(见后面公开的本专利技术的应用)。作为一种重要的优化，本专利技术还对这种输出脉冲的时序关系进行精准的设置。其前后两组输出电极(比如第一与第二输出电极，第二与第三输出电极)输出的两个脉冲的延迟时间Ts，与脉冲周期T，脉冲宽度T0，三者具有如下关系：0＜Ts＜1/2T－T0；表述为：前后两组输出电极输出脉冲的延迟时间大于0，且小于“脉冲周期的一半减去一个脉冲宽度”的值。这种设置基于脑神经的STDP突触可塑性原理，(SpikeTiming-DependentPlasticity，即时序依赖的突触可塑性)，其意义是：以具有这样时序关系的刺激脉冲，分别对某一神经通路上前后不同节点的神经核团进行脉冲刺激，不但在发放刺激脉冲的过程中能强制该神经通路产生定向激活动作，从而强制产生信号传递的神经活动，而且，这种脉冲刺激具有特定的时序关系，能够使所刺激的前后两组神经元之间的突触传递产生增强效应，提高突触传递效能。所以，这样的脉冲刺激，同时具有刺激神经元和定向提高神经元之间突触可塑性的作用，有利于恢复神经通路自身的信号传递效能，从而恢复其生理功能，所以可以用于一些工作异常的神经通路的康复。在本专利技术上述的刺激方法和装置中，其进行神经元刺激的电脉冲串的输出特性是很重要的。所以，申请人仔细根据神经元爆发动作电位的具体工作原理，公开三种对输出电极的输出信号进行优化的方案，使得输出脉冲信号能够更准确地诱发神经元爆发动作电位，并且这种动作电位是能够持续发放的，更有利于受刺激的中枢神经元形成可持续的信号传递。本专利技术的第一种输出优化方案，包括：所述的脉冲产生模块，带有正脉冲输出端和负脉冲输出端，能够分别输出相对于接地电极是正电位和负电位的两种脉冲输出信号；(这可以通过正负电源来产生，是普通的电子技术)；正脉冲和负脉冲两个输出端通过切换开关进行切换，切换开关的输出再作为脉冲产生模块的输出端，连接到各个输出模块。切换开关可以是机械开关或电子开关。如果在实施脑刺激时是采用开颅的方式，并且采用专用于脑神经刺激的膜片钳或神经微电极，能够将输出电极刺入所要刺激的神经元膜内，则可将切换开关切换到正脉冲输出端，使电极输出端连接到正脉冲输出端，这时输出电极是输出正电位的脉冲信号。这种方式是目前实验室进行神经元激活的惯用方式，能够可靠的刺激诱发神经元爆发动作电位，但要将微电极准确刺入目标神经元膜内，显然需要进行开颅手术，极其麻烦。所以，如果将本专利技术的切换开关切换于负脉冲输出端，使电极输出端连接到负脉冲输出端，这时输出电极输出的是负电位的脉冲信号，可直接施加于神经元的膜外，通过拉低膜外电位，来相对降低膜静息电位，并诱发动作电位。这时可采用普通的电极，并在脑颅上开小孔、或者通过鼻腔或喉后颚开小孔，然后在神经内窥镜的配合辅助下将输出电极插入并置于所需要刺激的目标位置上，只需使输出电极接触或靠近神经细胞的膜外，而无需准确刺入神经元，所以操作更加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道神经刺激装置，包括主机和连接主机的电极，电极包括有接地电极(或称基准电极)和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有二组或二组以上的输出电极，(比如三组输出电极)；主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系。

【技术特征摘要】
2014.12.21 CN 20141079441651.一种多通道神经刺激装置，包括主机和连接主机的电极，电极包括有接地电极或称基准电极，和输出电极，主机包括有用于产生刺激脉冲信号的脉冲产生模块，用于将刺激脉冲信号输出到输出电极的各个输出模块，其特征在于：所述的输出电极包括有三组以上的输出电极；主机还包括有输出时序控制电路，用于控制各输出模块输出的刺激脉冲信号，使各组输出电极所输出的相对于基准电极的刺激脉冲具有前后依次输出的时序关系；所述各组输出电极输出的刺激脉冲的时序关系是：前一组输出电极输出一个刺激脉冲后，经过设定的延迟时间后，后一组输出电极才输出一个刺激脉冲；其前后两组输出电极输出的两个脉冲的延迟时间Ts，与脉冲周期T，脉冲宽度T0，三者具有如下关系：0＜Ts＜1/2T－T0；文字表述为：前后两组输出电极输出脉冲的延迟时间大于0，且小于“脉冲周期的一半减去一个脉冲宽度”的值。2.根据权利要求1所述的一种多通道神经刺激装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志强，
申请(专利权)人：徐志强，
类型：发明
国别省市：广东;44