一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，包括植入式神经刺激器、程控仪、刺激电极、专用操作部，其中植入式神经刺激器包括植入逻辑控制单元、电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元、功能保护单元，程控仪包括程控逻辑控制单元、显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元、电池充电管理单元。该系统具备传统脑深部电刺激系统(DBS)的有效性同时极大的降低了副作用，为患者带来更好的使用体验。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统
本技术属于神经刺激领域，涉及一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统。
技术介绍
帕金森病(Parkinson’sDisease)是一种常见的中老年神经系统退行性疾病，主要以黑质多巴胺能神经元进行性退变和路易小体形成的病理变化，纹状体区多巴胺递质降低、多巴胺与乙酰胆碱递质失平衡的生化改变，震颤、肌强直、动作迟缓、姿势平衡障碍的运动症状和嗅觉减退、便秘、睡眠行为异常和抑郁等非运动症状的临床表现为显著特征。近些年来，无论是对帕金森发病机制的认识以及对早期诊断生物学标志物的发现，还是对其治疗方法和手段的探索，都有了显著的进步。每一例帕金森患者都会先后或同时表现出运动症状和非运动症状，但在整个病程中都会伴有这两类症状，有时会产生多种非运动症状，不仅运动症状影响了患者的工作生活能力，非运动症状也明显干扰了患者的生活质量。因此，我们对帕金森的运动症状和非运动症状采取全面综合的治疗。治疗方法和手段包括：药物治疗、手术治疗、运动疗法、心理疏导及照料护理等。药物治疗为首选，且是整个治疗过程中的主要治疗手段，手术治疗则是药物治疗的一种有效补充。早期药物治疗显效明显，而长期治疗的疗效明显减退，或出现严重的运动波动及异动症。1987年，法国功能神经外科医生Benabid教授一次意外给的患者脑部施加了高频刺激，结果发现病人的肢体不抖动了，也没有明显的副作用，由此产生了DBS疗法。手术疗法主要包括神经核毁损术和脑深部电刺激(DBS)，DBS因其相对无创、安全和可调控性而作为主要选择。脑深部电刺激疗法(DBS)通过植入大脑中的电极，发放电脉冲至控制运动的相关神经核团，调控异常的神经电活动，达到减轻和/或控制症状的目的。手术靶点包括苍白球内侧部GPi、丘脑腹中间核VIM和丘脑底核STN，其中在STN行DBS对改善震颤、强直、运动迟缓和异动症的疗效最为显著。另外，FDA已批准DBS用于精神疾病治疗，像强迫症(厌食症、网瘾、药物依赖等)，还有尝试治疗抑郁症、抽动秽语综合征等心理疾病。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种多通道多独立刺激源的脑深部电刺激系统，该设计在植入式神经刺激器内部直接设置多路独立电压源，如2个及2个以上通路的独立电压源、多路独立电流源，如8个及8个以上通路的独立电流源、多路独立电流阱，如8个及8个以上通路的独立电流阱，每个电压源、电流源、电流阱可通过专用ASIC单元的数字接口进行程序化配置。每个电压源、电流源、电流阱可设定不同的刺激幅度、刺激脉宽、刺激频率，由此输出的电脉冲信号经过隔直电容及电极配置网络可同时作用于脑部植入电极的相应触点端，通过配置不同电极通道的刺激信号幅度、脉宽和频率及电极组合可产生不同的电荷效应范围，在具备传统DBS刺激疗效的同时又极大的降低了对周围核团的刺激副作用，进一步提升患者体验感及满意度。为了降低电脉冲刺激对于脑组织的损伤，在多电流源同时工作产生靶向性刺激效应的同时会控制电极端点处的电荷密度，常规刺激场合下该电荷密度皆小于30uC/cm2/Phase。为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，包括植入式神经刺激器、程控仪、刺激电极、专用操作部，其中，植入式神经刺激器与程控仪和刺激电极分别连接，程控仪还与专用操作部连接；所述植入式神经刺激器包括植入逻辑控制单元、电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元；所述程控仪包括程控逻辑控制单元、显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元，其中，所述植入逻辑控制单元与电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元分别连接，对上述电路进行控制；所述电源管理单元包括电池、电源管理电路和测量保护电路，电源管理电路无线充电单元整流输出的信号进行稳压及管理，将电池的输出进行升压或者降压变换至所需电压幅度，测量保护电路对电池内阻、电池电压和电池输出进行测量和监控；所述无线充电单元接收来自体外的无线充电信号并将双向谐振信号进行整流得到脉动直流，无线充电频率为KHz级或MHz级；所述植入无线通信单元为近场耦合通信或远场通信，实现植入式神经刺激器与体外程控仪间的双向数据传输；无线通信单元也可以采用射频通信，或者磁元件感应；所述专用ASIC单元包括高度集成的刺激发生电路、电极配置电路及反馈电路，刺激发生电路可产生多路电压源、多路电流源、及多路电流阱，各个电压源、各个电流源、电流阱之间相互独立，反馈电路测量电极植入部位阻抗及采集指定区域脑电波形；所述功能保护单元防止刺激信号过流、过压及频率上限防护、最大脉宽防护，防止过度电荷刺激保护植入部位安全；对总回路电流监控，预判接端点的短路、半短路、断路状况；所述程控逻辑控制单元控制显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元；所述显示单元包括液晶或数码管，显示操作菜单界面，引导使用程控仪；所述状态灯指示单元包括若干颜色的LED，提示充电状态；所述按键交互单元包括若干按键，按动按键进行程控功能选择；所述语音提示单元包括蜂鸣器或人声语音播放器，发出不同状态提示音，提示操作状态；所述无线充电发射单元为植入式神经刺激器中的电池进行无线充电，为近距离感应式无线充电技术或磁/电场谐振无线充电，无线充电频率为KHz级或MHz级；所述存储单元为外置Flash芯片，存储显示字符及图形画面；所述程控无线通信单元包括天线、低功耗蓝牙通信模块和/或近场耦合通信模块和/或远场通信模块，近场耦合通信模块包括脉冲频率调制或脉冲宽度调制或数字幅度调制或频移键控调制，通过天线实现植入式神经刺激器与程控仪间的双向数据传输；低功耗蓝牙通信模块将程控仪与专用操作部间进行双向数据传输和控制；所述USB通信单元包括USB2.0或USB3.0接口，实现电脑端专用控制软件对程控仪的程控及数据传输；所述电池充电管理单元包括充电管理电路和充电电池，充电管理电路对充电电池进行充电管理及将充电电池输出电压Buck/Boost变化至所需电压幅度；所述刺激电极为圆柱状、扇面状、条状，电极数目为4-12个。优选地，所述植入逻辑控制单元包括MCU或MPU或DSP或FPGA或ASIC。优选地，所述无线充电单元中整流为全桥整流或全波整流。优选地，所述植入无线通信单元的近场耦合通信为脉冲频率调制或脉冲宽度调制或数字幅度调制或频移键控调制。优选地，所述专用ASIC单元的刺激发生电路包括逻辑控制器数字接口、数字解码电路、逻辑控制电路，与电压源电路、电流源电路、电流阱电路和反馈电路分别连接；刺激发生电路能够产生多路电压源、多路电流源及多路电流阱，各路电压源、电流源及电流阱之间相互独立，根据逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于，包括植入式神经刺激器、程控仪、刺激电极、专用操作部，其中，植入式神经刺激器与程控仪和刺激电极分别连接，程控仪还与专用操作部连接；/n所述植入式神经刺激器包括植入逻辑控制单元、电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元；/n所述程控仪包括程控逻辑控制单元、显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元，其中，/n所述植入逻辑控制单元与电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元分别连接，对电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元进行控制；/n所述电源管理单元包括电池、电源管理电路和测量保护电路，电源管理电路无线充电单元整流输出的信号进行稳压及管理，将电池的输出进行升压或者降压变换至所需电压幅度，测量保护电路对电池内阻、电池电压和电池输出进行测量和监控；/n所述无线充电单元接收来自体外的无线充电信号并将双向谐振信号进行整流得到脉动直流，无线充电频率为KHz级或MHz级；/n所述植入无线通信单元为近场耦合通信或远场通信，实现植入式神经刺激器与体外程控仪间的双向数据传输；无线通信单元也可以采用射频通信，或者磁元件感应；/n所述专用ASIC单元包括高度集成的刺激发生电路、电极配置电路及反馈电路，刺激发生电路可产生多路电压源、多路电流源、及多路电流阱，各个电压源、各个电流源、电流阱之间相互独立，反馈电路测量电极植入部位阻抗及采集指定区域脑电波形；/n所述功能保护单元防止刺激信号过流、过压及频率上限防护、最大脉宽防护，防止过度电荷刺激保护植入部位安全；对总回路电流监控，预判连接端点的短路、半短路、断路状况；/n所述程控逻辑控制单元控制显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元；/n所述显示单元包括液晶或数码管，显示操作菜单界面，引导使用程控仪；/n所述状态灯指示单元包括若干颜色的LED，提示充电状态；/n所述按键交互单元包括若干按键，按动按键进行程控功能选择；/n所述语音提示单元包括蜂鸣器或人声语音播放器，发出不同状态提示音，提示操作状态；/n所述无线充电发射单元为植入式神经刺激器中的电池进行无线充电，为近距离感应式无线充电技术或磁/电场谐振无线充电，无线充电频率为KHz级或MHz级；/n所述存储单元为外置Flash芯片，存储显示字符及图形画面；/n所述程控无线通信单元包括天线、低功耗蓝牙通信模块和/或近场耦合通信模块和/或远场通信模块，近场耦合通信模块包括脉冲频率调制或脉冲宽度调制或数字幅度调制或频移键控调制，通过天线实现植入式神经刺激器与程控仪间的双向数据传输；低功耗蓝牙通信模块将程控仪与专用操作部间进行双向数据传输和控制；/n所述USB通信单元包括USB2.0或USB3.0接口，实现电脑端专用控制软件对程控仪的程控及数据传输；/n所述电池充电管理单元包括充电管理电路和充电电池，充电管理电路对充电电池进行充电管理及将充电电池输出电压Buck/Boost变化至所需电压幅度；/n所述刺激电极为圆柱状、扇面状、条状，电极数目为4-12个。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于，包括植入式神经刺激器、程控仪、刺激电极、专用操作部，其中，植入式神经刺激器与程控仪和刺激电极分别连接，程控仪还与专用操作部连接；
所述植入式神经刺激器包括植入逻辑控制单元、电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元；
所述程控仪包括程控逻辑控制单元、显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元，其中，
所述植入逻辑控制单元与电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元分别连接，对电源管理单元、无线充电单元、植入无线通信单元、专用ASIC单元和功能保护单元进行控制；
所述电源管理单元包括电池、电源管理电路和测量保护电路，电源管理电路无线充电单元整流输出的信号进行稳压及管理，将电池的输出进行升压或者降压变换至所需电压幅度，测量保护电路对电池内阻、电池电压和电池输出进行测量和监控；
所述无线充电单元接收来自体外的无线充电信号并将双向谐振信号进行整流得到脉动直流，无线充电频率为KHz级或MHz级；
所述植入无线通信单元为近场耦合通信或远场通信，实现植入式神经刺激器与体外程控仪间的双向数据传输；无线通信单元也可以采用射频通信，或者磁元件感应；
所述专用ASIC单元包括高度集成的刺激发生电路、电极配置电路及反馈电路，刺激发生电路可产生多路电压源、多路电流源、及多路电流阱，各个电压源、各个电流源、电流阱之间相互独立，反馈电路测量电极植入部位阻抗及采集指定区域脑电波形；
所述功能保护单元防止刺激信号过流、过压及频率上限防护、最大脉宽防护，防止过度电荷刺激保护植入部位安全；对总回路电流监控，预判连接端点的短路、半短路、断路状况；
所述程控逻辑控制单元控制显示单元、状态灯指示单元、按键交互单元、语音提示单元、无线充电发射单元、存储单元、程控无线通信单元、USB通信单元和电池充电管理单元；
所述显示单元包括液晶或数码管，显示操作菜单界面，引导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓波，李浩，屠亚威，
申请(专利权)人：杭州承诺医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33