一种植入式神经电刺激不对称补偿系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种植入式神经电刺激不对称补偿系统及方法，系统中根据补偿寄存器输出发送反向耦合信号至信号发射模块；不对称判断电路对放大后的结果进行判断；补偿寄存器和时序控制器根据不对称判断电路的输出控制开关控制器；开关控制器控制不对称补偿矩阵对刺激电路的对应相位刺激波形进行补偿。本发明专利技术根据电路特性自动侦测电刺激不对称性，并根据残余电压的极性和幅值进行判断，在不同的刺激相位时进行相应电流补偿，提升产品的安全性和可靠性，避免用户由于刺激不对称引发的非预期反应和组织伤害，有功耗低、简单实用和易于集成等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种植入式神经电刺激不对称补偿系统及方法


[0001]本专利技术属于植入式医疗器械领域，特别涉及一种植入式神经电刺激不对称补偿系统及方法。

技术介绍

[0002]植入式神经电刺激已经广泛使用在大量医疗辅具中，如人工耳蜗、人工视网膜和听觉脑干刺激系统等。在这些刺激率比较高的应用中，植入体刺激波形一般由三部分组成，正相刺激、刺激间隔和负相刺激。理想情况下，其中为了确保直流电荷残余为零，正相刺激和负相刺激的刺激脉宽是相等的。由于是交流电流刺激信号，我们规定电流由刺激电极流向回路电极为正相刺激，电流由回路电极流向刺激电极为负相刺激。正相刺激和反相刺激的先后顺序可以通过配置来控制。在实际应用过程中，由于电流源不同相位处于不同状态、电极有轻微漏电或者正负相刺激脉宽出现误差等原因，电流刺激有可能处于不对称状态。为了进一步降低直流电荷残余，一般这类电路都会使用隔直电容。但是当刺激率足够高时，以上的不对称电刺激所引起的直流电荷残余无法完全通过隔直电容消除，而在神经组织上形成积累，造成放电现象，损害神经组织，给用户带来非预期性反应。一般目前要求电刺激所导致的残余直流电流要小于0.1nA。
[0003]在这种情况下，对植入式神经电刺激进行不对称补偿能够有效降低由于刺激不对称造成的直流电荷残余，降低用户使用风险。在易于实现和低功耗的前提下，如何精准地侦测出刺激不对称并进行有效地补偿是这类补偿方案的难点。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供植入式电刺激不对称补偿系统及方法，使用该方法可以在每次正常使用前对刺激波形进行补偿校准，采用全CMOS方案，简单实用，易于集成，整个方法全自动化完成，无需手动干预，补偿效果明显，确保用户刺激安全可靠。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种植入式神经点刺激不对称补偿系统，包括体外设备和植入体，其中，
[0006]所述体外设备，包括中央处理单元、存储器和信号发射模块，其中，
[0007]所述中央处理单元将刺激的电极、幅度和脉宽等信息进行编码，并能进行补偿模式和正常刺激模式的切换；
[0008]所述存储器与中央处理单元相连，保存刺激信息，并将刺激信息提供给中央处理单元生成刺激命令；
[0009]所述信号发射模块与中央处理单元相连，将中央处理单元发出的编码信号进行放大后通过无线发射的形式传入植入体，并将植入体通过无线耦合发出的信号回传至中央处理单元；
[0010]所述植入体，包括信号接收模块、刺激电路、采样放大电路、不对称判断电路、补偿寄存器、时序控制器、开关控制器和不对称补偿矩阵，其中，
[0011]所述信号接收模块将信号发射模块发出的信号进行解调解码，并将控制信号送入刺激电路中，并根据补偿寄存器输出发送反向耦合信号至信号发射模块，提示补偿是否完成；
[0012]所述刺激电路与信号接收模块相连，根据信号接收模块发出的控制信号对神经组织进行交流电流刺激，电流值由一个电流源控制；
[0013]所述采样放大电路与刺激电路相连，在刺激结束后对刺激电路的输入进行采样，并在保留模式下对采样电压进行正向和反向放大；
[0014]所述不对称判断电路与采样放大电路相连，不对称判断电路对正向和反向放大信号进行判断，并输出
‘1’
、
‘0’
和
‘-1’
三种判断结果；
[0015]所述补偿寄存器与不对称判断电路相连，当输出不为
‘0’
时，补偿寄存器保存数据值加1，当输出为
‘0’
时，补偿寄存器保存数据值不变，并输出至信号接收模块，提示补偿完成；
[0016]所述时序控制器与不对称判断电路相连，当输入为
‘1’
时，时序控制器在刺激为负相位时输出为
‘1’
，其余时间输出为
‘0’
，当输入为
‘-1’
时，时序控制器在刺激为正相位时输出为
‘1’
，其余时间输出为
‘0’
；
[0017]所述开关控制器与补偿寄存器、时序控制器和不对称补偿矩阵分别相连，根据补偿寄存器和时序控制器的输出控制不对称补偿矩阵开关阵列的打开与闭合；
[0018]所述不对称补偿矩阵与刺激电路相连，由若干个电流源和开关组成，通过补偿正相或者反相时的刺激电流使电刺激平衡和对称。
[0019]优选地，所述采样放大电路对输入信号进行采样保留，并对保留后的信号进行放大。
[0020]优选地，所述不对称判断电路对正向和反向放大信号进行判断，反向放大输出高于阈值时输出为
‘1’
，正向放大输出高于阈值时输出为
‘-1’
，两个输出都小于阈值时，输出为
‘0’
。
[0021]优选地，所述不对称补偿矩阵中电流源数量为4～16个。
[0022]基于上述目的，本专利技术还提供了一种植入式神经电刺激不对称补偿方法，采用上述的植入式神经电刺激不对称补偿系统，包括以下步骤：
[0023]S101，体外设备开机后，中央处理单元根据保存在存储器中预设舒适值、阈值和脉冲宽度，通过信号发射模块对植入体发送刺激命令；
[0024]S102，植入体中信号接收模块根据收到的刺激命令控制刺激电路对对应电极进行刺激；
[0025]S103，当对应电极刺激结束后打开采样放大电路，对残余电压进行采样和放大，并将放大后的信号输入不对称判断电路；
[0026]S104，不对称判断电路采样放大后的信号与阈值进行比较，输出为
‘1’
、
‘-1’
或
‘0’
；
[0027]S105，当不对称判断电路输出为
‘1’
或
‘-1’
时，补偿寄存器保留数据数值加1，并体外设备再次向植入体发送相同刺激命令；
[0028]S106，在对电极进行刺激的同时，时序控制器在对应的相位输出高电平，开关控制器根据补偿寄存器和时序控制器的输出控制不对称补偿矩阵开启，刺激结束后，进入下一
步；
[0029]S107，当不对称判断电路输出为
‘0’
时，补偿寄存器保留数值不再增加，同时向信号接收模块信号发送发向状态信息并无线耦合至信号发射模块，提示补偿完成，中央处理单元接收到状态信息后，进入正常刺激模式。
[0030]优选地，S103中，对刺激后1～2us内的神经组织两端的残余电压进行采样和放大，放大倍数为10～100倍。
[0031]优选地，根据不对称判断电路输出，在对应相位进行电流补偿，并在之后的正常刺激中保留该补偿值。
[0032]本专利技术的有益效果在于：通过对神经组织两端电压进行直接测量判断出刺激波形不对称的情况并找到相应的相位直接进行补偿，从而得到一个满足要求的对称波形，整体方案安全可靠，易于集成，不影响正常刺激设置，降低用户使用风险，避免用户产生非预期性反应。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植入式神经电刺激不对称补偿系统，其特征在于，包括体外设备和植入体，其中，所述体外设备，包括中央处理单元、存储器和信号发射模块，其中，所述中央处理单元将刺激的电极、幅度和脉宽等信息进行编码，并能进行补偿模式和正常刺激模式的切换；所述存储器与中央处理单元相连，保存刺激信息，并将刺激信息提供给中央处理单元生成刺激命令；所述信号发射模块与中央处理单元相连，将中央处理单元发出的编码信号进行放大后通过无线发射的形式传入植入体，并将植入体通过无线耦合发出的信号回传至中央处理单元；所述植入体，包括信号接收模块、刺激电路、采样放大电路、不对称判断电路、补偿寄存器、时序控制器、开关控制器和不对称补偿矩阵，其中，所述信号接收模块将信号发射模块发出的信号进行解调解码，并将控制信号送入刺激电路中，并根据补偿寄存器输出发送反向耦合信号至信号发射模块，提示补偿是否完成；所述刺激电路与信号接收模块相连，根据信号接收模块发出的控制信号对神经组织进行交流电流刺激，电流值由一个电流源控制；所述采样放大电路与刺激电路相连，在刺激结束后对刺激电路的输入进行采样，并在保留模式下对采样电压进行正向和反向放大；所述不对称判断电路与采样放大电路相连，不对称判断电路对正向和反向放大信号进行判断，并输出
‘1’
、
‘0’
和
‘-1’
三种判断结果；所述补偿寄存器与不对称判断电路相连，当输出不为
‘0’
时，补偿寄存器保存数据值加1，当输出为
‘0’
时，补偿寄存器保存数据值不变，并输出至信号接收模块，提示补偿完成；所述时序控制器与不对称判断电路相连，当输入为
‘1’
时，时序控制器在刺激为负相位时输出为
‘1’
，其余时间输出为
‘0’
，当输入为
‘-1’
时，时序控制器在刺激为正相位时输出为
‘1’
，其余时间输出为
‘0’
；所述开关控制器与补偿寄存器、时序控制器和不对称补偿矩阵分别相连，根据补偿寄存器和时序控制器的输出控制不对称补偿矩阵开关阵列的打开与闭合；所述不对称补偿矩阵与刺激电路相连，由若干个电流源和开关组成，通过补偿正...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄穗，祁姝琪，孙晓安，
申请(专利权)人：浙江诺尔康神经电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：