专利名称：一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种通过对大脑靶点组织的慢性电刺激作用治疗帕金森病的可植入脑起搏器脉冲发生器，为一种深部脑刺激治疗仪。
背景技术：
帕金森病是发生在中年以上的中枢神经系统变性疾病，主要病变在大脑的黑质和纹状体。药物治疗是帕金森病最基本的治疗手段，传统的外科治疗主要采用病变区毁损方法。脑起搏器治疗通过慢性电刺激来达到治疗效果，效果完全与毁损术相媲美，而且是一种可逆性的神经调节治疗，不破坏脑组织，起到对因治疗作用，延缓帕金森病本身病情进展，是目前最理想的外科治疗方法。植入式脑起搏器由脑内电极、延长导线和脉冲发生器组成。通过手术将脉冲发生器埋置在胸部锁骨附近皮下，刺激电极通过立体定向技术、微电极记录技术插入脑内特定核团。脉冲发生器发出的电脉冲通过一条植于皮下，通过头、颈、肩的导线传到刺激电极，作用于脑内特定核团，用持续的脉冲电刺激抑制不正常的脑核团放电，达到治疗帕金森病的效果。
中国发明专利“多通道可植入的神经刺激器”(申请号86103049)，用外部传送器把数字编码信号连同能量通过皮肤送入植入的接收器/刺激器，刺激器将位流解码，把电荷或电流波形送入植入听觉神经或耳蜗的电极。该刺激器必须由外部传送器控制同时工作，电路结构和算法决定了该刺激器只能用于听觉神经修补系统，不适用帕金森病的脑起搏器治疗。已公开的中国发明专利(申请号01810456.8)“用于刺激有机体器官和组织的植入式和可编程电刺激器”，将生物传感器遍布外壳的整个表面，疾病导致的呼吸和心血管的变化被传感器记录，根据一定的算法，在线电极上形成电流脉冲。该刺激器以呼吸和心血管的生理信号为依据，通过电刺激改变组织器官的机能活动，其系统方案、电路结构和算法不能用于帕金森病的脑起搏器治疗。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器，根据外部编程器设置的脉冲参数，向靶点区域提供电脉冲刺激。
本实用新型的特征在于，它含有
1.单片机，采用芯片MSP430F155；2.电源变换器，采用芯片AS1117，其输入端接电池，输出端接上述单片机的电源端；3.脉冲发生与驱动电路，含有电压源，采用微功耗开关型电压变换芯片MAX630，其电源低电位检测端LB1经分压电阻接电源，而输出端Vs接刺激电极正端，反馈端Vfb则经一组并联的取样电阻后与上述单片机的相应IO端口相连，同时经过一个固定电阻与Vs相连。
电流源，含有运算放大器，其正输入端经电阻与上述单片机的一个输出端相连，而负输入端经一组并联的电阻后分别与上述单片机的相应IO端口相连。
第一个NPN三极管，其基极与上述运算放大器的输出端相连，其射极经互相串联的一个电阻和一个下述簧片开关(即磁控双掷开关)的常闭端后接地；其集电极经电阻与一个PNP三极管基极相连，该PNP三极管集电极与上述单片机一个IO端口相连。
第二个NPN三极管，其基极在经一个正向二极管与上述第一个NPN三极管集电极相连的同时，又经一个电容与上述MAX630芯片的输出端Vs相连；其集电极经正极接地的稳压管后接刺激电极的正端；其射极经正极接地的稳压管后再经一个电容与刺激电极的负端相连。
4.信号接收/复位电路，含有第三个NPN三极管，其集电极经上拉电阻作用后与上述单片机的一个串行输入口相连；其基极在对地反接的稳压管与电阻分压支路的终点相连后，又经一个电容、一个感应控制信号用的线圈电感后接地。
簧片开关即磁控双掷开关，其常闭端经固定端接地，常开端经上拉电阻作用后再经限流电阻接上述单片机的RST端，即复位端。
所述单片机有一个与外部编程器无线连接的射频通讯电路用的通讯接口。
所述的MAX630芯片，其Cx端、Lx端对地分别连接着一个用于调整内部开关频率的电容和电感。
所述单片机外接了调整工作频率用的32.768KHz和8MHz的两个晶振。
本实用新型工作过程如下只需用磁铁在胸前位置一碰，脉冲发生器启动，单片机读取数据FLASH中的脉冲参数(包括频率、脉宽、幅度等)，控制脉冲发生和驱动电路输出电脉冲，经过延伸导线施加在电极上，从而在靶点区域放电，缓解病人的症状。磁铁再一碰，脉冲发生器停止输出脉冲。本实用新型使用简单，对靶点区域实现刺激强度、频率、脉宽等参数可调的电刺激，从而能够找到最佳刺激触点，具有疗效更好，更持久等优点。
图1是本实用新型的原理结构框图。
图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的技术解决方案如下本实用新型提供的脉冲发生器，由单片机、电池、电源变换、射频通讯、簧片开关、脉冲发生与驱动等电路组成。脉冲发生器选用高集成度低功耗单片机，具有5种节电模式，集成程序FLASH、数据RAM、数据FLASH、定时器、模拟-数字转换器AD、数字-模拟转换器DA、比较器、串行通讯端口等，尽可能用软件来实现起搏器的各种功能，以简化电路设计、提高系统可靠性。簧片开关和射频通讯电路是脉冲发生器接受外部控制的接口，患者或者医生可用外部磁铁启动或停止脉冲发生器，并可用编程器调整刺激脉冲的参数。单片机的脉冲发生与驱动电路是通过电压源和电流源的协同作用输出电脉冲，通过电极放电作用于靶点的脑组织。
以下结合附图描述本实用新型的一个实施例。
附图1是本实用新型的电路结构图。以高集成度低功耗单片机1为核心，由锂电池2供电，通过电源变换3得到系统需要的电压，晶振电路4提供时钟，即构成单片机系统。簧片开关6为磁控开关，与复位电路5配合，可由外部磁铁控制脉冲发生器在工作状态和停止状态切换。单片机1通过射频通讯电路8接收外部编程器发送的脉冲参数数据。根据设定的参数，单片机控制脉冲发生和驱动电路7向电极输出电脉冲，对脑组织的靶点区域进行电刺激。(外部磁铁和编程器的设计不属于本实用新型的涉及范围)附图2是本实用新型的电路原理图。脉冲发生器包括电源变换单元，控制单元，电压源，电流源和信号接收/复位电路。电压源和电流源在单片机的控制下协同工作，实现电脉冲的发生和驱动功能。
电源变换单元由高性能锂电池、稳压芯片AS1117组成，电池的输出电压经AS1117稳压后向各个芯片供电。
控制单元以单片机MSP430F155为核心，通过IO端口控制电压源和电流源的输出，调整施加在电极上的刺激脉冲的参数。单片机外接32.768kHz和8MHz两个晶振，以实现在不同的工作状态时调整工作频率，节省功耗。
电压源由微功耗开关型电压变换芯片MAX630，以及电感、电阻和电容等分立元件组成。MAX630由电池直接供电，其内部开关频率由电感L3和电容C22决定，MAX630的输出端经分压电阻网络后接回反馈端。取样电阻R33、R34、R35、R36与单片机的IO端口相连，通过改变接地的取样电阻的数目，可以调整MAX630的输出电压，以及植入电极间放电的极限电压幅值。脉冲发生器工作时，单片机在程序控制下周期性改变MAX630的输出电压，即可刺激电脉冲的脉宽和频率调节。
电流源由运算放大器AR2、三极管Q8，以及电阻和稳压管等组成。植入负电极通过电容C21与三极管Q8的集电极相连，三极管Q8的基极接运算放大器的输出端，射极接地。运算放大器AR2的正端通过电阻接到单片机的一个输出端，负端通过6个电阻R46、R48、R49、R50、R51、R52、R53并联分别接到单片机的6个输出端。通过单片机设置IO端口的电平，即改变运放负端接地电阻的数目，则可改变三极管通过的电流的大小，以及电阻R60上分得的电压大小，从而调整两植入电极间的放电电压。
信号接收/复位电路由线圈电感L4、簧片开关(磁控双掷开关)S2、三极管Q7等组成。线圈电感L4通过耦合电容C29接三极管Q7的基极，当线圈电感L4感应到外部编程器的信号后，三极管的集电极会产生相应的电压信号，这个信号经上拉电阻作用后输入单片机的串行输入口，从而实现触发中断、接收数据等功能。磁控双掷开关S2的常开端连接到单片机的低电平复位端。当有磁铁作用时，常开端接地，单片机复位。单片机在数据FLASH中记录复位次数，奇数次复位单片机正常工作，输出电脉冲；偶数次复位后单片机进入停止状态，不输出电脉冲，即实现了磁铁对脉冲发生器的非接触启动/停止控制。
权利要求1.一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器，其特征在于，它含有(1)单片机，采用芯片MSP430F155；(2)电源变换器，采用芯片AS1117，其输入端接电池，输出端接上述单片机的电源端；(3)脉冲发生与驱动电路，含有电压源，采用微功耗开关型电压变换芯片MAX630，其电源低电位检测端LB1经分压电阻接电源，而输出端Vs接刺激电极正端，反馈端Vfb则经一组并联的取样电阻后与上述单片机的相应IO端口相连，同时经过一个固定电阻与Vs相连；电流源，含有运算放大器，其正输入端经电阻与上述单片机的一个输出端相连，而负输入端经一组并联的电阻后分别与上述单片机的相应IO端口相连；第一个NPN三极管，其基极与上述运算放大器的输出端相连，其射极经互相串联的一个电阻和一个下述簧片开关(即磁控双掷开关)的常闭端后接地；其集电极经电阻与一个PNP三极管基极相连，该PNP三极管集电极与上述单片机一个IO端口相连；第二个NPN三极管，其基极在经一个正向二极管与上述第一个NPN三极管集电极相连的同时，又经一个电容与上述MAX630芯片的输出端Vs相连；其集电极经正极接地的稳压管后接刺激电极的正端；其射极经正极接地的稳压管后再经一个电容与刺激电极的负端相连。(4)信号接收/复位电路，含有第三个NPN三极管，其集电极经上拉电阻作用后与上述单片机的一个串行输入口相连；其基极在对地反接的稳压管与电阻分压支路的终点相连后，又经一个电容、一个感应控制信号用的线圈电感后接地；簧片开关即磁控双掷开关，其常闭端经固定端接地，常开端经上拉电阻作用后再经限流电阻接上述单片机的RST端，即复位端。
2.根据权利要求1所述的一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器，其特征在于所述单片机有一个与外部编程器无线连接的射频通讯电路用的通讯接口。
3.根据权利要求1所述的一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器，其特征在于所述的MAX630芯片，其Cx端、Lx端对地分别连接着一个用于调整内部开关频率的电容和电感。
4.根据权利要求1所述的一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器用的脉冲发生器，其特征在于所述单片机外接了调整工作频率用的32.768KHz和8MHz的两个晶振。
专利摘要一种治疗帕金森病的植入式脑起搏器脉冲发生器，发出的电脉冲通过导线传到植入脑内的刺激电极，用持续的脉冲电刺激治疗帕金森病。脉冲发生器由高集成度低功耗单片机、电池、稳压器、射频通讯、簧片开关、脉冲发生和驱动器等组成，尽可能简化电路设计，用软件实现脑起搏器的各种功能，提高了系统可靠性。脉冲发生器由外部磁铁和编程器非接触式控制启动/停止和调节脉冲参数。脉冲发生器对靶点区域实现刺激强度、频率、脉宽等参数可调的电刺激，有利于找到最佳刺激触点，从而具有疗效更好，更持久等优点。
文档编号A61N1/36GK2734251SQ200420009300
公开日2005年10月19日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者李路明, 郝红伟, 赵坤 申请人:清华大学