植入式神经电刺激系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型适用于医疗器械领域，提供了一种植入式神经电刺激系统，包括电极阵列、脉冲发生器、以及设置在患者体外并利用电磁耦合向脉冲发生器进行无线供电的体外充电器。脉冲发生器包括充电电路，充电电路包括第二电感线圈；体外充电器包括电池，振荡器和第一电感线圈。振荡器将电池输出的直流电逆变成高频交流电，第一电感线圈通过电磁耦合向第二电感线圈输出该高频交流电。该系统在现有基础上，还包括了设置在患者体外并利用近场电磁耦合技术向脉冲发生器供电的体外充电器，该体外充电器可直接驱动脉冲发生器工作，从而延长了系统的使用寿命，消除了患者由于电池使用寿命原因而再次手术的痛苦及患者的经济负担，具有很大的应用及推广价值。
【专利说明】植入式神经电刺激系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗器械领域，尤其涉及一种植入式神经电刺激系统。
【背景技术】
[0002]对某些类型的神经系统疾病，如帕金森病、癫痫、顽固性疼痛、扭转痉挛、痉挛性斜颈、舞蹈病等，临床上常用药物治疗和外科手术治疗，但容易产生副作用和并发症。为此，提出了一种可治疗此类神经系统疾病的植入式神经电刺激系统，该系统通过对不同疾病患者体内的相应靶点进行慢性电脉冲刺激(如:对帕金森病患者丘脑核及苍白球的刺激,对癫痫病患者迷走神经的刺激等)，起到对因治疗的作用，是一种可逆的神经调节治疗方式，受到了广泛的关注。
[0003]现有技术提供的植入式神经电刺激系统包括一个或多个植入在患者体内相应靶点位置的刺激电极，以及一个植入患者体内、距离靶点位置较远且通过导线连接刺激电极的脉冲发生器。在进行治疗时，脉冲发生器向刺激电极发出具有一定脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲刺激频率的电脉冲，以刺激相应靶点，实现治疗目的。为了实现对电脉冲的脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲刺激频率的设置，该系统还可进一步包括一编程器，医生或患者通过该编程器设置电脉冲的脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲刺激频率，以使得脉冲发生器产生相应的电脉冲，从而实现对患者的最有效治疗。
[0004]但现有技术提供的上述植入式神经电刺激系统中，植入患者体内的脉冲发生器采用不可充电电池维系工作，该不可充电电池的寿命一般是三到五年，一旦电池耗尽，患者需重新接受手术，增加了患者的身心痛苦和经济负担，可应用性较差。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种植入式神经电刺激系统，旨在解决现有技术提供的植入式神经电刺激系统采用不可充电电池，增加了患者身心痛苦和经济负担，可应用性差的问题。
[0006]本实用新型是这样实现的，一种植入式神经电刺激系统，包括:
[0007]植入患者体内的相应靶点位置的电极阵列；
[0008]设置在所述患者体外的体外充电器，所述体外充电器包括电池、连接所述电池并将所述电池输出的直流电逆变成高频交流电的振荡器、以及连接所述振荡器的输出端的第一电感线圈；
[0009]植入所述患者体内并与所述电极阵列电连接的脉冲发生器，所述脉冲发生器包括充电电路，所述充电电路包括通过电磁耦合感应所述第一电感线圈输出的所述高频交流电的第二电感线圈。
[0010]其中，所述充电电路还可包括:
[0011]输入端连接所述第二电感线圈的两端、将所述第二电感线圈感应到的高频交流电进行放大及整流处理后输出直流电信号的电压增益及整流电路。[0012]此时，在一种情况下，所述充电电路还可包括:
[0013]输入端连接所述电压增益及整流电路的输出端、对所述直流电信号进行稳压处理的稳压器；所述脉冲发生器还包括:
[0014]连接所述稳压器的第一输出端的控制单元；
[0015]连接所述控制单元、通过所述控制单元获取所述第一输出端输出的直流电信号并利用所述直流电信号得到具有脉冲参数的电脉冲并输出所述电脉冲给所述电极阵列的信号处理单兀。
[0016]而在另一种情况下，所述充电电路还可包括:
[0017]输入端连接所述电压增益及整流电路的输出端、对所述直流电信号进行稳压处理的稳压器；所述脉冲发生器还包括:
[0018]连接所述稳压器的第一输出端的控制单元；
[0019]输入端连接所述稳压器的第二输出端以储存所述稳压器通过所述第二输出端输出的直流电信号、以及输出端连接所述控制单元的能量储存单元；
[0020]连接所述控制单元、通过所述控制单元获取所述第一输出端输出的直流电信号或所述能量储存单元输出的直流电信号并利用所述直流电信号得到具有脉冲参数的电脉冲并输出所述电脉冲给所述电极阵列的信号处理单元。
[0021]上述系统还可包括:
[0022]输出端连接所述脉冲发生器、感应所述患者的人体生理信号并输出相应的人体生理状态参数的传感器单元。
[0023]其中，所述传感器单元可包括:
[0024]至少一个设置在所述患者体外、感应所述患者的人体生理信号并将所述人体生理信号转换成人体生理状态参数的传感器；
[0025]连接所述传感器、并通过第二无线网络连接所述脉冲发生器，将所述人体生理状态参数发送给所述脉冲发生器以调整所述脉冲参数的第二无线收发器。
[0026]上述系统中，所述传感器可以是脑电图传感器、加速度计传感器或压力传感器；所述第二无线网络可以是射频网络或蓝牙网络；所述传感器单元可集成于所述脉冲发生器中。
[0027]本实用新型提供的植入式神经电刺激系统在现有基础上，还包括了设置在患者体外并利用近场电磁耦合技术向脉冲发生器供电的体外充电器，该体外充电器可直接驱动脉冲发生器工作，从而延长了系统的使用寿命，消除了患者由于电池使用寿命原因而再次手术的痛苦及患者的经济负担，具有很大的应用及推广价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型提供的植入式神经电刺激系统的逻辑框图；
[0029]图2是本实用新型实施例一提供的植入式神经电刺激系统的电路图；
[0030]图3是本实用新型实施例一中脉冲发生器的结构图；
[0031]图4是本实用新型实施例二提供的植入式神经电刺激系统的电路图；
[0032]图5是本实用新型实施例三提供的植入式神经电刺激系统的电路图；
[0033]图6是本实用新型实施例三中传感器单元的一种结构图；[0034]图7是本实用新型实施例三中传感器单元的另一种结构图；
[0035]图8是本实用新型实施例四提供的植入式神经电刺激系统的电路图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0037]针对现有的植入式神经电刺激系统存在的问题，本实用新型提出了一种植入式神经电刺激系统，如图1所示，该系统包括植入患者体内的相应靶点位置的电极阵列1、植入患者体内并与电极阵列I电连接的脉冲发生器2、以及设置在患者体外的体外充电器3。其中，脉冲发生器2可通过导线向电极阵列I发出电脉冲，从而对相应靶点进行电脉冲刺激治疗；体外充电器3通过与脉冲发生器2电磁耦合以实现对脉冲发生器2进行充电或供电。以下将结合实施例详细说明本实用新型的实现方式。
[0038]实施例一
[0039]本实用新型实施例一提出了一种植入式神经电刺激系统，如图2所示，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例一相关的部分。
[0040]本实用新型实施例一提供的植入式神经电刺激系统包括:植入患者体内的相应靶点位置的电极阵列I;植入患者体内、与电极阵列I电连接并向电极阵列I发出电脉冲的脉冲发生器2 ;以及为了解决脉冲发生器2的供电问题，设置在患者体外并利用电磁耦合向脉冲发生器2进行无线供电的体外充电器3。
[0041]详细而言，体外充电器3包括第一电感线圈L1、电池31、振荡器32。其中,振荡器32的输入端连接电池31的输出电极,振荡器32的第一输出端连接第一电感线圈LI的第一端，振荡器32的第二输出端连接第一电感线圈LI的第二端。振荡器32用于将电池31输出的直流电逆变成高频交流电后供给第一电感线圈LI，第一电感线圈LI通过电磁耦合向第二电感线圈输出该高频交流电。
[0042]进一步地，体外充电器3还可包括电阻R1，此时，振荡器32的一个输出端通过电阻Rl连接第一电感线圈LI。
[0043]本实用新型实施例一中，脉冲发生器2可植入到患者体内的锁骨下或胸部附近位置；电极阵列I包括至少一个分别通过导线连接脉冲发生器2的电极，电极可通过患者头骨中的锯齿孔植入到大脑组织中的相应靶点位置，且电极可由生物相容性好、稳定性高的材料构成，优选地，电极可以是钼电极或钼铱合金电极；连接脉冲发生器2和电极阵列I的导线可植入患者的皮肤下，且要求导线的生物相容性好并具有柔软光滑的特点，优选地，导线是硅橡胶包覆的金属导线。
[0044]本实用新型实施例一中，体外充电器3向脉冲发生器2供电是指，体外充电器3直接驱动脉冲发生器2工作，或在脉冲发生器2具有能量储存功能时向脉冲发生器2充电。当体外充电器3直接驱动脉冲发生器2工作时，体外充电器3可安装在患者头戴的帽子上或距离患者较近的器具上。
[0045]进一步地，如图3所示，脉冲发生器2的充电电路可包括通过电磁耦合感应第一电感线圈LI输出的高频交流电的第二电感线圈L2、电压增益及整流电路21，还可更进一步包括稳压器22 ;脉冲发生器2还可包括控制单元23和信号处理单元24。其中，电压增益及整流电路21的输入端连接第二电感线圈L2的两端，用于将第二电感线圈L2感应到的高频交流电进行放大及整流处理后输出直流电信号；稳压器22的输入端连接电压增益及整流电路21的输出端，用于对电压增益及整流电路21输出的直流电信号进行稳压处理以滤除尖峰噪音信号；控制单元23连接稳压器22的第一输出端；信号处理单元24连接控制单元23，用于通过控制单元23获取稳压器22的第一输出端输出的直流电信号并利用该直流电信号得到具有特定脉冲参数的电脉冲并输出给电极阵列的信号处理单元24，该脉冲参数是指电脉冲的脉冲幅度、脉冲宽度和/或脉冲刺激频率。
[0046]更进一步地，脉冲发生器2还可包括能量储存单元25，能量储存单元25连接稳压器22的第二输出端和控制单兀23,用于储存稳压器22通过第二输出端输出的直流电信号。此时，控制单兀23可选择切换能量储存单兀25输出的直流电信号或稳压器22的第一输出端输出的直流电信号作为向信号处理单元24输出的直流电信号。例如，可设置能量储存单元25输出的直流电信号作为优选输入源，在能量储存单元25电量充足的情况下，优选从能量储存单元25获取直流电信号，当能量储存单元25能量不足或故障的情况下，才切换到从稳压器22的第一输出端直接获取直流电信号。
[0047]本实用新型实施例一提供的植入式神经电刺激系统在现有基础上，还包括了设置在患者体外并利用近场电磁耦合技术向脉冲发生器2供电的体外充电器3，该体外充电器3可直接驱动脉冲发生器2工作，从而延长了系统的使用寿命，消除了患者由于电池使用寿命原因而再次手术的痛苦及患者的经济负担，具有很大的应用及推广价值。另外，还可在脉冲发生器2中设置充电电池或电容等能量储存单元25，体外充电器3可向能量储存单元25进行充电，在能量储存单元25能量充足的条件下，脉冲发生器2直接从能量储存单元25获取直流电信号工作，而在能量储存单元25能量不足的情况下，脉冲发生器2切换到由体外充电器3直接供电，从而进一步方便了患者的使用，可应用性进一步增强。
[0048]实施例二
[0049]本实用新型实施例二提出了一种植入式神经电刺激系统，如图4所示，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例二相关的部分。
[0050]与实施例一不同，为了实现对脉冲参数的调节，在实施例二中，植入式神经电刺激系统还可包括:设置在患者体外并通过第一无线网络连接脉冲发生器2、根据外部输入指令向脉冲发生器2发出脉冲参数和/或从脉冲发生器2读取当前的脉冲参数以备份的编程器4，其中，外部输入指令可以是患者或医生设置的指令。例如，脉冲发生器2中的信号处理单元24基于从编程器4接收到的脉冲参数生成相应的电脉冲并输出给电极阵列1，以实现对患者更有效的治疗。
[0051]本实用新型实施例二中，体外充电器3可集成于编程器4，也可独立于编程器4。
[0052]本实用新型实施例二中，第一无线网络可以是射频网络、蓝牙网络、WIFI网络等现有各种短距离通信网络或远距离通信网络。
[0053]本实用新型实施例二提出的植入式神经电刺激系统在实施例一的基础上，还实现了对脉冲参数的调节，医生可针对患者的治疗情况，通过编程器4设置脉冲参数，从而实现了对患者更有效的治疗，进一步提高了系统的可应用性。
[0054]实施例三[0055]本实用新型实施例三提出了一种植入式神经电刺激系统，如图5所示，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例三相关的部分。
[0056]在实际应用中，脉冲参数中各参数分量的组合以及靶点位置均会应影响对患者的治疗效果，具体来说，各参数分量的最佳组合以及靶点位置的最佳区域会获得最佳的治疗效果，而各参数分量的非最佳组合以及靶点位置的非最佳区域不但治疗效果差，且会导致系统消耗的能量过多。例如，若在治疗过程中，脉冲参数中的脉冲幅度太大或太小、脉冲宽度太宽或太窄、刺激频率太快或太慢等，均会导致治疗效果不充分，若靶点位置不准确而落在临近区域，甚至可能带来副作用。因此，有必要对治疗效果进行评价。
[0057]为此，与实施例一和实施例二不同，在实施例三中，植入式神经电刺激系统还可包括传感器单元5，传感器单元5连接脉冲发生器2、编程器4和/或外部监控计算机，用于感应患者的人体生理信号并输出相应的人体生理状态参数。此时，传感器单元5在患者进行治疗过程中输出的人体生理状态参数可作为评价系统对患者治疗效果的基础数据。其中，人体生理信号可包括并不限于是脑电波信号、心跳信号、血压信号等人体的生物电信号。
[0058]在一种情况下，可利用传感器单元5输出的人体生理状态参数，采用闭环控制方式实现对脉冲参数的自动调节。此时，如图6所示，传感器单元5可包括:至少一个传感器51，传感器51设置在患者体外，用于感应患者的人体生理信号并将人体生理信号转换成人体生理状态参数；第二无线收发器52，第二无线收发器52连接传感器51并通过第二无线网络连接脉冲发生器2，用于将人体生理状态参数发送给脉冲发生器2，之后，脉冲发生器2中的信号处理单元24利用控制算法，通过将人体生理状态参数与预存的正常值的比对分析，自动调整脉冲参数并输出相应的电脉冲。
[0059]在另一种情况下，参照传感器单元5输出的人体生理状态参数，采用开环控制方式实现对脉冲参数的调节。此时，如图7所示，传感器单元5可包括:至少一个传感器51，传感器51设置在患者体外，用于感应患者的人体生理信号并将人体生理信号转换成人体生理状态参数；第一无线收发器53，第一无线收发器53连接传感器51并通过第二无线网络连接编程器4和/或外部监控计算机，用于通过编程器4将人体生理状态参数发送给外部监控计算机和/或直接将人体生理状态参数发送给外部监控计算机，之后，医生或患者参考外部监控计算机显示的人体生理状态参数，调节编程器4输出的脉冲参数，以实现开环控制。
[0060]当然，在实际应用中，传感器单元5还可兼容上述两种情况，即是说，传感器单元5可同时包括第二无线收发器52和第一无线收发器53，其工作过程如上所述，在此不赘述。
[0061]本实用新型实施例三中，传感器51可以是脑电图传感器、加速度计传感器、压力传感器或其它具有生物电检测功能的传感器。
[0062]本实用新型实施例三中，根据需感应的生物电信号的不同，传感器单元5可集成于脉冲发生器2中，也可单独设置在患者体外。例如，若传感器51是脑电图传感器，则传感器单元5可集成在脉冲发生器2中，若传感器51是速度计传感器和/或压力传感器，则传感器单元5单独设置在患者体外。
[0063]本实用新型实施例三中，第二无线网络可以是射频网络、蓝牙网络、WIFI网络等现有各种短距离通信网络或远距离通信网络。
[0064]本实用新型实施例三提出的植入式神经电刺激系统在实施例一和实施例二的基础上，还增加了检测人体生理信号并输出人体生理状态参数的传感器单元5，该人体生理状态参数可作为评价系统治疗效果的基础数据。另外，系统还可进一步利用该人体生理状态参数，实现对脉冲参数的开环调节或闭环调节，进一步优化了系统性能，提高了系统的可应用性。
[0065]实施例四
[0066]本实用新型实施例四提出了一种植入式神经电刺激系统，如图8所示，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例四相关的部分。
[0067]与实施例一、实施例二和实施例三不同，在实施例四中，植入式神经电刺激系统还可包括手控器6，手控器6通过第三无线网络连接脉冲发生器2，用于根据患者或医生的输入指令控制脉冲发生器2的开启或关闭并监测脉冲发生器2当前的剩余电量并当剩余电量低于预设值时发出报警提示信号。其中的报警提示信号可以是语音信号、光信号、面板提示信息中一种或几种的组合。
[0068]本实用新型实施例四中，第三无线网络可以是射频网络、蓝牙网络、WIFI网络等现有各种短距离通信网络或远距离通信网络。
[0069]本实用新型实施例四提出的植入式神经电刺激系统在实施例一、实施例二和实施例三的基础上，还增加了可控制系统工作与否并监测脉冲发生器2当前剩余电量并当剩余电量并当剩余电量低于预设值时发出报警提示信息的手控器6，从而进一步优化了系统性能，方便了患者和医生的使用，提高了系统的可应用性。
[0070]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述系统包括: 植入患者体内的相应靶点位置的电极阵列； 设置在所述患者体外的体外充电器，所述体外充电器包括电池、连接所述电池并将所述电池输出的直流电逆变成高频交流电的振荡器、以及连接所述振荡器的输出端的第一电感线圈； 植入所述患者体内并与所述电极阵列电连接的脉冲发生器，所述脉冲发生器包括充电电路，所述充电电路包括通过电磁耦合感应所述第一电感线圈输出的所述高频交流电的第二电感线圈。
2.如权利要求1所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述充电电路还包括: 输入端连接所述第二电感线圈的两端、将所述第二电感线圈感应到的高频交流电进行放大及整流处理后输出直流电信号的电压增益及整流电路。
3.如权利要求2所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述充电电路还包括: 输入端连接所述电压增益及整流电路的输出端、对所述直流电信号进行稳压处理的稳压器； 所述脉冲发生器还包括: 连接所述稳压器的第一输出端的控制单元； 连接所述控制单元、通过所述控制单元获取所述第一输出端输出的直流电信号并利用所述直流电信号得到具有脉冲参数的电脉冲并输出所述电脉冲给所述电极阵列的信号处`理单元。
4.如权利要求2所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述充电电路还包括: 输入端连接所述电压增益及整流电路的输出端、对所述直流电信号进行稳压处理的稳压器； 所述脉冲发生器还包括: 连接所述稳压器的第一输出端的控制单元； 输入端连接所述稳压器的第二输出端以储存所述稳压器通过所述第二输出端输出的直流电信号、以及输出端连接所述控制单元的能量储存单元； 连接所述控制单元、通过所述控制单元获取所述第一输出端输出的直流电信号或所述能量储存单元输出的直流电信号并利用所述直流电信号得到具有脉冲参数的电脉冲并输出所述电脉冲给所述电极阵列的信号处理单元。
5.如权利要求1所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述系统还包括: 输出端连接所述脉冲发生器、感应所述患者的人体生理信号并输出相应的人体生理状态参数的传感器单元。
6.如权利要求5所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述传感器单元包括: 至少一个设置在所述患者体外、感应所述患者的人体生理信号并将所述人体生理信号转换成人体生理状态参数的传感器； 连接所述传感器、并通过第二无线网络连接所述脉冲发生器，将所述人体生理状态参数发送给所述脉冲发生器以调整所述脉冲参数的第二无线收发器。
7.如权利要求6所述的植入式神经电刺激系统，其特征在于，所述传感器是脑电图传感器、加速度计传感器或压力传感器；所述第二无线网络是射频网络或蓝牙网络；所述传感器单元集成 于所述脉冲发生器中。
【文档编号】A61N1/36GK203458691SQ201320499666
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】刘鹏, 庄少春, 崔招换, 陈文俊 申请人:先健科技(深圳)有限公司