本申请要求于2016年11月16日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0152419号韩国专利申请和于2017年8月7日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0099744号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用包含于此。
以下描述涉及一种刺激器以及一种控制刺激器的方法。
背景技术：
刺激器将电刺激施加到身体部位，例如，大脑、心脏或肌肉。基于身体部位对电刺激的反应，可执行治疗、康复或者美容。在示例中，刺激器将具有适当强度的电刺激施加到瘫痪肌肉，以恢复瘫痪肌肉的功能。刺激器基于工作电压将预设波形的电流施加到身体部位。特性(例如，阻抗)可根据身体部位而变化。当不管每个身体部位的特性而确定刺激器的工作电压时，刺激器的功率效率降低。
技术实现要素：
提供本发明内容来以简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意在标识要求保护的主题的关键特征和必要特征，本发明内容也不意在作为帮助确定要求保护的主题的范围而被使用。
在一个总体方面，提供一种控制刺激器的方法，所述方法包括：基于响应于第一刺激信号的目标的生物反馈来确定用于目标的刺激信号的波形；基于通过将具有确定的波形的刺激信号施加到目标而测量的电压波形来计算目标的生物阻抗；基于确定的波形和计算的生物阻抗来确定刺激器的工作电压；基于确定的波形和确定的工作电压来控制刺激器刺激目标。
确定波形的步骤可包括通过调节第一刺激信号的刺激强度和刺激持续时间来确定波形。
确定波形的步骤可包括：基于对具有最大刺激持续时间和逐渐增加的刺激强度的刺激信号的第一生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激强度；基于对具有最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号的第二生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激持续时间；基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间来确定波形。
确定最佳刺激强度的步骤可包括：感测对基于最大刺激持续时间和逐渐增加的刺激强度的刺激信号的初始生物反馈；确定对应于感测的初始生物反馈的刺激强度作为基强度电流；将最佳刺激强度确定为基强度电流的两倍。
确定最佳刺激持续时间的步骤可包括：感测对基于最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号的初始生物反馈；确定对应于感测的初始生物反馈的刺激持续时间作为时值时间；将最佳刺激持续时间确定为时值时间。
生物阻抗可包括目标的电阻和电容。
计算生物阻抗的步骤可包括：从电压波形检测第一点的电压和第二点的电压；基于第一点的电压和第二点的电压来计算目标的电阻和电容。
计算生物阻抗的步骤可包括：基于响应于通过具有确定的波形的刺激信号注入电荷而测量的第一电压来计算目标的电阻；基于响应于通过具有确定的波形的刺激信号提取电荷而测量的第二电压来计算目标的电容。
可使用等式
可使用等式
确定工作电压的步骤可包括：基于确定的波形和生物阻抗来计算刺激器的恒流输出电压；将工作电压确定为大于恒流输出电压。
可使用等式vc＝2×(istim×re+istim×tstim/ce+vov)来计算恒流输出电压，其中，vc表示恒流输出电压，istim表示基于确定的波形的刺激强度，tstim表示基于确定的波形的刺激持续时间，re表示目标的电阻，ce表示目标的电容，vov表示容限电压。
所述方法还可包括通过电极将刺激信号和第一刺激信号施加到目标。
在另一总体方面，提供一种刺激器，包括：控制器，被配置为基于响应于第一刺激信号的目标的生物反馈来确定用于目标的刺激信号的波形；基于通过将具有确定的波形的刺激信号施加到目标而测量的电压波形来计算目标的生物阻抗；基于确定的波形和计算的生物阻抗来确定刺激器的工作电压。
控制器还可被配置为通过调节第一刺激信号的刺激强度和刺激持续时间来确定波形。
控制器还可被配置为：基于对具有最大刺激持续时间和逐渐增加的刺激强度的刺激信号的第一生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激强度；基于对具有最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号的第二生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激持续时间；基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间来确定波形。
控制器还可被配置为：从电压波形检测第一点的电压和第二点的电压；基于第一点的电压和第二点的电压来确定生物阻抗。
生物阻抗可包括目标的电阻和电容，其中，控制器还可被配置为：基于响应于通过具有确定的波形的刺激信号注入电荷而测量的第一电压来计算电阻；基于响应于通过具有确定的波形的刺激信号提取电荷而测量的第二电压来计算电容。
刺激器还可包括：反馈检测器，被配置为检测在目标的测量点的生物反馈。
刺激器还可包括：数模转换器(dac)，被配置为将第一刺激信号和具有确定的波形的刺激信号中的任何一个或任何组合施加到目标；电源，被配置为将工作电压供应给dac。
刺激器还可包括：电压测量器，被配置为测量响应于具有确定的波形的刺激信号被施加到目标而产生的电压。
目标可响应于第一刺激信号产生尖峰信号，反馈检测器还可被配置为检测尖峰信号。
在另一总体方面，提供一种刺激器，可包括：反馈检测器，被配置为检测响应于检测刺激信号的目标的生物反馈；控制器，被配置为基于检测的生物反馈来确定最佳刺激信号的波形；电压测量器，被配置为测量响应于最佳刺激信号被施加到目标而产生的电压；电源，被配置为基于测量的电压来提供刺激器的工作电压。
控制器还可被配置为通过调节检测刺激信号的刺激强度和刺激持续时间来确定最佳刺激信号的波形。
控制器还可被配置为：基于测量的电压的波形来计算目标的生物阻抗；基于生物阻抗和最佳刺激信号的波形来确定工作电压。
控制器还可被配置为：基于对具有最大刺激持续时间和逐渐增加的刺激强度的刺激信号的第一生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激强度；基于对具有最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号的第二生物反馈，来确定用于使刺激器的功耗最小化的最佳刺激持续持续时间；基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间来确定最佳刺激信号的波形。
控制器还可被配置为：从测量的电压的波形检测第一点的电压和第二点的电压；基于第一点的电压和第二点的电压来确定目标的生物阻抗。
刺激器还可包括数模转换器(dac)，被控制器控制为：将用于对目标的电荷注入的刺激信号和用于对目标的电荷提取的刺激信号中的任何一个或任何组合施加到目标，并且将最佳刺激信号施加到目标。
通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是清楚的。
附图说明
图1示出刺激器以及将被刺激的目标的示例。
图2示出数模转换器(dac)和驱动器的示例。
图3示出刺激信号的波形的示例。
图4示出基于刺激信号的电压波形的示例。
图5示出基于刺激持续时间和刺激强度的反馈部分的示例。
图6示出确定最佳刺激强度和最佳刺激持续时间的处理的示例。
图7示出计算生物阻抗的处理的示例。
图8示出刺激信号和工作电压的改变的示例。
图9示出刺激器的示例。
图10是示出控制刺激器的方法的示例的示图。
贯穿附图和具体实施方式，除非另有描述或提供，否则相同的附图参考标号将被理解为指代相同的元件、特征和结构。附图可能不是按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，附图中元件的相对尺寸、比例和描述可能被夸大。
具体实施方式
提供下面详细的描述，以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物在获得对本申请的公开的彻底理解之后将是清楚的。例如，这里描述的操作的顺序仅仅是示例，并不限于这里阐述的顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可在理解本申请的公开之后清楚地那样改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略本领域已知的特征的描述。
这里描述的特征可以以不同形式实现，并且不应被解释为限于这里描述的示例。相反，已提供这里描述的示例，仅用于示出实现这里描述的方法、设备和/或系统的多种可能方式中的一些方式，这在理解本申请的公开之后将是清楚的。
下面的结构或功能是示例性的，仅用于描述技术构思，并且示例的范围不限于本说明书中提供的描述。可对示例进行各种改变和修改，并且示例不被解释为限于本公开。
虽然“第一”或“第二”的术语用于说明各种组件，但是这些组件不限于这些术语。这些术语应仅用于将一个组件与另一个组件区分开来。例如，在根据本公开的构思的权利的范围内，“第一”组件可称为“第二”组件，或者类似地，“第二”组件可称为“第一”组件。
如这里所使用，除非上下文明确另有指示，否则单数形式也意在包括复数形式。
图1示出刺激器110以及将被刺激的目标120的示例。参考图1，刺激器110将刺激信号i施加到目标120。
刺激信号i由例如电流的波形表示。目标120包括例如各种身体部位(诸如大脑、心脏或肌肉)。在另一示例中，目标120对应于细胞、组织或器官。例如，目标120是脑细胞、脑组织或大脑本身中的一个。将刺激信号i施加到目标120包括将刺激信号i施加到目标120周围的部分以将刺激信号i施加到目标120。例如，刺激器110将刺激信号i施加到心脏周围的部分以将刺激信号i施加到心脏。
出于治疗、康复以及美容的目的，刺激器110刺激目标120。例如，刺激器110用作医疗装置(例如，深部脑刺激器、起搏器、电肌肉刺激器、物理治疗装置或电针)。电肌肉刺激器和电针用于健康目的(诸如，例如，肌肉的放松、医疗目的、肌肉的生长、肌肉的形状的矫正)。在示例中，包含刺激器110的医疗装置被附连到身体或被插入到身体中，并将电刺激施加到身体。在另一示例中，刺激器110用于美容目的(诸如，例如，皮肤护理或疤痕修复、肌肉的生长、肌肉的形状的矫正或脂肪分解)。
刺激器110基于刺激器110的工作电压将刺激信号i施加到目标120。当刺激器110以高于期望电压的工作电压工作时，功率损耗发生。例如，基于目标120的类型来确定目标120的特性(例如，阻抗)。当不管目标120的特性而确定刺激器110的工作电压时，功率效率降低。例如，与第一身体部位相比，第二身体部位基于身体部位的特性来响应弱刺激信号，当同一工作电压施加到这两个身体部位时，刺激器110可消耗比期望的功率高的功率。在这个示例中，当刺激信号被施加到第二身体部位时，与当刺激信号被施加到第一身体部位相比，工作电压可被降低。因此，刺激器110可以以更高的效率进行操作。在示例中，刺激器110根据情况搜索最佳工作电压，并且在最佳工作电压以高效率进行操作。
刺激器110包括控制器115。控制器115包括如下所述的硬件模块和/或处理器。刺激器110还可包括位于控制器115的内部或外部的存储器。存储器可存储由控制器115执行的指令以及用于控制刺激器110的数据。在示例中，控制器115执行存储在存储器中的指令，并且执行下述操作。
在示例中，刺激信号i包括检测刺激信号i1和最佳刺激信号i2。例如，检测刺激信号i1是施加到目标120的用于检测最佳刺激强度和最佳刺激持续时间的信号。例如，最佳刺激信号i2是施加到目标120的具有最佳刺激强度和最佳刺激持续时间的信号。最佳刺激信号i2的最佳刺激强度和最佳刺激持续时间基于检测刺激信号i1。刺激器110基于最佳刺激信号i2进行操作，从而提高功率效率。
刺激器110在将检测刺激信号i1施加到目标120的同时确定最佳刺激信号i2的波形。在示例中，最佳刺激信号i2的波形由刺激强度和刺激持续时间确定。刺激强度表示刺激信号的幅度，刺激持续时间表示刺激信号的持续时间。刺激器110在调节检测刺激信号i1的刺激强度和刺激持续时间的同时，检测目标120的生物反馈。刺激器110基于检测的生物反馈来确定最佳刺激信号i2的波形。基于检测的生物反馈来确定用于使刺激器110的功耗最小化的最佳刺激强度和最佳刺激持续时间。
通过可位于刺激器110的内部或外部的反馈检测器来检测生物反馈。例如，目标120响应刺激信号并产生尖峰信号，并且反馈检测器基于产生的尖峰信号来检测生物反馈。控制器115基于反馈检测器的输出信号来确定是否产生了生物反馈。
控制器115通过基于模式改变检测刺激信号i1的刺激强度和刺激持续时间来检测最佳刺激强度和最佳刺激持续时间。在示例中，控制器115将检测刺激信号i1改变为具有最大刺激持续时间和逐渐增加的刺激强度，并基于响应于检测刺激信号i1的初始生物反馈来确定最佳刺激强度。在另一示例中，控制器115将检测刺激信号i1改变为具有最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间，并基于响应于检测刺激信号i1的初始生物反馈来确定最佳刺激持续时间。
当确定了最佳刺激信号i2的波形时，控制器115基于确定的波形来控制刺激器110的工作电压。控制器115控制刺激器110的工作电压以使功率损耗最小化。下面进一步描述控制工作电压的示例。
在示例中，在将具有确定的波形的最佳刺激信号i2施加到目标120的同时，控制器115确定刺激器110的最小工作电压。当将最佳刺激信号i2施加到目标120时，最小工作电压是用于产生生物反馈的最低工作电压。
例如，控制器115在将最佳刺激信号i2施加到目标120的同时控制刺激器110的工作电压逐渐降低，并确定是否检测到生物反馈。当随着工作电压的降低而未检测到生物反馈时，控制器115将未检测到生物反馈的状态下的工作电压设置为参考电压。控制器115将最小工作电压设置为高于参考电压。例如，控制器115将最小工作电压设置为比参考电压高了容限电压。响应于刺激器110以最小工作电压操作，功率损耗可被最小化，因此功率效率可提高。
在另一示例中，控制器115计算刺激器110的恒流输出电压，并且将工作电压确定为高于恒流输出电压。恒流输出电压是用于正常操作刺激器110的电压。控制器115通过将工作电压维持在接近恒流输出电压的范围内来提高刺激器110的功率效率。刺激器110的恒流输出电压由最佳刺激信号i2的波形和生物阻抗125来确定。因为生物阻抗125和最佳刺激信号i2的波形二者用于确定恒流输出电压，所以与最小工作电压相比较，恒流输出电压被准确地计算。
通过对目标120的负载特性进行建模获得生物阻抗125，并且生物阻抗125包括目标120的电阻和电容。控制器115基于通过将最佳刺激信号i2施加到目标120而测量的电压v的波形来计算生物阻抗125。例如，控制器115检测电压v的波形中的两个不同点的电压，并且基于检测的电压来计算目标120的电阻和电容。
控制器115确定最佳刺激信号i2的波形和生物阻抗125，基于确定的波形和确定的生物阻抗125来确定刺激器110的恒流输出电压，并基于恒流输出电压来确定刺激器110的工作电压。控制器115控制刺激器110以确定的工作电压将最佳刺激信号i2施加到目标120。因此，刺激器110的功率损耗可被最小化。
图2示出数模转换器(dac)210和驱动器220的示例。参考图2，dac210包括上拉dac211、下拉dac213和开关电路215。基于由刺激器的控制器发送的控制信号，开关电路215将上拉dac211和下拉dac213交替地连接到待刺激的目标230。当上拉dac211连接到目标230时，用于电荷注入的刺激信号iu被施加到目标230。当下拉dac213连接到目标230时，用于电荷提取的刺激信号id被施加到目标230。刺激信号iu和id以相反方向流动，并对应于图1的刺激信号i。驱动器220接收供应的工作电压vdd，并将作为工作电压vdd的一半的电压vdd/2供应给目标230。基于由驱动器220供应的电压vdd/2，刺激信号iu和id被供应给包括电阻re和电容ce的目标230。
图3示出刺激信号的波形的示例。刺激信号具有如图3中示出的方波。图3中示出的示例仅仅是刺激信号的波形的非详尽的示出，并且刺激信号的波形的其他形状(例如，正弦波或三角波)被认为在本公开的范围内。刺激强度istim表示刺激信号的幅度，刺激持续时间tstim表示刺激信号的持续时间。刺激信号包括通过图2的上拉dac211和下拉dac213形成的正脉冲和负脉冲。正脉冲和负脉冲之间的间隔被预先设置并调节。刺激器的控制器基于通过调节刺激信号的刺激强度istim和刺激持续时间tstim而检测到的生物反馈来确定最佳刺激强度和最佳刺激持续时间，并基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间来确定用于待刺激的目标的刺激信号的波形。在示例中，刺激信号和用于目标的刺激信号分别对应于上面参考图1描述的检测刺激信号i1和最佳刺激信号i2。
图4示出基于刺激信号的电压波形410的示例。刺激器的控制器通过将基于刺激强度istim和刺激持续时间tstim的刺激信号施加到待刺激的目标来获取电压波形410。参考图4，当vdd/2的值被确定为大于通过将“istim×re”的值、“istim×tstim/ce”的值以及vov的值相加获得的总和时，刺激器可正常操作。在这个示例中，re表示目标的电阻，ce表示目标的电容，vov表示容限电压。因此，刺激器的恒流输出电压vc由下面所示的等式1表示。
[等式1]
vc＝2×(istim×re+istim×tstim/ce+vov)
控制器将刺激器的工作电压vdd确定为高于但基本接近恒流输出电压vc。
图5示出基于刺激持续时间和刺激强度的反馈部分的示例。参考图5，曲线510代表神经响应特性，当在无限的持续时间内以小于阈值强度的刺激强度来刺激神经元或者在小于阈值持续时间的持续时间内以无限的刺激强度来刺激神经元时，神经元不响应。
参考图5，区域①表示将具有小于阈值强度的刺激强度以及小于阈值持续时间的刺激持续时间的刺激信号施加到神经元的示例。区域②表示将具有大于或等于阈值强度的刺激强度以及小于阈值持续时间的刺激持续时间的刺激信号施加到神经元的示例。区域③表示将具有小于阈值强度的刺激强度以及大于或等于阈值持续时间的刺激持续时间的刺激信号施加到神经元的示例。区域④表示将具有大于或等于阈值强度的刺激强度以及大于或等于阈值持续时间的刺激持续时间的刺激信号施加到神经元的示例。神经元响应区域④的刺激信号。在图5的曲线图中，对应于区域④的右上部分表示神经元响应刺激信号，其他部分表示神经元不响应。
当基于曲线510，对应于无限的刺激持续时间的刺激强度被定义为irh，神经元以2irh的刺激强度响应的刺激持续时间被定义为tch时，刺激信号和神经元的刺激强度之间的关系由下面所示的等式2表示。
[等式2]
i(t)＝irh(1+t/tch)
irh表示基强度电流，tch表示时值时间。基于等式2，刺激信号的电荷的量qstim由下面所示的等式3表示。
[等式3]
qstim(t)＝irh(1+t/tch)t
基于等式3，用于刺激神经元的能量由“istim×qstim(t)”表示，并在时值时间tch和2irh具有最小值。因此，在能量最小化的点515，确定最佳刺激强度和最佳持续时间。参考图6描述确定最佳刺激强度和最佳持续时间的处理的示例。
图6示出确定最佳刺激强度和最佳持续时间的处理的示例。在图6中，曲线610代表神经响应特性。
刺激器的控制器基于与基于最大刺激持续时间tmax和逐渐增加的刺激强度的刺激信号对应的的生物反馈来确定最佳刺激强度。例如，控制器感测响应于基于最大刺激持续时间tmax和逐渐增加的刺激强度的刺激信号的初始生物反馈，并且将对应于感测到的初始生物反馈的刺激强度确定为基强度电流irh。在这个示例中，刺激强度沿由箭头620指示的方向逐渐增加，初始生物反馈在点625被感测到。控制器将最佳刺激强度确定为基强度电流irh的两倍。在示例中，最大刺激持续时间tmax基于待刺激的目标的类型和目标的单位被预先设置，并被设置为例如100微秒(μs)至2毫秒(ms)的持续时间。
在示例中，控制器基于与基于最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号对应的生物反馈来确定最佳刺激持续时间。例如，控制器感测响应于基于对应于2irh的最佳刺激强度和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号的初始生物反馈，并且将对应于感测到的初始生物反馈的刺激持续时间确定为时值时间tch。在示例中，刺激持续时间沿由箭头630指示的方向逐渐增加，并且初始生物反馈在点635被感测到。控制器将最佳刺激持续时间确定为时值时间tch。在示例中，控制器基于确定的最佳刺激强度和确定的最佳刺激持续时间来确定目标的最佳刺激信号的波形。当将最佳刺激信号施加到目标时，与当将另一刺激信号施加到目标时相比，可提高功率效率。
图7示出计算生物阻抗的处理的示例。图7示出通过将基于刺激强度istim和刺激持续时间tstim的刺激信号施加到待刺激的目标而测量的电压波形710。
在示例中，刺激器的控制器检测电压波形710中的第一点的电压和第二点的电压，并且基于检测的电压来计算目标的电阻和电容。例如，控制器检测电压波形710中的点a的电压v1以及点b的电压v2，并且基于电压v1和v2来计算目标的电阻和电容。在通过刺激信号注入电荷之后，控制器基于在点a测量的电压v1来计算电阻。在图7中，电压v1具有vdd/2与c之和，c具有通过istim乘以re获得的值。电压v1由下面所示的等式4表示。
[等式4]
v1＝vdd/2+istim×re
等式4中的电阻re1由下面所示的等式5表示。
[等式5]
在示例中，在通过刺激信号提取电荷之后，控制器基于在点b测量的电压v2来计算电容。在图7中，电压v2具有通过从电压v1与d之和减去2c获得的值，d具有通过“istim×tstim/ce”获得的值。因此，电压v2由下面所示的等式6表示，并且等式7基于等式5和等式6被获得。
[等式6]
v2＝v1+d-2×(istim×re)
[等式7]
v2＝vdd/2+istim×tstim/ce-istim×re
等式7中的电容ce由下面所示的等式8表示。
[等式8]
控制器使用最佳刺激强度和最佳刺激持续时间作为刺激强度istim和刺激持续时间tstim以获得电阻re和电容ce。因此，控制器从电压波形710获得生物阻抗。
在图7中，刺激信号具有方波，然而不限于此。如上所述，图7的刺激信号仅仅是刺激信号的波形的非详尽的示出，并且刺激信号的波形的其他形状(例如，正弦波或三角波)被认为在本公开的范围内。在正弦波或三角波的示例中，控制器与方波的示例类似地获得目标的生物阻抗。在示例中，当刺激信号具有正弦波时，控制器将刺激信号施加到目标，并测量类似于正弦波的电压波形。控制器检测在测量的电压波形的两个点的电压，并基于检测的电压来计算目标的生物阻抗。在另一示例中，当刺激信号具有三角波时，控制器将刺激信号施加到目标，并测量类似于三角波的电压波形。控制器检测在测量的电压波形的两个点的电压，并基于检测的电压来计算目标的生物阻抗。类似地，控制器针对不同波形获得目标的生物阻抗。
控制器通过将刺激强度istim、刺激持续时间tstim、电阻re、电容ce和容限电压vov代入等式1来获得刺激器的恒流输出电压vc。控制器将确定为基强度电流的两倍的最佳刺激强度代替为刺激强度istim，并将时值时间代替为刺激持续时间tstim。当确定恒流输出电压vc时，控制器将刺激器的工作电压vdd确定为高于但接近恒流输出电压vc。
图8示出刺激信号和工作电压的改变的示例。图8示出电压波形810、最佳电压波形820以及工作电压830和840。
基于最佳刺激信号获得最佳电压波形820。与最佳电压波形820不同，电压波形810在具有大于最佳刺激信号的刺激强度的刺激强度的刺激信号被施加到待刺激的目标时被测量。如上所述，因为神经元响应基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间的刺激信号，所以目标响应电压波形810和最佳电压波形820二者。然而，最佳电压波形820所消耗的功率量小于电压波形810所消耗的功率量。因此，可基于最佳刺激强度和最佳刺激持续时间来减少刺激器中消耗的功率量。
此外，刺激器的控制器基于恒流输出电压来控制工作电压830和840。因为工作电压830和840二者都大于恒流输出电压，所以刺激器以工作电压830和840二者正常操作。因此，控制器使用小于工作电压830的工作电压840来减少刺激器中消耗的功率量。控制器将最佳刺激强度和最佳刺激持续时间应用到刺激信号，并基于恒流输出电压来确定工作电压，以使刺激器中消耗的功率量最小化。
图9示出刺激器900的示例。参考图9，刺激器900包括控制器910、反馈检测器920、电压测量器930、dac940、电源950和驱动器960。
为了便于描述，在下面的描述中，最佳刺激强度和最佳刺激持续时间分别由istim_opt和tstim_opt表示。除了最佳刺激强度之外的刺激强度和除了最佳刺激持续时间之外的刺激持续时间分别由istim和tstim表示。此外，具有刺激强度istim和刺激持续时间tstim的检测刺激信号由i1表示，具有最佳刺激强度istim_opt和最佳刺激持续时间tstim_opt的最佳刺激信号由i2表示。此外，最佳工作电压由vdd_opt表示，除了最佳工作电压之外的工作电压由vdd表示。
控制器910将基于刺激强度istim和刺激持续时间tstim的输出信号发送到dac940。响应于接收到输出信号，dac940将检测刺激信号i1施加到待刺激的目标970。dac940通过与目标970相接触的电极，将检测刺激信号i1施加到目标970。如上所述，dac940包括下拉dac和上拉dac，并通过上拉dac和下拉dac将沿相反方向流动的刺激信号施加到目标970。电源950将工作电压vdd供应给dac940和驱动器960。驱动器960将作为工作电压vdd的一半的电压vdd/2提供给目标970。
反馈检测器920检测在目标970的测量点的生物反馈，并将检测到的生物反馈传递到控制器910。在示例中，测量点远离施加刺激信号的位置。例如，目标970响应刺激信号并产生尖峰信号。反馈检测器920基于产生的尖峰信号来检测生物反馈。控制器910基于反馈检测器920的输出信号来确定是否产生了生物反馈。尽管如图9中所示，反馈检测器920包括刺激器，但是在其他示例中，反馈检测器920与刺激器分离或位于刺激器外部。
控制器910通过调节刺激强度istim和刺激持续时间tstim来改变施加到目标970的检测刺激信号i1，并基于通过改变检测刺激信号i1检测的生物反馈来确定最佳刺激强度istim_opt和最佳刺激持续时间tstim_opt。如上所述，控制器910基于与基于最大刺激持续时间tmax和逐渐增加的刺激强度的刺激信号对应的生物反馈来确定最佳刺激强度istim_opt，并基于与基于最佳刺激强度istim_opt和逐渐增加的刺激持续时间的刺激信号对应的生物反馈来确定最佳刺激持续时间tstim_opt。
当确定了最佳刺激强度istim_opt和最佳刺激持续时间tstim_opt时，控制器910将基于最佳刺激强度istim_opt和最佳刺激持续时间tstim_opt的输出信号发送到dac940。dac940基于输出信号将最佳刺激信号i2施加到目标970。电压测量器930测量响应于施加到目标970的最佳刺激信号i2而产生的电压，并将测量的电压传递到控制器910。控制器910基于由电压测量器930测量的电压的波形来计算包括电阻re和电容ce的目标970的生物阻抗。如上所述，控制器910检测在电压的波形的两个点的电压，并基于检测的电压来计算目标970的生物阻抗。
当计算出生物阻抗时，控制器910基于最佳刺激强度istim_opt、最佳刺激持续时间tstim_opt和生物阻抗来确定刺激器的恒流输出电压，并且基于恒流输出电压来确定最佳工作电压vdd_opt。控制器910将与最佳工作电压vdd_opt相关联的输出信号发送到电源950。电源950基于输出信号将最佳工作电压vdd_opt供应给dac940和驱动器960。因此，刺激器以最佳工作电压vdd_opt进行操作。
图10示出控制刺激器的方法的示例。虽然可以以所示的顺序和方式执行图10中的操作，但是在不脱离所描述的说明性示例的精神和范围的情况下，可改变一些操作的顺序或省略一些操作。可并行或同时地执行图10中所示的许多操作。可通过执行特定功能的基于专用硬件的计算机或专用硬件和计算机指令的组合来实现图10的一个或多个块以及块的组合。除了下面图10的描述之外，图1至图9的描述也适用于图10，并且通过引用包含于此。因此，这里可不重复上面的描述。
在操作1010中，刺激器的控制器基于响应于刺激信号的待刺激的目标的生物反馈来确定用于目标的刺激信号的波形。在操作1020中，控制器基于通过将具有确定的波形的刺激信号施加到目标而测量的电压波形来计算目标的生物阻抗。在操作1030中，控制器基于确定的波形和生物阻抗来确定刺激器的工作电压。在操作1040中，控制器基于确定的波形和工作电压来控制刺激器。
通过硬件组件来实现执行这里针对图10描述的操作的图1、图2和图9中示出的刺激器110、控制器115、刺激器900、控制器910、反馈检测器920、电压测量器930以及其他设备、单元、模块、装置和其他组件。可用于执行本申请中描述的操作的硬件组件的示例在适当情况下包括：控制器、传感器、生成器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器以及被配置为执行本申请中描述的操作的任何其他电子组件。在其他示例中，通过计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现执行本申请中描述的操作的一个或多个硬件组件。可通过一个或多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或者被配置为以限定的方式响应并执行指令以实现期望的结果的任何其他装置或装置的组合)来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括或者连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。通过处理器或计算机实现的硬件组件可执行指令或软件(诸如，操作系统(os)以及在os上运行的一个或多个软件应用)，以执行本申请中描述的操作。硬件组件还可响应于指令或软件的执行来访问、操控、处理、创建和存储数据。为了简明起见，单数术语“处理器”或“计算机”可用于本申请中描述的示例的描述，但是在其他示例中，多个处理器或计算机可被使用，或者处理器或计算机可包括多个处理元件或多种类型的处理元件或者两者。例如，可通过单个处理器，或者两个或更多个处理器，或者处理器和控制器来实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。可通过一个或多个处理器，或者处理器和控制器来实现一个或多个硬件组件，并可通过一个或多个其他处理器，或者另一处理器和另一控制器来实现一个或多个其他硬件组件。一个或多个处理器或者处理器和控制器可实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有任意一个或多个不同的处理配置，其中，不同的处理配置的示例包括：单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(sisd)多处理、单指令多数据(simd)多处理、多指令单数据(misd)多处理和多指令多数据(mimd)多处理。
通过计算硬件(例如，通过被实现为如上面描述地执行指令或软件以执行本申请中描述的由方法执行的操作的一个或多个处理器或者计算机)来执行图10所示的执行本申请中描述的操作的方法。例如，可通过单个处理器或者两个或更多个处理器或者处理器和控制器来执行单个操作或者两个或更多个操作。可通过一个或多个处理器或者处理器和控制器来执行一个或多个操作，并可通过一个或多个其他处理器或者另一处理器和另一控制器来执行一个或多个其他操作。一个或多个处理器或者处理器和控制器可执行单个操作或者两个或更多个操作。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并且执行如上所述的方法的指令或软件被编写为计算机程序、代码段、指令或它们的任意组合，以单独地或共同地指示或者配置处理器或计算机作为用于执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法的机器或专用计算机进行操作。在一个示例中，指令或软件包括小应用程序、动态链接库(dll)、中间件、固件、装置驱动程序和存储防止冲突的方法的应用程序中的至少一个。在一个示例中，指令或软件包括由处理器或者计算机直接执行的机器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括由处理器或计算机使用解释器执行的高级代码。本领域普通技术编程人员能够基于附图中所示的框图和流程图以及说明书中的相应描述容易地编写指令或软件，其中，说明书的相应描述公开了用于执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法的算法。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并且执行如上所述的方法的指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中，或者被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(rom)、随机存取可编程只读存储器(prom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、随机存取存储器(ram)、动态随机存储存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、闪存、非易失性存储器、cd-rom、cd-r、cd+r、cd-rw、cd+rw、dvd-rom、dvd-r、dvd+r、dvd-rw、dvd+rw、dvd-ram、bd-rom、bd-r、bd-rlth、bd-re、蓝光或光盘存储、硬盘驱动器(hdd)、固态驱动器(ssd)、诸如微型多媒体卡或卡(例如，安全数字(sd)或极速卡(xd))的卡型存储器、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，其中，所述任何其他装置被配置为：以非暂时性方式存储指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构，并将指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或者计算机，使得处理器或者计算机能够执行指令。
虽然本公开包括特定的示例，但是在全面理解本申请的公开之后将清楚，在不脱离权利要求和它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节的各种改变。在此描述的示例仅在描述性意义上被考虑，而不是为了限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或由其他组件或它们的等同物替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可实现适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。