一种植入式神经刺激系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于微型医疗器械领域，特别涉及一种医疗使用的植入式神经刺激系 统以及其工作方法。
【背景技术】
[0002] 植入式神经刺激系统种类很多，如植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入 式迷走神经刺激器等。由植入式神经刺激系统的刺激输出模块产生脉冲，通过植入电极释 放高频电刺激，刺激体内特定部位的神经，从而实现对特定疾病的治疗作用。
[0003] 由于植入式神经刺激系统使用时，其刺激电极直接植入人体组织内部。因此，该类 设备直接关系到植入者的安全，需要对其直接刺激的人体神经组织实现严格的电荷平衡。
[0004] 当前植入式神经刺激系统，其恒流的电流输出多通过将可变的电压经电压跟随器 作用在一定大小的电阻两端实现。该方案的设计使得高精度恒流输出的情况下电阻两端电 压变化范围较大，直接导致输出电压容限较小，使得系统的能效性较低，形成了能效性和精 度的相互制约。而另一些植入式神经刺激系统恒流的电流输出通过电流镜并联选通的方式 实现，当刺激电流较大时，该方式将使得电流镜的宽度很宽，占用极大的芯片面积，从而限 制了输出电流的幅值范围，高精度设计下的电流镜的匹配问题也会对精度形成制约。同时， 受制于精度特性，当前神经刺激系统的恒流电流输出为了实现严格的电荷平衡多通过被动 电荷平衡的方式实现，以满足植入式神经刺激系统的安全性。但被动电荷平衡的方式使得 系统中片外元件较多、被动电荷平衡时间较长，且被动电荷平衡过程波形幅值不可控，控制 也不够灵活。而具备主动电荷平衡功能的恒流植入式神经刺激系统，其电力使用方案又存 在能效低、恒流输出精度不够导致的电荷平衡安全性不足等问题。 【实用新型内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种能效高且电荷平衡安全性高的植入式神经刺激系统 及其工作方法。
[0006] -种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控 仪；其中，所述脉冲发生器包括：一中央控制器、一 D⑶C电源、一混合型高精度DAC、一电流 输出反馈、一 DCDC多路输出DAC、一 DCDC多路选择开关、一储能电容选择多路开关、一储能 电容阵列、一高电压选择电路、一用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接 的通道选择开关阵列、以及一收容上述元件的外壳；
[0007] 所述中央控制器分别与所述ECDC电源、混合型高精度DAC、电流输出反馈、D⑶C多 路输出DAC、DCDC多路选择开关、储能电容选择多路开关、以及通道选择开关阵列电连接， 并用于控制其工作；
[0008] 所述DCDC电源通过所述储能电容选择多路开关与所述储能电容阵列电连接，并 用于向所述储能电容阵列充电；
[0009] 所述储能电容阵列通过所述高电压选择电路与所述通道选择开关阵列电连接，并 通过该通道选择开关阵列向所述刺激电极的触点阵列提供电脉冲刺激；
[0010] 所述混合型高精度DAC包括：一低有效位发生器、一高有效位发生器、一阈值电压 Vt基准电路、一低电压参考、以及一低电压跟随器；所述混合型高精度DAC用于接收所述中 央控制器的数字量输入并输出对应的电流大小，并将该电流输出情况通过该电流输出反馈 实时告知该中央控制器；
[0011] 所述电流输出反馈与低电压跟随器输出MOS管电连接，用于接收来自所述混合型 高精度DAC的电流输出情况并实时告知该中央控制器；
[0012] 所述DCDC多路输出DAC与所述电流输出反馈电连接，并通过该DCDC多路选择开 关与所述DCDC电源电连接，该DCDC多路输出DAC用于设置所述DCDC电源的输出电压。
[0013] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述低有效位发生器包括：一低有效位多路 选择开关、一低有效位多路输出DAC、一低有效位发生MOS管；所述低有效位多路输出DAC 分别与所述低有效位多路选择开关、所述中央控制器以及所述阈值电压Vt基准电路电连 接，其用于接收所述中央控制器的数字信号并将其累加阈值电压Vt后转换为多路电压模 拟信号输出；所述低有效位多路选择开关分别与所述低有效位多路输出DAC、中央控制器 以及低有效位发生MOS管电连接，其用于设定该低有效位发生器的输出电流；所述低有效 位发生MOS管的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地。
[0014] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述高有效位发生器包括：一高有效位单路 输出DAC、一高有效位多路选通开关、一高有效位发生MOS管阵列；所述高有效位单路输出 DAC分别与所述阈值电压Vt基准电路以及高有效位多路选通开关电连接，其用于对应一个 固定输出值并将其累加阈值电压Vt后转换为单路电压模拟信号输出；所述高有效位多路 选通开关与所述中央控制器以及高有效位单路输出DAC电连接，其用于设定该高有效位发 生器的输出电流；所述高有效位发生MOS管阵列的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极 和体端接地。
[0015] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述阈值电压Vt基准电路用于通过片内电 阻结合MOS管组成的电路获得并实时输出当前工艺下特定类型MOS管的阈值电压Vt。
[0016] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述低电压参考与所述低电压跟随器连接， 其用于向所述低电压跟随器提供一参考电压。
[0017] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，其特征在于，所述低电压跟随器包括一低电 压跟随器输出MOS管和一与所述低电压跟随器输出MOS管连接的运算放大器；该低电压跟 随器输出MOS管的漏极与所述通道选择开关阵列电连接，源极与所述低有效位发生MOS管 以及高有效位发生MOS管阵列的漏极电连接；所述运算放大器与所述低电压参考连接；所 述低电压跟随器用于设定该低有效位发生器和该高有效位发生器的输出电压。
[0018] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述储能电容阵列接地。
[0019] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述外壳为一生物相容的金属外壳，在电刺 激时作为一个电极触点使用；所述通道选择开关阵列与所述外壳电连接，并具备将所述刺 激电极的触点阵列和所述脉冲发生器的外壳接地的功能。
[0020] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，进一步，定义连接所述Drac电源与所述通 道选择开关阵列的导线为一第一导线，定义连接所述低电压跟随器与所述通道选择开关阵 列的导线为一第二导线，在该第一导线和第二导线之间设置一放电开关，所述放电开关用 于对所述触点阵列和所述外壳短接放电。
[0021] 如上所述植入式神经刺激系统，其中，进一步包括一用于连接该刺激电极和该脉 冲发生器的延长导线。
[0022] 与现有技术相比较，本实用新型的恒流植入式神经刺激系统，可以提供多通道植 入式神经刺激系统的脉冲恒流输出、具有主动电荷平衡功能。从恒流输出植入式神经刺激 系统的能效性、高精度、安全性、小体积的需求出发，本系统具备以下功能特性和优点：第 一，所述系统的脉冲恒流输出具备的高输出电压容限特性提供了高能效性