自适应控制模块及植入式神经刺激系统、控制方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种自适应控制模块及植入式神经刺激系统、控制方法，控制模块与刺激部相互配合，控制模块包括刺激单元、中和单元及控制单元，刺激单元用于为刺激部提供负向刺激而产生负电荷变化量；中和单元用于为刺激部提供正向刺激而产生正电荷变化量；于一预定刺激周期内，控制单元用于控制中和单元和/或刺激单元的输出而使得负电荷变化量的绝对值与正电荷变化量的绝对值相等。本发明专利技术的有益效果在于：(1)引入的控制单元可以通过控制中和单元和/或刺激单元的输出而实现电中性平衡；(2)针对任意刺激波形均可保证电中性平衡；(3)对临床上恒压刺激模式、恒流刺激模式或变频刺激模式中的电中性平衡都适用。

【技术实现步骤摘要】
自适应控制模块及植入式神经刺激系统、控制方法
本专利技术涉及植入式医疗领域，尤其涉及一种自适应控制模块及植入式神经刺激系统、控制方法。
技术介绍
植入式医疗系统近年来在医学临床上得到越来越广泛的应用，通常包括植入式神经刺激系统(包括脑深部刺激系统DBS，植入式脑皮层刺激系统CNS，植入式脊髓电刺系统激SCS，植入式骶神经刺激系统SNS，植入式迷走神经刺激系统VNS等)、植入式心脏刺激系统(俗称心脏起搏器)、植入式药物输注系统(IDDS)等。植入式神经刺激系统如图1所示，通常包括以下几个组件：若干个刺激电极触点30(这里以左脑电极触点及右脑电极触点为例)、电极导线33、延伸导线34、脉冲发生器35以及程控仪36。以深脑部刺激系统DBS为例，脉冲发生器35通过延伸导线34、电极导线33和刺激电极触点30将电脉冲传导到脑部STN(SubthalamicNucleus，底丘脑核)核团以达到治疗帕金森疾病的目的。程控仪36则是用来调节脉冲发生器35的各刺激参数的，刺激参数包括脉冲幅值，脉冲宽度(即脉宽)和脉冲频率等。结合图2，图2是典型的双向脉冲刺激波形，即相对于“电压零伏参考线”，同时有正向刺激电压和负向刺激电压。其中，真正起到治疗作用的是负向刺激电压，但是不能因此而舍弃掉正向刺激电压部分。因为单向的脉冲刺激(即只有负向刺激电压)会产生多种副作用，包括：(1)电解大脑组织液中的水而导致产生气泡；(2)动脉血管壁收缩异常；(3)胶质细胞受损等。为了达到电中性进而消除上述副作用，如图2所示，在一预定刺激周期PTSTIMULATION内，必须在施加负向刺激电压的同时，引入正向刺激电压来中和电荷。具体的，负向刺激电压产生的负电荷变化量的绝对值|ΔQ-|定义为：|ΔQ-|＝ISTIMULATION*PWSTIMULATION(1)正向刺激电压产生的正电荷变化量的绝对值|ΔQ+|定义为：|ΔQ+|＝IRECHARGE*PWRECHARGE(2)为了保证电中性，则需要保证一预定刺激周期PTSTIMULATION内的正电荷变化量的绝对值等于负电荷变化量的绝对值，即：|ΔQ-|＝|ΔQ+|(3)亦即：ISTIMULATION*PWSTIMULATION＝IRECHARGE*PWRECHARGE(4)其中，ISTIMULATION为刺激电流或由刺激电压除以电阻所得的电流值，单位为mA；PWSTIMULATION为刺激脉宽，单位为us；IRECHARGE为中和电流(即反向充电电流)，单位为mA；PWRECHARGE为中和脉宽(即反向充电脉宽)，单位为us。现有技术中，通常都是通过程控仪36来调节各个刺激参数(包括刺激电流ISTIMULATION、刺激脉宽PWSTIMULATION、中和电流IRECHARGE及中和脉宽PWRECHARGE。但是，在若干年植入到病人体内的临床应用过程中，恒压刺激中的电池电压变化、恒流刺激中的电流变化，或是芯片与芯片之间会有半导体工艺的变化以及其它寄生参数等都会导致电中性失衡，从而导致公式(4)不成立。实际操作中，会根据病患的情况及需求，定期进行参数的程控。另外，在图2中，典型的刺激波形是矩形脉冲，或者是梯形脉冲，对于任意波形的脉冲，公式计算会非常复杂，而且容易计算不准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自适应控制模块及植入式神经刺激系统、控制方法。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供一种自适应控制模块，所述控制模块与刺激部相互配合，所述控制模块包括：刺激单元，其用于为所述刺激部提供负向刺激而产生负电荷变化量；中和单元，其用于为所述刺激部提供正向刺激而产生正电荷变化量；控制单元，于一预定刺激周期内，所述控制单元用于控制所述中和单元和/或所述刺激单元的输出而使得所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述刺激部包括刺激电极触点及对应的电容，所述控制单元用于控制所述电容两端的压差于任一预定刺激周期结束时为零。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述控制单元包括与所述电容连接的复位单元，当所述自适应控制模块开始工作前，所述复位单元控制所述电容两端的所述压差为零。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述负电荷变化量为刺激电流与刺激脉宽的乘积，所述正电荷变化量为中和电流与中和脉宽的乘积，其中，所述刺激电流、所述刺激脉宽、所述中和电流、所述中和脉宽包括预先设定的预设参数及自适应变化参数，当所述预设参数的至少其中之一发生偏移时，所述控制单元控制所述变化参数变化而使得于一预定刺激周期内的所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述变化参数为所述中和电流、所述中和脉宽。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，正向刺激的幅值范围为0.05-1V。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述中和脉宽的范围为1us-1s。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述预设参数包括所述刺激电流、所述刺激脉宽及所述中和电流，所述变化参数为所述中和脉宽。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述刺激部包括刺激电极触点及对应的电容，所述控制单元包括比较器，所述比较器的正输入端及负输入端分别连接所述电容的两端，当所述正输入端及所述负输入端之间的压降大于零且处于下降趋势时，所述控制单元控制所述中和单元开启直至所述压降为零。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，当所述压降大于零时，所述比较器的输出端输出控制信号。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述中和单元包括控制所述中和单元开启/闭合的中和开关，所述控制单元还包括与所述比较器配合的与非门单元及与门单元，所述与非门单元的输入端至少与所述刺激脉宽连接，所述与非门单元用于输出使能信号，且所述使能信号同时输出至所述比较器的输入端及所述与门单元的输入端，所述与门单元的输入端还与所述控制信号连接，所述与门单元用于输出控制所述中和开关的开启/闭合的中和使能信号。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述与非门单元的输入端还与延时信号连接，所述延时信号由一预定刺激周期内所述负向刺激及所述正向刺激之间的延时时间控制。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述与非门单元的输入端还与正向刺激的脉冲幅度信号连接。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，于一预定刺激周期内，所述负向刺激及所述正向刺激之间具有延时时间，所述延时时间的范围为1us-10ms。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供一种植入式神经刺激系统，包括刺激部及如上任意一项技术方案所述的自适应控制模块，所述自适应控制模块用于控制所述刺激部的输出。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供一种自适应控制模块的控制方法，所述控制模块与刺激部相互配合，所述控制方法包括步骤：为所述刺激部提供负向刺激而产生负电荷变化量；于一延时时间后，为所述刺激部提供正向刺激而产生正电荷变化量，其中，所述延时时间的范围为1us-10ms，所述正向刺激的幅值范围为0.05-1V，所述正电荷变化量为中和电流与中和脉宽的乘积，所述中和电流与中和脉宽为变化参数，所述中和脉宽的范围为1us-1s；调整负向刺激和/或正向刺激以使得所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。与现有技术相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应控制模块，其特征在于，所述控制模块与刺激部相互配合，所述控制模块包括：刺激单元，其用于为所述刺激部提供负向刺激而产生负电荷变化量；中和单元，其用于为所述刺激部提供正向刺激而产生正电荷变化量；控制单元，于一预定刺激周期内，所述控制单元用于控制所述中和单元和/或所述刺激单元的输出而使得所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。

【技术特征摘要】
2017.05.17 CN 20171034860681.一种自适应控制模块，其特征在于，所述控制模块与刺激部相互配合，所述控制模块包括：刺激单元，其用于为所述刺激部提供负向刺激而产生负电荷变化量；中和单元，其用于为所述刺激部提供正向刺激而产生正电荷变化量；控制单元，于一预定刺激周期内，所述控制单元用于控制所述中和单元和/或所述刺激单元的输出而使得所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。2.根据权利要求1所述的自适应控制模块，其特征在于，所述刺激部包括刺激电极触点及对应的电容，所述控制单元用于控制所述电容两端的压差于任一预定刺激周期结束时为零。3.根据权利要求2所述的自适应控制模块，其特征在于，所述控制单元包括与所述电容连接的复位单元，当所述自适应控制模块开始工作前，所述复位单元控制所述电容两端的所述压差为零。4.根据权利要求1所述的自适应控制模块，其特征在于，所述负电荷变化量为刺激电流与刺激脉宽的乘积，所述正电荷变化量为中和电流与中和脉宽的乘积，其中，所述刺激电流、所述刺激脉宽、所述中和电流、所述中和脉宽包括预先设定的预设参数及自适应变化参数，当所述预设参数的至少其中之一发生偏移时，所述控制单元控制所述变化参数变化而使得于一预定刺激周期内的所述负电荷变化量的绝对值与所述正电荷变化量的绝对值相等。5.根据权利要求4所述的自适应控制模块，其特征在于，所述变化参数为所述中和电流、所述中和脉宽。6.根据权利要求5所述的自适应控制模块，其特征在于，正向刺激的幅值范围为0.05-1V。7.根据权利要求5所述的自适应控制模块，其特征在于，所述中和脉宽的范围为1us-1s。8.根据权利要求4所述的自适应控制模块，其特征在于，所述预设参数包括所述刺激电流、所述刺激脉宽及所述中和电流，所述变化参数为所述中和脉宽。9.根据权利要求8所述的自适应控制模块，其特征在于，所述刺激部包括刺激电极触点及对应的电容，所述控制单元包括比较器，所述比较器的正输入端及负输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方雄，李彩俊，葛娇娇，李泰虎，
申请(专利权)人：苏州景昱医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32