【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能性电刺激，具体涉及一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路及方法。
技术介绍
1、经过几十年的发展，人体神经系统与外部设备连接已经成为现实，实现了记录与调节神经系统活动。功能性电刺激目前已逐渐发展成为一种有用的治疗神经系统疾病的手段。例如，脑电深部刺激对突发性震颤以及帕金森等疾病有良好的抑制治疗效果，对脊髓损伤，视网膜假体，人工耳蜗，癫痫抑制等疾病的治疗也有较好的效果。
2、功能性电刺激通常提供双相电流来使神经膜去极化，同时旨在减小刺激部位的电荷残留。当在刺激部位形成非零剩余电荷时，直流电流流入周围组织会造成神经损伤。为了确保电刺激的安全性，需要进行电荷平衡也即电荷恢复。
3、现有电荷恢复技术分为主动和被动两种，由于被动电荷恢复的精度与人体以及神经探针的阻抗有关，故现有技术中多采用可变电阻器来调人体以及神经探针的阻抗。在不同的人体以及神经探针的阻抗下，采用可变电阻器调控此阻抗。刺激过程结束后，将神经探针接地对进行电荷恢复，并通过检测电路与数字模块对可变电阻器进行调控，调整被动电荷恢复的强度，或者将刺激电极短接到电路地或者参考电极。而主动电荷恢复是在每次刺激过程结束后，采用电荷恢复参数生成器识别出残余的电荷的极性与大小，为满足电荷恢复的需要，产生一系列刺激配置参数来调整下一阶段的刺激幅值与波形，从而抵消人体电极上的残余电荷，或者采用在脉冲间隔时间内向电极-电解质界面注入电荷，其中注入电荷的电流幅值由dac进行配置，脉冲宽度由数字部分的刺激控制电路进行配置。
4、现有技术每次刺激之
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，包括：
3、电压衰减模块，用于对刺激结束后的电极电压进行衰减处理；
4、主动电荷恢复控制模块，与所述电压衰减模块连接，用于对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换和电压极性检测处理，根据处理结果产生控制信号；
5、主动电荷恢复电路，与所述主动电荷恢复控制模块连接，用于根据所述控制信号对神经刺激器的电极进行至少一个周期的主动电荷恢复，直至所述电极的当前残余电压小于预设的阈值电压；
6、被动电荷恢复电路，用于对完成主动电荷恢复的电极进行被动电荷恢复；
7、其中，在一个周期的主动电荷恢复的过程中，根据所述电极的当前残余电压的极性确定所述主动电荷恢复电路的主动补偿电流的极性，根据所述电极的当前残余电压的振幅确定所述主动电荷恢复电路的辅助电流源的脉宽。
8、本专利技术还提供了一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复方法，适用于上述所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，所述方法包括：
9、步骤1：对刺激结束后的电极电压进行衰减处理；
10、步骤2：对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换和电压极性检测处理，根据处理结果产生控制信号；
11、步骤3：根据所述控制信号控制主动电荷恢复电路对神经刺激器的电极进行至少一个周期的主动电荷恢复，直至所述电极的当前残余电压小于预设的阈值电压；
12、步骤4：将完成主动电荷恢复的电极短接到参考电压进行被动电荷恢复；
13、其中，在一个周期的主动电荷恢复的过程中，根据所述电极的当前残余电压的极性确定所述主动电荷恢复电路的主动补偿电流的极性，根据所述电极的当前残余电压的振幅确定所述主动电荷恢复电路的辅助电流源的脉宽。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
15、1.本专利技术的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，采用两步式对残余电荷进行恢复，第一步采用主动电荷恢复，利用残余电压的极性与电压来进行电荷恢复，即利用电压时间转换技术将残余电压转化为主动电荷恢复时间，即主动补偿电流的控制时间，提高残余电荷补偿精度。第二步采用被动电荷恢复，主动电荷恢复电路将残余电压控制在合理阈值后将两端电极进行短接来进行被动电荷恢复，进一步降低残余电荷。主动电荷恢复可以更精确的控制残余电压的恢复精度，被动电荷恢复可以减小高电压刺激对采集脑电信号的影响。采用两步式可以得到更精确的残余电压精度并且可减小高电压刺激对采集脑电信号的影响。
16、2.本专利技术的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，主动电荷恢复控制模块采用电压时间转换器将残余电压的极性和振幅进行量化生成控制信号以控制主动电荷恢复电路的补偿电流的极性和辅助电流源的脉宽，提高残余电荷补偿精度，减小残余电荷对人体神经细胞的影响。
17、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
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1.一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述电压衰减模块包括：第一衰减电容(C1)、第二衰减电容(C2)、第三衰减电容(C3)、第四衰减电容(C4)、第一缓冲器(buffer1)和第二缓冲器(buffer2)，其中，
3.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述主动电荷恢复控制模块包括依次连接的差分电压时间转换器、电压极性检测器和控制信号产生模块，其中，
4.根据权利要求3所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述差分电压时间转换器包括：全差分放大器(FDA)、第一失调消除电容(CAZ1)、第二失调消除电容(CAZ2)、第一反馈电容(CF1)、第二反馈电容(CF2)、第一放大比例电容(Cs1)、第二放大比例电容(Cs2)、第一放电电阻(RD1)、第二放电电阻(RD2)和多个开关，其中，
5.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，
6.根据权利要求4所
7.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述电压极性检测器包括：第一比较器(COMP1)、第二比较器(COMP2)和多个开关，其中，
8.根据权利要求7所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述控制信号产生模块包括数字逻辑控制器，所述数字逻辑控制器根据输入的所述第一比较信号(VCP1)和所述第二比较信号(VCP2)产生第一控制信号(ENCB-A)和第二控制信号(ENCB-C)，其中，
9.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，在一个周期的主动电荷恢复的过程中，所述电极的当前残余电压表示为：
10.一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复方法，其特征在于，适用于上述权利要求1-9任一项所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述电压衰减模块包括：第一衰减电容(c1)、第二衰减电容(c2)、第三衰减电容(c3)、第四衰减电容(c4)、第一缓冲器(buffer1)和第二缓冲器(buffer2)，其中，
3.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述主动电荷恢复控制模块包括依次连接的差分电压时间转换器、电压极性检测器和控制信号产生模块，其中，
4.根据权利要求3所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，所述差分电压时间转换器包括：全差分放大器(fda)、第一失调消除电容(caz1)、第二失调消除电容(caz2)、第一反馈电容(cf1)、第二反馈电容(cf2)、第一放大比例电容(cs1)、第二放大比例电容(cs2)、第一放电电阻(rd1)、第二放电电阻(rd2)和多个开关，其中，
5.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的用于神经刺...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳刚，汤华莲，邹宇轩，刘伟峰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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