生物医学电刺激器制造技术

提供一种高功效的生物医学电刺激器电路ＢＳＣ。该电路ＢＳＣ包括被设置为基于来自例如电池的能量源ＥＳ的电能来控制对储能电容器Ｃ的充电的充电电路。该充电电路包括将充电电流Ｉ施加到储能电容器Ｃ的能量转换器ＥＣ，该充电电流Ｉ在充电周期Ｔ上是基本恒定的，由此提供高功效的充电。在优选实施例中，能量转换器ＥＣ是例如ＤＣ－ＤＣ转换器的电感性能量转换器，其具有用于在充电周期期间提供几乎恒定的充电电流的控制电路。在另一个实施例中，能量转换器ＥＣ是经由例如电感器和电容器的串联连接的串联谐振器对储能电容器充电的能量转换器。所提出的生物医学电刺激器电路对于诸如起搏器的设备和神经刺激等是有利的，它们可以从由于高效的充电方案引起的电池寿命的增加中获益。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物医学电刺激器领域，更特别地涉及用于驱动这种生物医学电刺激 器的电子电路的领域。
技术介绍
诸如心脏起搏器或神经刺激器之类的生物医学电刺激器经常是基于利用电极通 过从位于电刺激器电路中的储能或保持电容器的放电来向人体组织提供电刺激脉冲。在刺 激放电之间，该电容器从例如电池的能量源充电以获得期望的刺激电压，以用于作为刺激 脉冲应用到所述组织。使用了不同的策略来对储能电容器充电，从而影响电刺激器电路的 能效。能效特别地对于诸如起搏器之类的植入式电池驱动的电刺激器来说是关键质量参 数，这是因为被植入的患者经常需要外科手术以便更换电池。给定电池的寿命直接受到电 刺激器电路的能效的影响，该能效反过来很大程度上由电阻损耗量确定。在US 6，871，090中可以找到生物医学电刺激器中的充电电路的实例。在稳态可 以作为可变电压源来建模的电感性DC-DC转换器(电感性升压转换器)通过转换来自电池 的能量来对储能电容器充电。该充电电容器随后被充电到用于生成刺激脉冲的电压。利用 这种充电电路，可以精确地控制储能电容器上的充电电压而无需耗费功率的线性稳压器。
技术实现思路
根据上面的说明，一个目的是提供一种用于生物医学电刺激器的高能效电路从而 增加生物医学电刺激器设备中的电池寿命。而且，该电路优选地应当相当简单，使得该电路 也可以以小型规模实现从而也适用于供植入的小型电刺激器。而且，该充电电压优选地应 当是精确可控制的而不需要耗费功率的线性稳压器。在第一方面，本专利技术提供一种被设置为基于存储在储能电容器中的能量生成刺激 脉冲到关联的电极的生物医学电刺激器电路，该电路包括被设置为基于来自关联的能量源 的电能控制对储能电容器(也被称为保持电容器)的充电的充电电路，该充电电路包括被 设置为将充电电流施加到储能电容器的能量转换器，该充电电流在充电周期上是基本恒定 的。“该充电电流在充电周期上是基本恒定的”被理解为在大部分充电时间期间，电流 保持恒定或实际上几乎恒定，即偏离充电周期上平均值的电流变化小于30 %。优选地，所述 变化小于20%，比如小于10%。据此，应理解为，在充电周期期间，电流将总是处于平均充 电电流的+/-30 %内，如平均充电电流的+/-20 %内，如平均充电电流的+/-10 %内。应当理 解，短的充电启动时间(其中充电电流从零增加到预定的基本恒定的电流值)不包含在所 谓的“充电周期”中。这种在充电周期期间基本恒定的充电电流明显不同于现有技术的充 电电路，在现有技术的充电电路中，充电电流以初始的最大电流开始且随后指数型减少直 到使电容器两端达到期望电压为止，并且因此初始最大充电电流可能比充电周期期间的平 均充电电流高若干倍。通过利用恒定电流对储能电容器充电，可以使充电电流保持相当低，并且因此与 其它充电方案相比，在充电信号路径中各种电路元件中的电阻性损耗被最小化。通过施加 恒定的充电电流，储能电容器两端的电压在充电周期上将近似线性地增加，直到达到期望 的电压为止。本专利技术基于下面的认识对于生物医学电刺激器中的电阻性损耗、储能电容器值、 可用充电周期(例如对于神经刺激来说近似为IOms)和充电电压的相关值，对储能电容器 的最高能效的充电是在可用的充电周期期间利用恒定充电电流进行慢速充电。因此，利用 例如上述的US 6,871,090中提出的技术方案无法获得相同的充电效率，因为该技术方案 中使用的DC-DC转换器表现为电压源并且无法将充电电流控制到基本恒定的值。使用电压 源对电容器充电将提供在充电周期期间显著变化的充电电流，即，在生物医学电刺激应用 中就功效而言不是最优的充电方案。在优选实施例中，能量转换器是电感性能量转换器，其比如通过电感性DC-DC转 换器电路拓扑来实现，最优选地通过被设置为起电流源作用的电感性DC-DC转换器来实 现。特别地，这种电感性能量转换器实施例可以包括被设置为测量该能量转换器的开关电 流并且因此控制该能量转换器电路的控制电路，以便提供基本恒定的充电电流。这种控制 电路可被设置为根据预定最大电流值控制该能量转换器电路，并且因此该控制电路可被设 置为接收允许选择或调整期望的充电电流值的输入。所述电感性能量转换器电路优选地包括例如铜线圈的电感器，其被设置为将基本 恒定的充电电流施加到储能电容器。在其它实施例中，能量转换器包括基于经由比如电感器和电容器的串联连接的谐 振器的能量转换的能量转换器电路。该谐振器可替代地可以是涉及更多组件的更复杂的谐 振器电路。该能量转换器可替代地可以是电容性能量转换器。即使这种电容性能量转换器可 能不具有与电感性能量转换器相同的能效，该电容性能量转换器是有利的，因为它只需要 有限的空间量，并且由于更高的抗磁场干扰性而使得它可以更方便与磁共振扫描器结合使 用。该生物医学电刺激器电路优选地包括被设置为基于存储在储能电容器中的能量 形成刺激脉冲的电路。在第二方面，本专利技术提供了用于对被设置用于生成刺激脉冲的生物医学电刺激器 中的储能电容器进行充电的方法，该方法包括将从能量源接收的电能转换为基本恒定的 充电电流；以及在充电周期期间利用基本恒定的充电电流对储能电容器进行充电。该方法可以在硬件中、在软件中或在硬件和软件的组合中实现。在第三方面，本专利技术提供一种生物医学电刺激器设备，其包括根据第一方面的生 物医学电刺激器电路、被设置用于连接到生物医学电刺激器电路的能量源以及被设置用于 接收由生物医学电刺激器电路生成的刺激脉冲的电极。特别地，该生物医学电刺激器设备可以包括用于容放生物医学电刺激器电路和能 量源的壳体，该壳体被设置用于医疗植入。特别地，该能量源可以是电池。该生物医学电刺激器设备可以是任何用于治疗目的电刺激设备。该生物医学电刺 激器设备可以是下述之一心脏起搏器、神经刺激器、耳蜗刺激器、功能性电刺激设备、用于假体目的的肌肉刺激器。应当理解，针对第一方面所提及的实施例和优点也适用于第二和第三方面。而且， 应当理解，所提及的方面和其实施例可以以任何方式进行组合。附图说明将仅仅通过实例的方式并参照附图来描述本专利技术的实施例，在附图中图1示出生物医学电刺激器实施例的框图，图2示出用于对生物医学电刺激器的储能电容器进行充电的充电电流相对于时 间的曲线图，图3a示出一个电路实施例的电路图，图3b示出对于图3a的实施例在充电周期期间的充电电流，以及图4示出另一个电路实施例的电路图。具体实施例方式图1示出了生物医学电刺激器，其被设置为经由电极E生成对例如心脏的人体H 一部分的电刺激。生物医学电刺激器电路BSC将刺激脉冲SP提供给电极E，其与人体组织 接触并且因此施加电刺激。在图1所示的实施例中，生物医学电刺激器电路BSC包括例如电池的能量源ES，其 将电能递送给能量转换器EC。该能量转换器EC将来自源EC的电能转换为施加到储能电容 器C的充电电流I，以便将储能电容器C充电到预定电压。随后，刺激脉冲电路SC基于存储 在储能电容器C中的能量形成待施加到电极E的刺激脉冲SP。在优选实施例中，能量转换 器包括被设置为提供相当低的且恒定的充电电流以用于将储能电容器C充电到期望电压 的电感性能量转换器，诸如稍后将更详细地描述的那样。图2示出两个曲线图，它们示出在用于对储能电容器C充电的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置为基于存储在储能电容器（Ｃ）中的能量生成刺激脉冲（ＳＰ）到关联的电极（Ｅ）的生物医学电刺激器电路（ＢＳＣ），该电路（ＢＳＣ）包括：－被设置为基于来自关联的能量源（ＥＳ）的电能控制对该储能电容器（Ｃ）的充电的充电电路，该充电电路包括－被设置为将充电电流（Ｉ↓［Ｃ］（ｔ），ｉ↓［Ｌ］（ｔ））施加到该储能电容器（Ｃ）的能量转换器（ＥＣ），该充电电流（Ｉ↓［Ｃ］（ｔ），ｉ↓［Ｌ］（ｔ））在充电周期（Ｔ）上是基本恒定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E坎塔托尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]