多级恒流脉冲发生电路制造技术

本发明专利技术属于医疗仪器技术领域，具体为一种多级恒流脉冲发生电路。所述多级恒流脉冲发生电路包括：反激式高压充电电路、电阻网络分压电路、三极管恒流输出控制电路和微控制器。反激式高压充电电路由反激式开关电源产生所需高压并对储能电容充电；电阻网络分压电路对储能电容上的电压进行分压，得到所需各级电压；三极管恒流输出控制电路取出各级电压，实现对发射极参考电阻的恒压控制，参考电阻取固定阻值，即可实现对集电极负载的恒流控制。微控制器实现对反激式高压充电电路的充电控制和反馈控制、电阻网络分压电路各模拟开关的通断控制和三极管恒流输出控制电路的输出控制等。本发明专利技术脉冲发生电路的脉宽、幅度可调，可用于术前神经定位和术中神经监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗仪器
，具体涉及一种脉宽、幅度可调的多级恒流脉冲发生电路，用于术前神经定位和术中神经监测。
技术介绍
术前神经刺激可用于定位神经位置，术中神经刺激可用于监测神经状况。外周神经阻滞是很多外科手术的必须步骤，而准确定位神经丛的位置是阻滞手术成功的关键。传统的外周神经阻滞手术结合解剖图采用盲探法，即依赖医生的经验和患者对异感的反馈来判断注药针尖是否到达合适的位置。若医生的经验不足，这种盲目试探的方法可能会对患者神经造成机械性损伤并带来疼痛；又或者患者处于昏迷状态或不配合时，该方法即无法实施，特别对于肥胖患者，其体表由于堆积大量脂肪导致体表解剖标志不明显，该方法效果即变得非常有限。神经生理监测技术是目前神经外科和脊柱外科领域受到广泛关注的一项技术，其主要是通过采用特定参数的电脉冲刺激神经，观察神经的各项指标来了解和监控神经的功能状况，临床上用于术中避免神经损伤和预防术后神经功能受损。运动诱发电位(MEP)监测是术中神经监护(Intraoperative Neuromonitoring, Ι0ΝΜ)系统的重要组成部分,可在不开颅的条件下对皮层运动区施加刺激，实时评估手术中处于危险状态的神经系统功能的完整性，并提示术者采取干预措施使神经损伤消除或减至最小。MEP的实施需要特殊的高压、 大电流、短脉冲电刺激器，且输出刺激脉冲的电压、电流、宽度的变化范围大，刺激模式多。参考专利《神经丛刺激系统及神经丛刺激器》，申请号201120096646. 6。
技术实现思路
基于上述两个背景，即术前神经刺激可用于定位神经位置和术中神经刺激可用于监测神经状况，本专利技术的目的在于提出一种脉宽、幅度可调的多级恒流脉冲发生电路。根据临床需求不同，可选择参数不同的刺激模式，主要体现在脉冲强度，即电流幅度、脉冲宽度、 脉冲间隔和脉冲个数的不同。本电路尤其适合于运动诱发电位监测。神经刺激器的关键技术是多级恒流脉冲发生电路的设计，而多级恒流脉冲发生电路的关键在于多级和恒流控制。因为要求的电流级数较多，为满足电流的调节精度，使用高压充电电路在储能电容上得到高压，保证在电阻网络中两相邻档级间有足够的压差。恒流要求刺激电流的幅度不受负载阻抗变化的影响。本专利技术提出的脉宽、幅度可调的多级恒流脉冲发生电路，由反激式高压充电电路、 电阻网络分压电路、三极管恒流输出控制电路和微控制器组成。其中，所述反激式高压充电电路将外供低压直流电源升压至所需高电压并对储能电容充电；所述电阻网络分压电路由电阻网络对储能电容上的电压分压，得到所需各级目标电压；所述三极管恒流输出控制电路由三极管基极从电阻分压网络取出所需档级电压，利用三极管发射极和基极的压差恒定原理，实现对发射极参考电阻的恒压控制，参考电阻取固定阻值，即可实现对集电极负载的恒流控制；所述微控制器实现反激式高压充电电路的充电控制和反馈控制、电阻网络分压电路各模拟开关的通断控制和三极管恒流输出控制电路的输出控制。恒流脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数等由微控制器控制总开关导通、关断时间和导通次数实现。本专利技术中，采用反激式高压充电电路作为开关电源以获得所需高压，所述反激式高压充电电路可采用专利ZL 200720074627. 7所述的电路。反激式开关电源具有结构简单、成本低、体积小、效率高等优点。本专利技术中，电阻网络可在大范围实现以确定步长分压。所述电阻网络分压电路可将储能电容电压分为所需目标档级。本专利技术中，电阻网络分压级数与输入到负载上的恒流脉冲级数保持一致。本专利技术中，在电阻网络保持不变的情况下，发射极参考电阻取不同阻值，可实现在不同输出电流范围内有不同的调节步长。该多级恒流脉冲发生电路的主要功能之一是输出脉冲幅度分级可调。实现脉冲幅度可调的方法众多，本专利技术中采用电阻网络对储能电容电压进行分压，获得所需各档级电压。由电容放电公式Ut=U0e_t/RC (其中Ut为电容当前电压，U0为电容初始电压)可知，当前电压Ut相对于初始电压U0的衰减由放电时间t、放电阻抗R和储能电容容值C决定。当放电时间t的最大值、放电阻抗R的最小值一定时，可根据所要求的误差(Ut相对于U0的衰减) 选择合适的储能电容容值。储能电容容值越大，在t和R —定的情况下，Ut相对于U0的衰减越小，即输出脉冲幅度的误差越小；但应该指出的是，储能电容的容值越大，其充电时间就越长，电容的体积也越大。故应该根据所设定的误差范围和充电时间要求选择合适的储能电容容值。对于电阻网络分压电路，本专利技术设计了两种方案第一种方案是采用两级电阻网络分压的方法。设电压被分成X档级，则第一级分压电阻将电压等分为m级，第二级分压电阻将电压等分为η级，满足X=m ·η即可，所需电阻总数 N=m+n, m、η为正整数。微控制器控制第二级电阻网络两端的模拟开关，使第二级分压电阻并于第一级电阻的不同部分得到不同档级的目标电压。第二种方案是采用二进制指数编码的单级电阻网络。该方案可减少电阻数目，以及改善第二级电阻驱动能力不足的问题。设电压被分成X档级，电阻数为N，满足 2^1彡X彡2n即可，根据电阻所处位置设置相应的权值2n (n=l, 2，…)。不同权值的电阻两端有相应权值的电压，通过模拟开关组合目标权值电阻两端的电压即可得到不同档级的目标电压。两种电阻网络各有优缺点，各自适合不同的应用场合。两级电阻网络的优点在于所需模拟开关数目小，控制简单；而二进制指数编码的电阻网络的优点在于所需电阻数目小，驱动能力强。在本专利技术中，负载电流最大将达到安培数量级。在耐高压三极管领域，三极管的电流放大倍数β大多为10左右，由电阻网络提供的旁路电流将不足以驱动该三极管正常工作。故所述三极管恒流输出控制电路采用多级三极管复合成的达林顿管形式，且工作于射极跟随模式。实施方式中采用了两级三极管复合成达林顿管的形式，在电阻网络阻值较大的情况下可以考虑复合更多级的三极管，每增加一级三极管，基极电流的驱动能力将增加一个数量级。同时，单个三极管基极与发射极的压差在硅管一般为O. 7V，多级三极管的压差随复合三极管数目的增加成正比例增长。相应地，通过在主电阻网络上串联对应数量且导通压降为O. 7V的二极管即可补偿该线性误差。电阻网络阻值和复合三极管的级数将依据分压电阻可承受的最大功率和三极管的电流放大倍数β共同权衡决定。附图说明图图图图图具体实施例方式本专利技术提供的多级恒流脉冲发生电路，可用于术前神经定位和术中神经监测。在本具体实施例中，负载阻抗不超过3ΚΩ ;最大输出脉冲电流不超过100mA, IOmA以下以步长 O. ImA调节，IOmA-IOOmA以步长ImA调节；发放一组脉冲的总宽度不超过IOms ;输出脉冲电流误差不超过±10%。图I所示为本专利技术的电路框图。反激式高压充电电路SI将12V直流电源升压至 1300V，并对储能电容充电；电阻网络分压电路S2对储能电容Cl上电压进行分压，考虑负载上最大压降为300V，从储能电容上分出1000V电压，并按照步长IOV分档；三极管恒流输出控制电路S3利用三极管发射极与基极的恒定压差实现对射极参考电阻的恒压控制，参考电阻取为固定电阻，即可实现对负载的恒流控制，取射极参考电阻阻值为100 ΚΩ或10 ΚΩ，可实现对输出脉冲电流在IOmA以下以步长O. ImA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邬小玫，王建飞，杨圣均，方祖祥，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：