CN101947357B

CN101947357B - 一种癫痫治疗装置

Info

Publication number: CN101947357B
Application number: CN 201010509956
Authority: CN
Inventors: 宋治; 黄献; 刘辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: CN101947357A

Abstract

本发明公开了一种癫痫治疗装置，包括至少一个电位监测电极及相应的电压放大电路、至少一个电流电极及相应的电压钳制电路、电压分析及控制电路和电源电路；所述电位监测电极通过电压放大电路与电压分析及控制电路的输入端连接，电流电极通过电压钳制电路与电压分析及控制电路的输出端连接，电源电路为各单元电路提供工作电源。本发明装置在治疗时，不需用药，对病人没有药物副作用，也不需破坏脑部神经系统，可以避免对病人脑部神经系统带来严重损伤，影响神经中枢的功能，也便于停止已进行的治疗，恢复治疗前的神经系统结构，具有较高的安全性。

Description

一种癫痫治疗装置

技术领域

本发明属于医疗器具，具体涉及一种用于癫痫疾病的治疗装置。

背景技术

癫痫在临床上是一种常见病和多发病，目前医学界公认癫痫发作是由于神经元同步兴奋导致的。

我们知道神经元是神经中枢系统中的可兴奋细胞，神经元细胞之间通过化学突触和电突触进行信息交换。由于神经元在静息状态下细胞膜只对K⁺通透，因而导致细胞内外存在NA⁺、K⁺浓度差，生理学上假定细胞膜外的电位为0，因此静息神经元细胞内存在-70mv左右的静息电位。神经元细胞在接受外来较弱的兴奋性刺激时（阈下刺激）时不足以导致细胞膜上NA⁺离子通道大量开放，但当接受阈刺激时会导致细胞膜上NA⁺离子通道大量开放，此时，NA⁺经离子通道迅速进入细胞内，并导致瞬间的膜内外电位的翻转，称之去极化。去极化代表神经元的兴奋产生，此时产生的高幅电位，称之动作电位。当单个神经元产生的动作电位迅速波及相邻或远隔神经元，并导致数量众多的神经元过份同步兴奋时，代表了痫性电活动的产生，生理学上称之超同步化放电。这是现今所认识的痫性发病的电生理学机制。

对癫痫这种疾病我们常采取药物治疗和手术治疗。这些方法就是抑制和阻断神经元的超同步放电。

有很多病人药物治疗无法控制癫痫的发作，同时药物治疗也有严重的副作用。

神经外科对一些难治性癫痫采取手术治疗，手术切除或毁损病理灶和痫性灶，临床上取得了一定的疗效；对一些难治性癫痫采取手术治疗也遇到了严重的挑战，当痫性灶位于重要的功能区时手术切除或毁损会导致功能的缺失，不切除或毁损痫性灶又会使癫痫无法控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以控制或减少发病，对脑部神经系统无严重损伤的癫痫治疗装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

癫痫治疗装置包括至少一个电位监测电极及相应的电压放大电路、至少一个电流电极及相应的电压钳制电路、电压分析及控制电路和电源电路；所述电位监测电极通过电压放大电路与电压分析及控制电路的输入端连接，电流电极通过电压钳制电路与电压分析及控制电路的输出端连接，电源电路为各单元电路提供工作电源。

所述电位监测电极由导电性高，稳定性好，具有生物相容性的材料构成，用于检测细胞外液的电位，如采用银材料或铂铱合金外加绝缘以及连接导线构成。

所述电流电极亦由导电性高，稳定性好，具有生物相容性的材料构成，用于向细胞外液注入或导出电流，如采用银材料或铂铱合金外加绝缘以及连接导线构成。

所述电压放大电路将电位监测电极检测到的电压放大以便于测量分析。

所述电压分析及控制电路对电压放大电路输出的电压进行分析，当细胞外液电位不是正常值时，启动电压钳制电路，钳制细胞外液的电位，并钳制电压一定时间后，停止电压钳制电路工作。

所述电压钳制电路采用负反馈放大电路将放大后细胞外液电压与指定的参考电压进行比较，当两者相等时不向细胞外液注入或导出电流（通过电流电极），当两者不相等时通过电流电极注入极性相反的电流从而使细胞外液电位钳定在某个值。

上述的电压放大电路、电压分析及控制电路、电压钳制电路和电源电路均可采用现有技术。

我们知道神经元兴奋时NA⁺离子瞬时迅速内流，从而影响局部的细胞外液的电场。单个神经元兴奋时对细胞外液电场的影响很微弱，但当在某个局部数量众多的神经元同步兴奋时，瞬时出现大量NA⁺离子由细胞外流向细胞内，由此导致局部空间上细胞外液中的正电荷减少与电位降低，而处于该处的尚未兴奋神经元细胞内外压差将变小，这意味着未兴奋神经元兴奋性得以增高，当这电位变化大于一定的幅度时，会触发该处的尚未兴奋神经元动作电位的产生（兴奋的形成）。因此，我们认为神经元的兴奋性与细胞外液电场有密切的关系，而通过稳定痫性灶内细胞外液电场可以降低痫性灶内神经元的兴奋性，达到控制或减少癫痫发作的目的。

由以上分析可知癫痫就本质而言就是众多神经元的超同步兴奋，药物治疗和手术治疗就是降低神经元的兴奋性及阻断神经元兴奋的传导。本发明装置的治疗原理就是从控制细胞外液电场的变化入手来控制和减少癫痫的发作。

本发明装置利用电位监测电极检测细胞外液的电位，经电压放大后通过电压分析及控制电路控制电压钳制电路，利用电流电极向细胞外液注入或导出电流，以稳定痫性灶内细胞外液电场达到降低痫性灶内神经元细胞的兴奋性，从而控制或减少癫痫的发作。在治疗时，不需用药，对病人没有药物副作用，也不需破坏脑部神经系统，可以避免对病人脑部神经系统带来严重损伤，影响神经中枢的功能，也便于停止已进行的治疗，恢复治疗前的神经系统结构，具有较高的安全性。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置中的电压钳制电路示意图。

图3是本发明装置中的电压分析及控制电路示意图。

图4是MCS-51单片机的接线示意图。

图5是本发明装置中电压分析及控制电路单片机的工作流程图。

图6是用常规器件构成的电压分析及控制电路示意图。

具体实施方式

见图1，癫痫治疗装置包括电位监测电极2、电流电极7、电压放大电路3、电压分析及控制电路5、电压钳制电路6和电源电路4；所述电位监测电极2通过电压放大电路3与电压分析及控制电路5的输入端连接，电流电极7通过电压钳制电路6与电压分析及控制电路5的输出端连接，电源电路4为各单元电路3、5、6提供工作电源。

电位监测电极2和电流电极7采用银金属或铂铱合金外加绝缘材料及连接导线构成，该电极具有较好的导电性、稳定性和生物相容性。

电压放大电路3可以采用市售的放大电路如北京新拓公司的单导或多导电生理放大器，它可以将毫伏或微伏的电信号放大数万或数十万倍。电压放大电路3的输入端与电位监测电极2连接，输出端与电压分析及控制电路5的输入端连接。

如图2所示，电压钳制电路6可采用现有的高精度，低输出电阻，高放大倍数的集成运算放大器61，如LM159，集成运算放大器61将电压分析及控制电路5的输出的放大后电压输入到其反向端，将电压分析及控制电路5输出的参考电压输入到其正向端。当放大后的细胞外液电位高于参考电压时，由于放大后的细胞外液电压接在集成运算放大器的反向端，就会产生一个流出的电流，从而降低细胞外液的电位；当放大后的细胞外液电位低于参考电压时，由于放大后的细胞外液电压接在集成运算放大器61的反向端，就会产生一个注入的电流，从而升高细胞外液的电位；由于集成运算放大器61的高放大作用，从而钳制细胞外液的电位。当集成运算放大器61两输入端短路后钳制电路6将停止工作。

电压分析及控制电路5可以应用现有的电子元件搭配实现，也可以采用微电脑电路实现其功能。

采用微电脑电路的电压分析及控制电路5如图3所示，它由单片机51和A/D变换模块52、电压钳制电路控制模块53构成，单片机51可采用MCS-51系列的8751，见图4，

其P0, ALE,

,,P2,

等信号与A/D变换模块2相连，A/D变换模块52再与电压放大电路3的输出端连接，单片机51的P0脚，ALE,

,

,P2,

等信号与电压钳制电路控制模块53相连，电压放大电路3的输出端与电压钳制电路控制模块53相连，电压钳制电路控制模块53再与电压钳制电路6的集成运算放大器的输入端连接。A/D变换模块52将放大后电压值模拟量转换成数字量并输入到单片机51，钳制电路控制模块53接受单片机51的指令启动或停止集成运算放大器工作，提供电压钳制电路6所需要的参考电压。单片机51运行特定软件完成电压分析和控制的工作。

单片机工作流程示意图如图5所示，单片机连续检测细胞外液的电位，当细胞外液的电位超出某个范围时，启动电压钳制电路的LM159工作并计时，当指定的时间到，停止电压钳制电路工作，单片机不段重复上述工作。由于细胞外液电位在正常范围变化时电压钳制电路不工作，从而使治疗仪对病人正常生活影响较小。

用常规器件构成的电压分析及电压控制电路示意图见图6，由集成施密特触发器54、非门56、非门57、电容C、电压控制开关和电阻R 以及集成电路定时器（NE555）55组成，电压控制开关由开关K1、K2、K3和相应的继电器M1、M2、M3组成。集成施密特触发器54可采用CD4093，其功能就是实现电压的比较，当电压处在某范围内时输出低电压，反之输出高电压，非门57实现电压的翻转，电容C和电阻R 以及集成电路定时器（NE555）55构成单稳态电路实现定时，该单稳态电路需负脉冲触发，非门56实现电压V0的翻转。

电压放大电路放大后的细胞外液电压输入到集成施密特触发器54的输入端，当放大后的细胞外液电压处在正常范围时集成施密特触发器54输出低电压，经非门56变成高电压，电容C和电阻R 以及集成电路定时器（NE555）55构成单稳态电路输出低电压，V0为低电压，V1为高电压，开关K1,K3断开，K2 闭合，电压钳制电路正负极短路，钳制电路不工作；当放大后的细胞外液电压超出正常范围时集成施密特触发器54输出高电压，经非门56变成低电压，电容C和电阻R 以及集成电路定时器（NE555）55构成单稳态电路开始输出高电压（负脉冲触发），V0为高电压，V1为低电压，开关K1,K3闭合，K2 断开，电压钳制电路工作，一段时间后，单稳态电路输出低电压，V0为低电压，V1为高电压，开关K1,K3断开，K2 闭合，电压钳制电路正负极短路，钳制电路停止工作。

电压分析及电压控制电路还可以采用现有技术的其它方案实现。

癫痫治疗装置中的电位监测电极2和电流电极7可根据需要用多个，每个电位监测电极2和电流电极7分别与相应的电压放大电路3和电压钳制电路6连接，各电压放大电路3和电压钳制电路6均与电压分析及控制电路5连接。这种装置可以用于需要多个电极的情况。

癫痫治疗装置的使用方法：

医生在使用设备（如皮层脑电图和深部脑电图等）确定痫性灶后，将电位监测电极2、电流电极7置入到患者脑部的痫性灶内，处于细胞外液1中，将地线置入到头皮下，外接癫痫治疗装置打开电源即可（参见图1）。癫痫治疗装置通过电位监测电极不断监测痫性灶内细胞外液1的电位并输入到电压分析及控制电路中，电压分析及控制电路判断是否正常，若不正常，启动电压钳制电路工作，通过电流电极使细胞外液1的电位保持在某个值。例如当细胞外液1的电位低于-30mv时, 电压分析及控制电路启动电压钳制电路通过电流电极向细胞外液1输入电流使细胞外液1的电位保持在1mv，从而稳定了细胞外液电场，防止或减少由于细胞外液电场急剧变化引起的癫痫的发作，到设定时间到后电压分析及控制电路停止电压钳制电路工作，以减少治疗设备对人体正常生理的影响，治疗仪不断重复上述过程。

Claims

1.一种癫痫治疗装置，其特征是包括至少一个电位监测电极及相应的电压放大电路、至少一个电流电极及相应的电压钳制电路、电压分析及控制电路和电源电路；所述电位监测电极通过电压放大电路与电压分析及控制电路的输入端连接，电流电极通过电压钳制电路与电压分析及控制电路的输出端连接，电源电路为各单元电路提供工作电源；

所述电压分析及控制电路对电压放大电路输出的电压进行分析，当细胞外液电位不是正常值时，启动电压钳制电路，钳制细胞外液的电位，并钳制电压一定时间后，停止电压钳制电路工作；

所述电压钳制电路采用负反馈放大电路将放大后细胞外液电压与指定的参考电压进行比较，当两者相等时通过电流电极不向细胞外液注入或导出电流，当两者不相等时通过电流电极注入极性相反的电流从而使细胞外液电位钳定在某个值。