CN102091382A - 一种可促进神经再生的感应式电刺激器 - Google Patents

Abstract

一种可促进神经再生的感应式电刺激器。包括植入人体的刺激电极、刺激电流发生器(5)、接收线圈(4)，以及人体外的电能发射电路(7)和发射线圈(6)。三个刺激电极中的两个极性相同，另一个电极极性相反。极性相同的两个电极固定在受损伤的神经两端，另一个固定在损伤处附近。刺激电流发生器(5)和接收线圈(4)埋置于患者皮下。对受损神经进行电刺激时，将发射线圈在体表贴近体内接收线圈，从而在体内接收线圈中产生感应电流。刺激电流发生器再将感应电流转化为直流电流，并通过刺激电极对受损神经进行刺激，从而促进神经的再生。

Description

一种可促进神经再生的感应式电刺激器

技术领域

本发明涉及一种可促进神经再生的感应式电刺激器。

背景技术

脊髓损伤后的运动和感觉功能重建是神经科学研究的重大挑战之一，目前很多疗法都致力于促进轴突再生。自上世纪80年代中期开始，国外学者陆续报道了应用电场刺激可以促进神经轴突向阴极生长，减少损伤后胶质瘢痕的生成，为中枢神经损伤后的神经再生创造良好的环境。为了实现受损神经的双向生长，可采用振荡电场刺激，即电场极性每隔一定时间交换一次。应用振荡电场刺激治疗脊髓损伤时，在脊髓损伤后将电刺激器植入患者体内，一对极性相反的刺激电极置于损伤平面上下两侧，紧贴椎骨，从而在两电极之间的脊髓上形成电场，电场每隔一定时间变化方向，如美国专利“Method and apparatus for regenerating nerves(专利号：4919140)”。目前的振荡电场刺激器多采用三对电极，电极仍然是固定在损伤处两侧，同一侧的电极极性相同，如美国专利“Apparatus and method for repair of spinal cord injury(专利号：6975907)”。由于需要改变电场极性，振荡电场刺激器的结构比较复杂，刺激器的体积也较大。

此外由于刺激器需要连续工作，电池容量极大地限制了刺激器的使用寿命，如果使用大容量电池又会增大刺激器体积，给手术带来困难，也给患者的生活带来不便。目前无线充电技术已经应用于植入式医疗仪器，有效地延长了刺激器工作寿命，如中国专利“用于植入式医疗仪器的经皮无线充电装置(申请号：200610011809.X)”。这种无线充电技术也可以应用于振荡电场刺激对神经进行修复。但是可充电电池的寿命也是有限的，需要在使用一定时间后将电池取出并更换。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种可促进神经再生的感应式电刺激器。本发明改进了神经电刺激的刺激方式，采用了一种不含电池的可植入式刺激器，避免使用振荡电场，利用体外供电的方法进行刺激，可以有效降低植入风险，延长体内刺激器的使用寿命，并减小了电刺激器的体积和重量。

本发明采用三个电极对神经进行刺激，其中两个极性相同的电极分别固定在受损神经的头侧和尾侧，第三个电极与前两个电极极性相反，固定在损伤处附近。刺激器工作时，可在损伤处两端产生大小相近、极性相反的电场，此电场可以促进受损伤的神经再生。

本发明感应式电刺激器的供电装置由体内植入部分和体外供电装置组成。所述的感应式电刺激器包括体内植入部分和体外供电装置；所述体内植入部分包括刺激电极、刺激电流发生器、接收线圈；接收线圈缠绕在由硅橡胶制成的中空的工形骨架上，刺激电流发生器置于工形骨架内，并通过导线与电极相连。所述的工形骨架内灌注有环氧树脂。所述体外供电装置由电能发射装置和发射线圈组成；发射线圈放置于接近置于皮下的接收线圈处，电能发射装置为发射线圈提供激励电流，在发射线圈附近产生电磁场，所述接收线圈通过电磁耦合方式接收到穿过皮肤的电磁能量，产生感应电流，为所述的刺激电流发生器供电，所述体内刺激电流发生器输出直流电刺激信号，通过三个电极对神经施加刺激。

当感应式电刺激器工作时，体外发射线圈需靠近体内接收线圈，如安放在患者轮椅上或病床上。此时在接收线圈中产生感应电流，通过刺激电流发生器后输出直流电流对神经进行刺激，从而促进神经再生。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：(1)本发明的感应式电刺激装置装有三个电极，能够在受损神经两侧产生大小相近、方向相反的电场，而不是振荡电场，可在损伤处两侧形成极性相反的电场，避免了在刺激器内使用控制电场极性翻转的电路。(2)本发明的感应式电刺激装置能够穿过皮肤对植入人体的刺激器进行供电，体内刺激器由无源器件构成，不含电池，延长了植入器件的使用寿命，降低了患者接受手术的风险，减轻了患者的痛苦和经济负担。(3)大大减小了植入器件的体积和重量，降低了植入的难度，同时减小了异物对人体的不良影响，改善了患者的生活质量。(4)体外发射线圈与体内接收线圈具有较大的位置容差性。

附图说明

图1本发明感应式电刺激的原理图；

图2体外电能发射装置的原理图；

图3体内刺激电流发生器的原理图；

图4本发明的体内植入部分的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的感应式神经电刺激器作进一步说明。

本发明采用如下的技术方案：本发明采用三个刺激电极对受损神经进行刺激，其中两个电极极性相同，分别固定在受损神经的两端，另外一个电极固定在损伤处附近。

本发明感应式电刺激器的供电装置由体内植入部分和体外供电装置组成。

所述的体内植入部分包括刺激电极、接收线圈、刺激电流发生器。接收线圈缠绕在由硅橡胶制成的中空的工形骨架上，刺激电流发生器置于工形骨架内，并通过导线与电极相连。为防止液体渗入、腐蚀电路板，在刺激电流发生器装入工形骨架后在骨架中空处灌注环氧树脂，环氧树脂干燥后将刺激电流发生器包裹起来。除电极外的整个体内部分均在最外层涂抹硅橡胶，从而满足生物相容性的要求。

所述的体外供电装置由发射线圈和电能发射装置构成。电能发射装置由电源电路、正弦波发生电路、功率放大电路组成。电源电路将生活用电转换成直流电，正弦波发生电路将直流电转化为频率为几十千赫兹到几兆赫兹的高频交流电信号，功率放大后将此高频电信号的电流放大用来驱动发射线圈，在发射线圈附近产生电磁场。所述接收线圈通过电磁耦合方式在皮下接收到穿过皮肤的电磁能量之后为体内刺激电流发生器供电，所述体内刺激电流发生器发出刺激电流，通过三个电极对神经施加刺激。

图1所示为感应式电刺激的原理。如图1所示，1为患者脊柱，2表示神经受损伤处，刺激电极3a与3c极性相同，固定在神经受损伤处2的两端，电极3b与电极3a极性相反，置于神经受损伤处2的附近。刺激电流发生器工作时，可在神经受损伤处2的两端产生大小相近、极性相反的电场。3个电极通过导线8与刺激电流发生器5相连。进行感应式电刺激时，须将发射线圈6靠近接收线圈4，并由电能发射装置7通过导线9为发射线圈6提供激励电流。

所述的发射线圈6和接收线圈4为空心线圈，匝数均为一匝至数十匝。

如图2所示的体外电能发射装置7由电源电路10、正弦波发生电路11、功率放大电路12组成。电源电路10将输入的生活用电转化为直流电，从而为正弦波发生电路11和功率放大电路12供电，可以采用开关电源。正弦波发生电路11可产生频率为几十千赫兹到几兆赫兹的正弦波信号，可以采用MAX038产生此信号，或用NE555产生方波再通过滤波获得正弦波信号。功率放大电路12接收正弦波信号，并将电流放大以驱动发射线圈6产生电磁场，功率放大电路可采用功率三极管。电源电路10也可以采用电池和DC-DC变换器来实现。正弦波发生电路11和功率放大电路12也可以采用集成芯片VOX05MP01实现。

如图3所示，所述的体内刺激电流发生器由整流电路13、滤波电路14、稳压电路15和电流输出电路16构成。接收线圈4接收来自发射线圈的能量，为了提高接收效率，在接受线圈两端并联谐振电容C2。接收到的信号通过整流电路13和滤波电路14将交流信号转化成直流信号，整流电路13为一个二极管或者由四个二极管构成的桥式整流电路，滤波电路14采用RC低通滤波器，稳压电路15可以稳定直流信号输出，可采用REF2912，电流输出电路16将电压信号转换为电流信号对神经进行刺激，为减少元器件数量，采用一个大电阻，将其与稳压电路连接即可。

图4所示为体内植入部分，接收线圈4缠绕在工型硅橡胶骨架17上，线圈4两端接在刺激电流发生器5的电路板18上，从刺激电流发生器5的电路板18上引出导线8，分别连接电极3a、3b、3c。为了防止液体渗入及其对电路板的腐蚀，电路板用环氧树脂19包裹。所述体内植入部分除电极以外均由硅橡胶包裹。

Claims (6)

1.一种可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的感应式电刺激器包括体内植入部分和体外供电装置；所述体内植入部分包括刺激电极、刺激电流发生器、接收线圈；接收线圈缠绕在由硅橡胶制成的中空的工形骨架上，刺激电流发生器置于工形骨架内，并通过导线与电极相连；所述的工形骨架内灌注有环氧树脂；所述体外供电装置由电能发射装置(7)和发射线圈(6)组成；发射线圈(6)放置于接近置于皮下的接收线圈(4)处，电能发射装置(7)为发射线圈(6)提供激励电流，在发射线圈(6)附近产生电磁场，所述接收线圈(4)通过电磁耦合方式接收到穿过皮肤的电磁能量，产生感应电流，为所述的刺激电流发生器(5)供电，所述体内刺激电流发生器(5)输出直流电刺激信号，通过三个电极对神经施加刺激。

2.根据权利要求1所述的可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的刺激电极共有三个，其中两个极性相同，另一个电极极性相反；极性相同的两个刺激电极置于神经受损处的两端，极性相反的一个电极置于神经受损伤处附近。

3.根据权利要求1所述的可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的体内刺激电流发生器(5)由整流电路(13)、滤波电路(14)、稳压电路(15)和电流输出电路(16)构成；整流电路(13)和滤波电路(14)将接收线圈(4)发出的交流信号转化成直流信号，稳压电路(15)起稳定直流信号输出的作用，电流输出电路(16)将电压信号转换为电流信号对神经进行刺激。

4.根据权利要求1或3所述的可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的接收线圈(4)的两端连接在刺激电流发生器的电路板(18)上，从刺激电流发生器的电路板(18)上引出导线(8)，导线(8)分别连接三个刺激电极(3a、3b、3c)；所述的电路板(18)用环氧树脂(19)包裹。

5.根据权利要求1所述的可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的体内植入部分除电极以外均用硅橡胶包裹。

6.根据权利要求1所述的可促进神经再生的感应式电刺激器，其特征是：所述的发射线圈(6)和接收线圈(4)为空心线圈，匝数均为一匝至数十匝。

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