CN104689470B - 一种植入式神经刺激系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；其特征在于，所述脉冲发生器包括：一电源模块，一控制模块，一与该控制模块电连接的电容检测模块，一与该控制模块电连接的通道选择模块，一与该控制模块电连接的信号采集模块，一与该控制模块电连接的无线通信模块，一正向刺激电容，一负向刺激电容以及一外壳。本发明的植入式神经刺激系统提供了多通道的脉冲输出功能，基于电容充放电的主动电荷平衡功能，具有主动电荷平衡功能。

Description

一种植入式神经刺激系统

技术领域

本发明属于微型医疗器械领域，特别涉及一种医疗使用的植入式神经刺激系统以及其工作方法。

背景技术

植入式神经刺激系统种类很多，如植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入式迷走神经刺激器等。由植入式神经刺激系统的刺激输出模块产生脉冲，通过植入电极释放高频电刺激，刺激体内特定部位的神经，从而实现对特定疾病的治疗作用。

由于植入式神经刺激系统使用时，其刺激电极直接植入人体组织内部。因此，该类设备直接关系到植入者的安全，需要对其直接刺激的人体神经组织实现严格的电荷平衡。

当前植入式神经刺激系统，严格的电荷平衡主要通过被动电荷平衡的方式实现，可以实现植入式神经刺激系统的安全性。然而，被动电荷平衡的方式使得系统中片外元件较多、被动电荷平衡时间较长，且被动电荷平衡过程波形幅值不可控，控制也不够灵活。另外，当前具备主动电荷平衡功能的植入式神经刺激系统，其电力使用方案又存在能效低、电荷平衡安全性不足等问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能效高且电荷平衡安全性高的植入式神经刺激系统及其工作方法。

一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；其特征在于，所述脉冲发生器包括：

一电源模块，该电源模块包括一正电压输出端和一负电压输出端；

一控制模块，该控制模块包括一微控制器、一DA输出模块以及一比较器；

一与该控制模块电连接的通道选择模块，该通道选择模块用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接；

一正向刺激电容和一负向刺激电容，所述正向刺激电容与所述负向刺激电容的容值一致，且所述正向刺激电容与所述负向刺激电容分别接地；

所述正电流输出端通过一由该控制模块控制的第一开关与所述正向刺激电容电连接，用于为所述正向刺激电容充电；所述负电压输出端通过一由该控制模块控制的第三开关与所述负向刺激电容电连接，用于为所述负向刺激电容充电；

所述正向刺激电容通过一由该控制模块控制的第二开关与所述通道选择模块电连接，用于向所述通道选择模块提供正向刺激电压；所述负向刺激电容通过一由该控制模块控制的第四开关与所述通道选择模块电连接，用于向所述通道选择模块提供负向刺激电压；

一与该控制模块电连接的电容检测模块，该电容检测模块包括一计时器、一与该正向刺激电容电连接的正电流输出端和一与该负向刺激电容电连接的负电流输出端，且该电容检测模块用于检测所述正向刺激电容和所述负向刺激电容的电容值；

一与该控制模块电连接的信号采集模块，且该信号采集模块分别与所述正向刺激电容和所述负向刺激电容电连接，用于采集所述正向刺激电容和负向刺激电容的电压值；

一与该控制模块电连接的无线通信模块；以及

一外壳，该外壳用于收容上述模块。

与现有技术相比较，本发明的植入式神经刺激系统提供了多通道的脉冲输出功能，基于电容充放电的主动电荷平衡功能，具有主动电荷平衡功能。而且，该植入式神经刺激系统的主动电荷平衡功能具备高精度的特性，极大地减小了对神经组织损伤，大大提高了系统的安全性，同时实现高精度的手段在功耗上代价极低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的植入式神经刺激系统的结构示意图。

图2为图1的植入式神经刺激系统的脉冲发生器的电路原理方框图。

图3为本发明一个实施例提供的植入式神经刺激系统的脉冲发生器的工作方法流程图。

图4-7为本发明另一个实施例提供的植入式神经刺激系统的脉冲发生器的工作方法流程图，其中图4-7中省略了部分流程。

图8为本发明一个实施例提供的植入式神经刺激系统的检测电容值的方法流程图。

主要元件符号说明

植入式脑深部电刺激器	10	脉冲发生器	11
				控制模块	110	微控制器	1101
DA输出模块	1102	比较器	1103
				外壳	111	电源模块	112
负电压输出端	1121	正电压输出端	1122
				电容检测模块	113	正直流输出端	1131
负直流输出端	1132	计时器	1133
				通道选择模块	114	信号采集模块	115
无线通信模块	116	正向刺激电容	117
				负向刺激电容	118	开关	1190
开关	1191	开关	1192
				开关	1193	开关	1194
开关	1195	开关	1196
				刺激电极	12	触点阵列	120
延长导线	13	体外程控仪	14

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的植入式神经刺激系统及其工作方法进行阐述。

可以理解，本发明提供的植入式神经刺激系统可以为植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入式迷走神经刺激器。本发明实施例仅以植入式脑深部电刺激器为例进行说明。

请参见图1，本发明实施例提供一植入式脑深部电刺激器10，其包括：一植入皮下的脉冲发生器11，一植入深脑部位的刺激电极12，一连接该刺激电极12和脉冲发生器11的延长导线13，以及一用于程控该脉冲发生器11的体外程控仪14。

所述脉冲发生器11产生特定的电刺激脉冲信号，并通过所述延长导线13和刺激电极12导通至刺激部位进行刺激调控。所述体外程控仪14可以与所述脉冲发生器11无线连接，并改变其电脉冲刺激参数。

请进一步参见图2，所述刺激电极12尖端具有一触点阵列120，其包括多个触点，分别标记为触点1，触点2 … 以及触点N。当将刺激电极12植入靶点位置后，至少有一个触点与刺激靶点接触紧密，以将适当的电刺激传导至靶点，治疗神经类的疾病。可以理解，所述刺激电极12的个数不限于一个，可以根据需要选择，对相应的位置进行刺激，以保证刺激效果。

可以理解，所述延长导线13为一可选元件，所述刺激电极12可以直接连接到该脉冲发生器11上。只有当所述刺激电极12与该脉冲发生器11植入体内后的距离较大时，才需要通过延长导线13连接。

请参见图2，所述脉冲发生器11的电路包括：一控制模块110、一外壳111、一电源模块112、一电容检测模块113、一通道选择模块114、一信号采集模块115、一无线通信模块116、一正向刺激电容117以及一负向刺激电容118。所述控制模块110、电源模块112、电容检测模块113、通道选择模块114、信号采集模块115、无线通信模块116、正向刺激电容117以及负向刺激电容118均收容于该外壳111中。

所述控制模块110控制整个脉冲发生器11的各个模块和元件协调工作。所述控制模块110包括：一微控制器1101、一DA(Digital to Analog)输出模块1102以及一比较器1103。其中，所述微控制器1101，所述DA输出模块1102和所述比较器1103之间相互连接。可以通过微控制器1101的数字量输出接入DA输出模块1102输出对应模拟量，并将该模拟量接入比较器1103以设定比较器1103的比较电压，并实时输出比较器1103的输出结果。

所述电源模块112包括电池和电源管理电路。所述电源模块112可以为一多电池供电下经电源管理电路管理后产生的的直流正负输出电源，一单电池供电下经电源管理电路管理后产生的直流正负输出电源，以及一通过电磁感应原理置于交变电磁场中以获取能量的交流电源中的一种或多种。所述电源模块112包括一正电压输出端1122和一负电压输出端1121。所述电源模块112与所述控制模块110和电容检测模块113电连接，为该控制模块110和电容检测模块113供电。可以理解，所述电源模块112还与所述通道选择模块114、信号采集模块115、以及无线通信模块116电连接，并分别为其供电（图未示）。

所述电容检测模块113包括一正直流输出端1131、一负直流输出端1132，以及一计时器1133。所述正直流输出端1131、负直流输出端1132，计时器1133分别与所述微控制器1101电连接，由该微控制器1101控制。所述正直流输出端1131分别与所述正向刺激电容117以及信号采集模块115电连接。所述负直流输出端1132分别与所述负向刺激电容118以及信号采集模块115电连接。

所述正向刺激电容117与所述负向刺激电容118的容值一致。所述正向刺激电容117一端接地，另一端分别与所述正电压输出端1122、所述正直流输出端1131、所述信号采集模块115、以及所述通道选择模块114电连接。所述正电压输出端1122与所述正向刺激电容117之间设置一开关1190，且所述通道选择模块114与所述正向刺激电容117之间设置一开关1194。进一步，所述正向刺激电容117的另一端也通过一开关1192接地。

所述负向刺激电容118一端接地，另一端分别与所述负电压输出端1121、所述负直流输出端1132、所述信号采集模块115、以及所述通道选择模块114电连接。所述负电压输出端1121与所述负向刺激电容118之间设置一开关1191，且所述通道选择模块114与所述负向刺激电容118之间设置一开关1195。进一步，所述负向刺激电容118的另一端也通过一开关1193接地。进一步，此处定义连接所述开关1194与所述通道选择模块114的导线为第一导线，定义连接所述开关1195与所述通道选择模块114的导线为第二导线。所述第一导线与第二导线之间设置一开关1196。所述开关1190、开关1191、开关1192、开关1193、开关1194、开关1195以及开关1196均分别与所述微控制器1101电连接，由该微控制器1101控制。

所述通道选择模块114分别与所述微控制器1101、触点阵列120以及外壳111电连接。所述通道选择模块114可以选择将来自所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的能量输送至触点阵列120以及外壳111中的某一个，对组织进行电脉冲刺激。进一步，所述通道选择模块114还接地，并具备将触点阵列120以及外壳111接地的功能。

所述信号采集模块115与所述微控制器1101电连接，且用于采集所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的电压值。所述无线通信模块116与所述微控制器1101电连接，且用于与所述体外程控仪14无线通信。所述无线通信模块116具体包括一无线通信电路和一无线通信天线。

所述外壳111为一生物相容的金属外壳，在电刺激时可以作为一个电极触点使用。本实施例中，所述外壳111为一钛金属外壳。

可以理解，所述脉冲发生器11除了外壳111、电源模块112中的电池、无线通信模块116中的无线通信天线、正向刺激电容117以及负向刺激电容118以外，其控制模块110、电源模块112中的电源管理电路、电容检测模块113、通道选择模块114、信号采集模块115、无线通信模块116中的无线通信电路可以集成于同一芯片上。因此，该脉冲发生器11体积小，适用于植入式医疗设备体积受限的特性。

所述体外程控仪14通过显示屏幕、指示灯、蜂鸣器、按键等方式与使用者进行交互。所述体外程控仪14包括一无线通信模块，其用于与所述脉冲发生器11无线通信。该无线通信方式可以为射频通信或近场耦合通信等。其中，射频无线通信装置的通信频带包括401MHz-406MHz、420-445MHz、2.3GHz-2.5GHz。所述体外程控仪14与所述脉冲发生器11的穿体通信距离能够达到1m或以上。

请参见图3，所述脉冲发生器11的工作方法包括以下步骤：

步骤S10，通过电容检测模块113检测得到所述正向刺激电容117的电容值C1和负向刺激电容118的电容值C2，并进入步骤S11；

步骤S11，通过所述电源模块112分别向所述正向刺激电容117和负向刺激电容118预充电，并进入步骤S12；

步骤S12，判断所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的电压是否达到设定电压值，如果是，进入步骤S13，如果否，则返回步骤S11；

步骤S13，开始一个电脉冲刺激周期T，通过信号采集模块115获得该正向刺激电容117的当前电压值V1+和该负向刺激电容118的当前电压值V2+，并进入步骤S14；

步骤S14，使用已充电的正向刺激电容117通过该通道选择模块114向所述触点阵列120输出一持续时间为T1的正向电脉冲刺激信号，并进入步骤S15；

步骤S15，通过信号采集模块115获得所述正向刺激电容117的当前电压值V1-，根据公式C1×(V1+-V1-)=C2×(V2-－V2+)计算得出电荷平衡对应的电压V2-，并进入步骤S16；

步骤S16，使用已充电的负向刺激电容118通过该通道选择模块114向所述触点阵列120输出一负向电脉冲刺激信号，并进入步骤S17；

步骤S17，判断所述负向刺激电容118的电压是否等于V2-，如果是，进入步骤S18，如果否，则返回步骤S16；

步骤S18，停止输出负向电脉冲刺激信号，记录该输出负向电脉冲刺激信号持续的时间T2，计算T3=T-T1-T2，并进入步骤S19；

步骤S19，通过所述电源模块112分别向所述正向刺激电容117和负向刺激电容118再充电，并进入步骤S20和步骤S22；

步骤S20，判断所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的电压是否达到设定电压值，如果是，进入步骤S21，如果否，则返回步骤S19；

步骤S21，停止步骤S22，保持待机直到充电和待机总时长为T3，结束一个电脉冲刺激周期T，并返回步骤S13；

步骤S22，判断再充电时长是否达到T3，如果是，进入步骤S23，如果否，则返回步骤S19；以及

步骤S23，停止步骤S20，结束一个电脉冲刺激周期T，并返回步骤S13。

请参见图4，进一步，所述步骤S23中，返回步骤S13之前先进入步骤S24；所述脉冲发生器11的工作方法还可以包括以下步骤：

步骤S24，判断所述正向刺激电容117或负向刺激电容118是否充满，并记录未充满的连续次数，并进入步骤S25；

步骤S25，判断未充满的连续次数是否为Nr，如果是，进入步骤S26，如果否，则返回步骤S13；以及

步骤S26，停止刺激并通过所述无线通信模块116通知所述体外程控仪14。

请参见图5，进一步，所述脉冲发生器11的工作方法还可以包括以下步骤：

步骤S27，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断电脉冲刺激时间是否达到Td，如果是，就返回步骤S10，如果否，则还是返回步骤S13。

所述步骤步骤S27中，每过一段时间Td后重新通过电容检测模块113检测得到所述正向刺激电容117的电容值C1和负向刺激电容118的电容值C2。所述时间Td可以根据需要设定。所述时间Td可以为5分钟~5天。本实施例中，所述时间Td为24小时。

请参见图6，进一步，所述脉冲发生器11的工作方法还可以包括以下步骤：

步骤S28，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断是否满足对组织两端短接放电的条件，如果是，进入步骤S29，如果否，则继续返回步骤S13；以及

步骤S29，对组织两端短接放电一次，然后再返回步骤S13。

所述步骤步骤S28中，所述对组织两端短接放电的条件包括但不仅仅包括：电脉冲刺激时间达到Ts，系统重启，刺激参数更改，外部功能触发，所述正向刺激电容117电压异常，所述负向刺激电容118电压异常，所述正向刺激电容117短接到地放电，以及所述负向刺激电容118短接到地放电中的任何一种，可以根据需要设定。所述时间Ts可以根据需要设定。所述时间Ts可以为5毫秒~10秒。本实施例中，所述时间Ts为1秒。

所述步骤步骤S29中，通过断开开关1194和开关1195，并将开关1196短暂闭合实现该功能。

请参见图7，进一步，所述脉冲发生器11的工作方法还可以包括以下步骤：

步骤S30，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断是否满足电容接地放电的条件，如果是，进入步骤S31，如果否，则继续返回步骤S13；以及

步骤S31，对所述正向刺激电容117和负向刺激电容118短接到地放电一次，然后再返回步骤S11。

所述步骤步骤S30中，所述电容接地放电的条件包括但不仅仅包括：电脉冲刺激时间达到Tc，系统重启，刺激参数更改，外部功能触发，所述正向刺激电容117电压异常，以及所述负向刺激电容118电压异常中的任何一种，可以根据需要设定。所述时间Tc可以根据需要设定。所述时间Tc可以为5毫秒~30秒。本实施例中，所述时间Tc为2秒。

所述步骤步骤S31中，具体地，先断开开关1190、开关1191、开关1194以及开关1195，然后闭合开关1192和开关1193，等所述正向刺激电容117和负向刺激电容118达到地电位后，断开开关1192和开关1193。

可以理解，所述脉冲发生器11的工作方法还可以同时包括上述步骤S24至步骤S31。

所述步骤S10中，通过电容检测模块113检测所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的电容值的方法包括但不仅仅包括：通过电阻结合待测电容构建一阶RC环节的方式并实时检测电容充放电情况以检测电容容值。

请参见图8，本实施例中，其对应的检测方法具体包括以下步骤：

步骤S101，将所述正向刺激电容117和负向刺激电容118分别接地放电放电直至地电位，并进入步骤S102。具体地，该步骤中，先断开开关1190、开关1191、开关1194以及开关1195，然后闭合开关1192和开关1193，等所述正向刺激电容117和负向刺激电容118达到地电位后，断开开关1192和开关1193。

步骤S102，通过所述正直流输出端1131和负直流输出端1132分别输出固定的直流电压Vt和-Vt，并进入步骤S103。具体地，该步骤中，该正直流输出端1131和负直流输出端1132输出阻抗分别为R11和R21。

步骤S103，通过所述电容检测模块113分别对所述正向刺激电容117和负向刺激电容118充电，同时，所述计时器1133开始计时，并进入步骤S104和步骤S107。具体地，该步骤中，通过所述电容检测模块113内部的两个阻值为Rcal的精密测量电阻分别对所述正向刺激电容117和负向刺激电容118进行充电。

步骤S104，判断所述正向刺激电容117两端电压Vc1是否达到0.5Vt，如果是，进入步骤S105，如果否，则返回步骤S103。具体地，该步骤中，通过所述微控制器1101对所述DA输出模块1102进行设定模拟量为0.5Vt，并通过所述DA输出模块1102输出的模拟量0.5Vt对所述比较器1103进行设定，并通过所述比较器1103与所述正向刺激电容117两端电压Vc1进行比较，并将比较结果反馈给所述微控制器1101。

步骤S105，计时器1133记录时间Tt1，计算出所述正向刺激电容117的容值Ct11，并进入步骤S106。具体地，该步骤中，根据公式 计算出所述正向刺激电容117的容值Ct11。

步骤S106，重复以上步骤S101，步骤S102，步骤S103，步骤S104和步骤S105共(N-1)次，得出所述正向刺激电容117的容值Ct12、Ct13、… Ct1N，并对Ct11、Ct12、… Ct1N取平均作为所述正向刺激电容117的容值Ct1。具体地，该步骤中，N≧5。

步骤S107，判断所述负向刺激电容118两端电压Vc2是否达到-0.5Vt，如果是，进入步骤S108，如果否，则返回步骤S103。具体地，该步骤中的方法与步骤S104相同，通过所述比较器1103与负向刺激电容118两端电压Vc2进行比较，并将比较结果反馈给所述微控制器1101。

步骤S108，计时器1133记录时间Tt2，计算出所述负向刺激电容118的容值Ct21，并进入步骤S109。具体地，该步骤中，根据公式计算出所述负向刺激电容118的容值Ct21。

步骤S109，重复以上步骤S101，步骤S102，步骤S103，步骤S107和步骤S108共(N-1)次，得出所述负向刺激电容118的容值Ct22、Ct23、… Ct2N，并对Ct21、Ct22、… Ct2N取平均作为所述负向刺激电容118的容值Ct2。具体地，该步骤中，N≧5。

所述步骤S12中，通过信号采集模块115获得该正向刺激电容117和负向刺激电容118的当前电压值，并通过所述比较器1103将所述正向刺激电容117和负向刺激电容118的电压与设定电压值进行对比，并将比较结果反馈给微控制器1101。

所述步骤S11中，通过所述电源模块112向所述正向刺激电容117和负向刺激电容118预充电的方法与所述电源模块112为直流电输出还是交流电输出有关。

在一个实施例中，所述电源模块112为直流电输出，向电容充电的方法具体包括下述步骤：

步骤S111，由所述微控制器1101通过所述DA输出模块1102输出期望的正向刺激电压Vpr和期望的负向刺激电压-Vnr，分别作为比较器1103的基准电压；

步骤S112，由所述正电压输出端1122为所述正向刺激电容117充电，同时由所述负电压输出端1121为所述负向刺激电容118充电；

步骤S113，当所述正向刺激电容117两端电压Vc1等于期望的正向刺激电压Vpr时，断开开关1190停止充电；当所述负向刺激电容118两端电压Vc2等于期望的负向刺激电压-Vnr时，断开开关1191停止充电；

步骤S114，当所述正向刺激电容117两端电压Vc1等于期望的正向刺激电压Vpr且所述负向刺激电容118两端电压Vc2等于期望的负向刺激电压-Vnr时，继续待机直到该次充电阶段时长达到T3；

步骤S115，当单次充电时间达到设定值T3时，即使所述正向刺激电容117两端电压Vc1依旧低于期望的正向刺激电压Vpr，断开开关1190停止充电；即使所述负向刺激电容118两端电压Vc2依旧高于期望的负向刺激电压-Vnr，断开开关1191停止充电。

在另一个实施例中，所述电源模块112为交流电输出，向电容充电的方法具体包括下述步骤：

步骤S111A，由所述微控制器1101通过所述DA输出模块1102输出期望的正向刺激电压Vpr和期望的负向刺激电压-Vnr，分别作为比较器1103的基准电压；

步骤S112A，使所述正直流输出端1131瞬时输出电压v+且使所述负直流输出端1132瞬时输出电压v-；具体地，该步骤中，由所述电源模块112将同一个交流信号同时分别输出至该正直流输出端1131和负直流输出端1132形成瞬时输出电压v+和v-，即，v+=v-；或者也可以是先将同一个交流信号进行正负半波分离，再将该正半波和负半波分别输出至该正直流输出端1131和负直流输出端1132形成瞬时输出电压v+和v-。

步骤S113A，当所述正直流输出端1131瞬时输出电压v+大于所述正向刺激电容117两端的电压Vc1且该电压Vc1小于期望的正向刺激电压Vpr时，开关1190闭合，由所述正电压输出端1122为所述正向刺激电容117充电，否则开关1190保持断开；当所述负直流输出端1132瞬时输出电压v-小于所述负向刺激电容118两端的电压Vc2且该电压Vc2大于期望的负向刺激电压-Vnr时，开关1191闭合，由所述负电压输出端1121为所述负向刺激电容118充电，否则开关1191保持断开；

步骤S114A，当所述正向刺激电容117两端电压Vc1等于期望的正向刺激电压Vpr时，断开开关1190停止充电；当所述负向刺激电容118两端电压Vc2等于期望的负向刺激电压-Vnr时，断开开关1191停止充电；

步骤S115A，当所述正向刺激电容117两端电压Vc1等于期望的正向刺激电压Vpr且所述负向刺激电容118两端电压Vc2等于期望的负向刺激电压-Vnr时，则待机直到该次充电阶段时长达到T3；

步骤S116A，当单次充电时间达到设定值T3时，即使所述正向刺激电容117两端电压Vc1依旧低于期望的正向刺激电压Vpr，断开开关1190停止充电；即使所述负向刺激电容118两端电压Vc2依旧高于期望的负向刺激电压-Vnr、断开开关1191停止充电。

本发明的植入式神经刺激系统具有以下优点。第一，该植入式神经刺激系统提供了多通道的脉冲输出功能，基于电容充放电的主动电荷平衡功能，具有主动电荷平衡功能。第二，该植入式神经刺激系统的主动电荷平衡功能具备高精度的特性，极大地减小了对神经组织损伤，大大提高了系统的安全性，同时实现高精度的手段在功耗上代价极低。第三，由于能量主输出回路中不存在电阻，工作在饱和区的MOS等耗能元件，也得益于电容储能元件极低能量耗散的特性，使得系统具备极佳的能效性。第四，该植入式神经刺激系统系统体积小，适用于植入式医疗设备体积受限的特性。上述的具有主动电荷平衡功能的植入式神经刺激系统及其电荷平衡方法，独立于植入式神经刺激系统的刺激对象，可应用于各类植入式神经刺激系统。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；所述脉冲发生器包括：

一电源模块，该电源模块包括一正电压输出端和一负电压输出端；

一控制模块，该控制模块包括一微控制器、一DA输出模块以及一比较器；

一与该控制模块电连接的通道选择模块，该通道选择模块用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接；

一正向刺激电容和一负向刺激电容，所述正向刺激电容与所述负向刺激电容的电容值一致，且所述正向刺激电容与所述负向刺激电容分别接地；

所述正电压输出端通过一由该控制模块控制的第一开关与所述正向刺激电容电连接，用于为所述正向刺激电容充电；所述负电压输出端通过一由该控制模块控制的第三开关与所述负向刺激电容电连接，用于为所述负向刺激电容充电；

所述正向刺激电容通过一由该控制模块控制的第二开关与所述通道选择模块电连接，用于向所述通道选择模块提供正向刺激电压；所述负向刺激电容通过一由该控制模块控制的第四开关与所述通道选择模块电连接，用于向所述通道选择模块提供负向刺激电压；

一与该控制模块电连接的电容检测模块，该电容检测模块包括一计时器、一与该正向刺激电容电连接的正电压输出端和一与该负向刺激电容电连接的负电压输出端，且该电容检测模块用于检测所述正向刺激电容和所述负向刺激电容的电容值；

一与该控制模块电连接的信号采集模块，且该信号采集模块分别与所述正向刺激电容和所述负向刺激电容电连接，用于采集所述正向刺激电容和负向刺激电容的电压值；

一与该控制模块电连接的无线通信模块；以及

一外壳，该外壳用于收容上述模块；

其特征在于，所述脉冲发生器的工作方法包括以下步骤：

步骤S10，通过电容检测模块检测得到所述正向刺激电容的电容值C1和负向刺激电容的电容值C2，并进入步骤S11；

步骤S11，通过所述电源模块分别向所述正向刺激电容和负向刺激电容预充电，并进入步骤S12；

步骤S12，判断所述正向刺激电容和负向刺激电容的电压是否达到设定电压值，如果是，进入步骤S13，如果否，则返回步骤S11；

步骤S13，开始一个电脉冲刺激周期T，通过信号采集模块获得该正向刺激电容的当前电压值V1+和该负向刺激电容的当前电压值V2+，并进入步骤S14；

步骤S14，使用已充电的正向刺激电容通过该通道选择模块向所述触点阵列输出一持续时间为T1的正向电脉冲刺激信号，并进入步骤S15；

步骤S15，通过信号采集模块获得所述正向刺激电容的当前电压值V1-，根据公式C1×(V1+－V1-)＝C2×(V2-－V2+)计算得出电荷平衡对应的电压V2-，并进入步骤S16；

步骤S16，使用已充电的负向刺激电容通过该通道选择模块向所述触点阵列输出一负向电脉冲刺激信号，并进入步骤S17；

步骤S17，判断所述负向刺激电容的电压是否等于V2-，如果是，进入步骤S18，如果否，则返回步骤S16；

步骤S18，停止输出负向电脉冲刺激信号，记录该输出负向电脉冲刺激信号持续的时间T2，计算T3＝T-T1-T2，并进入步骤S19；

步骤S19，通过所述电源模块分别向所述正向刺激电容和负向刺激电容再充电，并进入步骤S20和步骤S22；

步骤S20，判断所述正向刺激电容和负向刺激电容的电压是否达到设定电压值，如果是，进入步骤S21，如果否，则返回步骤S19；

步骤S21，停止步骤S22，保持待机直到充电和待机总时长为T3，结束一个电脉冲刺激周期T，并返回步骤S13；

步骤S22，判断再充电时长是否达到T3，如果是，进入步骤S23，如果否，则返回步骤S19；以及

步骤S23，停止步骤S20，结束一个电脉冲刺激周期T，并返回步骤S13。

2.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述步骤S23中，返回步骤S13之前先进入步骤S24；所述脉冲发生器的工作方法进一步包括以下步骤：

步骤S24，判断所述正向刺激电容或负向刺激电容是否充满，并记录未充满的连续次数，并进入步骤S25；

步骤S25，判断未充满的连续次数是否为预设值Nr，如果是，进入步骤S26，如果否，则返回步骤S13；以及

步骤S26，停止刺激并通过所述无线通信模块通知所述体外程控仪。

3.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述脉冲发生器的工作方法进一步包括：步骤S27，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断电脉冲刺激时间是否达到时间Td，如果是，就返回步骤S10，如果否，则还是返回步骤S13，其中，所述时间Td为5分钟～5天。

4.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述正向刺激电容的第二端也通过一由该控制模块控制的第五开关接地，且所述负向刺激电容的第二端也通过一由该控制模块控制的第六开关接地。

5.如权利要求4所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述脉冲发生器的工作方法进一步包括以下步骤：

步骤S30，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断是否满足电容接地放电的条件，如果是，进入步骤S31，如果否，则继续返回步骤S13；以及

步骤S31，对所述正向刺激电容和负向刺激电容短接到地放电一次，然后再返回步骤S11。

6.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，定义连接所述第二开关与所述通道选择模块的导线为第一导线，定义连接所述第四开关与所述通道选择模块的导线为第二导线；且所述第一导线与第二导线之间设置一由该控制模块控制的第七开关。

7.如权利要求6所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述脉冲发生器的工作方法进一步包括以下步骤：

步骤S28，结束一个电脉冲刺激周期T，返回步骤S13的之前判断是否满足对组织两端短接放电的条件，如果是，进入步骤S29，如果否，则继续返回步骤S13；以及

步骤S29，闭合该第七开关，对组织两端短接放电一次，然后再返回步骤S13。

8.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述步骤S10具体包括以下步骤：

步骤S101，将所述正向刺激电容和负向刺激电容分别接地放电放电直至地电位，并进入步骤S102；

步骤S102，通过所述正电压输出端和负电压输出端分别输出固定的直流电压Vt和-Vt，并进入步骤S103，其中，该正电压输出端和负电压输出端的输出阻抗分别为R11和R21；

步骤S103，通过所述电容检测模块分别对所述正向刺激电容和负向刺激电容充电，同时，所述计时器开始计时，并进入步骤S104和步骤S107，其中，所述电容检测模块内部的精密测量电阻的阻值为Rcal；

步骤S104，判断所述正向刺激电容两端的电压Vc1是否达到0.5Vt，如果是，进入步骤S105，如果否，则返回步骤S103；

步骤S105，计时器记录时间Tt1，根据公式计算出所述正向刺激电容的容值Ct11，并进入步骤S106；

步骤S106，重复以上步骤S101，步骤S102，步骤S103，步骤S104和步骤S105共N-1次，得出所述正向刺激电容的容值Ct12、Ct13、…Ct1N，并对Ct11、Ct12、…Ct1N取平均作为所述正向刺激电容的容值Ct1，其中，N≧5；

步骤S107，判断所述负向刺激电容两端的电压Vc2是否达到-0.5Vt，如果是，进入步骤S108，如果否，则返回步骤S103；

步骤S108，计时器记录时间Tt2，根据公式计算出所述负向刺激电容的容值Ct21，并进入步骤S109；以及

步骤S109，重复以上步骤S101，步骤S102，步骤S103，步骤S107和步骤S108共N-1次，得出所述负向刺激电容的容值Ct22、Ct23、…Ct2N，并对Ct21、Ct22、…Ct2N取平均作为所述负向刺激电容的容值Ct2。

9.如权利要求1所述的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述通道选择模块与所述外壳电连接，并具备将所述刺激电极的触点阵列和所述脉冲发生器的外壳接地的功能。