CN105498090A - 一种听性脑干刺激植入体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种听性脑干刺激植入体，包括感应线圈、刺激控制单元和穿刺电极阵列，所述感应线圈与听性脑干刺激系统体外装置发射线圈对心连接，用于接收调制后的声音编码信号；所述刺激控制单元与所述感应线圈连接，将所述感应线圈的接收到的声音编码信号进行解调以及解码，并转化为电信号向所述穿刺电极阵列传输；所述穿刺电极阵列包括形成阵列的若干个穿刺电极、与穿刺电极一一连接的电极丝和用于术后固定的矩形纤维网。本发明易于植入和固定，能直接刺激脑干蜗神经核神经细胞，使听力障碍人士重新感知到声音信息。

Description

一种听性脑干刺激植入体

技术领域

本发明属于医疗器械领域，特别涉及一种听性脑干刺激植入体。

背景技术

对于重度或极重度耳聋，电子耳蜗是目前世界公认的唯一有效的帮助聋残病人恢复听觉的装置,但是，很多疾病如2型神经纤维瘤病、鼓室气化不良、双侧听神经外伤性损伤，听觉神经发育不全或缺陷，耳蜗发育不全或老年性神经性耳聋等疾病，造成了听神经以上的听觉损害，我们称为蜗后聋患者。对于这些患者，无法通过人工耳蜗来恢复其听力。

电子听性脑干植入(AuditoryBrainstemImplant，ABI)技术作为听觉神经修复和重建的最新技术，是目前认为治疗重度蜗后聋患者最先进、也是唯一有效的技术，通过绕过听神经直接刺激其脑干蜗神经核而使患者再次获得听力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一套不借助外耳，听骨链以及耳蜗，而将声音信号直接转化为对应的电极刺激，用于刺激脑干蜗神经核神经细胞，从而使听力障碍人士感受到声音信息的听性脑干刺激植入体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种听性脑干刺激植入体，包括感应线圈、刺激控制单元和穿刺电极阵列，其中，

所述感应线圈与听性脑干刺激系统体外装置发射线圈对心连接，通过电感耦合接收调制后的声音编码信号；

所述刺激控制单元与所述感应线圈连接，将所述感应线圈的接收到的声音编码信号进行解调以及解码，并转化为电信号向所述穿刺电极阵列传输；所述刺激控制单元

包括输入解调模块、正向信号解码模块、电极控制模块、时钟恢复模块、电源管理模块和反向功能模块；所述输入解调模块与所述感应线圈连接；所述正向信号解码模块的输入与所述输入解调模块连接，输出连接电极控制模块；所述时钟恢复模块为所述正向信号解码模块和反向功能模块提供时钟信号；所述电源管理模块与所述感应线圈连接；所述电极控制模块的输出连接所述穿刺电极阵列；所述反向功能模块的输入连接所述穿刺电极阵列，输出连接所述感应线圈；

所述穿刺电极阵列包括形成阵列的若干个穿刺电极和矩形纤维网，所述穿刺电极至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述矩形纤维网贴在穿刺电极凸起反面用于术后电极阵列固定在人体组织上，所述穿刺电极用来对脑干蜗神经核神经细胞进行刺激。

可选地，所述输入解调模块包括谐振电路、检波电路、脉冲检测电路、包络检测电路和RF错误抑制电路，所述谐振电路与所述感应线圈连接，用于滤除除传输频率外其余频率信号，所述检波电路与所述谐振电路连接，将正负感应信号变为单向正信号，所述脉冲检测电路与所述检波电路连接，将幅值超过设定阈值的单向正信号转为数字脉冲信号，所述包络检测电路与所述脉冲检测电路相连，将脉宽调制的数字脉冲信号上的包络数据信号输出，所述RF错误抑制电路与所述脉冲检测电路和包络检测电路相连，将避免RF错误信号影响包络检测。

可选地，所述正向信号解码模块包括标志位解码电路、命令解码电路和刺激数据解码电路，所述标志位解码电路检测一帧数据的初始标志头信号，通过对头信号数字脉冲数的判断决定此帧数据是命令还是刺激数据，从而分别打开所述命令解码电路或刺激数据解码电路。所述命令解码电路被打开后，将经所述包络检测电路处理后的由听性脑干刺激系统体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入命令寄存器内，所述刺激数据解码电路被打开后，将位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入刺激参数寄存器内。

可选地，所述电极控制模块包括刺激参数寄存器、刺激电极与回路电极选择电路、电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路；所述刺激参数寄存器内包含刺激幅度、刺激宽度、刺激电极和回路电极信息，相应信息输出分别控制所述刺激电极与回路电极选择电路、电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路，所述刺激电极与回路电极选择电路的输出和所述电流源开关控制电路相连，根据刺激参数灵活地在所述穿刺电极中选择任一电极作为刺激电极和回路电极，所述电流源幅度控制电路和所述电流源开关控制电路相连，将所述刺激参数寄存器中的数字参数转化为对应的模拟电流幅度用于刺激，所述电流源开关控制电路根据输入的刺激参数信息打开关闭对应的电极。

可选地，所述时钟恢复模块包括频率相位检测电路、振荡电路和时钟输出电路，所述频率相位检测电路将所述输入解调模块中的包络检测电路输出和所述振荡电路的输出进行频率相位比较，通过锁相环负反馈技术提取出包络检测电路输出的时钟信号，所述时钟输出电路与所述振荡电路输出连接，为所述正向信号解码模块、电极控制模块和反向功能模块提供时钟信号。

可选地，所述电源管理模块包括交流直流电压转换电路、限压电路和DCDC转换电路，所述交流直流电压转换电路将所述感应线圈上的交流信号变为稳定的直流电压输出给所述电流源开关控制电路和电流源幅度控制电路，所述限压电路确保交流直流电压转换电路的输出直流电压低于一特定值，提高系统的安全可靠性，与所述电极控制模块中的电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路连接；所述DCDC转换电路的输入与所述交流直流电压转换电路的输出连接，所述DCDC转换电路的输出与所述正向信号解码模块、时钟恢复模块、刺激参数寄存器、刺激电极与回路电极选择电路和反向功能模块相连并提供直流电源电压。

可选地，所述反向功能模块包括命令寄存器、神经反应传感器、漏电检测电路、反向编码电路、反向调制电路，所述命令寄存器的输出控制所述神经反应传感器和漏电检测电路，所述神经反应传感器和漏电检测电路的输出与所述反向编码电路相连，所述反向编码电路将接收到的数字信号进行串行化和编码，输出与所述反向调制电路相连，所述反向调制电路通过改变所述谐振电路谐振的方式实现反向信号传输。

可选地，所述神经反应传感器通过所述穿刺电极中的一个电极进行刺激，在相邻电极采集神经反应电压变化，并将采集到的信号进行模数转换，并反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

可选地，所述漏电检测电路检测所述穿刺电极与地之间，穿刺电极中的每个电极之间的漏电，并将检测的漏电流进行模数转换，并反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

可选地，所述穿刺电极矩阵的穿刺电极呈矩形阵列排列，按照高度高低规律分布，个数为4-24个。

本发明的有益效果在于：

植入体能够对漏电进行及时检测，确保植入体的安全性和可靠性要求更高。由于脑干蜗神经核的神经细胞分布并不像人工耳蜗规律分布在耳蜗表面，听性脑干刺激植入体能够刺激表面以下神经细胞，并能够对刺激电极和回路电极灵活切换。听性脑干刺激植入体的神经反应感应器能够对神经反应进行感应，确保手术中电极能够成功置入功能位置。矩形纤维网有利于电极阵列稳定地贴附在脑干对应组织上。

附图说明

图1为本发明具体实施例听性脑干刺激植入体的结构示意图；

图2为本发明具体实施例听性脑干刺激植入体正向刺激原理框图；

图3为本发明具体实施例听性脑干刺激植入体反向功能原理框图；

图4为本发明具体实施例听性脑干刺激植入体电源管理模块原理框图；

图5为本发明具体实施例听性脑干刺激植入体时钟恢复模块原理框图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1-5，一种听性脑干刺激植入体，包括感应线圈10、刺激控制单元20和穿刺电极阵列30，其中，

所述感应线圈10与听性脑干刺激系统体外装置发射线圈对心连接，通过电感耦合接收调制后的声音编码信号；

所述刺激控制单元20与所述感应线圈10连接，将所述感应线圈10的接收到的声音编码信号进行解调以及解码，并转化为电信号向所述穿刺电极阵列30传输；所述刺激控制单元20包括输入解调模块210、正向信号解码模块220、电极控制模块230、时钟恢复模块240、电源管理模块250和反向功能模块260；所述输入解调模块210与所述感应线圈10连接；所述正向信号解码模块220的输入与所述输入解调模块210连接，输出连接电极控制模块230；所述时钟恢复模块240为所述正向信号解码模块220和反向功能模块260提供时钟信号；所述电源管理模块250与所述感应线圈10连接；所述电极控制模块230的输出连接所述穿刺电极阵列30；所述反向功能模块260的输入连接所述穿刺电极阵列30，输出连接所述感应线圈10；

所述穿刺电极阵列30包括形成阵列的若干个穿刺电极310和矩形纤维网320，所述穿刺电极310至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述矩形纤维网320贴在穿刺电极凸起反面用于术后电极阵列固定在人体组织上，所述穿刺电极310用来对脑干蜗神经核神经细胞进行刺激。

进一步地，所述输入解调模块210包括谐振电路211、检波电路212、脉冲检测电路213、包络检测电路214和RF错误抑制电路215，所述谐振电路211与所述感应线圈10连接，用于滤除除传输频率外其余频率信号，所述检波电路212与所述谐振电路211连接，将正负感应信号变为单向正信号，所述脉冲检测电路213与所述检波电路212连接，将幅值超过设定阈值的单向正信号转为数字脉冲信号，所述包络检测电路214与所述脉冲检测电路213相连，将脉宽调制的数字脉冲信号上的包络数据信号输出，所述RF错误抑制电路215与所述脉冲检测电路213和包络检测电路214相连，将避免RF错误信号影响包络检测。

进一步地，所述正向信号解码模块220包括标志位解码电路221、命令解码电路222和刺激数据解码电路223，所述标志位解码电路221检测一帧数据的初始标志头信号，通过对头信号数字脉冲数的判断决定此帧数据是命令还是刺激数据，从而分别打开所述命令解码电路222或刺激数据解码电路223。所述命令解码电路222被打开后，将经所述包络检测电路214处理后的由听性脑干刺激系统体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入命令寄存器261内，所述刺激数据解码电路被打开后，将位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入刺激参数寄存器231内。

进一步地，所述电极控制模块230包括刺激参数寄存器231、刺激电极与回路电极选择电路232、电流源幅度控制电路233和电流源开关控制电路234；所述刺激参数寄存器231内包含刺激幅度、刺激宽度、刺激电极和回路电极信息，相应信息输出分别控制所述刺激电极与回路电极选择电路232、电流源幅度控制电路233和电流源开关控制电路234，所述刺激电极与回路电极选择电路232的输出和所述电流源开关控制电路234相连，根据刺激参数灵活地在所述穿刺电极310中选择任一电极作为刺激电极和回路电极，所述电流源幅度控制电路233和所述电流源开关控制电路234相连，将所述刺激参数寄存器231中的数字参数转化为对应的模拟电流幅度用于刺激，所述电流源开关控制电路234根据输入的刺激参数信息打开关闭对应的电极。

进一步地，所述时钟恢复模块240包括频率相位检测电路241、振荡电路242和时钟输出电路243，所述频率相位检测电路241将所述输入解调模块210中的包络检测电路214输出和所述振荡电路242的输出进行频率相位比较，通过锁相环负反馈技术提取出所述包络检测电路214输出的时钟信号，所述时钟输出电路243与所述振荡电路242输出连接，为所述正向信号解码模块220、电极控制模块230和反向功能模块260提供时钟信号。

进一步地，所述电源管理模块250包括交流直流电压转换电路251、限压电路252和DCDC转换电路253，所述交流直流电压转换电路251将所述感应线圈10上的交流信号变为稳定的直流电压输出给所述电流源开关控制电路233和电流源幅度控制电路234，所述限压电路252确保交流直流电压转换电路的输出直流电压低于一特定值，提高系统的安全可靠性，与所述电极控制模块230中的电流源幅度控制电路234和电流源开关控制电路233连接；所述DCDC转换电路253的输入与所述交流直流电压转换电路251的输出连接，所述DCDC转换电路253的输出与所述正向信号解码模块220、时钟恢复模块240、刺激参数寄存器231、刺激电极与回路电极选择电路232和反向功能模块260相连并提供直流电源电压。

进一步地，所述反向功能模块260包括命令寄存器261、神经反应传感器262、漏电检测电路263、反向编码电路264、反向调制电路265，所述命令寄存器261的输出控制所述神经反应传感器262和漏电检测电路263，所述神经反应传感器262和漏电检测电路263的输出与所述反向编码电路264相连，所述反向编码电路264将接收到的数字信号进行串行化和编码，输出与所述反向调制电路265相连，所述反向调制电路265通过改变所述谐振电路211谐振的方式实现反向信号传输。

进一步地，所述神经反应传感器262通过穿刺电极310中的一个电极进行刺激，在相邻电极采集神经反应电压变化，并将采集到的信号进行模数转换，依次通过反向编码电路264、反向调制电路265反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

进一步地，所述漏电检测电路263检测穿刺电极310中的每个电极与地之间，每个电极之间的漏电，并将检测的漏电流进行模数转换，并反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

进一步地，所述穿刺电极阵列30的穿刺电极310呈矩形阵列排列，按照高度高低规律分布，穿刺电极310个数为4-24个。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种听性脑干刺激植入体，其特征在于，包括感应线圈、刺激控制单元和穿刺电极阵列，其中，

所述感应线圈与听性脑干刺激系统体外装置发射线圈对心连接，通过电感耦合接收调制后的声音编码信号；

所述刺激控制单元与所述感应线圈连接，将所述感应线圈的接收到的声音编码信号进行解调以及解码，并转化为电信号向所述穿刺电极阵列传输；所述刺激控制单元包括输入解调模块、正向信号解码模块、电极控制模块、时钟恢复模块、电源管理模块和反向功能模块；所述输入解调模块与所述感应线圈连接；所述正向信号解码模块的输入与所述输入解调模块连接，输出连接电极控制模块；所述时钟恢复模块为所述正向信号解码模块和反向功能模块提供时钟信号；所述电源管理模块与所述感应线圈连接；所述电极控制模块的输出连接所述穿刺电极阵列；所述反向功能模块的输入连接所述穿刺电极阵列，输出连接所述感应线圈；

所述穿刺电极阵列包括形成阵列的若干个穿刺电极和矩形纤维网，所述穿刺电极至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述矩形纤维网贴在穿刺电极凸起反面用于术后电极阵列固定在人体组织上，所述穿刺电极用来对脑干蜗神经核神经细胞进行刺激。

2.根据权利要求1所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述输入解调模块包括谐振电路、检波电路、脉冲检测电路、包络检测电路和RF错误抑制电路，所述谐振电路与所述感应线圈连接，用于滤除除传输频率外其余频率信号，所述检波电路与所述谐振电路连接，将正负感应信号变为单向正信号，所述脉冲检测电路与所述检波电路连接，将幅值超过设定阈值的单向正信号转为数字脉冲信号，所述包络检测电路与所述脉冲检测电路相连，将脉宽调制的数字脉冲信号上的包络数据信号输出，所述RF错误抑制电路与所述脉冲检测电路和包络检测电路相连，将避免RF错误信号影响包络检测。

3.根据权利要求2所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述正向信号解码模块包括标志位解码电路、命令解码电路和刺激数据解码电路，所述标志位解码电路检测一帧数据的初始标志头信号，通过对头信号数字脉冲数的判断决定此帧数据是命令还是刺激数据，从而分别打开所述命令解码电路或刺激数据解码电路。所述命令解码电路被打开后，将经所述包络检测电路处理后的由听性脑干刺激系统体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入命令寄存器内，所述刺激数据解码电路被打开后，将位编码信号转变为“0”和“1”信号，并将解码后的信号存入刺激参数寄存器内。

4.根据权利要求2所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述电极控制模块包括刺激参数寄存器、刺激电极与回路电极选择电路、电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路；所述刺激参数寄存器内包含刺激幅度、刺激宽度、刺激电极和回路电极信息，相应信息输出分别控制所述刺激电极与回路电极选择电路、电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路，所述刺激电极与回路电极选择电路的输出和所述电流源开关控制电路相连，根据刺激参数灵活地在所述穿刺电极中选择任一电极作为刺激电极和回路电极，所述电流源幅度控制电路和所述电流源开关控制电路相连，将所述刺激参数寄存器中的数字参数转化为对应的模拟电流幅度用于刺激，所述电流源开关控制电路根据输入的刺激参数信息对相应的电极进行打开或关闭。

5.根据权利要求2所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述时钟恢复模块包括频率相位检测电路、振荡电路和时钟输出电路，所述频率相位检测电路将所述输入解调模块中的包络检测电路输出和所述振荡电路的输出进行频率相位比较，通过锁相环负反馈技术提取出包络检测电路输出的时钟信号，所述时钟输出电路与所述振荡电路输出连接，为所述正向信号解码模块、电极控制模块和反向功能模块提供时钟信号。

6.根据权利要求4所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述电源管理模块包括交流直流电压转换电路、限压电路和DCDC转换电路，所述交流直流电压转换电路将所述感应线圈上的交流信号变为稳定的直流电压输出给所述电流源开关控制电路和电流源幅度控制电路，所述限压电路确保交流直流电压转换电路的输出直流电压低于一特定值，提高系统的安全可靠性，与所述电极控制模块中的电流源幅度控制电路和电流源开关控制电路连接；所述DCDC转换电路的输入与所述交流直流电压转换电路的输出连接，所述DCDC转换电路的输出与所述正向信号解码模块、时钟恢复模块、刺激参数寄存器、刺激电极与回路电极选择电路和反向功能模块相连并提供直流电源电压。

7.根据权利要求1所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述反向功能模块包括命令寄存器、神经反应传感器、漏电检测电路、反向编码电路、反向调制电路，所述命令寄存器的输出控制所述神经反应传感器和漏电检测电路，所述神经反应传感器和漏电检测电路的输出与所述反向编码电路相连，所述反向编码电路将接收到的数字信号进行串行化和编码，输出与所述反向调制电路相连，所述反向调制电路通过改变所述谐振电路谐振的方式实现反向信号传输。

8.根据权利要求7所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述神经反应传感器通过所述穿刺电极中的一个电极进行刺激，在相邻电极采集神经反应电压变化，并将采集到的信号进行模数转换，并反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

9.根据权利要求7所述的听性脑干植入体，其特征在于，所述漏电检测电路检测所述穿刺电极与地之间，穿刺电极中的每个电极之间的漏电，并将检测的漏电流进行模数转换，并反向传输给听性脑干刺激系统体外装置。

10.根据权利要求1-9之一所述的听性脑干刺激植入体，其特征在于，所述穿刺电极矩阵的穿刺电极呈矩形阵列排列，按照高度高低规律分布，个数为4-24个。