CN109939352A - 电子耳蜗及其应用的电子耳蜗植入体、刺激电极极阵电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供电子耳蜗的刺激电极极阵电路，以及包含该电路的电子耳蜗植入集成电路、电子耳蜗植入体、电子耳蜗。电子耳蜗的刺激电极极阵电路包括：电流控制开关、电流源电路、开关阵列电路，以及电阻网络。本发明的电子耳蜗刺激电极极阵电路利用电阻网络实现对电子耳蜗植入体输出电极的有效电气连接，从而起到电荷平衡作用，提高了电子耳蜗植入体的安全性，避免了电子耳蜗对植入者的组织伤害。

Description

电子耳蜗及其应用的电子耳蜗植入体、刺激电极极阵电路

技术领域

本发明涉及仿生医学电子技术领域，特别涉及保护耳蜗内电荷平衡，提高电子耳蜗刺激输出安全性的电子耳蜗刺激电极极阵电路，以及包含该电路的电子耳蜗植入集成电路、电子耳蜗植入体、电子耳蜗。

背景技术

伴随科技的发展，医疗电子领域也取得了长足的进步。人工耳蜗技术作为一项集微电子、微机械、微加工等高精尖科技的科学成果，成为引领医疗电子发展的领头羊。人工耳蜗技术作为造福千万耳聋患者的有效技术，越来越多地得到了社会各界的注意和重视。截止至2010年初，全世界有十几万聋人使用了人工耳蜗，其中半数以上是儿童。人工耳蜗植入在我国开展始于1995年，随着人工耳蜗植入工作的开展，病例数量的增加，适应症范围的扩大，一些特殊适应症的耳聋病例的人工耳蜗植入的疗效和安全性也得到了证实，使人工耳蜗植入的适应症进一步扩大。现今，人工耳蜗植入的应用越来越广泛，如何进一步提高电子耳蜗装置的性能，方便患者长期使用的问题越来越突出显现。

人工耳蜗采用的是无线射频通信原理实现体外语音处理器与植入装置交互。植入装置从射频载波信号获得能量和命令信息，植入电路将命令解析后按照一定的编码策略产生特殊刺激信号，经电极极阵刺激听神经纤维，最后使患者恢复听力。植入体产生的用于刺激听神经的刺激电流，以及用于检测人体神经反应的神经反应遥测信号都需要具有较高的安全性保障，因此，植入体输出电路的安全性、可靠性以及冗余设计至关重要。

人工耳蜗刺激信号的基本特征包括刺激脉冲宽度、刺激脉冲幅度以及刺激频率等。目前大多数人工耳蜗产品都采用一种“正负交替”的刺激信号。但是，由于集成电路工艺限制，绝对的正向脉冲和负向脉冲等电荷量刺激难以实现，期间都存在一定程度的电荷积累。严重的电荷积累会导致人体组织钙化，对患者的组织造成严重伤害。因此，如何解决快速刺激和长时间刺激条件下的电荷平衡问题就显得格外重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供电子耳蜗及其应用的电子耳蜗植入体、电子耳蜗刺激电极极阵电路，用于解决现有技术中的上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子耳蜗刺激电极极阵电路，包括：电流控制开关，其包括第一端、第二端、及第三端；所述第一端用于接入电压源，所述第二端电性连接电流源电路的输入端，所述第三端用于输入控制信号，从而控制所述第一端与所述第二端之间的通断；所述电流源电路，其输出端与地信号之间电性连接开关阵列电路；所述开关阵列电路，其包括多个相互并联的开关集合；每个所述开关集合包括串联的第一开关和第二开关，且在所述第一开关和所述第二开关的连接处引出有用于输出刺激电流的电极信号端；其中，所述第一开关的输入端电性连接所述电流源电路的输出端，所述第一开关的输出端电性连接所述第二开关的输入端，所述第二开关的输出端电性连接所述地信号；电阻网络，其包括与所述多个开关集合数量一致的电阻；每个所述电阻的一端电性连接一电极信号端，各所述电阻的另一端电性相连并悬空，用于消除因刺激电荷不平衡而导致的电荷积累。

于本发明一实施例中，所述电阻网络的各电阻的阻值大小相同或不同。

于本发明一实施例中，所述电流控制开关的类型包括：场效应管；所述第一端、所述第二端、及所述第三端分别为所述场效应管的漏极、源极、及栅极。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子耳蜗植入集成电路，包括：如上任一所述的电子耳蜗刺激电极极阵电路。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子耳蜗植入体，包括：如上所述的耳蜗植入集成电路。

于本发明一实施例中，所述开关阵列电路中的各所述电极信号端用于连接耳蜗组织。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子耳蜗，包括：如上任一所述的电子耳蜗植入体。

如上所述，本发明的电子耳蜗刺激电极极阵电路，以及包含该电路的电子耳蜗植入集成电路、电子耳蜗植入体、电子耳蜗，利用电阻网络实现对电子耳蜗植入体输出电极的有效电气连接，从而起到电荷平衡作用，提高了电子耳蜗植入体的安全性，避免了电子耳蜗对植入者的组织伤害。

附图说明

图1显示为现有技术中的一种电子耳蜗刺激电极极阵电路的示意图。

图2显示为现有技术中的一种电子耳蜗刺激电极极阵电路的输出电压波形图。

图3显示为本发明的一种电子耳蜗刺激电极极阵电路的示意图。

元件标号说明

N 场效应管

I 电流源电路

S 开关阵列电路

Cont 控制信号

VDD 电源

VSS 接地信号

S11～Sn1 开关

S12～Sn2 开关

R1～Rn 电阻

IO1～IOn 电极信号端

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，在现有技术中，电子耳蜗刺激电极极阵电路往往包括：电流控制开关N、电流源电路I，以及开关阵列电路S。以电流控制开关N为场效应管为例，其漏极接入电源VDD，其源极与电流源电路I电性连接，其栅极接入控制信号Cont。

开关阵列电路S包括多个相互并联的开关集合，每个开关集合包括两个串联的开关。详细的，开关阵列电路S包括开关S11、S12、S21、S22…Sn1、Sn2。所述开关S11、S21…Sn1的一端共同电性连接于电流源电路I的输出端，另一端分别电性连接开关S12、S22…Sn2的一端，且开关S12、S22…Sn2的另一端共同连接于接地信号VSS。另外，在各开关集合上相互串联的两个开关之间引出一电极信号端，具体而言：开关S11和开关S12的连接处引出电极信号端IO1，开关S21和开关S22的连接处引出电极信号端IO2，…，开关Sn1和开关Sn2的连接处引出电极信号端IOn。电极信号端IO1，IO2…IOn之间能够两两组合，用以接通耳蜗组织，从而将输出的刺激脉冲电流传至耳蜗组织。

在图1所示的传统电路设计中，通常会忽略输出信号的微小偏差，当输出刺激电流时，因设计或工艺等问题，往往导致PH1与PH2的输出电流绝对值无法完全一致，从而产生的电荷不平衡会在人体组织中进行积累。在长时间、高频率的刺激情况下，这种积累会对植入者组织造成钙化等严重伤害。详细的，在理想情况下，输出的正向刺激电流与输出的负向刺激电流相等，反应在耳蜗组织液上的电压波形如图2所示，正向电压V+等于负向电压V-。但是因为电荷不平衡的存在，正向输出PH1的电压，与负向PH2输出电压V-并不相等，会存在一个ΔV的偏差。这种由于输出电流误差，导致正向输出PH1与反向刺激PH2之间存在一个ΔV的偏差，在人体组织液中会出现电荷积累，如图2的阴影部分Q所示，长期工作条件下，这种电荷积累会导致听神经损伤，严重的电荷积累会导致组织钙化。

电子耳蜗刺激输出信号是产生神经反应的基础，刺激信号的安全性关系到使用者的身体健康甚至生命。如何保证刺激信号的安全性是电子耳蜗技术的关键所在，只有刺激信号的安全性得到最大限度保护，才具有提高电子耳蜗有效性的基础条件。

本发明提供新型的电子耳蜗刺激电极极阵电路，通过在现有的电子耳蜗刺激电极极阵电路中增加电阻网络(每个电极间串联一定阻值的电阻)来实现电子耳蜗植入体任意输出电极间的电荷平衡，提高了电子耳蜗植入体的安全性，避免电子耳蜗对植入者的组织伤害。

详细的，如图3所示，场效应管N的栅极与控制信号Cont连接；场效应管N的漏极接VDD，源极与电流源的输入端连接；开关S11、S21…Sn1的一端并联接电流源的输出端；开关S11、S21…Sn1的另一端分别与S12、S22…Sn1的一端连接，各连接点分别接电极输出IO1、IO2…IOn；开关管S12、S22…Sn1的另一端接VSS；电阻R1、电阻R2…电阻Rn的一端相连接并悬空，电阻R1的另一端接电极输出端IO1、电阻R2的另一端接电极输出端IO2，…电阻Rn的另一端接电极输出端IOn。

需要说明的是，所述电源VDD通常是指电路的工作电压，例如3.3V工作电压；所述接地信号VSS通常是指电路的公共接地电压；所述场效应管可以是NMOS管也可是PMOS管，或者在其他的实施例中，还可是三极管、晶闸管等元器件，本发明对此不做任何限制。

本发明还提供一种耳蜗植入集成电路，包括前述的电子耳蜗刺激电极极阵电路。所述耳蜗植入集成电路将所述刺激电极极阵电路集成于一微型电子器件上。所述耳蜗植入集成电路设于电子耳蜗的耳蜗植入体中，跟随耳蜗植入体植入患者体内，以输出刺激电流刺激耳蜗组织，帮助患者重建听觉功能，且不会因电荷不平衡而对植入者的组织造成伤害。

本发明还提供一种电子耳蜗植入体和包括这种电子耳蜗植入体的电子耳蜗。所述耳蜗植入集成电路设于所述耳蜗植入体中，以避免因电荷积累而导致植入者的组织受到伤害。

综上所述，本发明的刺激电极极阵电路，以及包含该电路的电子耳蜗植入集成电路、电子耳蜗植入体、电子耳蜗，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种电子耳蜗的刺激电极极阵电路，其特征在于，包括：

电流控制开关，其包括第一端、第二端、及第三端；所述第一端用于接入电压源，所述第二端电性连接电流源电路的输入端，所述第三端用于输入控制信号，从而控制所述第一端与所述第二端之间的通断；

所述电流源电路，其输出端与地信号之间电性连接开关阵列电路；

所述开关阵列电路，其包括多个相互并联的开关集合；每个所述开关集合包括串联的第一开关和第二开关，且在所述第一开关和所述第二开关的连接处引出有用于输出刺激电流的电极信号端；其中，所述第一开关的输入端电性连接所述电流源电路的输出端，所述第一开关的输出端电性连接所述第二开关的输入端，所述第二开关的输出端电性连接所述地信号；

电阻网络，其包括与所述多个开关集合数量一致的电阻；每个所述电阻的一端电性连接一电极信号端，各所述电阻的另一端电性相连并悬空，用于消除因刺激电荷不平衡而导致的电荷积累。

2.根据权利要求1所述的刺激电极极阵电路，其特征在于，所述电阻网络的各电阻的阻值大小相同。

3.根据权利要求1所述的刺激电极极阵电路，其特征在于，所述电流控制开关的类型包括：

场效应管；所述第一端、所述第二端、及所述第三端分别为所述场效应管的漏极、源极、及栅极。

4.一种电子耳蜗植入集成电路，其特征在于，包括：如权利要求1-3中任一所述的电子耳蜗的刺激电极极阵电路。

5.一种电子耳蜗植入体，其特征在于，包括：如权利要求4所述的电子耳蜗植入集成电路。

6.根据权利要求5所述的电子耳蜗植入体，其特征在于，所述开关阵列电路中的各所述电极信号端用于连接耳蜗组织。

7.一种电子耳蜗，其特征在于，包括：如权利要求5或6所述的电子耳蜗植入体。