CN110870944A - 神经刺激器及其过压保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种神经刺激器及其过压保护方法，所述神经刺激器包括刺激源、连接至所述刺激源的至少两条刺激通路及过压保护电路。所述过压保护电路包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端，所述第一输入端连接至所述刺激源并用以接收工作电压；所述第二输入端连接至所述基准电压模块并用以接收参考电压。通过对比工作电压与基准电压模块输出的参考电压，即可及时识别刺激通路出现的开路异常，停止刺激源输出。所述过压保护电路结构简洁，能够实现刺激通路的开路检测，避免多条刺激通路中部分失效而导致的工作异常及可能的机体损伤。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种神经刺激器及其过压保护方法。
背景技术
神经刺激器对某些神经失调病症具有显著的疗效，且具有微创性与安全性，近年来已开始大量应用于临床治疗。现有神经刺激器包括刺激源、导线及电极，刺激源所产生的脉冲电流通过电极作用于肢体组织，以实现某些疾病的治疗或肢体功能的康复。
现有神经刺激器包括恒压刺激模式和恒流刺激模式，相较于恒压刺激模式，采用恒流刺激模式的神经刺激器不受人体阻抗变化的影响，但相对能耗大，结构相对复杂。除此，为实现更好的治疗效果，往往需要多条刺激通路同时工作。如图1所示，刺激源101＇连接设置有多条刺激通路102＇，当其中一条或多条刺激通路102＇出现开路时，剩余刺激通路102＇为维持电流的稳定，电压随之增大，过度刺激可能导致不良反应，影响治疗效果，甚而发生人体组织损伤。CN107802958A公开了一种用于神经刺激器的开路检测模块，通过电压比较器对串接于刺激通路的取样电阻的电压进行检测以判断相应的刺激通路是否开路，但针对多条刺激通路的检测需要控制模块进行实时控制与切换，增加控制芯片的性能需求及系统功耗。
鉴于此，有必要提供一种新的神经刺激器及其过压保护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种神经刺激器及其过压保护方法，结构简洁，能够及时识别刺激通路的开路异常，确保连接至刺激源的至少两条刺激通路同时工作，满足治疗需求，避免过度刺激。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种神经刺激器，包括刺激源、连接至所述刺激源的至少两条刺激通路及过压保护电路，所述刺激源用以向刺激通路发出电脉冲信号，所述过压保护电路包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端，所述第一输入端连接至所述刺激源并用以接收对应于所述电脉冲信号的工作电压；所述第二输入端连接至所述基准电压模块并用以接收所述基准电压模块输出的参考电压。
作为本发明的进一步改进，所述控制芯片具有与所述输出端相连接的中断引脚。
作为本发明的进一步改进，所述过压保护电路还包括连接设置于所述第一输入端与刺激源之间的二极管，且所述第一输入端与所述二极管的负极相连接。
作为本发明的进一步改进，过压保护电路还包括连接设置于所述第一输入端与刺激源之间的分压器。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器及设置在所述数模转换器与电容之间的第一开关，所述电容的一端接地，所述电容的另一端连接至所述电压比较器的第二输入端。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块还包括连接设置于所述电压比较器与电容之间并用以采集电容电压的模数转换器。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块还包括设置在所述模数转换器与电容之间的第二开关。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块还包括设置在所述模数转换器与电容之间的缓冲器。
本发明还提供一种神经刺激器的过压保护方法，所述神经刺激器包括刺激源、连接至所述刺激源的至少两条刺激通路及过压保护电路；所述过压保护电路包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块，所述电压比较器具有具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端，所述第一输入端连接至所述刺激源，所述第二输入端连接至所述基准电压模块，所述过压保护方法包括：
设定基准电压模块拟输出的参考电压；
开启刺激源，发出电脉冲信号，所述第一输入端接收到对应于电脉冲信号的工作电压，所述第二输入端接收到基准电压模块输出的参考电压，对比工作电压与参考电压；
若工作电压低于参考电压，电压比较器输出低电平信号，所述刺激通路均处于正常工作状态；
若工作电压高于参考电压，电压比较器输出高电平信号，所述控制芯片判断至少一条刺激通路开路，控制刺激源停止输出。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器及设置在所述数模转换器与电容之间的第一开关，所述电容的一端接地，所述电容的另一端连接至所述电压比较器的第二输入端；
所述过压保护方法还包括在刺激源开启工作的过程中，控制第一开关每间隔第一既定时长T1闭合一次，并在第一开关闭合时控制数模转换器为电容充电，所述电容充电完成后，控制断开第一开关。
作为本发明的进一步改进，所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器、连接设置于所述电压比较器与电容之间并用以采集电容电压的模数转换器及第二开关；
所述过压保护方法还包括在刺激源开启工作的过程中，控制第二开关每间隔第二既定时长T2闭合一次，并在第二开关闭合时控制模数转换器测量电容电压，测量完成时，控制断开第二开关；
若电容电压低于既定阈值，控制数模转换器为所述电容进行充电。
本发明的有益效果是：采用本发明神经刺激器及其过压保护方法，电路结构简洁，通过电压比较器对比工作电压与基准电压模块输出的参考电压，再由输出端向控制芯片输出相应的低电平信号或高电平信号，所述控制芯片即可及时识别刺激通路的开路异常，确保连接至刺激源的至少两条刺激通路同时工作，满足治疗需求，避免过度刺激。
附图说明
图1是现有神经刺激器的构成示意图；
图2是本发明神经刺激器的构成示意图；
图3是本发明神经刺激器一优选实施方式的构成示意图；
图4是本发明神经刺激器另一优选实施方式的构成示意图；
图5是本发明神经刺激器的过压保护方法的主要流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图2所示，本发明提供一种采用恒流刺激模式的神经刺激器100，包括刺激源101、连接至所述刺激源101的刺激通路102及过压保护电路103。
此处，所述刺激通路102优选设置为至少两条，所述刺激源101用以向至少两条所述刺激通路102输出电脉冲信号。所述过压保护电路103包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块。所述电压比较器具有具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端。所述第一输入端为正极且连接至所述刺激源101与若干所述刺激通路102的等效负载之间，以接收对应于所述刺激源101输出的电脉冲信号的工作电压；所述第二输入端为负极且连接至基准电压模块并用以接收所述基准电压模块输出的参考电压。所述控制芯片具有与所述输出端相连接的中断引脚，以使得所述控制芯片无需实时检测所述刺激通路102的开路情况，节省功耗。
特别地，所述控制芯片根据所述刺激源101输出的电脉冲信号的幅值，控制基准电压模块输出一参考电压，所述第二输入端接收该参考电压。所述参考电压需根据刺激源101实际工作条件来确定，参考电压偏高，则在所述刺激源101输出电压升高时，所述电压比较器不能及时向控制芯片输出相应的信号，所述刺激源101在部分刺激通路102开路异常的情况下继续工作，影响治疗效果，局部刺激过度甚而产生机体损伤；参考电压偏低，则在刺激源101正常工作时，所述控制芯片根据电压比较器的输出信号，发出错误指令，停止刺激源101输出。
参图3所示，所述刺激源101与第一输入端之间还连接设置有二极管D。所述二极管D的正极连接至所述刺激源101，所述二极管D的负极与所述第一输入端相连接。所述刺激源101的输出电压减去二极管D压降即为所述第一输入端接收到的工作电压，若该工作电压超过相应的参考电压，所述电压比较器输出高电平信号，进而通过控制芯片判断刺激通路102出现开路异常，停止刺激源101输出。当然，所述二极管D还可以减少刺激源101工作进程中可能受到的电性干扰。
参图4所示，过压保护电路103还包括连接设置于所述第一输入端与刺激源101之间的分压器。所述分压器可使用阻值较大的电阻实现分压，以减小其对所述刺激通路102的分流影响；另一方面，当所述刺激源101输出的电脉冲信号的幅值较大时，所述分压器能有效控制减小所述电压比较器的第一输入端接收到的工作电压，避免超出该电压比较器工作范围。
所述基准电压模块包括电容C、用以为所述电容C进行充电的数模转换器(DAC)及设置在所述数模转换器与电容C之间的第一开关K1，所述电容C的一端接地，所述电容的另一端连接至所述电压比较器的第二输入端。所述神经刺激器100开启工作时，所述控制芯片控制第一开关K1闭合，并根据刺激源101输出的电脉冲信号控制所述数模转换器输出一个特定电压以对所述电容C进行充电，此特定电压即所述电压比较器的第二输入端接收到的参考电压。
所述电容C充电完成后，由于自身及其与电压比较器的第二输入端之间不可避免地会出现漏电，所述电容C上的电压会缓慢下降。因此，在本实施例中，所述基准电压模块还包括连接设置于所述电压比较器与电容C之间并用以采集电容电压的模数转换器(ADC)，所述模数转换器与控制芯片相连接，通过所述模数转换器定时采集电容C上的电压，如果电压过低，所述控制芯片控制所述数模转换器对所述电容C进行再次充电。当然，为减小电容C的漏电，所述基准电压模块还包括设置在所述模数转换器与电容C之间的第二开关K2，所述第二开关K2设置为在模数转换器进行采集测量时闭合，且当所述模数转换器测量完成时，控制第二开关K2断开。
一般地，所述模数转换器的输入电流较大，若将所述模数转换器直接连接至所述电容C上，所述电容C上的电压较难被准确测量。此处，所述基准电压模块还包括连接设置在所述模数转换器与电容C之间的缓冲器，以确保更准确地测量电容C上的电压。所述第二开关K2断开时，所述控制芯片控制关闭所述模数转换器及缓冲器，降低待机功耗。
除此，前述过压保护电路103亦可用于仅设置一条刺激通路102的神经刺激器(未图示)，在所述刺激通路102出现开路状况时，所述过压保护电路能够及时检测获取异常信息，停止相应的刺激源101的输出，避免电子器件损坏，便于用户对该神经刺激器进行维护处理。
如图5所示，本发明还提供一种前述神经刺激器100的过压保护方法，包括：
打开神经刺激器100，根据刺激源101的既定工作模式，设定基准电压模块拟输出的参考电压；
所述刺激源101开启工作，发出电脉冲信号；
所述第一输入端接收到对应于电脉冲信号的工作电压，所述第二输入端接收到基准电压模块输出的参考电压，对比工作电压与参考电压；
若工作电压低于参考电压，电压比较器输出低电平信号，所述控制芯片判断至少两条所述刺激通路102均处于正常工作状态，刺激源101保持输出；
若工作电压高于参考电压，电压比较器输出高电平信号，所述控制芯片判断至少一条刺激通路102开路，控制刺激源101停止输出。
其中，所述参考电压对应于所述电脉冲信号的幅值，所述控制芯片根据电脉冲信号的幅值，控制基准电压模块输出一既定的参考电压。在本实施例中，所述过压保护方法还包括在所述刺激源101开启工作的过程中，控制第一开关K1每间隔第一既定时长T1闭合一次，并在第一开关闭合时控制数模转换器为电容C充电，所述电容C充电完成后，控制断开第一开关K1。
为更好地确保所述电容C上的电压稳定，所述基准电压模块还设置有用以对电容C上的电压进行定时测量的数模转换器、缓冲器及第二开关K2。所述过压保护方法还包括在刺激源101开启工作的过程中，控制第二开关K2每间隔第二既定时长T2闭合一次，并在第二开关K2闭合时控制模数转换器测量电容C上的电压，并在测量完成时，控制断开第二开关K2；
若电容C的电压低于既定阈值，所述控制芯片控制第一开关K1闭合，并控制所述数模转换器为所述电容C进行充电，并在充电完成时，控制断开第一开关K1。其中，所述既定阈值小于参考电压，且所述既定阈值优选为大于所述刺激通路102均处于正常工作状态下的工作电压，避免误触发，影响神经刺激器100的正常工作。
综上所述，采用本发明神经刺激器100及其过压保护方法，电路结构简洁，通过电压比较器对比工作电压与基准电压模块输出的参考电压，再由输出端向控制芯片输出相应的低电平信号或高电平信号，所述控制芯片即可及时识别刺激通路102的开路异常，确保连接至刺激源101的至少两条刺激通路102同时工作，满足治疗需求，避免过度刺激。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种神经刺激器，包括刺激源、连接至所述刺激源的至少两条刺激通路及过压保护电路，所述刺激源用以向刺激通路发出电脉冲信号，其特征在于：所述过压保护电路包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端，所述第一输入端连接至所述刺激源并用以接收对应于所述电脉冲信号的工作电压；所述第二输入端连接至所述基准电压模块并用以接收所述基准电压模块输出的参考电压。
2.根据权利要求1所述的神经刺激器，其特征在于：所述控制芯片具有与所述输出端相连接的中断引脚。
3.根据权利要求1所述的神经刺激器，其特征在于：所述过压保护电路还包括连接设置于所述第一输入端与刺激源之间的二极管，且所述第一输入端与所述二极管的负极相连接。
4.根据权利要求1所述的神经刺激器，其特征在于：过压保护电路还包括连接设置于所述第一输入端与刺激源之间的分压器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的神经刺激器，其特征在于：所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器及设置在所述数模转换器与电容之间的第一开关，所述电容的一端接地，所述电容的另一端连接至所述电压比较器的第二输入端。
6.根据权利要求5所述的神经刺激器，其特征在于：所述基准电压模块还包括连接设置于所述电压比较器与电容之间并用以采集电容电压的模数转换器。
7.根据权利要求6所述的神经刺激器，其特征在于：所述基准电压模块还包括设置在所述模数转换器与电容之间的第二开关。
8.根据权利要求6所述的神经刺激器，其特征在于：所述基准电压模块还包括设置在所述模数转换器与电容之间的缓冲器。
9.一种神经刺激器的过压保护方法，所述神经刺激器包括刺激源、连接至所述刺激源的至少两条刺激通路及过压保护电路，特征在于，所述过压保护电路包括控制芯片、电压比较器及基准电压模块，所述电压比较器具有具有第一输入端、第二输入端及连接至所述控制芯片的输出端，所述第一输入端连接至所述刺激源，所述第二输入端连接至所述基准电压模块，所述过压保护方法包括：
设定基准电压模块拟输出的参考电压；
开启刺激源，发出电脉冲信号，所述第一输入端接收到对应于电脉冲信号的工作电压，所述第二输入端接收到基准电压模块输出的参考电压，对比工作电压与参考电压；
若工作电压低于参考电压，电压比较器输出低电平信号，所述刺激通路均处于正常工作状态；
若工作电压高于参考电压，电压比较器输出高电平信号，所述控制芯片判断至少一条刺激通路开路，控制刺激源停止输出。
10.根据权利要求9所述的过压保护方法，其特征在于：所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器及设置在所述数模转换器与电容之间的第一开关，所述电容的一端接地，所述电容的另一端连接至所述电压比较器的第二输入端；
所述过压保护方法还包括在刺激源开启工作的过程中，控制第一开关每间隔第一既定时长T1闭合一次，并在第一开关闭合时控制数模转换器为电容充电，所述电容充电完成后，控制断开第一开关。
11.根据权利要求9所述的过压保护方法，其特征在于：所述基准电压模块包括电容、用以为所述电容充电的数模转换器、连接设置于所述电压比较器与电容之间并用以采集电容电压的模数转换器及第二开关；
所述过压保护方法还包括在刺激源开启工作的过程中，控制第二开关每间隔第二既定时长T2闭合一次，并在第二开关闭合时控制模数转换器测量电容电压，测量完成时，控制断开第二开关；
若电容电压低于既定阈值，控制数模转换器为所述电容进行充电。
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