CN111420277A - 植入式神经刺激设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种植入式神经刺激设备，包括：用于输出治疗人体疾病的刺激信号的脉冲输出单元，以及用于与体外控制设备进行数据交互的通信单元，所述脉冲输出单元和通信单元分别设有直接存储器访问模块和集成电路总线模块，通过集成电路总线连接；所述脉冲输出单元和通信单元初始化状态为数据接收模式，当其中任一单元需要发送数据时，切换为数据发送模式，通过所述直接存储器访问模块读取数据，通过所述集成电路总线模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。

Description

植入式神经刺激设备
技术领域
本发明涉及电子医疗器械领域，具体涉及一种植入式神经刺激设备。
背景技术
植入式神经刺激设备是具有多个功能单元的电子医疗设备，该设备需要与体外控制设备进行通信，接收控制数据或者发送设备数据等等，并且其中诸如脉冲发生器、通信单元等各种功能单元之间经常需要发送和接收数据，以此来保持各单元正常运行。
IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)模块被广泛应用于数据传输。相比于其他总线，IIC只需要一根时钟线及一根数据线即可实现数据交互。同时具有传输速率快，准确度高的特点。IIC具备主机和从机两种工作模式，两个设有IIC模块的设备进行通信时，通常需要协商好各自的模式，即一方做主机一方做从机，并匹配好各自地址，才能实现正确的传输。由于可能存在的主、从模式冲突的问题，使得IIC在应用起来会有些棘手，在某些应用场景下会有局限性。
传统的IIC传输模式，一个设备只能实现一种主从模式。在这种传输模式下，总线被主设备所控制。从设备只能实现被动接收，而不能实现主动抢占总线。当从设备有传输需求时，只能由主设备控制总线才能实现数据传输。此种模式下大大局限了从设备传输的灵活性，难以满足植入式神经刺激设备对于数据传输的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种植入式神经刺激设备，包括：用于输出电刺激信号的脉冲输出单元，以及用于与体外控制设备进行数据交互的通信单元，所述脉冲输出单元和通信单元分别设有直接存储器访问模块和集成电路总线模块，通过集成电路总线连接；
所述脉冲输出单元和通信单元初始化状态为数据接收模式，当其中任一单元需要发送数据时，切换为数据发送模式，通过所述直接存储器访问模块读取数据，通过所述集成电路总线模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。
可选地，还包括用于确定人体姿态的加速度计单元，设有集成电路总线模块，通过所述集成电路总线与所述脉冲输出单元和通信单元连接，其初始化状态为数据接收模式，当需要发送数据时切换为数据发送模式，通过所述集成电路总线模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。
可选地，当有多个单元同时发送数据时，先输出低电平数据位的单元保持数据发送模式，其它单元切换为数据接收模式。
可选地，发送数据的单元将其集成电路总线模块输出的每一位数据与原数据进行比对，当检测到电平不一致的数据位时，停止发送数据，切换为数据接收模式。
可选地，所述脉冲输出单元和通信单元分别设有两路直接存储器访问模块，所述两路直接存储器访问模块分别关联到集成电路总线模块的接收端与发送端；所述两路直接存储器访问模块的事件源被配置为所述集成电路总线模块；所述两路直接存储器访问模块的缓冲区关联所述集成电路总线模块的接收与发送缓存区。
可选地，直接存储器访问模块被开启后，所述集成电路总线模块接收数据，并将缓存区中的数据存储到直接存储器访问模块的接收缓冲区。
可选地，直接存储器访问模块被开启后，取出缓冲区的数据至集成电路总线模块的发送缓存区，以使所述集成电路总线模块发送数据。
可选地，通过所述集成电路总线模块发送的数据中包括地址信息，用于指示接收所述数据的单元。
可选地，所述通信单元为蓝牙通信单元。
根据本发明提供的植入式神经刺激设备，其中的脉冲输出单元和通信单元分别具有DMA模块和IIC模块，IIC总线上所有单元默认为从机设备，且均配置为接收模式。当需要发送数据时，切换到主发送模式完成数据发送，再切换为默认从模式。在这样的控制策略下，可以巧妙地实现总线单元的主、从模式混合通信，基于DMA传输方式直接操作单片机中的存储单元，使用IIC通信能够以较高的速率传输数据，由此可以提高植入式神经刺激设备内的各单元间的通信速度及可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的一种植入式神经刺激设备；
图2为本发明实施例中的另一种植入式神经刺激设备。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种植入式神经刺激设备，如图1所示，包括用于输出治疗人体疾病的电刺激信号的脉冲输出单元11，以及用于与体外控制设备进行数据交互的通信单元12。脉冲输出单元11根据设定的参数输出刺激信号，参数比如包括脉冲频率、幅度、脉宽等，体外控制设备可通过通信单元12设置这些参数；通信单元12也可以将当前工作参数发送至体外控制设备。因此脉冲输出单元11与通信单元12之间经常需要进行数据传输。
为提高数据传输速度，本实施例中的脉冲输出单元11和通信单元12采用基于DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)传输方式的IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)通信。脉冲输出单元11和通信单元12分别设有直接存储器访问(DMA)模块和集成电路总线(IIC)模块，二者通过IIC连接。
脉冲输出单元11和通信单元12初始化状态为数据接收模式，也即IIC上所有的单元默认作为从机。当其中任一单元需要发送数据时，切换为数据发送模式(主发送模式)，通过DMA模块读取数据，通过IIC模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。具体实现需要开启单片机的两路DMA模块，分别关联到IIC模块的接收与发送；配置两个DMA模块的事件源为IIC，并定义DMA数组缓存关联IIC接收与发送缓存区。
比如通信单元12接收到体外控制设备发送的对工作参数的设置数据，需要将设置数据传输给脉冲输出单元11时，通信单元12从数据接收模式切换为数据发送模式，在主发送模式下，向总线发送IIC数据并指定从机地址，以便从机进行数据接收。具体地，通信单元12开启DMA模块后，IIC模块做数据发送，DMA模块会直接取出DMA定义的发送缓冲区的数据至IIC发送缓冲区，由此加快IIC的发送速率。数据发送完毕后，通信单元12便切换回默认的从接收模式，以便接收其它设备发送回来的响应数据或主机发送的数据。
脉冲输出单元11作为从机，根据IIC数据中的地址信息判断是否是发给本机的数据。对于确定是发给本机的数据，脉冲输出单元11开启DMA模块，IIC模块做数据接收，接收缓存区的数据会直接存储到DMA定义的接收缓冲区，接收完成后可以进行数据处理，比如根据设置数据改变工作参数。数据接收过程需要在IIC接收中断中完成，IIC模块利用中断接收实现从模式下的数据接收。
当脉冲输出单元11需要将当前工作参数发送给体外控制设备时，与上述举例类似地，脉冲输出单元11切换为数据发送模式，作为主机发送IIC数据，传输完成后切回数据接收模式；通信单元12作为从机接收IIC数据，接收完成后可以进行数据处理，比如将工作参数发送至体外控制设备。
根据本发明实施例提供的植入式神经刺激设备，其中的脉冲输出单元和通信单元分别具有DMA模块和IIC模块，IIC总线上所有单元默认为从机设备，且均配置为接收模式。当需要发送数据时，切换到主发送模式完成数据发送，再切换为默认从模式。在这样的控制策略下，可以巧妙地实现总线单元的主、从模式混合通信，基于DMA传输方式直接操作单片机中的存储单元，使用IIC通信能够以较高的速率传输数据，由此可以提高植入式神经刺激设备内的各单元间的通信速度及可靠性。
本发明的另一个实施例提供一种植入式神经刺激设备，如图2所示，包括脉冲输出单元21、蓝牙通信单元22，以及用于确定人体姿态的加速度计单元23。脉冲输出单元21根据设定的参数输出刺激信号，参数比如包括脉冲频率、幅度、脉宽等，体外控制设备可通过蓝牙通信单元22设置这些参数、蓝牙通信单元22也可以将当前工作参数发送至体外控制设备、加速度计单元23可以将人体姿态信息发送给体外控制设备，因此脉冲输出单元21与蓝牙通信单元22之间、加速度计单元23与蓝牙通信单元22之间经常需要进行数据传输。
脉冲输出单元21、蓝牙通信单元22和加速度计单元23均为IIC上的设备，三者均初始化为数据接收模式，默认为从机。脉冲输出单元21与蓝牙通信单元22之间的数据传输过程可参照前一实施例，本实施例主要介绍加速度计单元23与蓝牙通信单元22之间的通信过程，以及总线冲突的情况及应对方式。
加速度计单元23根据人体的运动情况产生加速度数据，当需要将加速度数据发送至体外控制设备时，从数据接收模式切换为数据发送模式。在主发送模式下，向总线发送IIC数据并指定从机地址，以便从机进行数据接收。数据发送完毕后，加速度计单元23便切换回默认的从接收模式，以便接收其它设备发送回来的响应数据或主机发送的数据。
蓝牙通信单元22作为从机，根据IIC数据中的地址信息判断是否是发给本机的数据。对于确定是发给本机的数据，蓝牙通信单元22开启DMA模块，IIC模块做数据接收，接收缓存区的数据会直接存储到DMA定义的接收缓冲区，接收完成后可以进行数据处理，比如将加速度数据发送至体外控制设备。
本实施例中的IIC上有三个设备，当两个或多个设备同时切换到主发送模式这种情况，会引发的总线冲突问题。比如当脉冲输出单元21和加速度计单元23同时向蓝牙通信单元22发送数据时即发生总线仲裁。
为保证IIC上各单元正常工作，需要进行合理的总线仲裁。对此，可通过判断IIC模块中总线抢占标志位，来判断是否发生总线抢占。鉴于IIC的“线与”特性，使得在数据线上得到的信号波形是脉冲输出单元21和加速度计单元23所发数据相与的结果。两个单元在每次发出一个数据位的同时，都对自己输出端的信号电平进行检测，如果检测结果与预期的电平(原数据的数据位)相符，则继续占用总线，否则放弃总线控制权。
比如在总线被启动后，脉冲输出单元21希望发送数据“101……”，加速度计单元23希望发送数据“100……”。开始发送这些数据后，脉冲输出单元21的第3位期望发送“1”，也就是在第3个时钟周期内送出高电平。在该时钟周期的高电平期间，脉冲输出单元21进行检测时，检测到不相匹配的电平“0”，则脉冲输出单元21放弃总线控制权，切回数据接收模式，由此使得加速度计单元23作为唯一的发送方，总线控制权得出裁定结果，从而实现总线仲裁的功能。
根据以上总线仲裁过程，仲裁过程中脉冲输出单元21和加速度计单元23都不会丢失数据，各个主器件没有优先级别之分，总线控制权是随机裁定的，即使是抢先发送数据的单元也并不一定具有控制权。本实施例的植入设备遵循的是“低电平优先”的仲裁原则，将总线判给在数据线上先发送低电平的单元，而其他发送高电平的单元将失去总线控制权。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种植入式神经刺激设备，其特征在于，包括：用于输出电刺激信号的脉冲输出单元，以及用于与体外控制设备进行数据交互的通信单元，所述脉冲输出单元和通信单元分别设有直接存储器访问模块和集成电路总线模块，通过集成电路总线连接；
所述脉冲输出单元和通信单元初始化状态为数据接收模式，当其中任一单元需要发送数据时，切换为数据发送模式，通过所述直接存储器访问模块读取数据，通过所述集成电路总线模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。
2.根据权利要求1所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，还包括用于确定人体姿态的加速度计单元，设有集成电路总线模块，通过所述集成电路总线与所述脉冲输出单元和通信单元连接，其初始化状态为数据接收模式，当需要发送数据时切换为数据发送模式，通过所述集成电路总线模块发送数据，在数据发送完毕后切换为数据接收模式。
3.根据权利要求1或2所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，当有多个单元同时发送数据时，先输出低电平数据位的单元保持数据发送模式，其它单元切换为数据接收模式。
4.根据权利要求3所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，发送数据的单元将其集成电路总线模块输出的每一位数据与原数据进行比对，当检测到电平不一致的数据位时，停止发送数据，切换为数据接收模式。
5.根据权利要求1所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，所述脉冲输出单元和通信单元分别设有两路直接存储器访问模块，所述两路直接存储器访问模块分别关联到集成电路总线模块的接收端与发送端；所述两路直接存储器访问模块的事件源被配置为所述集成电路总线模块；所述两路直接存储器访问模块的缓冲区关联所述集成电路总线模块的接收与发送缓存区。
6.根据权利要求5所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，直接存储器访问模块被开启后，所述集成电路总线模块接收数据，并将缓存区中的数据存储到直接存储器访问模块的接收缓冲区。
7.根据权利要求5所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，直接存储器访问模块被开启后，取出缓冲区的数据至集成电路总线模块的发送缓存区，以使所述集成电路总线模块发送数据。
8.根据权利要求1或2所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，通过所述集成电路总线模块发送的数据中包括地址信息，用于指示接收所述数据的单元。
9.根据权利要求1或2所述的植入式神经刺激设备，其特征在于，所述通信单元为蓝牙通信单元。
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