CN115445083A - 电刺激器和电刺激器的电中和防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电刺激器和电刺激器的电中和防护方法，其中，电刺激器包括N个电极、负相脉冲发生电路、第一开关、正相脉冲发生电路、第二开关、N个第三开关、N个第四开关、漏电流采集模块和控制模块，N≥1；N个电极与负相脉冲发生电路或正相脉冲发生电路之间形成N个电脉冲通道；N个第三开关的一端分别与N个电脉冲通道连接，且另一端均接地；N个第四开关分别连通或断开N个电脉冲通道的供电；控制模块用于控制对应电脉冲通道的第四开关断开，并控制正相脉冲发生电路、第二开关和第三开关中的至少一个。本发明通过设置漏电流采集模块，既可以进行直流泄漏监测，也可以最大程度地消除电极的累积电荷。

Description

电刺激器和电刺激器的电中和防护方法

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，尤其是涉及一种电刺激器和电刺激器的电中和防护方法。

背景技术

电刺激器产品通常用于改善人体机能或治疗疾病，电刺激器工作时的有效信号是电脉冲信号。根据ISO 14708-3对有源植入式医疗器械电中性的要求，除预期功能外，当与人体接触时，有源植入式医疗器械的植入部分如电极应呈电中性，任何导电表面或电极表面的直流电流密度应≤0.75μA/mm²。电刺激器的电极部分直接接触人体组织，当电极处于激活状态发出电刺激脉冲时，保证电中性对于患者的安全至关重要。但由于脉冲发生器电路内开关设计的非理想性，电极处于未被激活状态时，即使电刺激器中开关的PN结处于截止状态，电路中仍然会存在直流泄漏电流。而电刺激器全部的生命周期内，产品的老化以及器件内部温度的升高，均有可能使电路中的直流泄漏电流增大，当电刺激器的电极部分直接接触人体组织时，植入后的产品保证电中性对于患者的安全至关重要，因此，需保证电刺激器具有安全且有效的直流泄漏监测和防护措施。对于直流泄漏的防护，现有技术中通常采用在每个电极与脉冲发生器之间设置适合参数的电容的方式来隔离直流泄漏电流，在实现有效隔离直流泄漏电流的同时，保证电脉冲信号正常工作。

此外，电刺激器的电极部分直接接触人体组织，当电极处于激活状态发出电刺激脉冲时，保证电中性对于患者的安全至关重要。由于将电刺激器植入到人体特定区域后，电极需要长时间直接与体液接触，而现有电刺激器的电极在制作工艺上通常在电极表面进行电镀铂灰，电刺激器工作时发出的有效单相电脉冲信号会使铂灰在体液中产生电化学反应。当电极上的累积电压超过一定限值时，电极的氧化还原反应剧烈，电极将被不可逆消耗，这进一步对电刺激器的电荷平衡技术提出了更高的要求。在现有技术中，通常采用在进行电刺激后，发出一种与有效脉冲信号极性相反的脉冲信号以中和电极上的累积电荷，从而达到主动平衡电荷的目的。

在现有技术中，采用设置隔直电容的方式隔离直流泄漏电流属于被动防护，无法自动对直流泄漏电流大小进行监测，因此当电路存在异常时无法及时进行处理，其产品的安全系数有待提升。而且，采用主动平衡电荷的措施中和电极上的累积电荷时，不能确保电极的累积电荷被完全消除以满足电荷平衡要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电刺激器，能对电刺激器中的直流泄漏电流进行监测和有效防护，还能最大程度消除电极的累积电荷，确保电荷平衡符合要求。

本发明的另一个目的在于提出一种电刺激器的电中和防护方法。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的电刺激器，包括：N个电极，其中，N≥1；负相脉冲发生电路和第一开关，所述负相脉冲发生电路用于产生负相电脉冲信号，所述第一开关用于控制所述负相脉冲发生电路与N个所述电极之间的连接或切断；正相脉冲发生电路和第二开关，所述正相脉冲发生电路用于产生正相电脉冲信号，所述第二开关用于控制所述正相脉冲发生电路与N个所述电极之间的连接或切断，N个所述电极与所述负相脉冲发生电路或所述正相脉冲发生电路之间形成N个电脉冲通道；N个第三开关，N个所述第三开关的一端分别与N个所述电脉冲通道连接，N个所述第三开关的另一端均接地；N个第四开关，N个所述第四开关分别设置于N个所述电脉冲通道上，以连通或断开所述电脉冲通道的供电；漏电流采集模块，所述漏电流采集模块与N个所述电脉冲通道连接，用于采集所述电脉冲通道中的累积电荷信号；控制模块，所述控制模块与N个所述第四开关的控制端连接，同时与所述正相脉冲发生电路、所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端中的至少一个连接，用于在所述累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的第四开关断开，以及在所述累积电荷信号低于所述预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据所述累积电荷信号控制所述正相脉冲发生电路、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。

根据本发明实施例提出的电刺激器，漏电流采集模块可以实时、主动地监测N个电脉冲通道中的直流泄漏情况，通过第四开关及时断开泄漏电流异常通道的供电链路，保留其他通道正常的电极继续被激活使用，有效延长了电刺激器的使用寿命；此外，本发明还可以依据漏电流采集模块采集的累积电荷信号，调整正相脉冲的波形及被动电荷平衡的释放时间，优化电荷平衡效果，确保累积电荷电压保持在安全阈值的要求范围内，更有利保障患者安全，进一步延长产品电极的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，所述漏电流采集模块包括：开关模块，所述开关模块用于接通或断开相应所述电脉冲通道上累积电荷信号的采集；模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换电路的输出端与所述控制模块连接，用于将所述累积电荷信号转换为数字采集信号。

在本发明的一些实施例中，所述控制模块包括：比较器，所述比较器的输入端与所述模拟数字转换电路的输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号高于所述预设安全阈值时输出切断信号，以及在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超出目标平衡电荷信号范围时输出调节信号；控制器，所述控制器与所述比较器的第一输出端连接，用于根据所述切断信号控制对应的第四开关断开，以及根据所述调节信号控制所述正相脉冲发生电路、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。所述控制器还与所述开关模块的控制端连接，用于控制所述开关模块连通或断开相应所述电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

在本发明的一些实施例中，所述开关模块包括：N个第五开关，N个所述第五开关分别连接于N个所述电脉冲通道，用于接通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。

在本发明的一些实施例中，所述电刺激器还包括：提示模块，所述提示模块与所述比较器的第二输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过预设安全阈值时进行告警提示。

在本发明的一些实施例中，所述电刺激器还包括：第六开关，所述第六开关与所述正相脉冲发生电路和所述负相脉冲发生电路连接，用于控制所述正相脉冲发生电路和所述负相脉冲发生电路整体的供电状态。

在本发明的一些实施例中，所述模拟数字转换电路包括1个模拟数字转换器，所述模拟数字转换器的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换器的输出端与所述控制模块连接。

在本发明的一些实施例中，所述负相脉冲发生电路、所述第一开关、所述正相脉冲发生电路和所述第二开关的数量均为M个，其中，N为M的倍数。

为了达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的电刺激器的电中和防护方法，包括以下步骤：获取N个电极与负相脉冲发生电路或正相脉冲发生电路连接形成的电脉冲通道中的累积电荷信号；在所述累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的供电断开；以及在所述累积电荷信号低于所述预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据所述累积电荷信号调节所述正相脉冲发生电路的驱动电流、所述正相脉冲发生电路与所述电极连接时长以及对所述电极的接地放电时长中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，根据所述累积电荷信号调节所述正相脉冲发生电路的驱动电流、所述正相脉冲发生电路与所述电极连接时长以及对所述电极的接地放电时长中的至少一项，包括：若所述电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为正值，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流减小和/或控制所述第二开关的闭合时长缩短，和/或增加对所述电脉冲通道的接地放电时长；若所述电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为负值，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流增大和/或控制所述第二开关的闭合时长增加，和/或增加对所述电脉冲通道的接地放电时长。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电刺激器的示意图；

图2为根据本发明一个实施例的直流泄漏防护技术的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的电荷平衡技术的示意图；

图4为根据本发明另一个实施例的电刺激器的示意图；

图5为根据本发明一个实施例的电刺激器的电中和防护方法的流程图。

附图标记：

电刺激器100；

N个电极1、负相脉冲发生电路2、第一开关3、正相脉冲发生电路4、第二开关5、N个第三开关6、N个第四开关7、漏电流采集模块8、控制模块9、提示模块10；

开关模块81、模拟数字转换电路82、比较器91、控制器92；

电极11、电极12、电极1N、第三开关611、第三开关612、第三开关61N、第四开关71、第四开关72、第四开关7N、第五开关811、第五开关812、第五开关81N、负相脉冲发生电路21、负相脉冲发生电路22、负相脉冲发生电路2M、相脉冲发生电路41、正相脉冲发生电路42、正相脉冲发生电路4M、第六开关P。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的电刺激器。在发明的实施例中，电刺激器可以为植入式医疗器械的电刺激器类产品，电刺激器通过将电极植入到特定区域，并发送一定频率的电脉冲对该作用区域刺激放电，从而达到改善或治疗疾病的目的。电刺激器具体可以为脑深部电刺激器、脑皮层刺激器、脊髓刺激器、人工耳蜗植入体或视网膜电刺激器等，进而实现相应的如视觉、听觉、疼痛消除、运动障碍、成瘾疾病等治疗或修复。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，为根据本发明一个实施例的电刺激器的示意图，其中，电刺激器100包括N个电极1、负相脉冲发生电路2、第一开关3、正相脉冲发生电路4、第二开关5、N个第三开关6、N个第四开关7、漏电流采集模块8和控制模块9，其中，N≥1。N优选为比现有电刺激器产品的电极数更多的数值，如64、128、256或其他多种可能的数值，以形成高密度、多电极的电刺激器。

其中，N个电极1与负相脉冲发生电路2连接以形成N个电脉冲通道，负相脉冲发生模块2用于产生负相电脉冲信号，负相电脉冲信号为有效刺激信号，N个电极1用于根据负相脉冲发生电路2的负相电脉冲信号进行放电以激活，该负相电脉冲信号为有效单向脉冲信号。如图1所示，N个电极1可以包括电极11、电极12…电极1N，当N个电极1处于未激活状态时，可根据负相电脉冲信号进行放电以激活。第一开关3用于控制负相脉冲发生电路2与N个电极1之间的连接或切断。

可以理解的是，负相脉冲发生电路2产生负相电脉冲信号刺激N个电极1放电后，会在N个电极1出现电荷积累，为确保电极1的电中性，需采用有效的电荷平衡技术对负相脉冲发生电路2产生的负相累积电荷进行释放或抵消。基于此，本发明实施例的电刺激器100还设置有正相脉冲发生电路4，正相脉冲发生电路4用于产生正相电脉冲信号，该正相电脉冲信号能用于抵消负相脉冲的累积电荷，以达到主动平衡电荷的目的。具体地，N个电极1与正相脉冲发生电路4之间形成N个电脉冲通道。第二开关5用于控制正相脉冲发生电路4与N个电极1之间的连接或切断。

可以理解的是，正相脉冲发生电路4产生正相电脉冲信号发送至N个电极1，并与N个电极1上累积的负电荷相抵消后，还可能存在N个电极1的累积电荷没有被完全消除，或者累积的负电荷相抵消后N个电极1上又积累了正电荷等情况，因此在电刺激器100具有主动平衡电荷功能的基础上，需要增加被动平衡电荷的功能。

基于以上，电刺激器100还设置有N个第三开关6，N个第三开关6的一端分别与N个电脉冲通道连接，N个第三开关6的另一端均接地。其中，如图1所示，N个第三开关6可以包括第三开关611、第三开关612…第三开关61N。当N个第三开关6中的部分或全部闭合后，对应的电脉冲通道接地并释放累积电荷，进而达到被动平衡电荷的目的。

在一些实施例中，如图1所示，电刺激器100还设置有N个第四开关7，N个第四开关7可以包括第四开关71、第四开关72…第四开关7N。N个第四开关7分别设置于N个电脉冲通道上，以连通或断开电脉冲通道的供电。其中，以第四开关71为例，第四开关71断开时，会断开其所在的电脉冲通道的供电电路，电极11不能接收到负相脉冲发生电路2产生的负相电脉冲信号和正相脉冲发生电路4产生的正相电脉冲信号。

漏电流采集模块8与N个电脉冲通道连接，用于采集电脉冲通道中的累积电荷信号。对于未被激活的电极，由于电路中开关设计的非理想性，即使开关的PN结处于截止状态，电路中仍然会存在直流泄漏电流。因此，本发明还提出一种直流泄漏防护技术，漏电流采集模块8还能通过采集N个电脉冲通道中的累积电荷信号，实现对N个电脉冲通道的直流泄漏电流测量，以达到对半导体开关微小直流泄漏电流的监测的目的。

控制模块9与N个第四开关的控制端连接，同时与正相脉冲发生电路4、第二开关5的控制端和第三开关6的控制端中的至少一个连接，用于在累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的第四开关7断开。以及在累积电荷信号低于预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据累积电荷信号控制正相脉冲发生电路4、第二开关5和第三开关6中的至少一个。

本发明提出的电荷平衡技术和直流泄漏防护技术采用累积电荷电压监测方式，实现对N个电极1上的累积电荷信号的监测。其中，可将采集到的累积电荷的电压记为V。

具体地，可根据电极电容值、平衡累积电荷的要求等设置预设安全阈值和目标平衡电荷信号范围并分别记为Vev和(-V_TH，+V_TH)其中，Vev大于+V_TH。可以理解的是，V的绝对值大于Vev时，可能会影响电极1的使用寿命或使电极电中性不满足要求。当V大于+V_TH或者小于-V_TH但其绝对值小于Vev时，则可能会导致电极1的氧化还原反应，但是此时累积电荷的电压V没有超过电极安全电压阈值。

在电刺激器100上电初始化时，整个系统进入调试模式，漏电流采集模块8同时对N个电脉冲通道进行直流漏电检测。若检测到V小于Vev，则进入正常刺激模式，否则进入诊断模式。在诊断模式中，漏电流采集模块8依次对单个电极进行直流泄漏电流检测并找出漏电的电极，由控制模块9控制对应电脉冲通道上的第四开关7断开其供电电路，而其余漏电检测正常的电极则可继续使用。

在进入正常刺激模式后，所有激活的电极按预设刺激配置进行正常电脉冲刺激，所有未激活的电极处于浮空状态。现结合图1、图2描述本发明实施例的电刺激器100应用直流泄漏防护技术的工作原理。如图2所示，为根据本发明一个实施例的直流泄漏防护技术的示意图，其中，图2中的横轴为时间，用“t”表示，纵轴为电脉冲信号的电流幅值。

其中，如图2所示，一个总刺激周期包括一个脉冲串、一个轮询监测周期和一个被动电荷平衡期，一个脉冲串包括S个脉冲周期，例如可设置S的值为1或者3或者10等，此处不作限定。在一个脉冲周期内每次负相脉冲后由正向脉冲发生模块4对应产生正相脉冲用于主动电荷平衡。该电刺激器100在执行完一个脉冲串后进入轮询监测周期，例如如图2所示，在第S个脉冲周期中的第S次主动电荷平衡后的t4时段，由漏电流采集模块8逐一对N个电极1的累积电荷电压V进行测量，也就是对激活电极和未激活电极均进行漏电检测，当检测到V的绝对值大于Vev时，则控制模块9控制中断正常刺激模式，进入诊断模式，禁用漏电的电极并启用漏电检测正常的电极。

在轮询监测周期内，若根据采集到的累积电荷信号确定N个电极1累积电荷的电压V超过目标平衡电荷信号范围(-V_TH，+V_TH)但其绝对值小于Vev时，进入被动电荷平衡期也就是图2中的t5时段，控制模块9控制增加该刺激周期内t5时段被动电荷平衡的放电时长，以确保该刺激周期内电极累积电荷完全释放。进一步地，控制模块9还能通过调整下一个刺激周期内正相脉冲发生电路4产生的正相电脉冲信号的电荷量和被动电荷平衡的放电时长，以提高电荷平衡的电中性效果。

在一些实施例中，可结合图1、图2和图3描述本发明实施例的电刺激器100应用电荷平衡技术的工作原理。如图3所示，为根据本发明一个实施例的电荷平衡技术的示意图，其中，图3中的横轴为时间，用“t”表示，纵轴为电脉冲信号的电流幅值，用“I”表示，图3示出了单个刺激周期内的电荷平衡防护措施时序，单个刺激周期中包含1次主动电荷平衡和1次被动电荷平衡。

具体地，如图3所示，t0时段为N个电极1正常刺激的准备时段，t0时段结束后开始进入第一个刺激周期。t1时段为正常刺激时段，此时控制模块9控制第二开关5和N个第三开关6断开并控制第一开关3闭合，负相脉冲发生电路2产生负相电脉冲信号，N个电极1被激活并进行放电。刺激时段结束后进入t2时段，在t2时段内控制模块8控制第一开关3、第二开关5和N个第三开关6均断开，以避免负相电脉冲信号与t3时段产生的主动平衡信号重叠。t3时段为主动电荷平衡的时段，此时控制模块9控制第一开关3和N个第三开关6保持断开状态并控制第二开关5闭合，正相脉冲发生电路4产生正相电脉冲信号与N个电极1上累积的负电荷相抵消，以主动平衡电荷。t4时段，控制模块9控制第二开关5、第一开关3和N个第三开关6断开，此时由漏电流采集模块8采集电脉冲通道中的累积电荷信号。进入t5时段后，此时控制模块9控制第二开关5和第一开关3保持断开状态并控制N个第三开关6闭合，N个电极1上的累积电荷经N个第三开关6接地并释放，从而达到被动平衡电荷的目的。

以及，在执行完成若干个刺激周期如2个或者3个或者5个等刺激周期后，插入1次长放电周期。如图3所示，在该长放电周期时间段内，由漏电流采集模块8对N个电脉冲通道上累积电荷信号进行采集，控制模块9控制N个第三开关6闭合，从而实现再次对所有电极1的累积电荷进行接地释放。该防护措施实现了在正常刺激模式下，对所有电极1进行直流漏电监测和累积电荷再次释放，进一步确保了患者安全。此外，也可针对未激活电极，采用长放电周期来消除累积电荷。

根据本发明实施例提出的电刺激器，漏电流采集模块8可以实时、主动地监测N个电脉冲通道中的直流泄漏情况，通过第四开关7及时断开泄漏电流异常通道的供电链路，保留其他通道正常的电极继续被激活使用，有效延长了电刺激器的使用寿命；此外，本发明还可以依据漏电流采集模块8采集的累积电荷信号，调整正相脉冲的波形及被动电荷平衡的释放时间，优化电荷平衡效果，确保累积电荷电压保持在安全阈值的要求范围内，更有利保障患者安全，进一步延长产品电极的使用寿命。

本发明实施例利用直流泄漏电流在电极上累积一段时间后电极电压将升高的特点，且相较于采用常规的隔直电容隔离直流泄漏的方式，采用该漏电流采集模块8能缩小电路体积、提升系统稳定性。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，为根据本发明另一个实施例的电刺激器的示意图，其中，漏电流采集模块8包括开关模块81和模拟数字转换电路82。

开关模块81用于接通或断开相应电脉冲通道上累积电荷信号的采集。具体地，开关模块81包括N个第五开关，其中，N个第五开关可以包括第五开关811、第五开关812…第五开关81N。N个第五开关分别连接于N个电脉冲通道，用于接通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。

进一步地，在电刺激器100正常工作时，控制模块9可控制所有N个第五开关同时闭合，或者控制所有激活的电极1对应的电脉冲通道中的第五开关闭合，本发明并不受限于此。

此外，该开关模块81中的N个第五开关也可采用半导体开关，具有灵敏度高、频率响应快等特点。

模拟数字转换电路82的输入端与开关模块81连接，模拟数字转换电路82的输出端与控制模块9连接，用于将累积电荷信号转换为数字采集信号，其中，模拟数字转换电路82中可以包括ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器或者模拟/数字转换器)，以实现将模拟信号转换为数字信号。模拟数字转换电路82的电路选型需考虑累积电荷信号(与电压值对应)、预设安全阈值、目标平衡电荷信号范围和采样精度要求进行设计，此处不作限定。

根据本发明实施例的电刺激器100，通过在模拟数字转换电路82与N个电脉冲通道之间对应设置N个第五开关，并通过控制N个第五开关的通断状态，以实现对单个或多个通道的直流泄漏及累积电荷进行监测。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，控制模块9包括比较器91和控制器92。比较器91的输入端与模拟数字转换电路82的输出端连接，用于在累积电荷信号对应的数字采集信号高于预设安全阈值时输出切断信号。

其中，比较器91用于将获取的累积电荷信号与预设安全阈值和目标平衡电荷信号范围进行比较，当确定V的绝对值大于Vev时，认为直流泄漏电流异常进而输出断开信号，则可能会出现影响电极寿命或者影响电中性安全的情况，控制器92与比较器91的第一输出端连接，用于根据切断信号控制对应的第四开关7断开，即中断正常刺激模式，等待外围主控制器的控制指令。

以及，比较器91还用于在累积电荷信号对应的数字采集信号超出目标平衡电荷信号范围时输出调节信号，以及控制器92根据调节信号控制正相脉冲发生电路4、第二开关3和第三开关5中的至少一个。

举例而言，当检测到累积电荷信号V＞+V_TH但V的绝对值小于Vev时，代表正相电脉冲信号的电荷量大于负相电脉冲信号的电荷量，比较器91输出调节信号至控制器92，以控制减小后续刺激周期中的正相脉冲发生电路4产生的正相电脉冲信号的电荷量，例如，可采用二分法逐次逼近的方式，控制如图3中t3时段的正相电脉冲信号的幅值减少一个步进，使正相电脉冲信号的电荷量更接近负相电脉冲信号的电荷量。

再例如，当检测到累积电荷信号V＜-V_TH但V的绝对值小于Vev时，代表正相电脉冲信号的电荷量小于负相电脉冲信号的电荷量，比较器91输出调节信号至控制器92，以控制增大后续刺激周期中的正相脉冲发生电路4产生的正相电脉冲信号的电荷量，例如，可采用二分法逐次逼近的方式，控制如图3中t3时段的正相电脉冲信号的幅值增加一个步进，使正相电脉冲信号的电荷量更接近负相电脉冲信号的电荷量，从而能更好地中和负相电脉冲信号的电荷量，优化主动电荷平衡效果。

再例如，当检测到累积电荷信号-V_TH＜V＜+V_TH时，即累积电荷信号V的数字采样信号处于目标平衡电荷信号范围(-V_TH，+V_TH)内，代表正相电脉冲信号的电荷量更接近负相电脉冲信号的电荷量，此时控制器92控制后续刺激周期中的正相脉冲发生电路4产生的正相电脉冲信号的电荷量不变。

进一步地，控制器92还能在调整正相电脉冲信号的电荷量的同时，合理延长当前刺激周期内的被动电荷平衡的时间，如延长图3中的t5时段，即增加N个第三开关6的闭合时间，确保N个电极1上的累积电荷有足够时间完成释放，进一步确保达到理想的电荷平衡效果。如此持续下去，直至该通道刺激周期内，比较器91根据检测到的累积电荷信号V确定V满足-V_TH＜V＜+V_TH时，N个电极1使用调整后的正相电脉冲信号的电流幅值和被动电荷平衡放电时长配置参数进行持续刺激，而电刺激器100恢复被动电荷平衡的放电时长为默认设置。

在另一些实施例中，如图4所示，控制器92还与开关模块81的控制端连接，用于控制开关模块81接通或断开相应电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

在本发明的一些实施例中，电刺激器100还包括提示模块10。提示模块10与比较器91的第二输出端连接，用于在累积电荷信号对应的数字采集信号超过预设安全阈值时进行告警提示。其中，若检测到的V的绝对值大于Vev，则可能会影响电极寿命或者影响电中性的安全，因此在该种情况下，控制器92控制中断正常刺激模式的同时，还由提示模块10及时进行告警提示。进一步地，提示模块10还可针对性提示用户具体哪一个电脉冲通道中的电极累积电荷的电压V异常。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，电刺激器100还包括第六开关P，第六开关P与正相脉冲发生电路4和负相脉冲发生电路2连接，用于控制正相脉冲发生电路4和负相脉冲发生电路2整体的供电状态，第六开关P可在预设情况下整体断电，保证产品使用安全。

在本发明的一些实施例中，模拟数字转换电路82包括1个模拟数字转换器，模拟数字转换器的输入端与开关模块81连接，模拟数字转换器的输出端与控制模块9连接。该实施例通过1个模拟数字转换器,能同时对N个电极1进行直流泄漏及累积电荷的电压V的监测，可节省系统功耗，显著降低硬件成本。

或者，作为一个可选实施例，模拟数字转换电路32包括N个模拟数字转换器或N的分数个模拟数字转换器，同样能够实现本发明的技术效果。

在本发明的一些实施例中，负相脉冲发生电路2的数量为M个，其中，M个负相脉冲发生电路可以包括负相脉冲发生电路21、负相脉冲发生电路22…负相脉冲发生电路2M，每一个负相脉冲发生电路均与一个第一开关3连接。正相脉冲发生电路4的数量为M个，其中，M个正相脉冲发生电路可以包括正相脉冲发生电路41、正相脉冲发生电路42…正相脉冲发生电路4M，每一个正相脉冲发生电路均与一个第二开关5连接。

其中，N为M的倍数(包括一倍)。也就是说，一个负相脉冲发生电路2或正相脉冲发生电路可同时连接一个或者多个电极。

在本发明的一些实施例中，还提出一种电刺激器的电中和防护方法，如图5所示，为根据本发明一个实施例的电刺激器的电中和防护方法的流程图，其中，电刺激器的电中和防护方法至少包括以下步骤S1-S3，具体如下。

S1，获取N个电极与负相脉冲发生电路或正相脉冲发生电路连接形成的电脉冲通道中的累积电荷信号。

在一些实施例中，该累积电荷信号由上面实施例中的漏电流采集模块进行采集，并能对电荷平衡后电极表面的实际累积电荷进行实时监测和确认，确保达到理想的电荷平衡效果。以及，还能对N个电脉冲通道的直流泄漏电流测量，以达到对半导体开关微小直流泄漏电流监测的目的。

S2，在累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的供电断开。

其中，当确定累积电荷信号高于预设安全阈值时，电刺激器进入诊断模式。在诊断模式中，漏电流采集模块依次对单个电极进行直流泄漏电流检测并找出漏电的电极，由控制模块控制断开对应电脉冲通道的供电电路，而其余漏电检测正常的电极则可继续使用。

S3，在累积电荷信号低于预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据累积电荷信号调节正相脉冲发生电路的驱动电流、正相脉冲发生电路与电极连接时长以及对电极的接地放电时长中的至少一项。

其中，若电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为正值，也就是说，正相脉冲发生电路用于产生的正相电脉冲信号的电荷量大于负相脉冲发生电路用于产生的负相电脉冲信号的电荷量，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流减小，例如，可采用二分法逐次逼近的方式，控制如图3中t3时段的正相电脉冲信号的幅值减少一个步进，使正相电脉冲信号的电荷量更接近负相电脉冲信号的电荷量。和/或控制第二开关的闭合时长缩短，和/或增加对电脉冲通道的接地放电时长。例如延长图3中的t5时段，即增加N个第三开关的闭合时间，确保N个电极上的累积电荷有足够时间完成释放，进一步确保达到理想的电荷平衡效果。

若电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为负值，也就是说，正相脉冲发生电路用于产生的正相电脉冲信号的电荷量小于负相脉冲发生电路用于产生的负相电脉冲信号的电荷量，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流增大，例如，可采用二分法逐次逼近的方式，控制如图3中t3时段的正相电脉冲信号的幅值增加一个步进，使正相电脉冲信号的电荷量更接近负相电脉冲信号的电荷量。和/或控制第二开关的闭合时长增加，和/或增加对电脉冲通道的接地放电时长。例如延长图3中的t5时段，即增加N个第三开关的闭合时间，确保N个电极上的累积电荷有足够时间完成释放，进一步确保达到理想的电荷平衡效果。

根据本发明实施例的电刺激器100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电刺激器，其特征在于，包括：

N个电极，其中，N≥1；

负相脉冲发生电路和第一开关，所述负相脉冲发生电路用于产生负相电脉冲信号，所述第一开关用于控制所述负相脉冲发生电路与各所述电极之间的连接或切断；

正相脉冲发生电路和第二开关，所述正相脉冲发生电路用于产生正相电脉冲信号，所述第二开关用于控制所述正相脉冲发生电路与各所述电极之间的连接或切断，N个所述电极与所述负相脉冲发生电路或所述正相脉冲发生电路之间形成N个电脉冲通道；

N个第三开关，N个所述第三开关的一端分别与N个所述电脉冲通道连接，N个所述第三开关的另一端均接地；

N个第四开关，N个所述第四开关分别设置于N个所述电脉冲通道上，以连通或断开所述电脉冲通道的供电；

漏电流采集模块，所述漏电流采集模块与N个所述电脉冲通道连接，用于采集所述电脉冲通道中的累积电荷信号；

控制模块，所述控制模块与N个所述第四开关的控制端连接，同时与所述正相脉冲发生电路、所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端中的至少一个连接，用于在所述累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的第四开关断开，以及在所述累积电荷信号低于所述预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据所述累积电荷信号控制所述正相脉冲发生电路、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的电刺激器，其特征在于，所述漏电流采集模块包括：

开关模块，所述开关模块用于接通或断开相应所述电脉冲通道上累积电荷信号的采集；

模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换电路的输出端与所述控制模块连接，用于将所述累积电荷信号转换为数字采集信号。

3.根据权利要求2所述的电刺激器，其特征在于，所述控制模块包括：

比较器，所述比较器的输入端与所述模拟数字转换电路的输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号高于所述预设安全阈值时输出切断信号，以及在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超出目标平衡电荷信号范围时输出调节信号；

控制器，所述控制器与所述比较器的第一输出端连接，用于根据所述切断信号控制对应的第四开关断开，以及根据所述调节信号控制所述正相脉冲发生电路、所述第二开关和所述第三开关中的至少一个。

所述控制器还与所述开关模块的控制端连接，用于控制所述开关模块连通或断开相应所述电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

4.根据权利要求2所述的电刺激器，其特征在于，所述开关模块包括：

N个第五开关，N个所述第五开关分别连接于N个所述电脉冲通道，用于接通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。

5.根据权利要求3所述的电刺激器，其特征在于，所述电刺激器还包括：

提示模块，所述提示模块与所述比较器的第二输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过预设安全阈值时进行告警提示。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电刺激器，其特征在于，所述电刺激器还包括：

第六开关，所述第六开关与所述正相脉冲发生电路和所述负相脉冲发生电路连接，用于控制所述正相脉冲发生电路和所述负相脉冲发生电路整体的供电状态。

7.根据权利要求2-5任一项所述的电刺激器，其特征在于，

所述模拟数字转换电路包括1个模拟数字转换器，所述模拟数字转换器的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换器的输出端与所述控制模块连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电刺激器，其特征在于，

所述负相脉冲发生电路、所述第一开关、所述正相脉冲发生电路和所述第二开关的数量均为M个，其中，N为M的倍数。

9.一种电刺激器的电中和防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取N个电极与负相脉冲发生电路或正相脉冲发生电路连接形成的电脉冲通道中的累积电荷信号；

在所述累积电荷信号高于预设安全阈值时控制对应电脉冲通道的供电断开；

以及，在所述累积电荷信号低于所述预设安全阈值且超出目标平衡电荷信号范围时，根据所述累积电荷信号调节所述正相脉冲发生电路的驱动电流、所述正相脉冲发生电路与所述电极连接时长以及对所述电极的接地放电时长中的至少一项。

10.根据权利要求9所述的电中和防护方法，其特征在于，根据所述累积电荷信号调节所述正相脉冲发生电路的驱动电流、所述正相脉冲发生电路与所述电极连接时长以及对所述电极的接地放电时长中的至少一项，包括：

若所述电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为正值，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流减小和/或控制所述第二开关的闭合时长缩短，和/或增加对所述电脉冲通道的接地放电时长；

若所述电极对应电脉冲通道的累积电荷信号为负值，则控制下一个刺激周期中对应正相驱动电路的驱动电流增大和/或控制所述第二开关的闭合时长增加，和/或增加对所述电脉冲通道的接地放电时长。

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