CN117357794B - 一种用于治疗脑卒中的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于治疗脑卒中的设备，包括控制器、驱动器组件、刺激电极组件；其中，控制器包括上位机、信号发生电路、电源管理电路、滤波放大电路，用于对治疗参数进行设置，控制器电连接到驱动器组件；驱动器组件包括第一谐振匹配电路和发射线圈，通过无线供能方式向刺激电极组件进行供电；刺激电极组件包括刺激电极和连接到刺激电极的微型线圈接收电路，刺激电极通过手术植入人体口腔腭管腔道内，微型线圈接收电路贴在牙齿侧面。电刺激波形及能量以谐振耦合的方式通过线圈无线传输，传输稳定、效率高。接收端电路实现了双极性电刺激功能，保证刺激时的电荷平衡。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体地涉及一种用于治疗脑卒中的设备。
背景技术
“脑卒中”又称“中风”，是一种急性脑血管疾病。目前医学上除了相关副作用显著的预防用药外，还使用介入手术的治疗方式。临床前研究发现，在急性缺血性卒中模型中，刺激该神经节可以增加大脑侧支循环血流量、稳定血脑屏障、减少梗死面积。初步的临床随机研究也发现，刺激蝶腭神经节对缺血性卒中患者也有潜在益处，蝶腭神经节通常被认为是主要治疗靶点。
神经调控是治疗该种疾病的具体疗法，目前已经实现了广泛的应用。使用电刺激的方法进行神经调控，诱导蝶腭页神经节血管适度扩张，增加流向大脑的血流量。目前主要有三种常见的刺激方式：电压刺激模式、电流刺激模式和电荷刺激模式。
现有的技术在刺激方式上，电压刺激模式直接将刺激电压加在人体负载上，调控电压大小来改变刺激强度；电流刺激模式将给定强度的电流注入人体负载进行刺激，控制电流大小以控制刺激强度；电荷刺激模式将储存在电容器内的电荷注入人体负载进行刺激，通过切换电容器组来改变刺激强度。
专利US20180132947A1公开了神经刺激器的植入和输送系统，包括植入物阻抗感应电极，辅助阻抗感应电极，第一和第二导线分别电耦合到植入物阻抗感测电极和辅助阻抗感测电极，和基于阻抗的导航电路，包括：电压发生器，被配置为通过导线在注入阻抗感测电极和辅助阻抗感测电极之间施加电流，阻抗传感器，被配置为基于电流的施加来测量植入阻抗感测电极与辅助阻抗感测电极之间的阻抗，和位置跟踪器，其被配置为基于所测量的阻抗的变化来确定在大神经管中的可植入神经刺激器的位置。
现有的电压刺激器无法精确控制刺激电流，容易导致人体组织受损；电荷刺激器由于需要通过切换电容器组来设定刺激的总电荷量，而使用的电容器组面积较大，致使其无法完全植入；传统的电流刺激器在宽刺激电压范围内无法精确控制刺激电流，已无法满足各类应用场景的需要。
此外，现有方案都不能实现完全植入体内，外部电池供电需要大体积电池且需要定期更换，超声波供电需要进行能量转换，效率低且复杂，能量转换的部件体积较大；射频供电容易导致辐射伤害，会对人体造成不可逆损伤，因此现有方案均不适合目前完全植入且精准可控的刺激器要求。
发明内容
本发明是一款植入式神经刺激的产品，通过对蝶腭神经节进行电刺激，可以促进脑卒中患者脑部缺血周围的血管代偿，从而达到治疗脑卒中的目的。为解决现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供一种用于治疗脑卒中的设备，包括发射端和接收端；发射端包括控制器和驱动器组件，接收端为刺激电极组件；其中，
控制器包括上位机、信号发生电路、电源管理电路、滤波放大电路，用于对治疗参数进行设置，控制器电连接到驱动器组件；
驱动器组件包括第一谐振匹配电路和发射线圈，通过无线供能方式向刺激电极组件进行供电；
刺激电极组件包括刺激电极和连接到刺激电极的微型线圈接收电路，刺激电极通过手术植入人体口腔腭管腔道内，微型线圈接收电路贴在牙齿侧面；
所述微型线圈接收电路由接收线圈、第二谐振匹配电路、解调电路、双极性电刺激电路组成；
所述双极性电刺激电路包括H桥电路和电流镜电路；H 桥的输出方向由逻辑电路根据恢复后的刺激电压控制；刺激电极间可以产生正反方向的电流；
接收端通过整流桥及无源低通滤波器的AM解调，将接收到的高频信号转化为低频信号，具体为一个高电平为+2~+20V、低电平为-0.5~-10V的方波；
通过在上位机控制高电平与低电平的持续时间与幅度，可以使得流经人体的正方向与负方向电荷量大致相等，从而保证刺激效果与人体安全。
所述无线供能的方式为磁线圈耦合、谐振耦合或PT耦合。
进一步地，刺激波形参数完全由上位机设置，信号发生电路包括单片机和DDS芯片，DDS芯片生成上位机设定的信号波形，信号波形是一个AM（幅度调制）波形，载波频率为5~15MHz，优选为8~12MHz其包络波是一个频率为1Hz~10kHz的方波；通过滤波放大电路，将信号放大为峰-峰值在30V以下的调制波形。
进一步地，所述微型线圈接收电路由接收线圈、第二谐振匹配电路、解调电路、双极性电刺激电路组成；其中，双极性电刺激电路包括H桥电路和电流镜电路。
进一步地，所述第二线圈匹配网络谐振匹配电路通过特定的电容及线圈参数，将谐振频率设定在信号发生电路产生信号的频率上。
在一个实施例中，微型线圈接收电路通过整流桥及无源低通滤波器的AM解调，将接收到的高频信号转化为低频信号，包括一个高电平、一个低电平的方波；在高电平与低电平时，微型线圈接收电路的H桥模块的两路桥臂分别导通，实现对人体的双极性电刺激。
在一个实施例中，单片机通过读取上位机发送的波形参数，按照DDS芯片的通讯协议进行格式转换，控制DDS芯片输出波形。
在一个实施例中，电源管理电路采用一个220V交流转±15V直流的开关电源为滤波放大电路的功率放大器供电；并将其中的﹢15V电压通过低压差稳压芯片转换为3.3V，通过电荷泵转换为-3.3V，为控制器其他部分供电。
在一个实施例中，发射端采用PCB电路板印刷线圈，线圈面积较大，面积为3~40cm2；接收端采用FPC电路板印刷线圈，线圈面积较小，面积为0.5~3cm2。
在一个实施例中，单次刺激脉冲包括一个正刺激脉冲和一个负刺激脉冲，其电流强度分别为+I和-I，其中电流强度I为1-3mA。
在一个实施例中，H 桥电路的输出方向由逻辑电路根据恢复后的刺激电压控制；单侧桥臂由同一组逻辑信号控制，输入高电平时，上方 PMOS 截止，下方 NMOS 导通，电流从该侧桥臂回流；输入低电平时则从该侧桥臂流出；由此，刺激电极间可以产生正反方向的电流。
本申请技术方案的优点和有益效果如下：
（1）本发明中使用本系统进行蝶腭页神经节刺激治疗，将发射端贴在脸部，接收端电极通过手术植入人体，接收线圈贴在牙齿侧面。
（2）本发明中在上位机进行设置，可以对电刺激波形的多个参数进行调节。电刺激波形及能量以谐振耦合的方式通过线圈无线传输，传输稳定、效率高。
本发明中接收端电路实现了双极性电刺激功能，保证刺激时的电荷平衡。通过在上位机控制高电平与低电平的持续时间与幅度，可以使得流经蝶颚管组织的正方向与负方向电荷量大致相等，从而保证刺激效果与人体安全。
由于人体阻抗因人而异，各有不同。因此，施加电压时，带来的电流将因为个体差异而产生显著不同。治疗脑卒中，是通过迅速改变神经电位，从而引起供血血流的快速恢复，以便在黄金救治期内帮助患者脑部恢复供血，防止后续的瘫痪与局部坏死。我们使用电流控制技术，能够排除人体阻抗不同所存在的差异，确保定量的电荷注入蝶腭神经，确保神经电位能有效获得改善，从而实现治疗目标。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明。
根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本申请设备的系统框图
图2是本申请单片机程序流程图；
图3是本申请中的滤波放大电路框图；
图4是本申请中的线圈匹配网络拓扑结构；
图5是本申请中的接收端电路的整体功能框图；
图6是本申请中的电压检测电路电路图；
图7是本申请中的H桥电路图。
图8是本申请的单次刺激脉冲波形图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
实施例1
本实施例介绍用于治疗脑卒中的设备的系统结构。
附图1所示用于治疗脑卒中的设备的系统框图，系统主要可分为发射端与接收端，发射端包括控制器和驱动器组件，接收端为刺激电极组件。其中，
控制器包括上位机、信号发生电路、电源管理电路、滤波放大电路，用于对治疗参数进行设置，控制器电连接到驱动器组件；
驱动器组件包括第一谐振匹配电路和发射线圈，通过无线供能方式向刺激电极组件进行供电；
刺激电极组件包括刺激电极和连接到刺激电极的微型线圈接收电路，刺激电极可通过手术植入人体口腔腭管腔道内，微型线圈接收电路贴在牙齿侧面。
所述微型线圈接收电路由接收线圈、第二谐振匹配电路、解调电路、双极性电刺激电路组成；其中，双极性电刺激电路包括H桥电路和电流镜电路。
所述第二谐振匹配电路通过特定的电容及线圈参数，将谐振频率设定在信号发生电路产生信号的频率上。
在一个实施例中，发射端通过单片机连接上位机，将上位机的指令转发给DDS芯片，生成设定的信号波形。信号波形是一个AM（幅度调制）波形，其载波频率为10MHz左右，其包络波是一个频率为1Hz~10kHz的方波，方波的高电平和低电平电压、占空比等参数可调。依次通过滤波放大电路及功率放大电路，将信号放大为峰-峰值在30V以下的调制波形。谐振匹配电路通过特定的电容及线圈参数，将谐振频率设定在DDS产生信号的频率上。发射端的大线圈与接收端的小线圈中心对齐，将刺激波形通过无线的方式从体外传递到体内。电源管理电路采用一个220V交流转±15V直流的开关电源为功率放大器供电，并将其中的﹢15V电压通过低压差稳压芯片转换为3.3V，通过电荷泵转换为-3.3V，为其他部分供电。
在一个实施例中，接收端通过整流桥及无源低通滤波器的AM解调，将接收到的高频信号转化为低频信号——一个高电平为+2~+20V，优选为+6~10V，低电平为-0.5~-10V，优选为-2~-4V，的方波。在高电平与低电平时，电路的H桥模块的两路桥臂分别导通，实现对人体的双极性电刺激。电流镜电路用于稳定刺激电流。通过在上位机控制高电平与低电平的持续时间与幅度，可以使得流经人体的正方向与负方向电荷量大致相等，从而保证刺激效果与人体安全。
实施例2
图2是单片机的程序流程图。程序基于STM32单片机，主要功能是通过串口读取上位机发送的波形参数，按照DDS芯片的通讯协议进行格式转换，控制DDS芯片输出波形。程序的实现分为三个部分，初始化、串口读取数据、写入和回放波形。
初始化部分对GPIO口、串口、定时器、AD9910芯片进行了初始化。写入数据时，读取串口中断接收到的参数，根据参数设定DDS芯片的状态，状态分为循环刺激、单次刺激、暂停刺激。将载波频率、高电平幅度、低电平幅度、高电平占空比等参数写入DDS芯片的RAM中，DDS会自动根据RAM中的数据回放波形，若要求单次刺激，则对功放芯片进行控制，在单次刺激完成后关闭功放芯片。
实施例3
图3是发射端滤波放大电路的原理框图。由于DDS芯片由正电压供电，其输出幅度范围在0~1V区间内，需要滤除信号的直流分量，并对其电压进行放大。使用运算放大器芯片LMH6612设计二阶高通滤波器，对DDS输出进行滤波、放大，该芯片具有高带宽、低噪声、轨到轨特性。该滤波器采用了Sallen-Key型拓扑结构，降低了滤波器对运算放大器带宽的需求。滤波器能够实现截止频率为10Hz的高通滤波，并对信号进行倍数为5倍的放大。
在一个实施例中，放大后的信号输入由THS3491芯片搭建的功率放大电路，最高可将信号放大为±15V区间内，并为其提供至多15W的能量。该芯片具有高工作电压、高压摆率、高增益带宽积特性。该功率放大器芯片是电流反馈型放大，为保证信号的频率一致性，放大电路的反馈电阻选用了高精度的定值电阻。芯片在工作时需要较好的散热条件，电路板采用了多个金属散热片对电路进行散热。
实施例4
图4是线圈匹配网络的拓扑结构。其中C1和C2分别是发射端和接收端的匹配电容。其中，发射端采用可调电容，接收端采用高精度NPO电容。L1和L2分别是发射端与接收端线圈。发射端采用PCB电路板印刷线圈，线圈面积较大，面积为3~40cm2；接收端采用FPC电路板印刷线圈，线圈面积较小，面积为0.5~3cm2。采用该结构的耦合线圈进行能量传输具有以下优点：能量传输效率高、传输效率对发送接收线圈中心位置的变化不敏感、频率选择性好。
实施例5
图5是接收端电路的整体功能框图。接收端电路完成刺激波形的恢复。以 AM 方式调制在高频正弦波上的刺激信号经耦合线圈输入，经过整流、检波后恢复为用户设置的低频波形，即上文所述的方波，并通过 H 桥施加在电极上，对神经组织进行刺激。
实施例6
图6是电压检测电路的电路原理图。该电路是一个由PMOS和NMOS构成的逻辑电路。这种结构利用了场效应管的开启电压，可以无需额外电源地将输入电压与阈值作比较，并控制 H 桥将电流引导到相应的电极上。此外，该结构天然具有放大功能，因而控制信号的动作相对其他方案更快，能够响应微秒级别的刺激脉冲。
实施例7
图7是H桥电路的电路原理图。H 桥电路的输出方向由逻辑电路根据恢复后的刺激电压控制。单侧桥臂由同一组逻辑信号控制，输入高电平时，上方 PMOS 截止，下方 NMOS导通，电流从该侧桥臂回流；输入低电平时则从该侧桥臂流出。由此，两个刺激电极间可以产生正反方向的电流。
如图8所示，单次刺激脉冲包括一个正刺激脉冲和一个负刺激脉冲，其电流强度分别为+I和-I，刺激脉冲宽度分别为t1和t3；正负脉冲之间间隔一个不刺激时间t2。其中电流强度I为1-3mA，刺激脉冲宽度t1和t3持续时间为150-550μs。上述单次刺激脉冲用于进行单次刺激或循环多次进行刺激。
在一个实施例中，考虑到器件差异，电桥在切换状态时可能出现瞬时短路、造成异常发热的情况。为了规避这一问题，MOSFET 的栅极回路是不对称的，使其导通时间延长，进而保证单侧桥臂的两只 MOSFET 不可能同时导通。阴、阳极上并联的电阻在电桥动作时为MOSFET 的栅—漏电容提供放电路径，加速输出电流方向的切换，并抑制电极的电压波动。
实施例8
具体治疗过程如下：
（1）开始刺激前，将外部驱动器组件的线圈贴在面部；
（2）刺激电极针通过微创手术植入人体口腔腭管腔道内，刺激电极针连接的线圈电路贴在牙齿侧面；
（3）医生通过外部控制器进行设置，对电刺激波形的多个参数进行调节，使得流经人体的正方向与负方向电荷量大致相等；
（4）准备好后，开启外部电源，电刺激波形及能量以谐振耦合的方式稳定、高效的通过线圈无线传输到刺激针，对蝶腭神经节进行电刺激。
如使用2mA电流强度，200μs或500μs的正负电流脉冲，能够在5分钟内，有效恢复脑内供血。有节奏地不断进行电流刺激治疗就能在救治黄金窗口内完成脑卒中缓解。
一般疗程为7天，每天刺激20-60分钟，从而使患者的脑血管灌注增加，有助于缺血性脑卒中的辅助治疗。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种用于治疗脑卒中的设备，其特征在于，包括发射端和接收端；发射端包括控制器和驱动器组件，接收端为刺激电极组件；其中，
控制器包括上位机、信号发生电路、电源管理电路、滤波放大电路，用于对治疗参数进行设置，控制器电连接到驱动器组件；
驱动器组件包括第一谐振匹配电路和发射线圈，通过无线供能方式向刺激电极组件进行供电；
刺激电极组件包括刺激电极和连接到刺激电极的微型线圈接收电路，刺激电极通过手术植入人体口腔腭管腔道内，微型线圈接收电路贴在牙齿侧面；
所述微型线圈接收电路由接收线圈、第二谐振匹配电路、解调电路、双极性电刺激电路组成；
所述双极性电刺激电路包括H桥电路和电流镜电路；H 桥的输出方向由逻辑电路根据恢复后的刺激电压控制；刺激电极间可以产生正反方向的电流；
接收端通过整流桥及无源低通滤波器的AM解调，将接收到的高频信号转化为低频信号，具体为一个高电平为+2~+20V、低电平为-0.5~-10V的方波；
通过在上位机控制高电平与低电平的持续时间与幅度，可以使得流经人体的正方向与负方向电荷量大致相等，从而保证刺激效果与人体安全。
2.根据权利要求1所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，所述无线供能方式为磁线圈耦合、谐振耦合或PT耦合。
3.根据权利要求2所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，刺激波形参数由上位机设置，信号发生电路包括单片机和DDS芯片，DDS芯片生成上位机设定的信号波形，信号波形是一个AM（幅度调制）波形，载波频率为5~15MHz，其包络波是一个频率为1Hz~10kHz的方波；通过滤波放大电路，将信号放大为峰-峰值在30V以下的调制波形。
4.根据权利要求3所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，所述第二谐振匹配电路通过特定的电容及线圈参数，将谐振频率设定在信号发生电路产生信号的频率上。
5.根据权利要求4所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，微型线圈接收电路通过整流桥及无源低通滤波器的AM解调，将接收到的高频信号转化为低频信号，包括一个高电平、一个低电平的方波；在高电平与低电平时，微型线圈接收电路的H桥模块的两路桥臂分别导通，实现对人体的双极性电刺激。
6.根据权利要求5所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，发射端采用PCB电路板印刷线圈，线圈面积较大，面积为3~40cm2；接收端采用FPC电路板印刷线圈，线圈面积较小，面积为0.5~3cm2。
7.根据权利要求1所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，单片机通过读取上位机发送的波形参数，按照DDS芯片的通讯协议进行格式转换，控制DDS芯片输出波形。
8.根据权利要求1所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，电源管理电路采用一个220V交流转±15V直流的开关电源为滤波放大电路的功率放大器供电；并将其中的﹢15V电压通过低压差稳压芯片转换为3.3V，通过电荷泵转换为-3.3V，为控制器其他部分供电。
9.根据权利要求2所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，单次刺激脉冲包括一个正刺激脉冲和一个负刺激脉冲，其电流强度分别为+I和-I，其中电流强度I为1-3mA。
10.根据权利要求3所述的治疗脑卒中的设备，其特征在于，H 桥电路的输出方向由逻辑电路根据恢复后的刺激电压控制；单侧桥臂由同一组逻辑信号控制，输入高电平时，上方PMOS 截止，下方 NMOS 导通，电流从该侧桥臂回流；输入低电平时则从该侧桥臂流出；由此，刺激电极间可以产生正反方向的电流。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106267560A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 用于神经刺激的脉冲电流产生电路及人工视网膜系统 |
| CN106390285A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-15 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统 |
| CN109173051A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 金泽 | 吞咽及语言功能障碍疾患口腔内外电子脉冲治疗仪 |
| US10646164B1 (en) * | 2016-05-24 | 2020-05-12 | Stimwave Technologies Incorporated | Pulse-density modulation to synthesize stimulation waveforms on an implantable device |
| CN111450413A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 吉林大学 | 脑卒中患者触觉康复治疗系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110066055A1 (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | Pacesetter, Inc. | System and method for use with an implantable medical device for detecting stroke based on physiological and electrocardiac indices |
-
2023
- 2023-12-07 CN CN202311668485.7A patent/CN117357794B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10646164B1 (en) * | 2016-05-24 | 2020-05-12 | Stimwave Technologies Incorporated | Pulse-density modulation to synthesize stimulation waveforms on an implantable device |
| CN106267560A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 用于神经刺激的脉冲电流产生电路及人工视网膜系统 |
| CN106390285A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-15 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统 |
| CN109173051A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 金泽 | 吞咽及语言功能障碍疾患口腔内外电子脉冲治疗仪 |
| CN111450413A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 吉林大学 | 脑卒中患者触觉康复治疗系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Gallacher, Katie ; .Adaptation and Content Validation of a Patient-Reported Measure of Treatment Burden for use in Stroke Survivors.《ANNALS OF FAMILY MEDICINE》.2023,全文. * |
| 陈本梅，蒋理想等.重复经颅磁刺激联合镜像疗法对脑卒中偏瘫患者上肢运动功能及神经电生理的效果.《中国康复理论与实践》.2023,第7页. * |
Also Published As
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