CN204275292U - 脑深部电刺激装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种脑深部电刺激装置，包括刺激电路和刺激电极，所述刺激电路包括：与所述刺激电极连接的刺激生成模块，用于生成电刺激信号通过所述刺激电极输送到脑深部；连接所述刺激生成模块并为其提供电能的电源模块；与所述刺激生成模块连接的NFC模块，所述刺激生成模块通过所述NFC模块接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，所述刺激生成模块根据所述刺激参数生成电刺激信号。本实用新型可以降低功耗，缩短通讯时间，从而提高内部电源模块的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种脑深部电刺激装置。
背景技术
DBS(Deep Brain Stimulation，脑深部电刺激疗法)，为治疗帕金森等疾病提供了一种可以调节的可逆性手段。这种治疗方法利用一个类似于心脏起搏器的装置，向精确定位的脑深部核团输送电刺激。对这些部位进行刺激，可以控制运动功能的回路恢复相对正常。如图1所示，现有的脑深部电刺激装置包括刺激电路30和刺激电极131，刺激电路30产生电刺激信号，与刺激电极131连接，通过刺激电极131向脑深部输送电刺激。刺激电路30包括电池21、FUSE22(保险丝)、RF芯片23、刺激生成模块10，电池21通过FUSE22为刺激生成模块10提供电能，RF芯片23接收外部的刺激参数给刺激生成模块10。在现有技术中，刺激生成模块10具体包括MCU12、刺激芯片13、外围电路14。现有技术中的脑深部电刺激装置通讯电流较大，通讯时间较长，从而长期使用导致电池电阻增大，缩短电池使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种脑深部电刺激装置，解决了现有技术中脑深部电刺激装置通讯电流大，通讯时间长的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一种脑深部电刺激装置，包括刺激电路和刺激电极，所述刺激电路包括：
与所述刺激电极连接的刺激生成模块，用于生成电刺激信号通过所述刺激电极输送到脑深部；
连接所述刺激生成模块并为其提供电能的电源模块；
与所述刺激生成模块连接的NFC模块，所述刺激生成模块通过所述NFC模块接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，所述刺激生成模块根据所述刺激参数生成电刺激信号。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述刺激生成模块通过所述NFC模块将系统状态信息发送给外部配合设置的NFC控制器。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述刺激电路与所述刺激电极一体成形。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述刺激生成模块包括控制单元和刺激单元，所述控制单元根据所述刺激参数发出控制信号，所述刺激单元根据所述控制信号产生电刺激信号。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述控制单元还监测系统温度、和/或测量系统电压、和/或测量系统电流、和/或测量刺激电流、和/或测量刺激电压、和/或测量刺激阻抗、和/或充电电流。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述电源模块包括：
充电线圈，所述充电线圈通过无线充电的方式接收外部的电能；
整流单元、蓄电单元，所述蓄电单元通过所述整流单元连接所述充电线圈将充电线圈接收的电能储存起来。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述蓄电单元为法拉电容。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述电源模块还包括连接于所述法拉电容与所述刺激生成模块之间的稳压单元，所述法拉电容通过所述稳压单元为所述刺激生成模块提供电能。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述电源模块包括：
用于存储电能的电池；
连接于所述电池与所述刺激生成模块之间的安全电阻，所述电池通过所述安全电阻为所述刺激生成模块提供电能。
作为本实用新型上述脑深部电刺激装置的进一步改进，所述安全电阻的阻值为50-150欧姆。
与现有技术相比，本实用新型在脑深部电刺激装置内设置有NFC模块，通过NFC模块接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，刺激生成模块根据刺激参数可以生成电刺激信号。本实用新型可以降低功耗，缩短通讯时间，从而提高内部电源模块的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中脑深部电刺激装置示意图。
图2为脑深部电刺激装置双侧植入示意图。
图3为本实用新型一实施方式中脑深部电刺激装置示意图。
图4为本实用新型一实施方式中脑深部电刺激装置示意图。
图5为图4实施方式中安全电阻的电路示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
如图2所示，脑深部电刺激装置双侧植入示意图，在本实施方式中，在人体内植入两个脑深部电刺激装置，左右对称。植入脑深部电刺激装置的个数是由治疗的需要决定，并不仅限于植入两个脑深部电刺激装置。脑深部电刺激装置包括刺激电路30和刺激电极131，为了保证更可靠，刺激电路30与刺激电极131一体成形，没有专门的连接构件，比如电极插头。优选地，在刺激电极131的刺激端上至少包括4个刺激触点。
如图3、图4所示，刺激电路30包括刺激生成模块10、电源模块20、NFC（Near Field Communication，近距离无线通讯技术）模块24。其中，刺激生成模块10用于生成电刺激信号，刺激生成模块10与刺激电极131连接，将生成的电刺激信号传输给刺激电极131，通过刺激电极131输送到脑深部，脑深部在电刺激信号的刺激下，可以控制运动功能的回路恢复相对正常。
刺激生成模块10可包括控制单元15和刺激单元16。控制单元15在刺激生成模块10中起到的是控制承接作用，一方面接收NFC模块传来的刺激参数，并根据刺激参数发出控制信号，刺激单元16可根据刺激生成模块10发出的控制信号产生电刺激信号；另一方面控制单元15可监测系统温度、和/或测量系统电压、和/或测量系统电流、和/或测量系统阻抗、和/或测量刺激电流、和/或测量刺激电压、和/或测量刺激阻抗、和/或充电电流等，控制单元15可将上述系统状态信息传输给NFC模块24。优选地，刺激生成模块10还包括外围单元17，辅助电源模块20与刺激生成模块10之间交互以及刺激生成模块10内的控制单元15、刺激单元16之间的交互，起到辅助测量、刺激、稳定电源的作用。控制单元优选地采用MCU(Micro Control Unit,微控制单元)，一种低功耗微控制器，工作电流极低，低功率模式下系统电流只有几微安，即使在3V正常工作模式下，电流也只有300微安，因此耗电量极小，对电源模块的要求也相对较小。刺激单元16可为一个产生刺激信号的专用集成电路，优选地，单通道输出刺激，4个触点，有电流和电压两种刺激模式，在控制单元15的控制下产生电刺激信号。在更多的实施方式中，刺激单元16为双通道输出刺激，每个通道4个触点，有电流和电压两种刺激模式，可分别设置刺激参数，刺激电极131也与刺激单元16配合设有双通道。
NFC模块24与刺激生成模块10连接，控制单元15可与NFC模块24双向通讯。NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内，因此可以采用NFC技术进行无线传输信息。刺激生成模块10通过NFC模块24接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，刺激生成模块10根据刺激参数生成电刺激信号，刺激生成模块10还可通过NFC模块24将系统状态信息发送给外部配合设置的NFC控制器。因为脑深部电刺激装置是植入到人体内部的，所以这里所述的外部是指人体外，NFC控制器与NFC模块24相互配合实现无线通讯。与传统的RF通讯相比， RF通讯电流较大，约20mA，RF通讯需先查询、唤醒，然后配置地址连接，然后再将刺激参数上传或下载，最快也要15秒左右，时间较长，且查询和唤醒都需要有人手工操作，由于NFC模块24与脑深部电刺激装置内的其他器件的组合增加了通讯速度，每次通讯只需1-2秒。NFC为近场通讯，受外借电磁干扰的风险小，而RF通讯容易受周围电磁干扰。NFC通讯使用外部电磁感应供电，因此不耗系统电量，节约宝贵的电源模块20的电量，刺激生成模块10内的控制单元15出现程序死机或电路短路时，NFC通讯仍能够继续运行，可以查明故障原因，这也是本领域技术人员一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。
电源模块20与刺激生成模块10连接，为刺激生成模块10提供电能。如图3、图4所示为电源模块20的两种具体实施方式。
采用传统电池作为电源模块20为刺激生成模块10提供电能，缺点在于，占用体积较大，重量较重，同时还会有鼓胀、漏夜等风险，尤其是出现大电流的情况下，发热很严重。因为电源模块是植入到人体内部的，因此给病人带来的创伤较大，同时由于电池需要3-5年就要更换一次，病人需承担一大笔费用和手术更换的痛苦。如图3所示，本实用新型一实施方式中，电源模块20包括充电线圈25、整流单元26、蓄电单元27。充电线圈与外部的无线充电装置配合，通过无线充电的方式接收外部的电能，无线充电方式可为电磁耦合共振，因此充电效率较高，至少可达到50%以上。优选地，充电线圈25还可作为NFC模块24的天线与NFC模块连接。整流单元26与充电线圈25连接，接收无线充电的电能，对充电电流进行整流滤波，蓄电单元27连接整流单元26，并通过整流单元26将充电线圈25接收的电能储存起来。
蓄电单元27优选地采用法拉电容，法拉电容作为脑深部电刺激装置的供电单元。法拉电容也叫超级电容或黄金电容，属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。法拉电容具有容量大充电速度快，使用时间长，无过放电的优点，法拉电容即使完全放完电，也能充满电继续使用。法拉电容与整流单元26配合，整流单元26也可以保护法拉电容过充的问题。优选地，在蓄电单元27为刺激生成模块10提供电能的连接之间设有稳压单元28，稳压单元28可以对法拉电容的电压进行稳压的作用，因为随着法拉电容电量的变化，法拉电容的电压会变化，所以稳压单元28的作用可以使系统供电更稳定。
法拉电容相较于其他蓄电单元供电更安全，充一次电可以提供30小时的工作电能。如选规格为在5.5V工作电压下3F的法拉电容，估算如下：
使用电压下限如为1.5V，有效电压差则为5.5-1.5 = 4.0 V，所以有效电量（Q）= 电容容量（F）*电压（V）= 3*4.0 =12（库伦）。由公式电量（Q）=电流（I）*时间（T）可得：时间（T）= 电量（Q）/电流（I）。因此，设系统平均电流为100μA，时间（T） = 12/（100*10-6）=120000秒=33.3小时。设实际充电平均电流为50mA，所以充一次电的时间为时间（T）= 电量（Q）/电流（I）= 12/（50*10-3）=240秒=4分钟。设法拉电容完全没电，实际充电平均电流为50mA，所以充一次电的时间为时间（T）= 电量（Q）/电流（I）= 3*（5.5- 0）/（50*10-3）=330秒=5.5分钟。因此在实际使用的过程中，每天病人只需佩戴体外充电器10分钟就可以满足一天24小时的使用。即使忘了充电，法拉电容过放电也不会造成脑深部电刺激装置的损坏。假设实用新型采用大电流充电，充电发热可以估算如下：充电发热计算以直流6V充电为基准，效率为50%，充电电流为50mA，所以损失功率P = U*I = 6 * 0.05 = 0.3W ，不会造成植入部位温度升高。同时由于法拉电容的充电跟锂离子电池充电的原理不太一样，所以速度很快。
在本实施方式中，由于法拉电容体积较小，5v工作电压下3F的法拉电容体积也仅约为Φ16mm*H5mm，因此，电源模块占用体积极小，重量极轻，从而本实用新型脑深部电刺激装置除了刺激电极131外，整体体积约在Φ20mm*H5mm左右或更小尺寸，可为具有与头骨形状贴合弧面的各种形状，所以脑深部电刺激装置在植入体内的过程中手术创伤小，可以只需在头部做手术，直接植入头皮下，头颈部无须开隧道，也不需在胸口做手术，植入方便快速。由于法拉电容的特性，使用寿命更长，产品使用周期变长，病人可以随充随用，终生可用，没有后顾之忧。同时也避免了传统电池带来的漏液、鼓胀的风险。
如图4所示，本实用新型的另一实施方式，NFC模块24、刺激生成模块10与上述的实施方式类似，在此不再赘述。电源模块20包括电池210、安全电阻29。电池210用于存储电能，设置在脑深部电刺激装置内并植入到体内，优选地，电池210为高能锂氩电池，给脑深部电刺激装置工作提供电能，该电池能量高，使用时间长。现有技术中的脑深部电刺激装置中电池与刺激生成模块10之间设置FUSE作为保护装置，但是如果工作过程中产生大电流（如程序运行错误造成的大电流）就会烧断FUSE，造成硬件的损坏，从而无法恢复工作，必须通过更换体内的脑深部电刺激装置的电源模块才可以工作，这必然给病人带来经济上及精神上的极大负担。本实施方式中，将用安全电阻代替FUSE，如图5所示，安全电阻29设置在电池210与连接刺激生成模块的连接点（即输出端Vsource）之间，安全电阻29作为为限流元件，限定脑深部电刺激装置的工作电流，使电池和电路元器件始终工作在低电流的状态下工作，同时消除系统上电时对电池和电路元器件的大电流冲击，增加电路安全性和可靠性。安全电阻29的使用使系统电流始终限制在安全范围内，系统电流（I）= （Vbat–Vsource）/安全电阻（R）。假设最极端情况下，安全电阻29的输出端对地短路（即输出端电压Vsource = 0），系统电流（I）=（Vbat–Vsource）/安全电阻（R）=（3.6–0）/ 100 = 36mA（设典型值：Vbat = 3.6V、安全电阻（R）= 100Ω），安全电阻产生的功耗P = I2 * R = 0.036*0.036 * 100 = 0.1296W，不会导致脑深部电刺激装置工作时发热的有害事件。电池210通过安全电阻29为刺激生成模块10提供电能，使系统电流始终限制在微安级别，元器件因意外的大电流失效的风险降低，安全电阻29降低了系统上电时对电池和电路其他元器件的大电流冲击，减小了元器件的失效风险和电池发热、鼓胀、漏夜的风险。由于系统功耗始终工作在微安μA级别，所以耗电很少，可以降低电池更换电压指示低至2.2V，现有脑深部电刺激装置的电池更换电压指示为 3.2V，所以可以延长使用寿命半年至一年，降低更换成本。安全电阻29阻值优选的范围在50-150欧姆之间。
从上述实施方式可以看出，安全电阻29较现有技术中脑深部电刺激装置所用的保险丝有很大优势，达到了预料不到的技术效果。保险丝一旦因大电流（如程序跑飞原因造成的大电流）烧断，系统无法恢复，而安全电阻可以有效地恢复脑深部电刺激装置的功能，使用保险丝的脑深部电刺激装置烧断就无法恢复，而本实用新型的脑深部电刺激装置因无保险丝，硬件不会损坏，软件复位时就可以完全恢复。
综上所述，本实用新型在脑深部电刺激装置内设置有NFC模块，通过NFC模块接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，刺激生成模块根据刺激参数可以生成电刺激信号。本实用新型可以降低功耗，缩短通讯时间，从而提高内部电源模块的使用寿命。
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实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脑深部电刺激装置，其特征在于，包括刺激电路和刺激电极，所述刺激电路包括：
与所述刺激电极连接的刺激生成模块，用于生成电刺激信号通过所述刺激电极输送到脑深部；
连接所述刺激生成模块并为其提供电能的电源模块；
与所述刺激生成模块连接的NFC模块，所述刺激生成模块通过所述NFC模块接收外部配合设置的NFC控制器的刺激参数，所述刺激生成模块根据所述刺激参数生成电刺激信号。
2.根据权利要求1所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述刺激生成模块通过所述NFC模块将系统状态信息发送给外部配合设置的NFC控制器。
3.根据权利要求1所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述刺激电路与所述刺激电极一体成形。
4.根据权利要求1所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述刺激生成模块包括控制单元和刺激单元，所述控制单元根据所述刺激参数发出控制信号，所述刺激单元根据所述控制信号产生电刺激信号。
5.根据权利要求4所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述控制单元还监测系统温度、和/或测量系统电压、和/或测量系统电流、和/或测量刺激电流、和/或测量刺激电压、和/或测量刺激阻抗、和/或充电电流。
6.根据权利要求1所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述电源模块包括：
充电线圈，所述充电线圈通过无线充电的方式接收外部的电能；
整流单元、蓄电单元，所述蓄电单元通过所述整流单元连接所述充电线圈将充电线圈接收的电能储存起来。
7.根据权利要求6所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述蓄电单元为法拉电容。
8.根据权利要求7所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述电源模块还包括连接于所述法拉电容与所述刺激生成模块之间的稳压单元，所述法拉电容通过所述稳压单元为所述刺激生成模块提供电能。
9.根据权利要求1所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述电源模块包括：
用于存储电能的电池；
连接于所述电池与所述刺激生成模块之间的安全电阻，所述电池通过所述安全电阻为所述刺激生成模块提供电能。
10.根据权利要求9所述的脑深部电刺激装置，其特征在于，所述安全电阻的阻值为50-150欧姆。
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2014
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Building C16, biological nano Park, 218 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province Patentee after: Jingyu Medical Technology (Suzhou) Co.,Ltd. Address before: 215123 C16, biological nano Park, 218 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province Patentee before: SCENERAY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |