CN204543268U - 一种植入式神经刺激系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器；其中，所述脉冲发生器包括：一中央控制器、一DCDC电源、一混合型高精度DAC、一电流输出反馈、一DCDC多路输出DAC、一DCDC多路选择开关、一储能电容选择多路开关、一储能电容阵列、一高电压选择电路、一通道选择开关阵列；所述DCDC电源与所述储能电容阵列电连接；所述储能电容阵列与所述通道选择开关阵列电连接；所述混合型高精度DAC用于接收所述中央控制器的数字量输入并输出对应的电流大小，并将该电流输出情况通过该电流输出反馈实时告知该中央控制器；所述DCDC多路输出DAC与所述电流输出反馈电连接，并通过该DCDC多路选择开关与所述DCDC电源电连接，该DCDC多路输出DAC用于设置所述DCDC电源的输出电压。

Description

一种植入式神经刺激系统

技术领域

本实用新型属于微型医疗器械领域，特别涉及一种医疗使用的植入式神经刺激系统以及其工作方法。

背景技术

植入式神经刺激系统种类很多，如植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入式迷走神经刺激器等。由植入式神经刺激系统的刺激输出模块产生脉冲，通过植入电极释放高频电刺激，刺激体内特定部位的神经，从而实现对特定疾病的治疗作用。

由于植入式神经刺激系统使用时，其刺激电极直接植入人体组织内部。因此，该类设备直接关系到植入者的安全，需要对其直接刺激的人体神经组织实现严格的电荷平衡。

当前植入式神经刺激系统，其恒流的电流输出多通过将可变的电压经电压跟随器作用在一定大小的电阻两端实现。该方案的设计使得高精度恒流输出的情况下电阻两端电压变化范围较大，直接导致输出电压容限较小，使得系统的能效性较低，形成了能效性和精度的相互制约。而另一些植入式神经刺激系统恒流的电流输出通过电流镜并联选通的方式实现，当刺激电流较大时，该方式将使得电流镜的宽度很宽，占用极大的芯片面积，从而限制了输出电流的幅值范围，高精度设计下的电流镜的匹配问题也会对精度形成制约。同时，受制于精度特性，当前神经刺激系统的恒流电流输出为了实现严格的电荷平衡多通过被动电荷平衡的方式实现，以满足植入式神经刺激系统的安全性。但被动电荷平衡的方式使得系统中片外元件较多、被动电荷平衡时间较长，且被动电荷平衡过程波形幅值不可控，控制也不够灵活。而具备主动电荷平衡功能的恒流植入式神经刺激系统，其电力使用方案又存在能效低、恒流输出精度不够导致的电荷平衡安全性不足等问题。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种能效高且电荷平衡安全性高的植入式神经刺激系统及其工作方法。

一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；其中，所述脉冲发生器包括：一中央控制器、一DCDC电源、一混合型高精度DAC、一电流输出反馈、一DCDC多路输出DAC、一DCDC多路选择开关、一储能电容选择多路开关、一储能电容阵列、一高电压选择电路、一用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接的通道选择开关阵列、以及一收容上述元件的外壳；

所述中央控制器分别与所述DCDC电源、混合型高精度DAC、电流输出反馈、DCDC多路输出DAC、DCDC多路选择开关、储能电容选择多路开关、以及通道选择开关阵列电连接，并用于控制其工作；

所述DCDC电源通过所述储能电容选择多路开关与所述储能电容阵列电连接，并用于向所述储能电容阵列充电；

所述储能电容阵列通过所述高电压选择电路与所述通道选择开关阵列电连接，并通过该通道选择开关阵列向所述刺激电极的触点阵列提供电脉冲刺激；

所述混合型高精度DAC包括：一低有效位发生器、一高有效位发生器、一阈值电压Vt基准电路、一低电压参考、以及一低电压跟随器；所述混合型高精度DAC用于接收所述中央控制器的数字量输入并输出对应的电流大小，并将该电流输出情况通过该电流输出反馈实时告知该中央控制器；

所述电流输出反馈与低电压跟随器输出MOS管电连接，用于接收来自所述混合型高精度DAC的电流输出情况并实时告知该中央控制器；

所述DCDC多路输出DAC与所述电流输出反馈电连接，并通过该DCDC多路选择开关与所述DCDC电源电连接，该DCDC多路输出DAC用于设置所述DCDC电源的输出电压。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述低有效位发生器包括：一低有效位多路选择开关、一低有效位多路输出DAC、一低有效位发生MOS管；所述低有效位多路输出DAC分别与所述低有效位多路选择开关、所述中央控制器以及所述阈值电压Vt基准电路电连接，其用于接收所述中央控制器的数字信号并将其累加阈值电压Vt后转换为多路电压模拟信号输出；所述低有效位多路选择开关分别与所述低有效位多路输出DAC、中央控制器以及低有效位发生MOS管电连接，其用于设定该低有效位发生器的输出电流；所述低有效位发生MOS管的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述高有效位发生器包括：一高有效位单路输出DAC、一高有效位多路选通开关、一高有效位发生MOS管阵列；所述高有效位单路输出DAC分别与所述阈值电压Vt基准电路以及高有效位多路选通开关电连接，其用于对应一个固定输出值并将其累加阈值电压Vt后转换为单路电压模拟信号输出；所述高有效位多路选通开关与所述中央控制器以及高有效位单路输出DAC电连接，其用于设定该高有效位发生器的输出电流；所述高有效位发生MOS管阵列的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述阈值电压Vt基准电路用于通过片内电阻结合MOS管组成的电路获得并实时输出当前工艺下特定类型MOS管的阈值电压Vt。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述低电压参考与所述低电压跟随器连接，其用于向所述低电压跟随器提供一参考电压。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，其特征在于，所述低电压跟随器包括一低电压跟随器输出MOS管和一与所述低电压跟随器输出MOS管连接的运算放大器；该低电压跟随器输出MOS管的漏极与所述通道选择开关阵列电连接，源极与所述低有效位发生MOS管以及高有效位发生MOS管阵列的漏极电连接；所述运算放大器与所述低电压参考连接；所述低电压跟随器用于设定该低有效位发生器和该高有效位发生器的输出电压。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述储能电容阵列接地。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述外壳为一生物相容的金属外壳，在电刺激时作为一个电极触点使用；所述通道选择开关阵列与所述外壳电连接，并具备将所述刺激电极的触点阵列和所述脉冲发生器的外壳接地的功能。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，进一步，定义连接所述DCDC电源与所述通道选择开关阵列的导线为一第一导线，定义连接所述低电压跟随器与所述通道选择开关阵列的导线为一第二导线，在该第一导线和第二导线之间设置一放电开关,所述放电开关用于对所述触点阵列和所述外壳短接放电。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，进一步包括一用于连接该刺激电极和该脉冲发生器的延长导线。

与现有技术相比较，本实用新型的恒流植入式神经刺激系统，可以提供多通道植入式神经刺激系统的脉冲恒流输出、具有主动电荷平衡功能。从恒流输出植入式神经刺激系统的能效性、高精度、安全性、小体积的需求出发，本系统具备以下功能特性和优点：第一，所述系统的脉冲恒流输出具备的高输出电压容限特性提供了高能效性；第二，通过对低位和高位采用不同控制方式的混合型高精度DAC从而以较小的芯片面积和较低的动态功耗实现输出电流的实时高精度控制；第三，该高精度的特性结合电流控制模式大幅提高了主动电荷平衡刺激方式下的系统安全性能、极大地减小对神经组织损伤；第四，其中央控制器主导的系统具备实时性强、智能化程度高的特性；第五，得益于系统设计及主动电荷平衡的特性，除储能电容阵列、外壳以外，其他部分均以芯片片内元件的方式体现，系统体积小，适用于植入式医疗设备体积受限的特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的植入式神经刺激系统的结构示意图。

图2为图1的植入式神经刺激系统的脉冲发生器的电路原理方框图。

图3为本实用新型一个实施例提供的植入式神经刺激系统的脉冲发生器的脉冲恒流输出的工作方法流程图。

图4为本实用新型一个实施例提供的植入式神经刺激系统的脉冲发生器实现高输出电压容限特性的工作方法流程图。

主要元件符号说明

植入式脑深部电刺激器	10	脉冲发生器	11
				中央控制器	111	DCDC电源	112
混合型高精度DAC	113	低有效位发生器	1131
				低有效位多路选择开关	11311	低有效位多路输出DAC	11312
低有效位发生MOS管	11313	高有效位发生器	1132
				高有效位发生MOS管阵列	11321	高有效位多路选通开关	11322
高有效位单路输出DAC	11323	阈值电压Vt基准电路	1133
				低电压参考	1134	低电压跟随器	1135
低电压跟随器输出MOS管	11351	运算放大器	11352
				电流输出反馈	114	DCDC多路输出DAC	115
DCDC多路选择开关	116	储能电容选择多路开关	117
				储能电容阵列	118	高电压选择电路	119
放电开关	1110	通道选择开关阵列	1111
				外壳	1112	刺激电极	12
触点阵列	120	延长导线	13
				体外程控仪	14

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本实用新型提供的植入式神经刺激系统及其工作方法进行说明。所述植入式神经刺激系统及其工作方法可以实现高输出电压容限特性和输出电流高精度控制。

可以理解，本实用新型提供的植入式神经刺激系统可以为植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入式迷走神经刺激器。本实用新型实施例仅以植入式脑深部电刺激器为例进行说明。

请参见图1，本实用新型实施例提供一植入式脑深部电刺激器10，其包括：一植入皮下的脉冲发生器11，一植入深脑部位的刺激电极12，一连接该刺激电极12和脉冲发生器11的延长导线13，以及一用于程控该脉冲发生器11的体外程控仪14。

所述脉冲发生器11产生特定的电刺激脉冲信号，并通过所述延长导线13和刺激电极12导通至刺激部位进行刺激调控。所述体外程控仪14可以与所述脉冲发生器11无线连接，并改变其电脉冲刺激参数。

请进一步参见图2，所述刺激电极12尖端具有一触点阵列120，其包括多个触点，分别标记为触点1，触点2 … 以及触点N。当将刺激电极12植入靶点位置后，至少有一个触点与刺激靶点接触紧密，以将适当的电刺激传导至靶点，治疗神经类的疾病。可以理解，所述刺激电极12的个数不限于一个，可以根据需要选择，对相应的位置进行刺激，以保证刺激效果。

可以理解，所述延长导线13为一可选元件，所述刺激电极12可以直接连接到该脉冲发生器11上。只有当所述刺激电极12与该脉冲发生器11植入体内后的距离较大时，才需要通过延长导线13连接。

请参见图2，所述脉冲发生器11的电路包括：一中央控制器111、一直流转直流(DCDC)电源112、一混合型高精度数模转换器(DAC)113、一电流输出反馈114、一DCDC多路输出DAC115、一DCDC多路选择开关116、一储能电容选择多路开关117、一储能电容阵列118、一高电压选择电路119、一放电开关1110、一通道选择开关阵列1111、以及一外壳1112等。

所述中央控制器111控制整个脉冲发生器11的各个模块和元件协调工作。所述中央控制器111分别与所述DCDC电源112、混合型高精度DAC113、电流输出反馈114、DCDC多路输出DAC115、DCDC多路选择开关116、储能电容选择多路开关117、放电开关110、以及通道选择开关阵列1111电连接，并用于控制其工作。

所述DCDC电源112用于为所述脉冲发生器11的电路提供电能，其输出电压为0V-24V。所述DCDC电源112通过所述储能电容选择多路开关117与所述储能电容阵列118电连接，并用于向所述储能电容阵列118充电。所述储能电容阵列118通过所述高电压选择电路119与所述通道选择开关阵列1111电连接，并通过该通道选择开关阵列1111向所述刺激电极的触点阵列120提供电脉冲刺激。

所述混合型高精度DAC113，其内部包括：一低有效位发生器1131、一高有效位发生器1132、一阈值电压Vt基准电路1133、一低电压参考1134、以及一低电压跟随器1135。所述混合型高精度DAC113可以通过接收中央控制器111的数字量输入并输出高精度的对应的电流大小，并将该电流输出情况，即输出能力能否支撑该电流输出，通过电流输出反馈114实时告知中央控制器111。

所述低有效位发生器1131，其内部包括：一低有效位多路选择开关11311、一低有效位多路输出DAC11312、一低有效位发生MOS管11313。所述低有效位多路输出DAC11312分别与所述低有效位多路选择开关11311、所述中央控制器111以及所述阈值电压Vt基准电路1133电连接。所述低有效位多路输出DAC11312接收所述中央控制器111的数字信号并将其累加阈值电压Vt后转换为多路电压模拟信号输出。所述低有效位多路选择开关11311分别与所述低有效位多路输出DAC11312、所述中央控制器111以及低有效位发生MOS管11313电连接。所述低有效位多路选择开关11311接收中央控制器111的控制信号选择性的将某一路的低有效位多路输出DAC11312的输出作用于低有效位发生MOS管11313，从而设定低有效位发生器1131的输出电流。所述低有效位发生MOS管11313的漏极与所述低电压跟随器1135电连接，源极和体端接地。

所述高有效位发生器1132，其内部包括：一高有效位单路输出DAC11323、一高有效位多路选通开关11322、一高有效位发生MOS管阵列11321。所述高有效位单路输出DAC11323分别与所述阈值电压Vt基准电路1133以及高有效位多路选通开关11322电连接。所述高有效位单路输出DAC11323对应一个固定输出值并将其累加阈值电压Vt后转换为单路电压模拟信号输出。所述高有效位多路选通开关11322与所述中央控制器111以及高有效位单路输出DAC11323电连接。所述高有效位多路选通开关11322接收中所述中央控制器111的控制信号选择性的将高有效位单路输出DAC11323的输出作用于高有效位发生MOS管阵列11321，从而设定高有效位发生器1132的输出电流。所述高有效位发生MOS管阵列11321采用温度计码编码方式，并由高有效位多路选通开关11322承担二进制码到温度计码的译码功能。所述高有效位发生MOS管阵列11321的漏极与所述低电压跟随器1135电连接，源极和体端接地。

所述阈值电压Vt基准电路1133，其功能包括：通过片内电阻结合MOS管组成的电路获得并实时输出当前工艺下特定类型MOS管的阈值电压Vt。

所述低电压参考1134与所述低电压跟随器1135连接，其用于向所述低电压跟随器1135提供一参考电压。

所述低电压跟随器1135包括一低电压跟随器输出MOS管11351和一与所述低电压跟随器输出MOS管11351连接的运算放大器11352。该低电压跟随器输出MOS管11351的漏极分别与所述放电开关1110以及通道选择开关阵列1111电连接，源极与所述低有效位发生MOS管11313以及高有效位发生MOS管阵列11321的漏极电连接。所述运算放大器11352还与所述低电压参考1134连接。所述低电压跟随器1135通过该运算放大器11352接收该低电压参考1134的输出信号，通过该低电压跟随器输出MOS管11351实现具备高输出能力的电压跟随功能，将该低电压参考1134的输出信号传递至该低电压跟随器输出MOS管11351的漏极，从而设定该低有效位发生器1131和该高有效位发生器1132的输出电压。

所述电流输出反馈114分别与所述中央控制器111、DCDC多路输出DAC115、以及低电压跟随器输出MOS管11351电连接。所述电流输出反馈114用于接收来自所述混合型高精度DAC113的电流输出情况并实时告知该中央控制器111。

所述DCDC多路输出DAC115分别与所述中央控制器111和所述电流输出反馈114电连接，并通过该DCDC多路选择开关116与所述DCDC电源112电连接，该DCDC多路输出DAC115用于设置所述DCDC电源112的输出电压。

所述储能电容选择多路开关117分别与所述述央控制器111、所述DCDC电源112、所述储能电容阵列118、以及所述高电压选择电路119电连接。具体地，所述储能电容选择多路开关117包括多个开关，且每个开关分别与所述储能电容阵列118和所述高电压选择电路119电连接。所述储能电容阵列118接地，从而使所述储能电容选择多路开关117的每个开关通过所述储能电容阵列118的一电容接地。所述高电压选择电路119与所述通道选择开关阵列1111电连接。

进一步，定义连接所述DCDC电源112与所述通道选择开关阵列1111的导线为一第一导线，定义连接所述低电压跟随器1135与所述通道选择开关阵列1111的导线为一第二导线，在该第一导线和第二导线之间设置一放电开关1110。所述放电开关1110与所述中央控制器111电连接。所述放电开关1110可以与所述通道选择开关阵列1111配合，对所述触点阵列120和外壳1112进行短接放电。可以理解，所述放电开关1110为一可选结构。

所述通道选择开关阵列1111分别与所述中央控制器111、触点阵列120以及外壳1112电连接。所述通道选择开关阵列1111可以选择将来自所述高电压选择电路119和所述低电压跟随器1135的能量输送至触点阵列120以及外壳1112中的某一个，对组织进行电脉冲刺激。进一步，所述通道选择开关阵列1111还接地，并具备将触点阵列120以及外壳1112接地的功能。

所述外壳1112为一生物相容的金属外壳，在电刺激时可以作为一个电极触点使用。本实施例中，所述外壳1112为一钛金属外壳。

所述体外程控仪14通过显示屏幕、指示灯、蜂鸣器、按键等方式与使用者进行交互。所述体外程控仪14包括一无线通信模块，其用于与所述脉冲发生器11无线通信。该无线通信方式可以为射频通信或近场耦合通信等。其中，射频无线通信装置的通信频带包括401MHz-406MHz、420-445MHz、2.3GHz-2.5GHz。所述体外程控仪14与所述脉冲发生器11的穿体通信距离能够达到1m或以上。

请参见图3，所述脉冲发生器11实现高精度主动电荷平衡功能的脉冲恒流输出的方法包括以下步骤：

步骤S10，开始一个脉冲刺激周期，设定该正向刺激电流Ip的高有效位和低有效位并输出以及控制该正向刺激电流输出脉冲宽度Tp，所述储能电容阵列118开始放电，系统进入正向刺激状态。具体地，该步骤中，由所述中央控制器111通过所述低有效位多路输出DAC11312设定每路电流输出对应的低有效位输出，通过所述通道选择开关阵列1111对所述触点阵列120和所述外壳1112进行正向选通，通过所述低有效位多路选择开关11311从以上多个电流输出参数中实时选择对应的正向刺激电流Ip的低有效位输入，并通过所述高有效位多路选通开关11322设定该正向刺激电流Ip的高有效位开始正向刺激，并由所述中央控制器111通过所述低有效位多路选择开关11311和所述高有效位多路选通开关11322控制正向刺激电流输出脉冲宽度Tp。然后，由所述中央控制器111通过所述储能电容选择多路开关117选择所述储能电容阵列118中对应的电容，并选通所述通道选择开关阵列1111相对应的开关，对所述触点阵列120和所述外壳1112放电。

步骤S11，停止正向刺激状态，设定该负向刺激电流In的高有效位和低有效位并输出，以及控制该负向刺激电流输出脉冲宽度Tn，其中Ip*Tp=In*Tn，所述储能电容阵列118开始放电，系统进入负向刺激状态。具体地，该步骤中，由所述中央控制器111通过所述低有效位多路选择开关11311和所述高有效位多路选通开关11322停止正向刺激，通过所述通道选择开关阵列1111对所述触点阵列120和所述外壳1112进行负向选通，通过所述低有效位多路选择开关11311从以上低有效位多路输出DAC11312的多个电流输出参数中实时选择对应的负向刺激电流In的低有效位输入并通过所述高有效位多路选通开关11322设定负向刺激电流In的高有效位开始负向刺激，由所述中央控制器111通过所述低有效位多路选择开关11311和所述高有效位多路选通开关11322控制该负向刺激电流输出脉冲宽度Tn，其中Ip*Tp=In*Tn，且该负向刺激电流小于等于该正向刺激电流。然后，由所述中央控制器111通过所述储能电容选择多路开关117选择所述储能电容阵列118中对应的电容，并选通所述通道选择开关阵列1111相对应的开关，对所述触点阵列120和所述外壳1112放电，其中，放电电流方向与正向刺激状态相反。

步骤S12，停止负向刺激状态，所述储能电容阵列118充电，系统进入充电状态。具体地，该步骤中，由所述中央控制器111断开所述通道选择开关阵列1111，控制所述低有效位多路选择开关11311和所述高有效位多路选通开关11322停止负向刺激，并控制所述DCDC多路输出DAC115以及所述DCDC多路选择开关116设置所述DCDC电源112的输出电压，并通过所述储能电容选择多路开关117对所述储能电容阵列118对应的电容进行充电。

步骤S13，判断所述电流输出反馈114是否异常，如果是，进入步骤S14，如果否，则进入步骤S15。具体地，该步骤中，当所述储能电容阵列118对应电容上的电压无法支持所述混合型高精度DAC113对应设置的输出电流时，所述低电压跟随器1135传递到所述电流输出反馈114的信号将触及高电位的逻辑电平，判断为异常。当所述储能电容阵列118对应电容上的电压可以支持所述混合型高精度DAC113对应设置的输出电流时，判断为正常。

步骤S14，所述中央控制器111对上述异常情况进行处理，结束后进入步骤S15。所述中央控制器111对上述异常情况的处理方式包括但不仅仅包括：提高所述DCDC多路输出DAC115对应的DAC的设定值以提高所述DCDC电源112输出值，或在所述DCDC多路输出DAC115对应DAC的设定值达到最大时降低输出电流的设定值，即，降低所述低有效位发生器1131的输出电流设定值与所述高有效位发生器1132的输出电流设定值。

步骤S15，判断是否满足短接放电条件，如果是，进入步骤S16，如果否，则进入步骤S17。具体地，该步骤中，上述短接放电的触发条件包括但不仅仅包括：系统重启，刺激参数更改，外部功能触发，所述储能电容阵列118电压异常，或距离上次短接放电达到一定时长。进一步，其触发时间需位于负向刺激结束后且一个脉冲刺激周期T结束前。

步骤S16，短接放电，结束后进入步骤S17。具体地，该步骤中，由所述中央控制器111控制所述低有效位多路选择开关11311和所述高有效位多路选通开关11322中断电流输出，并闭合所述放电开关1110对所述触点阵列120和所述外壳1112短接放电一次。

步骤S17，判断上述正向刺激、负向刺激以及充电的时间和是否等于一个电脉冲刺激周期T，如果是，进入步骤S18，如果否，则返回步骤S12。

步骤S18，所述储能电容阵列118停止充电，结束该脉冲刺激周期并返回步骤S10。

请参见图4，所述脉冲发生器11的输出脉冲恒流的方法进一步包括以下步骤，从而实现高输出电压容限特性。

步骤S20，由所述储能电容阵列118通过所述储能电容多路选择开关117提供一输出电压Vs。

步骤S21，通过所述低电压参考1134提供0.1~0.4V之间某个电位的参考电压Vr，以此设定脉冲恒流输出电压容限为（Vs-Vr）。具体地，该步骤中，该参考电压Vr通过所述低电压跟随器1135由所述低电压跟随器输出MOS管11351准确地传递到所述低有效位发生器1131和所述高有效位发生器1132的输出端，即所述低有效位发生MOS管11313和所述高有效位发生MOS管阵列11321的漏极，由此确定了所述低有效位发生器1131和所述高有效位发生器1132的输入信号和输出电流的关系。

步骤S22，由所述中央控制器111设定所述低有效位发生器1131的输出电流Ilsb。具体地，该步骤中，所述低有效位多路输出DAC11312接收该中央控制器111的设定值，分别设定每路电流输出对应的低有效位输入值，其中，该低有效位多路输出DAC11312输出值为以上低有效位输入值加上阈值电压Vt基准电路1133输出的阈值电压Vt，并由该中央控制器111通过该低有效位多路选择开关11311从以上低有效位多路输出DAC11312输出值中选择对应的一路作用于该低有效位发生MOS管11313，从而最终设定了该低有效位发生器1131的输出电流Ilsb。其中，该低有效位多路输出DAC11312接收的来自该中央控制器111的设定值可以是经过该中央控制器111处理过的考虑到该低有效位发生MOS管11313输入电压和输出电流非线性的设定修正值，该中央处理器111输出的设定修正值能够使得该低有效位发生MOS管11313的输出电流与期望的线性输出电流呈现出误差小于1/2最小分辨率的线性关系。

步骤S23，由所述中央控制器111设定所述高有效位发生器1132的电流输出值Imsb。具体地，该步骤中，所述高有效位单路输出DAC11323始终输出该低有效位多路输出DAC11312的最大设定值加上该阈值电压Vt基准电路1133输出的阈值电压Vt作为该高有效位发生MOS管阵列11321的选通基准电压，并由该中央控制器111通过该高有效位多路选通开关11322对该高有效位发生MOS管阵列11321进行对应选通，从而进一步设定了该高有效位发生器1132的输出电流Imsb。

步骤S24，设定所述混合型高精度DAC113输出电流为Ilsb与Imsb之和。由于将高精度的输出位数分别拆分到了所述低有效位发生器1131与所述高有效位发生器1132，故，所述低有效位多路输出DAC11312和所述高有效位单路输出DAC11323的位数也较低，从而具备较低的动态功耗。

本实用新型的恒流植入式神经刺激系统，可以提供多通道植入式神经刺激系统的脉冲恒流输出、具有主动电荷平衡功能。从恒流输出植入式神经刺激系统的能效性、高精度、安全性、小体积的需求出发，本系统具备以下功能特性和优点：第一，所述系统的脉冲恒流输出具备的高输出电压容限特性提供了高能效性；第二，通过对低位和高位采用不同控制方式的混合型高精度DAC从而以较小的芯片面积和较低的动态功耗实现输出电流的实时高精度控制；第三，该高精度的特性结合电流控制模式大幅提高了主动电荷平衡刺激方式下的系统安全性能、极大地减小对神经组织损伤；第四，其中央控制器主导的系统具备实时性强、智能化程度高的特性；第五，得益于系统设计及主动电荷平衡的特性，除储能电容阵列、外壳以外，其他部分均以芯片片内元件的方式体现，系统体积小，适用于植入式医疗设备体积受限的特性。

本实用新型的具有高输出电压容限特性的高精度恒流植入式神经刺激系统，独立于植入式神经刺激系统的刺激对象，可应用于各类植入式神经刺激系统。

另外，本领域技术人员还可以在本实用新型精神内做其他变化，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；其特征在于，所述脉冲发生器包括：一中央控制器、一DCDC电源、一混合型高精度DAC、一电流输出反馈、一DCDC多路输出DAC、一DCDC多路选择开关、一储能电容选择多路开关、一储能电容阵列、一高电压选择电路、一用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接的通道选择开关阵列、以及一收容上述元件的外壳；

所述中央控制器分别与所述DCDC电源、混合型高精度DAC、电流输出反馈、DCDC多路输出DAC、DCDC多路选择开关、储能电容选择多路开关、以及通道选择开关阵列电连接，并用于控制其工作；

所述DCDC电源通过所述储能电容选择多路开关与所述储能电容阵列电连接，并用于向所述储能电容阵列充电；

所述储能电容阵列通过所述高电压选择电路与所述通道选择开关阵列电连接，并通过该通道选择开关阵列向所述刺激电极的触点阵列提供电脉冲刺激；

所述混合型高精度DAC包括：一低有效位发生器、一高有效位发生器、一阈值电压Vt基准电路、一低电压参考、以及一低电压跟随器；所述混合型高精度DAC用于接收所述中央控制器的数字量输入并输出对应的电流大小，并将该电流输出情况通过该电流输出反馈实时告知该中央控制器；

所述电流输出反馈与低电压跟随器输出MOS管电连接，用于接收来自所述混合型高精度DAC的电流输出情况并实时告知该中央控制器；

所述DCDC多路输出DAC与所述电流输出反馈电连接，并通过该DCDC多路选择开关与所述DCDC电源电连接，该DCDC多路输出DAC用于设置所述DCDC电源的输出电压。

2.如权利要求1所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述低有效位发生器包括：一低有效位多路选择开关、一低有效位多路输出DAC、一低有效位发生MOS管；所述低有效位多路输出DAC分别与所述低有效位多路选择开关、所述中央控制器以及所述阈值电压Vt基准电路电连接，其用于接收所述中央控制器的数字信号并将其累加阈值电压Vt后转换为多路电压模拟信号输出；所述低有效位多路选择开关分别与所述低有效位多路输出DAC、中央控制器以及低有效位发生MOS管电连接，其用于设定该低有效位发生器的输出电流；所述低有效位发生MOS管的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地。

3.如权利要求2所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述高有效位发生器包括：一高有效位单路输出DAC、一高有效位多路选通开关、一高有效位发生MOS管阵列；所述高有效位单路输出DAC分别与所述阈值电压Vt基准电路以及高有效位多路选通开关电连接，其用于对应一个固定输出值并将其累加阈值电压Vt后转换为单路电压模拟信号输出；所述高有效位多路选通开关与所述中央控制器以及高有效位单路输出DAC电连接，其用于设定该高有效位发生器的输出电流；所述高有效位发生MOS管阵列的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地。

4.如权利要求3所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述阈值电压Vt基准电路用于通过片内电阻结合MOS管组成的电路获得并实时输出当前工艺下特定类型MOS管的阈值电压Vt。

5.如权利要求4所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述低电压参考与所述低电压跟随器连接，其用于向所述低电压跟随器提供一参考电压。

6.如权利要求5所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述低电压跟随器包括一低电压跟随器输出MOS管和一与所述低电压跟随器输出MOS管连接的运算放大器；该低电压跟随器输出MOS管的漏极与所述通道选择开关阵列电连接，源极与所述低有效位发生MOS管以及高有效位发生MOS管阵列的漏极电连接；所述运算放大器与所述低电压参考连接；所述低电压跟随器用于设定该低有效位发生器和该高有效位发生器的输出电压。

7.如权利要求1所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述储能电容阵列接地。

8.如权利要求1所述植入式神经刺激系统，其特征在于，所述外壳为一生物相容的金属外壳，在电刺激时作为一个电极触点使用；所述通道选择开关阵列与所述外壳电连接，并具备将所述刺激电极的触点阵列和所述脉冲发生器的外壳接地的功能。

9.如权利要求8所述植入式神经刺激系统，其特征在于，进一步，定义连接所述DCDC电源与所述通道选择开关阵列的导线为一第一导线，定义连接所述低电压跟随器与所述通道选择开关阵列的导线为一第二导线，在该第一导线和第二导线之间设置一放电开关,所述放电开关用于对所述触点阵列和所述外壳短接放电。

10.如权利要求1所述植入式神经刺激系统，其特征在于，进一步包括一用于连接该刺激电极和该脉冲发生器的延长导线。