CN208756787U - 自适应调压模块及具有其的植入式神经刺激系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种自适应调压模块及具有其的植入式神经刺激系统，调压模块包括刺激单元及调压单元，刺激单元用于为刺激部提供刺激电压；调压单元用于为刺激单元提供驱动电压；其中，调压单元用于调整驱动电压的输出值而使得驱动电压与刺激电压相互匹配。本实用新型通过自适应调压模块的调整作用实现驱动电压与刺激电压的相互匹配，一方面，提供足够大的驱动电压范围以保证刺激电压正常输出，另一方面，避免驱动电压过大而导致电能的浪费。
Description
技术领域
本实用新型涉及植入式医疗领域，尤其涉及一种自适应调压模块及具有其的植入式神经刺激系统。
背景技术
植入式医疗系统近年来在医学临床上得到越来越广泛的应用，通常包括植入式神经刺激系统(包括脑深部刺激系统DBS，植入式脑皮层刺激系统CNS，植入式脊髓电刺系统激SCS，植入式骶神经刺激系统SNS，植入式迷走神经刺激系统VNS等)、植入式心脏刺激系统(俗称心脏起搏器)、植入式药物输注系统(IDDS)等。
目前，植入式神经刺激系统中刺激部所需刺激电压的电压值覆盖范围较宽，远超过电池输出的驱动电压范围。
通常情况下，需要升压电路来提高驱动电压，而升压电路有很多档位，为了能让刺激电压正常输出，同时又不浪费电，需要比刺激电压略高的驱动电压来供给至刺激部以作为驱动源。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种自适应调压模块及具有其的植入式神经刺激系统。
为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种自适应调压模块，其用于植入式神经刺激系统中，所述植入式神经刺激系统包括刺激部，所述调压模块包括：
刺激单元，其用于为所述刺激部提供刺激电压；
调压单元，其用于为所述刺激单元提供驱动电压；
其中，所述调压单元用于调整所述驱动电压的输出值而使得所述驱动电压与所述刺激电压相互匹配。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述自适应调压模块还包括电源，其用于提供电源电压，所述调压单元包括调压电路及控制电路，所述控制电路用于获取控制所述调压电路调压幅度的控制信号，所述调压电路根据所述控制信号及所述电源电压输出所述驱动电压。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述控制电路包括相连的比较器及控制器，所述比较器用于比较所述刺激电压及可编程电压，所述可编程电压由可变控制信号控制，当所述比较器翻转时，所述比较器输出使能信号至所述控制器，所述控制器将当前的可变控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述控制电路包括可编程电阻及参考电流，所述可变控制信号控制所述可编程电阻的阻抗，所述可编程电压对应所述可编程电阻及所述参考电流。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述驱动电压连接所述可编程电阻及所述刺激部，所述比较器包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接电压降，所述电压降为所述驱动电压与所述可变编程电压的差值，所述负输入端连接驱动电位，所述驱动电位为所述驱动电压与所述刺激电压的差值。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述控制器包括锁存器及选择器，所述锁存器包括锁存器使能端、锁存器输入端及锁存器输出端，所述选择器包括选择器使能端、第一选择器输入端及选择器输出端，所述锁存器使能端及所述选择器使能端用于接收所述比较器输出的使能信号，所述锁存器输入端连接所述可变控制信号，所述第一选择器输入端连接所述锁存器输出端，所述选择器输出端连接所述调压电路，其中，当所述比较器翻转时，所述锁存器将当前的可变控制信号存储为锁存控制信号，且当所述锁存器开启时，所述锁存器输出端将所述锁存控制信号传输至所述第一选择器输入端，所述选择器将所述锁存控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述锁存器输出端及所述第一选择器输入端之间设置有最大值获取单元，当所述刺激部具有多个触点时，所述锁存器对应多个触点存储多个锁存控制信号，所述最大值获取单元根据多个锁存控制信号获取最大锁存控制信号，且所述锁存器输出端将所述最大锁存控制信号传输至所述第一选择器输入端。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述选择器还包括第二选择器输入端，所述第二选择器输入端连接初始控制信号，所述初始控制信号对应所述可变控制信号的最大值，当所述自适应调压模块处于初始状态时，所述比较器不翻转，所述选择器将所述初始控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述自适应调压模块为升压模块，所述刺激电压不大于所述驱动电压。
为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种植入式神经刺激系统，包括如上任意一项技术方案所述的自适应调压模块及刺激部。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型一实施方式通过自适应调压模块的调整作用实现驱动电压与刺激电压的相互匹配，一方面，提供足够大的驱动电压范围以保证刺激电压正常输出，另一方面，避免驱动电压过大而导致电能的浪费。
附图说明
图1是本实用新型一实施方式的植入式神经刺激系统示意图；
图2是本实用新型一实施方式的刺激周期示意图。
图3是本实用新型一实施方式的自适应调压模块单触点情况下的电路示意图；
图4是本实用新型一实施方式的自适应调压模块多触点情况下的电路示意图。
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。
参图1，本实用新型一实施方式提供一种植入式神经刺激系统。
植入式神经刺激系统通常包括以下几个组件：若干个刺激电极触点30(这里以左脑电极触点及右脑电极触点为例)、电极导线33、延伸导线34、脉冲发生器35以及程控仪36。
以深脑部刺激系统DBS为例，脉冲发生器35通过延伸导线34、电极导线33和刺激电极触点30将电脉冲传导到脑部STN(Subthalamic Nucleus，底丘脑核)核团以达到治疗帕金森疾病的目的。
程控仪36则是用来调节脉冲发生器35的各刺激参数的，刺激参数包括脉冲幅值，脉冲宽度(即脉宽)和脉冲频率等。
结合图2及图3，植入式神经刺激系统包括刺激部200及自适应调压模块100。
结合图2，自适应调压模块100只有在植入式神经刺激系统处于刺激周期T1时才工作。
刺激部200包括刺激电极触点30及对应的电容20。
这里，以人体电阻R1＝1kΩ为例，与刺激电极触点30对应的电容20以隔直电容为例，隔直电容取10uF。
自适应调压模块100包括刺激单元11及调压单元12。
结合图3，刺激单元11用于为刺激部200提供刺激电压VSTIM。
这里，刺激单元11为刺激脉冲驱动电路。
调压单元12用于为刺激单元11提供驱动电压VDDH。
调压单元12用于调整驱动电压VDDH的输出值而使得驱动电压VDDH与刺激电压VSTIM相互匹配。
需要说明的是，自适应调压模块100可以是升压模块，也可以是降压模块，或者是升降压模块，可以根据实际情况而定。
在本实施方式中，自适应调压模块100以升压模块为例，“驱动电压VDDH与刺激电压VSTIM相互匹配”是指刺激电压VSTIM不大于驱动电压VDDH(VSTIM≤VDDH)。
亦即，驱动电压VDDH为适当值(不会过大也不会过小)，实现了驱动电压VDDH适应刺激电压VSTIM，一方面，提供了足够大的驱动电压VDDH范围以保证刺激电压VSTIM正常输出，另一方面，避免驱动电压VDDH过大而导致电能的浪费。
在本实施方式中，结合图3，自适应调压模块100还包括电源(未标示)，其用于提供电源电压Vt。
调压单元12包括调压电路121及控制电路122。
控制电路122用于获取控制调压电路121调压幅度的控制信号CTROUT<8:1>，调压电路121根据控制信号CTROUT<8:1>及电源电压Vt输出驱动电压VDDH。
这里，调压电路121为升压电路，控制信号CTROUT<8:1>控制电源电压Vt的升压幅度。
驱动电压VDDH与控制信号CTROUT<8:1>之间呈正相关，即驱动电压VDDH的输出值随控制信号CTROUT<8:1>的增加而增加。
控制信号CTROUT<8:1>为八比特的二进制值，当控制信号CTROUT<8:1>＝00000000时，驱动电压VDDH取最小值，当控制信号CTROUT<8:1>＝1111 1111时，驱动电压VDDH取最大值。
具体的，控制电路122包括相连的比较器123及控制器124。
比较器123用于比较刺激电压VSTIM及可编程电压VRVAR<8:1>，可编程电压VRVAR<8:1>由可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>控制。
控制电路122包括可编程电阻RVAR<8:1>及参考电流Iref，可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>控制可编程电阻RVAR<8:1>的阻抗，可编程电压VRVAR<8:1>对应可编程电阻RVAR<8:1>及参考电流Iref。
这里，可编程电阻RVAR<8:1>与可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>之间呈正相关，即可编程电阻RVAR<8:1>的阻抗随可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>的增加而增加。
可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>为八比特的二进制值，当可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>＝0000 0000时，可编程电阻RVAR<8:1>取最小值，当可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>＝1111 1111时，可编程电阻RVAR<8:1>取最大值。
驱动电压VDDH连接可编程电阻RVAR<8:1>的一端及刺激部200。
比较器123包括正输入端123a、负输入端123b及比较器输出端123c。
正输入端123a连接电压降Vcomp+，电压降Vcomp+为驱动电压VDDH与可变编程电压VRVAR<8:1>的差值，即Vcomp+＝VDDH-VRVAR<8:1>。
负输入端123b连接驱动电位VDRV，驱动电位VDRV为驱动电压VDDH与刺激电压VSTIM的差值，即VDRV＝VDDH-VSTIM。
当可变编程电压VRVAR<8:1>小于刺激电压VSTIM时，比较器123不翻转，此时，比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝0；当可变编程电压VRVAR<8:1>等于或大于刺激电压VSTIM时，比较器123翻转，此时，比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝1，且比较器输出端123c输出使能信号VCOMPOUT至控制器124，控制器124将当前的可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121。
这里，控制器124包括锁存器1241及选择器1242。
锁存器1241包括锁存器使能端1241a、锁存器输入端1241b及锁存器输出端1241c。
锁存器使能端1241a连接比较器输出端123c，锁存器使能端1241a用于接收使能信号VCOMPOUT。
锁存器输入端1241b连接可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>。
当比较器123翻转时，即比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝1时，锁存器1241将当前的可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>存储为锁存控制信号CTRIN_RVAR_LATCH<8:1>。
当比较器123不翻转时，即比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝0时，锁存器1241不存储当前的可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>。
选择器1242为二选一选择器。
选择器1242包括选择器使能端1242a、第一选择器输入端1242b、第二选择器输入端1242c及选择器输出端1242d。
选择器使能端1242a连接比较器输出端123c，选择器使能端1242a用于接收使能信号VCOMPOUT。
第一选择器输入端1242b连接锁存器输出端1241c。
第二选择器输入端1242c连接初始控制信号CTRIN_INI<8:1>。
选择器输出端1242d连接调压电路121。
当比较器123翻转时，即比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝1时，锁存器输出端1241c将锁存控制信号CTRIN_RVAR_LATCH<8:1>传输至第一选择器输入端1242b，选择器1242选择第一选择器输入端1242b，即此时选择器1242将锁存控制信号CTRIN_RVAR_LATCH<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121。
当比较器123不翻转时，即比较器输出端123c输出的使能信号VCOMPOUT＝0时，选择器1242选择第二选择器输入端1242c，即此时选择器1242将初始控制信号CTRIN_INI<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121。
需要说明的是，为了保证自适应调压模块100可以正常运行，初始控制信号CTRIN_INI<8:1>对应可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>的最大值，即初始控制信号CTRIN_INI<8:1>＝1111 1111。
当自适应调压模块100处于初始状态时，初始控制信号CTRIN_INI<8:1>＝11111111，可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>＝0000 0000，此时，比较器123不翻转，选择器1242将初始控制信号CTRIN_INI<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121，此时，驱动电压VDDH为最大值。
当自适应调压模块100进入调整过程中时，可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>逐渐增大，当比较器123翻转时，对应的可变编程电压VRVAR<8:1>最贴近刺激电压VSTIM，此时，将对应的可变控制信号CTRIN_RVAR<8:1>作为最终输出的控制信号CTROUT<8:1>，由此获得的驱动电压VDDH就是最贴近刺激电压VSTIM的输出值，如此，便可获取最合适的驱动电压VDDH。
可以看到，只要可编程电阻RVAR<8:1>及参考电流Iref取值合理，可变编程电压VRVAR<8:1>的电压范围总是能覆盖植入式神经刺激系统中刺激部200所需刺激电压VSTIM的电压范围。
在本实施方式中，刺激部200可以包括一个触点30或多个触点30。
参图3，为刺激部200包括一个触点30的电路示意图。
此时，当比较器123翻转时，锁存器1241开启，锁存器输出端1241c直接将锁存控制信号CTRIN_RVAR_LATCH<8:1>输送至第一选择器输入端1242b，而后选择器将锁存控制信号CTRIN_RVAR_LATCH<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121。
参图4，为刺激部200包括多个触点30(触点1、触点2…触点N)的电路示意图。
此时，锁存器输出端1241c及第一选择器输入端1242b之间设置有最大值获取单元125。
锁存器输入端1241b处设置对应多个触点30的第一开关126，锁存器1241内部设置对应多个触点30的第二开关127。
刺激部200处设置对应多个触点30的第三开关128。
当自适应调压模块100针对触点1进行驱动电压VDDH调整时，闭合对应触点1的第一开关126、第二开关127、第三开关128，并打开其他开关，此时，锁存器1241将第一锁存控制信号CTRIN1_RVAR_LATCH<8:1>存储至最大值获取单元125。
以此类推，当自适应调压模块100遍历所有触点30(触点1、触点2…触点N)之后，最大值获取单元125中包含了对应多个触点30(触点1、触点2…触点N)的第一锁存控制信号CTRIN1_RVAR_LATCH<8:1>、第二锁存控制信号CTRIN2_RVAR_LATCH<8:1>…第N锁存控制信号CTRINN_RVAR_LATCH<8:1>，最大值获取单元125根据第一锁存控制信号CTRIN1_RVAR_LATCH<8:1>、第二锁存控制信号CTRIN2_RVAR_LATCH<8:1>…第N锁存控制信号CTRINN_RVAR_LATCH<8:1>获取最大锁存控制信号CTRMAX<8:1>，且锁存器输出端1241c将最大锁存控制信号CTRMAX<8:1>传输至第一选择器输入端1242b，而后选择器将最大锁存控制信号CTRMAX<8:1>作为控制信号CTROUT<8:1>输出至调压电路121。
如此，可以保证所有触点30都能正常输出驱动电压VSTIM1、VSTIM2…VSTIMN。
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)
1.一种自适应调压模块，其用于植入式神经刺激系统中，所述植入式神经刺激系统包括刺激部，其特征在于所述调压模块包括：
刺激单元，其用于为所述刺激部提供刺激电压；
调压单元，其用于为所述刺激单元提供驱动电压；
其中，所述调压单元用于调整所述驱动电压的输出值而使得所述驱动电压与所述刺激电压相互匹配。
2.根据权利要求1所述的自适应调压模块，其特征在于，所述自适应调压模块还包括电源，其用于提供电源电压，所述调压单元包括调压电路及控制电路，所述控制电路用于获取控制所述调压电路调压幅度的控制信号，所述调压电路根据所述控制信号及所述电源电压输出所述驱动电压。
3.根据权利要求2所述的自适应调压模块，其特征在于，所述控制电路包括相连的比较器及控制器，所述比较器用于比较所述刺激电压及可编程电压，所述可编程电压由可变控制信号控制，当所述比较器翻转时，所述比较器输出使能信号至所述控制器，所述控制器将当前的可变控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
4.根据权利要求3所述的自适应调压模块，其特征在于，所述控制电路包括可编程电阻及参考电流，所述可变控制信号控制所述可编程电阻的阻抗，所述可编程电压对应所述可编程电阻及所述参考电流。
5.根据权利要求4所述的自适应调压模块，其特征在于，所述驱动电压连接所述可编程电阻及所述刺激部，所述比较器包括正输入端及负输入端，所述正输入端连接电压降，所述电压降为所述驱动电压与所述可变编程电压的差值，所述负输入端连接驱动电位，所述驱动电位为所述驱动电压与所述刺激电压的差值。
6.根据权利要求3所述的自适应调压模块，其特征在于，所述控制器包括锁存器及选择器，所述锁存器包括锁存器使能端、锁存器输入端及锁存器输出端，所述选择器包括选择器使能端、第一选择器输入端及选择器输出端，所述锁存器使能端及所述选择器使能端用于接收所述比较器输出的使能信号，所述锁存器输入端连接所述可变控制信号，所述第一选择器输入端连接所述锁存器输出端，所述选择器输出端连接所述调压电路，其中，当所述比较器翻转时，所述锁存器将当前的可变控制信号存储为锁存控制信号，且当所述锁存器开启时，所述锁存器输出端将所述锁存控制信号传输至所述第一选择器输入端，所述选择器将所述锁存控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
7.根据权利要求6所述的自适应调压模块，其特征在于，所述锁存器输出端及所述第一选择器输入端之间设置有最大值获取单元，当所述刺激部具有多个触点时，所述锁存器对应多个触点存储多个锁存控制信号，所述最大值获取单元根据多个锁存控制信号获取最大锁存控制信号，且所述锁存器输出端将所述最大锁存控制信号传输至所述第一选择器输入端。
8.根据权利要求6所述的自适应调压模块，其特征在于，所述选择器还包括第二选择器输入端，所述第二选择器输入端连接初始控制信号，所述初始控制信号对应所述可变控制信号的最大值，当所述自适应调压模块处于初始状态时，所述比较器不翻转，所述选择器将所述初始控制信号作为控制信号输出至所述调压电路。
9.根据权利要求1所述的自适应调压模块，其特征在于，所述自适应调压模块为升压模块，所述刺激电压不大于所述驱动电压。
10.一种植入式神经刺激系统，其特征在于包括如权利要求1-9中任意一项所述的自适应调压模块及刺激部。
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