CN214018920U

CN214018920U - 电刺激装置

Info

Publication number: CN214018920U
Application number: CN202021464747.XU
Authority: CN
Inventors: 王守东; 左改林; 赖忠云
Original assignee: Hangzhou Shenluo Medical Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Shenluo Medical Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2030-07-22

Abstract

本申请公开了一种电刺激装置，包括：电流源组件，通过负载组件与电极组件连接，用于输出目标电流至所述电极组件；信号发送组件，与电流调节组件和所述负载组件连接，用于发送电流调节信号至所述电流调节组件和负载组件；所述电流调节组件，用于在接收到所述电流调节信号的情况下，调节所述目标电流的幅值；所述负载组件，用于在接收到所述电流调节信号的情况下调节所述电流源组件的电源输出端的负载阻值。从而可以避免在不同刺激模式的切换过程中，电流输出发生突变的情形。

Description

电刺激装置

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，特别涉及电刺激装置。

背景技术

对于某些类型的神经系统疾病，如帕金森病、癫病、顽固性疼痛、扭转痉挛、痉挛性斜颈、舞蹈病、特发性眩晕等，临床上常用药物治疗和外科手术治疗，上述治疗方式存在副作用，有时还会引发一些并发症。电刺激疗法通过对不同疾病相应的靶点进行慢性电脉冲刺激，如对帕金森病刺激丘脑底核及苍白球，对癫痫刺激迷走神经，起到对因治疗作用，副作用小，是一种理想的治疗方法。

目前的电刺激装置能够为用户提供不同的刺激模式，不同的刺激模式对应不同的电流脉冲输出，然而在不同刺激模式的切换过程中，输出到神经肌肉组织上的电流会发生突变，让使用者产生疼痛等不舒适的感受，影响用户体验。

实用新型内容

本申请提供电刺激装置，以避免在不同刺激模式的切换过程中，电流输出发生突变的情形。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

一种电刺激装置，包括：

电流源组件，通过负载组件与电极组件连接，用于输出目标电流至所述电极组件；

信号发送组件，与电流调节组件和所述负载组件连接，用于发送电流调节信号至所述电流调节组件和负载组件；

所述电流调节组件，用于在接收到所述电流调节信号的情况下，调节所述目标电流的幅值；

所述负载组件，用于在接收到所述电流调节信号的情况下调节所述电流源组件的电源输出端的负载阻值。

可选地，所述电流源组件包括：电源输入端、第一电源输出端、第二电源输出端、第一运算放大器、NMOS和第一电阻；

所述第一运算放大器的正向输入端与所述电源输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述NMOS的栅极连接，所述NMOS的漏极用于连接外接电源，所述NMOS的源极与所述第一电源输出端连接，所述第二电源输出端分别与所述第一运算放大器的负向输入端和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。

可选地，所述电流源组件还包括：第二电阻和第一电容；

所述第一运算放大器的正向输入端通过所述第二电阻与所述电源输入端连接；

所述第一电容的一端与所述第一运算放大器的正向输入端连接，所述第一电容的另一端接地。

可选地，所述负载组件包括：第一开关单元和负载单元；

所述第一开关单元的两个不动端分别与所述第一电源输出端、第二电源输出端连接，所述第一开关单元的两个动端分别与所述负载单元的两端连接。

可选地，所述电流调节组件包括：第二开关单元和多个电阻；所述第二开关单元包括触发端、至少一个动端和至少两个不动端；

所述触发端与所述信号发送组件连接，所述至少一个动端与所述第二电源输出端连接，所述至少两个不动端分别通过一个电阻接地；

在所述触发端接收到所述电流调节信号的情况下，所述电流调节组件触发至少一个动端与至少一个不动端连接。

可选地，所述装置还包括：

电压检测组件，所述电压检测组件的输入端与所述第二电源输出端连接，所述电压检测组件的输出端与所述信号发送组件连接，用于将所述第二电源输出端的电位输出至所述信号发送组件。

可选地，所述电压检测组件包括：第二运算放大器、第三电阻、第四电阻和第二电容；

所述第二运算放大器的正向输入端与所述第二电源输出端连接，所述第二运算放大器的负向输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端还与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端通过所述第四电阻接地，所述第二电容的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述二电容的另一端接地。

可选地，所述装置还包括：

所述电流换向组件，分别与所述电极组件和所述信号发送组件连接，所述电流换向组件用于在接收到所述信号发送组件发送的换向信号的情况下，将切换极性后的目标电流输出至所述电极组件。

可选地，所述电流换向组件的第一动端和第二动端分别与所述电极组件连接，所述电流换向组件的第一不动端和第四不动端均与所述第一电源输出端连接，所述电流换向组件的第二不动端与第三不动端均与所述第二电源输出端连接，所述电流换向组件的触发端与所述信号发送组件连接。

可选地，所述电极组件包括：多路选择器和电极阵列；

所述多路选择器包含一个输入端和多个输出端，所述多路选择器的输入端与所述电流源换向组件连接，所述多路选择器的每个输出端与一个电极连接，所述多路选择器的触发端与所述信号发送组件连接；

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在目标电流的调节过程中，可以确保电流源组件的电源输出端的电位始终在预设范围内，避免发生输出至目标对象的目标电流的幅值发生突变。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请根据一示例性实施例示出的一种电刺激装置的模块示意图；

图2是本申请根据一示例性实施例示出的一种电刺激装置的电路图；

图3是本申请根据一示例性实施例示出的另一种电刺激装置的电路。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是本申请根据一示例性实施例示出的一种电刺激装置的模块示意图，图2是本申请根据一示例性实施例示出的一种电刺激装置的电路图，参见图1 和2，该装置包括：电流源组件11、电流调节组件12、负载组件13、电极组件14和信号发送组件15。电流源组件11通过负载组件13与电极组件14连接，信号发送组件15分别与电流源组件11、电流调节组件12和负载组件13连接。信号发送组件15可以但不限于采用市售可得的MCU(微控制单元)或FPGA (现场可编程门阵列)实现。

电刺激装置工作时，电流源组件11会输出目标电流至电极组件14。信号发送组件15可以发送电流调节信号Vcs_CTRL至电流调节组件12和负载组件13。电流调节组件12在接收到电流调节信号的情况下，调节电流源组件11输出的目标电流的幅值。在目标电流的幅值调节过程中，会造成电流源组件11输出的目标电流的幅值突变，让使用者产生疼痛感或者其他不佳的感受。因此在目标电流的幅值调节过程中，通过给负载组件13发送电流调节信号Vcs_Load触发负载组件13调节电流源组件11的电源输出端的电阻阻值，以使电流源组件11 的电源输出端的电位始终在预设范围内，从而可以避免输出至目标对象的目标电流的幅值发生突变。

其中，目标对象也即需要进行电刺激治疗的病患的某个组织，例如，对于治疗帕金森病来说，目标对象可以是丘脑底核及苍白球，则将电极贴附于丘脑底核及苍白球；对于治疗癫痫来说，目标对象可以是迷走神经，则将电极贴附于迷走神经。

电流调节信号可以根据电刺激策略生成，不同的电刺激策略对应不同的刺激模式。电刺激策略可以是医护人员预先配置并存储于信号发送组件中的，对于不同的病灶、严重程度可以配置不同的电刺激策略，电刺激策略可以但不限于包括以下信息中的全部或部分：目标电流的幅值、频率、电刺激的持续时长、脉宽、输出目标电流的电极、循环刺激周期等。信号发送组件中可以配置多份电刺激策略，在一个实施例中，用户可以通过电刺激装置的遥控器选择电刺激策略。其中，遥控器可以但不限于采用服务端或安装于移动终端的客户端实现。

下面对电刺激装置的工作原理作进一步介绍：

参见图2，电流源组件11包括：电源输入端CS_IN、第一电源输出端CS_H、第二电源输出端CS、第一运算放大器U_A、NMOS和第一电阻R1。第一运算放大器U_A的正向输入端与电源输入端CS_IN连接，电源输入端CS_IN用于外接供电模块。第一运算放大器U_A的输出端与NMOS的栅极G连接，NMOS的漏极D用于连接外接电源V_{DC_ADJ}，外接电源V_{DC_ADJ}用于为电流源组件11提供工作电压，NMOS的源极S分别与负载组件13的一端以及第一电源输出端CS_H 连接。第二电源输出端CS分别与负载组件13的另一端、第一运算放大器U_A的负向输入端和第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端接地。

在另一个实施例中，NMOS可以采用PMOS、三极管等其他开关器件实现对应的功能。

在另一个实施例中，电流源组件还可以包括滤波电路，第一运算放大器U_A的正向输入端通过滤波电路与电源输入端CS_IN连接，滤波电路将供电模块输出的电压信号Vin经过滤波处理后输入至第一运算放大器U_A的正向输入端，使输入至第一运算放大器U_A的电压波形更平滑。具体的，滤波电路包括第二电阻 R2和第一电容C1，第二电阻R2的一端与第一运算放大器U_A的正向输入端连接，第二电阻R2的另一端与电源输入端CS_IN连接，第一电容C1一端与第一运算放大器U_A的正向输入端连接，第一电容C1的另一端接地。

电流源组件还可以包括第三电容C3和第四电容C4，第三电容C3和第四电容C4为U_A的电源去耦电容，可以为电流源组件提供较稳定的工作电压，同时也可以降低元件耦合到外接电源VDC_ADJ的噪声，间接减少其他元件受此元件噪声的影响。

电流调节组件12包括：开关单元U_C和多个电阻。开关单元U_C包括触发端、至少一个动端和至少两个不动端；触发端与信号发送组件连接，至少一个动端与第二电源输出端CS连接，至少两个不动端分别通过一个电阻接地。开关单元 U_C的触发端在接收到电流调节信号Vcs_CTRL的情况下，触发至少一个动端与至少一个不动端连接，以通过改变第一电阻R1的阻值调节电流源组件输出的目标电流的幅值。从而，通过触发电流调节组件U_C的开关切换的不同组合，导通 R5～R8，与R1组合成不同的阻值，进而起到在供电模块输出相同的电压波形和幅值的情况下输出不同的目标电流波形和幅值的目的。

需要说明的是，开关单元U_C的动端不限于图中示出的2个动端(IN1，IN2)，不动端也不限于图中示出的4个不动端(OUT1、OUT2、OUT3和OUT4)，动端与不动端的数量可根据电刺激策略的数量设置。以图2示出的电流调节组件为例，本实施例中，通过开关切换，可以在第一电阻R1的两端并联电阻的方式改变第一电阻的阻值，进而改变电流源组件输出的目标电流的幅值，在第一电阻R1的两端并联的电阻的数量可以是1个、2个或2个以上。以开关单元具有 4个不动端，每个不动端对应连接一个电阻为例，若与4个不动端连接的电阻的阻值均不相同，则通过开关切换可以使第一电阻R1并联4种阻值的电阻，还包括电流调节组件不工作的情况(第一电阻R1未并联任何电阻)，电流源组件可输出16种不同幅值大小的目标电流。例如，若IN1与OUT1连接，IN2与OUT4 连接，此时电流源组件输出的目标电流的幅值与R1、R5和R8有关；若IN1与 OUT2连接，IN2与OUT4连接，此时电流源组件输出的目标电流的幅值与R1、 R6和R8有关。且R1、R5～R8的阻值可根据实际需求设置，从而通过触发电流调节组件的开关切换精确调节电流源组件输出的目标电流的幅值。

电流源组件能够输出单相电流，若第一电阻R1未并联任何电阻，在稳定的状态下电流源组件输出的目标电流I＝Vin’/R1，Vin’为Vin经过滤波电路后的电压。若第一电阻R1并联电阻R5，在稳定的状态下电流源组件输出的目标电流

电流源组件通过开关切换实现目标电源的幅值的调节，开关切换的过程中可能会因为以下原因导致目标电流发生突变：开关单元U_C的导通阻值不稳定；装置中其他开关单元打开、关闭在时间上不一致或者不理想，导致开关单元U_C的导通阻值变大；供电模块向电源输入端CS_IN输出电压Vin，而电极组件的电极与电流源组件未建立连接，这个时候就相当于负载是一个很大的值。对于上述情形，第一电源输出端CS_H的电位会变高，高于正常电压值，我们称之为尖峰，会导致输出到目标对象上的电流发生突变，这是我们不想要的，负载组件就是用来消除这个尖峰的。

参见图2，负载组件13包括：开关单元131和负载单元R_L，开关单元131 的两个不动端(OUT1、OUT4)分别与第一电源输出端CS_H、第二电源输出端 CS连接，开关单元131的两个动端(IN1、IN2)分别与负载单元R_L的两端连接。在目标电流幅值调节过程中，信号发送组件发送电流调节信号Vcs_Load(可以是高电平)给负载组件13以触发开关单元131的第一动端与第一不动端连接，第二动端与第四不动端连接，这个时候第一电源输出端和第二电源输出端与负载R_L两端连接，电流实际流向负载R_L。R_L一般选择阻值较小的电阻，其阻值的取值范围为1Ω-100Ω，通过负载R_L可使得在目标电流调节的过程中，第一电源输出端CS_H的电位不会发生突变，始终维持在稳定的范围内。当电极组件的电极与电流源组件连接后，信号发送组件可以发送停止调节信号(可以是低电平)给负载组件13以触发开关单元131的第一动端与第二不动端连接，第二动端与第三不动端连接，此时第一电源输出端和第二电源输出端不与负载R_L两端连接，电流的流向至电极组件，实现给目标对象进行刺激治疗。

在另一个实施例中，负载单元R_L可以是阻值可调的电阻器，信号发送组件可以通过调节R_L的阻值的方式实现将第一电源输出端CS_H的电位始终维持在稳定的范围内。

在图2示出的电刺激装置的基础上，图3是本申请根据一示例性实施例示出的另一种电刺激装置的电路图，电刺激装置还包括电压检测组件16、数模转换器ADC(图中未示出)。电压检测组件的输入端161与第二电源输出端CS连接，电压检测组件16的输出端162通过ADC与信号发送组件连接。压检测组件16能够实现电压跟随器的功能，DAC采样检测组件16输出的电压 Vcs_Measure，并输出至信号发送组件。Vcs_Measure可用于检测R1上的实际电压，以确定电流源组件实际输出的电流值I。信号发送组件根据Vcs_Measure判断输出至目标对象的目标电流的幅值是否符合预期，并在不符合预期的情况下根据实际电流值与预期电流值的差值调节供电模块输出的电压Vin，以达到精确调节电流源组件输出目标电流的幅值的目的。

电压检测组件包括：第二运算放大器U_B、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2；第二运算放大器U_B的正向输入端与第二电源输出端CS连接，第二运算放大器U_B的负向输入端与第二运算放大器U_B的输出端连接，第二运算放大器U_B的输出端还与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端通过第四电阻R4接地，第二电容C2的一端与第三电阻R3的另一端连接，第二电容C2 的另一端接地。R3和R4组成电阻分压，C2起到稳压的作用，防止在ADC采样Vcs_Measure的时候出现电压跌落波动的现象。

经过电压检测组件和ADC对供电模块输出的Vin的调节，可以使得施加至目标对象上的目标电流的幅值符合预期。本实施例中电刺激装置输出的目标电流的频率可以是以下中的至少一种：低频、中频、高频以及burst频率；所谓低频的范围例如为1Hz-200Hz；所谓中频的范围例如为200Hz-1.5kHz；所谓高频的范围例如为1.5kH-50kHz；所谓burst为爆发脉冲，在工作时的某一段时间内，短时间内爆发一段频率的脉冲信号，例如5分之1秒爆发2000个刺激脉冲，输出频率为10kHz，又例如4分之1秒爆发1000个刺激脉冲，输出频率为4kHz。电刺激装置输出的电流的波形可以是方波或者正弦波，目标电流的幅度的范围为0.1mA～20mA，也可以为0.5mA～10mA，还可以为0.5mA～4mA，或 0.5mA～2.5mA，脉宽的范围为5us-10ms。上述参数均可在刺激策略中定义。

在另一个实施例中，装置还包括：电流换向组件17。电流换向组件17与电极组件14连接，电流换向组件17用于在接收到换向信号Vcs_Dir的情况下，将切换极性后的目标电流输出至电极组件14。

电流换向组件包括：第一动端IN1、第二动端IN2、第一不动端OUT1、第二不动端OUT2、第三不动端OUT3和第四不动端OUT4；电流换向组件的第一动端和第二动端分别与电极组件连接，电流换向组件的第一不动端和第四不动端均与第一电源输出端连接，电流换向组件的第二不动端与第三不动端均与第二电源输出端连接，电流换向组件的触发端与信号发送组件连接。电流换向组件用于在接收到信号发送组件发送的换向信号的情况下，将切换极性后的目标电流输出至所述电极组件。

信号发送组件12输出的换向信号可以通过脉冲信号表征，例如，高电平表示第一换向信号，低电平表征第二换向信号，或者高电平表示第二换向信号，低电平表征第一换向信号。以高电平表征第一换向信号，低电平表征第二换向信号为例，对电流换向组件的工作原理说明如下：

若电流换向组件17的触发端接收到信号发送组件输出的高电平，则触发第一动端IN1与第二不动端OUT2连接，第二动端IN2与第四不动端OUT4 连接，此时电流源组件11的电流流向是从IN2到IN1，也即电流换向组件 17将电流源组件11的输出的目标电流沿OUT4、IN2输出至电极组件。

若电流换向组件17的触发端接收到信号发送组件输出的低电平，则触发第一动端IN1与第一不动端OUT1连接，第二动端IN2与第三不动端OUT3 连接，此时电流源组件11的电流流向是从IN1到IN2，也即电流换向组件 17将电流源组件输出的目标电流沿OUT1、IN1输出至电极组件，实现对施加于电极对上的目标电流的极性切换。

从而，在信号发送组件以高电平和低电平的交替触发下，电极对将正向直流电流与负向直流电流反复交替施加于目标对象上，利用电流换向组件实现了双向电流的输出。

可以理解的，电极对将正向直流电流与负向直流电流施加于目标对象上的持续时长，与电流换向组件的开关切换频率有关，与脉冲信号(表征第一换向信号和第二换向信号的)的占空比有关，若一个周期中高电平与低电平的占空比均为50％，沿OUT4→IN2→肌肉组织→IN1→OUT1流向的目标电流的持续时长与沿OUT1→IN1→肌肉组织→IN2→OUT4流向的目标电流的持续时长相等，也即电极对上的正向的直流电流量与负向的直流电流量相等，从而可以有效防止电极对出现极化现象。从而结合电流调节组件，即可实现在单相供电的情况下，输出不同电流幅值的双相电流至电极。

其中，第一极性的目标电流与第二极性的目标电流的幅值相同，方向相反。第一极性的目标电流可以是正向直流电流，也可以是负向直流电流。若第一极性的目标电流为正向直流电流，经过电流换向组件的换向，将其转换为负向直流电流；若第一极性的目标电流为负向直流电流，经过电流换向组件的换向，将其转换为正向直流电流。从而，实现电极对将正向直流电流与负向直流电流交替施加于目标对象上进行电刺激。

参见图3，电极组件包括：多路选择器和电极阵列(电容阵列)；多路选择器包含一个输入端和多个输出端，多路选择器的输入端与电流换向组件连接，多路选择器的每个输出端与一个电极连接，多路选择器的触发端与信号发送组件连接；在触发端接收到信号发送组件发送的选择信号的情况下，多路选择器从多个电极中确定目标电极，触发输入端与和目标电极连接的输出端连接。 C7-22为隔直电容，防止把直流电压或者电流直接施加到神经或者肌肉组织上而伤害到神经或者肌肉组织。

多路选择器MUX，多路选择器包含一个输入端和多个输出端，多路选择器的输入端与电流换向组件连接，多路选择器的每个输出端与一个电极连接，多路选择器的触发端与信号发送组件连接；在触发端接收到信号发送组件发送的选择信号的情况下，多路选择器确定从多个电极中确定目标电极组成电极对，并触发输入端与和目标电极连接的输出端连接，选择信号根据电刺激策略生成，不同的电刺激策略对应不同的目标电极。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种电刺激装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电刺激装置，其特征在于，所述电流源组件包括：电源输入端、第一电源输出端、第二电源输出端、第一运算放大器、NMOS和第一电阻；

3.如权利要求2所述的电刺激装置，其特征在于，所述电流源组件还包括：第二电阻和第一电容；

4.如权利要求2所述的电刺激装置，其特征在于，所述负载组件包括：第一开关单元和负载单元；

5.如权利要求2所述的电刺激装置，其特征在于，所述电流调节组件包括：第二开关单元和多个电阻；所述第二开关单元包括触发端、至少一个动端和至少两个不动端；

6.如权利要求2所述的电刺激装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.如权利要求6所述的电刺激装置，其特征在于，所述电压检测组件包括：第二运算放大器、第三电阻、第四电阻和第二电容；

8.如权利要求2所述的电刺激装置，其特征在于，所述装置还包括：

电流换向组件，分别与所述电极组件和所述信号发送组件连接，所述电流换向组件用于在接收到所述信号发送组件发送的换向信号的情况下，将切换极性后的目标电流输出至所述电极组件。

9.如权利要求8所述的电刺激装置，其特征在于，所述电流换向组件的第一动端和第二动端分别与所述电极组件连接，所述电流换向组件的第一不动端和第四不动端均与所述第一电源输出端连接，所述电流换向组件的第二不动端与第三不动端均与所述第二电源输出端连接，所述电流换向组件的触发端与所述信号发送组件连接。

10.如权利要求8所述的电刺激装置，其特征在于，所述电极组件包括：多路选择器和电极阵列；

所述多路选择器包含一个输入端和多个输出端，所述多路选择器的输入端与所述电流换向组件连接，所述多路选择器的每个输出端与一个电极连接，所述多路选择器的触发端与所述信号发送组件连接。