CN217697661U - 电容耦合传能的神经电刺激系统及其体内神经电刺激器和体外能控器 - Google Patents

Abstract

一种电容耦合传能的神经电刺激系统及其体内神经电刺激器和体外能控器。所述电容耦合传能的神经电刺激系统，包括体内神经电刺激器和体外能控器，还可包括具有上位机控制APP的程序控制器。体内神经电刺激器包括至少一个刺激器耦合电容极片、刺激器补偿谐振网络、整流电路、滤波电容、主控芯片、刺激器谐波通信模块、多组刺激电极和对应的平衡电容，其中刺激器耦合电容极片与体外能控器的能控器耦合电容极片进行耦合，由此从体外能控器接收电能并实现信息交换。该电容耦合传能的神经电刺激系统能够提高所传输的电功率。

Description

电容耦合传能的神经电刺激系统及其体内神经电刺激器和体 外能控器

技术领域

本实用新型涉及经表皮非接触能量传输的神经电刺激系统。

背景技术

经表皮非接触能量传输(Transcutaneous energy transmission system,TETS)同植入式电池供电不同，是一种将置于体外的能量源，通过磁场和电磁感应的方式透过人体的皮肤传输至体内植入设备。根据工作频率及功率等级的不同，可将目前应用于人体植入设备的经表皮能量传输方式分为射频能量传输和基于非接触变压器的TETS两类。

体外射频供电技术目前被人体植入装置能量及数据传输所广泛采用，它是通过射频的电磁感应与磁场耦合，由体外向体内提供电能，或直接供给体内电路工作，或对体内的可充电电池充电。近年来由于植入体内的电子系统的复杂性不断增加，体内电子系统的功耗亦越来越大。由于其自身拓扑的限制，射频供电技术无法实现人工心脏等较大功率植入设备的电能供给。

例如，中国专利CN103796715B公开了一种神经刺激器系统，其采用外部控制器通过射频天线将电能直接发送给体内植入部分。这种系统由于上述限制，其传输距离近(<6cm)，且发送功率受体外控制器电池容量限制。

为解决上述问题，采用非接触变压器的经表皮能量传输与日俱增。同射频能量传输的原理相类似，两者都是运用电磁感应原理实现能量的电磁、磁电转化与非接触传输。不同的是，这种新型的感应电能传输是利用原、副边气隙很大的非接触变压器作为能量传输关键环节，将变压器的副边植入体内，变压器原边与副边正对，位于体外，将电能通过电磁感应以磁场的方式透过皮肤传输给体内植入设备。相比于上面的射频电能传输，这种系统的工作频率相对较低。由于分离式变压器存在较大的漏感，该系统的能量传输效率受到不利的影响。

公开于本实用新型背景部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

实用新型旨在提出一种基于电容耦合实现电能传输的植入式神经电刺激器系统。相较与射频传能或变压器传能的植入式神经电刺激器系统，本实用新型的电容耦合电能传输方式可以传递更高的电功率。

本实用新型提出了一种体内神经电刺激器，包括：至少一个刺激器耦合电容极片，用于与体外能控器的能控器耦合电容极片进行耦合，由此从体外能控器接收电能并实现信息交换；刺激器补偿谐振网络，其连接到刺激器耦合电容极片，从而对所接受的电能中的无功功率进行补偿；整流电路，其连接至刺激器补偿谐振网络，将经过补偿偶的交流电能变换为直流电能；滤波电容，其连接至整流电路，对整流后的直流电能进行直流滤波；主控芯片，其控制所述体内神经电刺激器的运行，连接至所述整流电路和所述滤波电容并接受其供电；刺激器谐波通信模块，其连接在所述刺激器耦合电容极片和所述主控芯片之间，用于对通信信息进行调制和解调；多组刺激电极和对应的平衡电容，其中每个平衡电容连接在主控芯片和对应的刺激电极之间，从主控芯片接收刺激脉冲并施加到对应的刺激电极上，并实现电荷平衡。

在上述体内神经电刺激器中，优选地，包括2个刺激器耦合电容极片，其中所述刺激器补偿谐振网络以如下方式构成：所述2个刺激器耦合电容极片中的1个通过刺激器补偿电感连接至所述整流电路，所述2个刺激器耦合电容极片中的另一个直接连接至所述整流电路。

在上述体内神经电刺激器中，优选地，所述刺激器谐波通信模块包括对A次谐波敏感的滤波电路，由此从所接收的信号中的A次谐波中提取信息，并将所述信息传递给所述主控芯片。进一步优选地，所述刺激器谐波通信模块还包括对B次谐波敏感的滤波电路，由此从所接收的信号中提取B次谐波，所述主控芯片控制所述刺激器谐波通信模块对B次谐波的阻抗进行调制，经过阻抗调制的数据由所述刺激器耦合电容极片发送给体外能控器。作为选择，其中B可以等于A。

本实用新型还提出了一种体外能控器，用于向体内神经电刺激器发送电能并与体内神经电刺激器进行通信，包括：电池模组，用于对所述体外能控器进行供电；能控器控制单元，用于控制所述体外能控器的运行；上位机通信模块，其连接至所述能控器控制单元，所述能控器控制单元通过所述上位机通信模块与程序控制器进行通信；存储模块，用于存储电刺激信号，并其连接至所述能控器控制单元；逆变模块，其连接至所述电池模组和所述能控器控制单元，用于将所述电池模组供应的直流电转换为交流电；能控器补偿谐振网络，其连接至所述逆变模块，对系统的无功功率进行补偿，至少一个的能控器耦合电容极片，其连接至所述能控器补偿谐振网络的输出端；能控器谐波通信模块，由所述电池模组供电，并跨接至所述能控器控制单元和所述能控器耦合电容极片之间，用于对通信信息进行调制和解调；以及按键和显示模块，其包括按键和显示屏，所述按键用于输入操作指令，所述显示屏用于显示输入内容和与体内神经电刺激器的运行有关的信息。

在上述体外能控器中，优选地，包括2个能控器耦合电容极片，其中所述能控器补偿谐振网络以如下方式构成串联电感补偿网络：所述2个能控器耦合电容极片中的1个通过第一能控器补偿电感连接至所述逆变模块，所述2个能控器耦合电容极片中的另一个直接连接至所述逆变模块。

在上述体外能控器中，优选地，包括2个能控器耦合电容极片，其中所述能控器补偿谐振网络以如下方式构成LCL补偿网络拓扑：所述2个能控器耦合电容极片中的1个通过第一能控器补偿电感和第一能控器补偿电感串联连接至所述逆变模块；所述2个能控器耦合电容极片中的另一个直接连接至所述逆变模块而形成有连接点，所述连接点通过第一能控器补偿电容连接至所述第一能控器补偿电感和第一能控器补偿电感的公共连接端。

在上述体外能控器中，优选地，包括2个能控器耦合电容极片，其中所述能控器补偿谐振网络以如下方式构成带有中继线圈的补偿谐振网络结构：包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的一端连接至所述逆变模块的第一输出端，初级绕组的另一端通过第二能控器补偿电容连接至所述逆变模块的第二输出端；所述次级绕组的一端连接至所述能控器耦合电容极片中的一个，所述次级绕组的另一端连接至所述能控器耦合电容极片中的另一个。

在上述体外能控器中，优选地，所述能控器控制单元控制所述能控器谐波通信模块产生等同于逆变模块输出频率A倍的A次谐波，并将信息调制到该A次谐波中。进一步优选地，所述能控器控制单元控制所述能控器谐波通信模块产生等同于逆变模块输出频率B倍的B次谐波，并将该谐波发送给电极片。作为选择，其中B可以等于A。

在上述体外能控器中，优选地，所述上位机通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

本实用新型还提出了一种电容耦合传能的神经电刺激系统，其包括所述的体内神经电刺激器以及所述体外能控器。

在上述电容耦合传能的神经电刺激系统中，优选地，还包括程序控制器，所述程序控制器具有与所述体外能控器通信的程序控制器通信模块，并具有上位机控制APP，用于实现对于体外能控器和体内神经电刺激器的人机交互控制。

在上述电容耦合传能的神经电刺激系统中，优选地，所述程序控制器通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

根据本实用新型的植入式神经电刺激器系统，由于采用电容耦合实现电能传输，因此能够传递更大的电功率，从而拓展了适用范围。

本实用新型的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

图1显示了神经电刺激器系统的原理框图。

图2显示了程序控制器的原理框图。

图3显示了体外能控器的原理框图。

图4显示了体内神经电刺激器的原理框图。

图5显示了体内神经电刺激器的主控芯片结构框图。

图6显示了电容耦合电容极片实施示意图。

图7显示了补偿谐振网络的第一实施例。

图8显示了补偿谐振网络的第二实施例。

图9显示了补偿谐振网络的第三实施例。

图10显示了主控芯片的上电认证过程。

图11显示了主控芯片的上电复位波形。

图12显示了阻抗测量流程图。

图13显示了电刺激参数写入过程的流程图。

图14显示了电刺激实施流程图。

图15显示了第一种电刺激波形I。

图16显示了第二种电刺激波形II。

图17显示了第三种电刺激波形III。

图18显示了第四种电刺激波形IV。

图19显示了第五种电刺激波形V。

图20显示了手动调节模式的流程图。

图21显示了新设备调试的流程图。

应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本实用新型的基本原理的各个特征。在此所公开的本实用新型的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。

在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本实用新型的相同或等效的部分。

附图标记列表：

01程序控制器

02体外能控器

201能控器控制单元

202蓝牙模块

203存储模块

204逆变模块

205能控器谐波通信模块

206电池模组

207能控器耦合电容极片

208能控器补偿谐振网络

209按键和显示模块

210wifi模块

03体内神经电刺激器

301刺激器耦合电容极片

302整流电路

303刺激器谐波通信模块

304滤波电容

305刺激器补偿谐振网络

306主控芯片

307刺激电极

308平衡电容。

具体实施方式

现在将具体参考本实用新型的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。该示例性实施方式是例子并且可以被本领域技术人员利用各种不同的形式来实施。因此，本实用新型并未限定于此文中所描述的示例性实施方式。

如图1所示，本实用新型的电容耦合传能的神经电刺激系统包括三个部分：安装有上位机控制APP的硬件载体的程序控制器01(例如，搭载IOS系统的硬件，如ipad等)、体外能控器02和体内神经电刺激器03。程序控制器01与体外能控器02之间可通过蓝牙模块或选配的wifi模块进行通信。体外能控器02与体内神经电刺激器03之间通过谐波通信模块或蓝牙模块进行通信。体内神经电刺激器03通过电容耦合方式从体外能控器02获取电能。

程序控制器01及其上的APP作为主要的信息交互平台，可以实现全部的控制、调试程序和患者相关信息查询、体内神经电刺激器03配置等功能。医生可以通过程序控制器01对患者信息进行管理，设定治疗方案、调整参数配置等信息，并查看电刺激治疗过程中所记录的相关数据。

在如图2所示的程序控制器01中，设有蓝牙模块。此时，程序控制器01通过蓝牙协议与体外能控器02进行通信。

此外，可在体外能控器中集成wifi模块，这样可以实现医生对患者进行远程查看数据并调整治疗方案。Wifi模块可以是选配配件，由患者指定是否配置。

体外能控器02是实现程序控制器01与体内神经电刺激器03之间实现数据传输与控制、调试等功能的中继部分，同时也是为体内设备供电的主体部分。

如图3所示，体外能控器02包含有能控器控制单元201、蓝牙模块202、存储模块203、逆变模块204、能控器谐波通信模块205、电池模组206、以及至少一个的能控器耦合电容极片207、能控器补偿谐振网络208，按键和显示模块209。也可以选配wifi模块210，如图3所示。

体外能控器02通过蓝牙模块202与程序控制器01进行通信，并按照从程序控制器01上获取的信息配置内部寄存器数据，将所需生成的电刺激信号的全部参数存储在存储模块203(可采用非易失存储器)中，并能够长期可靠保存。

同时体外能控器02通过逆变模块204，将电池组的直流电变换为高频交流电，经能控器补偿谐振网络208调整后送入能控器耦合电容极片207，向体内神经电刺激器03供电。主控芯片通过能控器谐波通信模块205，利用逆变模块204产生的高频交流电的2次或更高次的谐波进行信息调制与解调，与体内能控器实现通信。

也就是说，体外能控器中，逆变器电路将直流电逆变成交流电，该交流电由不同阶次的谐波构成，其中基波的能量最大，用于电能传输。除了基波外，滤波电路还提取A次谐波和B次谐波。A次谐波用于向体内发送信息数据，B次谐波用于从体内向体外发送数据。

体内神经电刺激器03，包含有至少一个的用于接收体外能控器电能的刺激器耦合电容极片301，以及与之相连的整流电路302、刺激器谐波通信模块303、滤波电容304、刺激器补偿谐振网络305等分立元件。此外还包含一个主控芯片306以及实现电刺激功能的若干组刺激电极307和平衡电容308。如图4所示。

此外，由于电容耦合的方式能够传递更多的电能，因此，体内神经电刺激器03也可以配置有蓝牙模块。在这种情况下，体外能控器也可以通过蓝牙与体内神经电刺激器03进行实时的双边通信。

刺激器耦合电容极片301通过电容耦合的方式从体外能控器的能控器耦合电容极片207上获取电能，并经过刺激器补偿谐振网络305对无功功率进行补偿。经过整流电路302将交流电能变换为直流电能，并经过滤波电容304进行直流滤波，该电容还可以起到存储少量电能的作用。经过整流、滤波后的直流电能供给主控芯片306使用。此外，刺激器谐波通信模块303与刺激器电容极片301相连，实现对谐波信号的调制和解调功能。并将数据与主控芯片进行交换。

刺激电极307是神经电刺激的主要执行部件，对神经实施电流脉冲刺激。平衡电容308的作用是在神经电刺激的实施过程中保证每个电极307的静电荷为零，实现电荷平衡。

主控芯片306可以实现配置信息存储、数据计算、控制产生电刺激脉冲等功能，是实现体内电刺激功能的主要控制部件。主控芯片306中也可以集成蓝牙模块，其取代谐波通信模块的作用。主控芯片306内部框图如图5所示。

主控芯片306的内部配置有控制器、存储器、可控电流源、电极接口电路、测量反馈电路、调制与解调电路。此外在电源端还配置有稳压电路和过电保护电路，以保证供电电压不会超过预警电压值，由此保护主控芯片306。存储器可以采用非易失存储器，以实现断电保存，用来长期可靠保存电刺激脉冲的相关设定参数。芯片内部可以选配蓝牙模块，从而支持蓝牙通信协议。

主控芯片306通过控制器，对可控电流源电路进行控制，产生所需的电流脉冲刺激信号，并通过电极接口电路将脉冲发送给指定的电极上。

图6为能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301的实施方式示意图。如图6所示，是使用时，体外能控器02的能控器耦合电容极片207与体内神经电刺激器03刺激器耦合电容极片301分别设置在患者皮肤的外侧和内侧。

以下详细阐述本实用新型的电容耦合传能的神经电刺激系统的操作。

电能传输过程

电能传输主要由体外能控器02进行控制，体外能控器02中的电池模组206是主要的电能存储部件，能控器控制单元201通过对逆变模块204的控制，将电池模组206提供的直流电能逆变为高频交流电，其频率可以为从1MHz至40MHz。由于能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301之间的耦合为电容耦合，存在较大的等效串联电容，所以为了对系统的无功功率进行补偿，增加设置有能控器补偿谐振网络208与刺激器补偿谐振网络305。对于体内植入部分的刺激器补偿谐振网络305，由于需要考虑到核磁共振兼容性以及体积等因素，可以采用简单的串联电感补偿、或者不补偿的方式。

但是，体外能控器部分的能控器补偿谐振网络208可以存在多种可选的实施方案。

方案1，为最简单的串联电感补偿，如图7所示。

方案2，为LCL补偿网络拓扑，如图8所示。方案2在可以有效补偿无功功率的同时，还可以对系统的阻抗特性进行变换，改善系统谐振频率漂移的问题。

方案3，为带有中继线圈的补偿谐振网络方案，其中能控器耦合电容极片207与中继线圈二次侧绕组产生较强烈的谐振，能够增加系统最大传输功率的性能。

电能经过能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301之间的等效电容后，可以传递到体内神经电刺激器03中的整流电路302，由其将高频的交流电能变换为直流电能，供体内神经电刺激器03使用。

通讯实施过程

对于体内神经电刺激器03的主控芯片306集成了蓝牙模块的可选方案，通信可以通过蓝牙传输协议实现，因此在这里不做赘述。下面介绍采用谐波通信模块的实施方案。

在采用谐波进行通信的方案中，当体外能控器02向体内神经电刺激器03传输数据的时候，能控器控制单元201控制能控器谐波通信模块205产生等同于逆变模块204输出频率A倍的A次谐波，并将信息调制到该A次谐波中，调制方法可以采用ASK方式。该A次谐波经能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301的耦合，进入体内神经电刺激器03。

体内神经电刺激器03中的刺激器谐波通信模块303中配置了对该A次谐波敏感的滤波电路，经滤波电路提取后，送入主控芯片306进行处理。

当体外能控器02需要读取体内神经电刺激器03的数据的时候，体外能控器02控制能控器谐波通信模块205，产生B次谐波，并将该谐波发送给能控器耦合电容极片207。

B次谐波经过能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301之间的电容耦合，可以传送到体内神经电刺激器03中。主控芯片306控制刺激器谐波通信模块303，对B次谐波的阻抗进行调制，采用阻抗调制的方式将数据传递给体外能控器02。体外能控器02中的能控器谐波通信模块205对B次谐波下系统的等效阻抗值进行测量，从而获得体内神经电刺激器03的反馈数据。

A次谐波与B次谐波可以是不同的谐波次数，也可以是相同的谐波次数。可以是固定的谐波次数，也可以是实时变化的谐波次数。可以是数字量调制的方式，也可以是模拟量调制的方式。

主控芯片的上电认证过程

如图10所示。首先体外能控器02通过能控器耦合电容极片207与刺激器耦合电容极片301之间的电容耦合进行能量传输，等待体内神经电刺激器03中的主控芯片306上电复位。体内神经电刺激器03内部电路在滤波电容304上的电压达到规定电压后，生成复位信号，主控芯片306开始工作，并对外反馈芯片ID(即，芯片标识)。上电复位信号如图11所示。

体外能控器02在第一次收到芯片ID信息时，将信息发送给程序控制器01进行确认，同时将芯片ID记录在EEROM存储器中，实现设备绑定。设备绑定后，再次进行认证时则不再需要程序控制器01参与。

阻抗测量过程

体外能控器02向体内神经电刺激器03进行阻抗测量请求，并发送密钥。体内神经电刺激器03的主控芯片306接收到请求后，先核实密钥有效性，然后开始阻抗测量程序。测量流程如图12所示。

主控芯片306首先测量整流电路输出电压值，并将该电压值发送给体外能控器02。体外能控器02根据该电压值决定是否进行调整(图12显示的是对逆变模块进行调整)，或是否开始阻抗测量过程。主控芯片306接到体外能控器开始测量过程的命令后，根据标准测试程序，控制将标准幅值和时长的电流脉冲加载到某电极组合上，并对发射电极和返回电极之间的电压进行测量，将测量数值进行AD转换后储存在主控芯片306内指定存储空间中。一个电刺激脉冲周期后，将测量数据发送给体外能控器02。体外能控器02在接收数据并通过校验后，将数据发送给程序控制器01，并向体内神经电刺激器03发送确认信息。体内神经电刺激器03接收到确认信息后，开始进行下一组电极的阻抗测试流程。

所谓“电极组合”，是指同种极性的电极构成的集合，包括发射电极集合(该集合中的电极极性为正)、返回电极集合(该集合中的电极极性为负)和空置电极集合(该集合中的电极极性为0)。通过电极极性分配，可以构成各种不同的电极组合。

如此循环，直至全部阻抗测量程序实施完毕。全部数据最终汇总到程序控制器01中进行存储和计算，并计算出所有需要测量的电极间阻抗。

电刺激实施过程

图13显示了电刺激参数的写入过程。通过该过程，包含有上位机控制APP的程序控制器01仅由体外能控器02将电刺激参数写入到体内神经电刺激器03。电刺激全部所需参数会长期保存在体内神经电刺激器03的存储器内。

在常规电刺激实施的过程中不需要外部发射器进行任何主动的控制。具体实施如下。

首先进行上电认证过程。在上电认证完成后，体内神经电刺激器03将按照存储的电刺激参数，生成所需的电流源脉冲刺激信号，并将刺激信号加载到相应的电极上。然后测量实际刺激电流，并将测量值存储在芯片的数据存储器中相应的位置。当一个电刺激脉冲实施完毕后，再实施一个电荷平衡过程从而使该电极上的净电荷恢复为0，可分为主动式电荷平衡过程和被动式电荷平衡过程两种。所实施的电刺激波形可以是如图15、图16、图17、图18、图19所示的波形，但并不只限于以上几种波形。通过芯片内部的控制，只要电刺激波形在单个电极端的净电荷为零，可以输出任意形状的电刺激波形。

电荷平衡过程结束后，等待整个脉冲周期结束，则一个完整的脉冲刺激过程实施完毕。

主控芯片306根据反馈情况，确认所需的直流电压值，并与整流电路302所输出的实际的直流的整流电压值相比较。

当整流电压值不足时，主控芯片306向体外能控器02发出要求提高发射功率等级的请求。当整流电压值过高时，主控芯片306向体外能控器02发出要求降低发射功率的请求。

体外能控器02根据接收到的请求，调整发射功率。

患者手动调节模式

本系统提供患者手动调节模式，患者可以根据自己的个人感受随时切换到手动调节模式上。手动调节模式有两种实施方法。如图20所示。

实施方法1：修正系数式手动调节。

在实施方法1中，患者手动调节的是一个体外能控器02自定义的数字修正量。体外能控器02将数字修正量发送给体内神经电刺激器03的RAM中，体内神经电刺激器03根据修正量叠加在原存储的电刺激幅值参数上，然后输出经过修正后的幅值的电刺激脉冲。

实施方法2：开环控制模式。

在实施方法2中，患者调节的是体外能控器02的发射功率。体内神经电刺激器03切换为电压源型刺激脉冲模式。在该模式中，电刺激脉冲的周期、频率、以及相应的电极配置保持不变。但是幅值由整流电路302输出的直流电压直接加载到电极两端实施刺激。因此刺激的幅值受体外能控器02的发射功率进行控制。此时控制为开环控制，刺激的幅值完全由患者手动调节。

新设备调试

图21显示了新设备调试的流程图。

由程序控制器01进行控制，程序控制器01通过蓝牙，将调试指令发给体外能控器02。体外能控器02开始进行调试操作。如图21所示。

体外能控器02首选开始上电认证过程。

体外能控器02在确认芯片ID合法后，向体内神经电刺激器03发送设备调试指令。体内神经电刺激器03接收指令后，开始进行各电极间的阻抗测量程序。

阻抗测量结束后，由程序控制器01设置电刺激参数，并通过体外能控器02，将参数信息发送给体内神经电刺激器03。体内神经电刺激器03在接收到电刺激参数后，将所有参数存储在内部的EEPROM中。

在存储好参数后，主控芯片306根据参数开始如下的电刺激测试过程：

首先，主控芯片306根据电刺激参数，实施若干组电刺激脉冲，并完成必要的测量任务，即测量电极间的电压。刺激结束后，将测量数据通过体外能控器02，传送给包含有上位机APP的程序控制器01。然后在开始持续发送电刺激脉冲，直到接收到下一个命令，或计时器超限。

然后，包含有上位机APP的程序控制器01根据测量数据和患者感受，调整刺激参数后再次进行上述电刺激测试过程。如此反复，直到确认全部电刺激参数为止。

最后，包含有上位机APP的程序控制器01通过体外能控器02将最终确认的参数发送给体内神经电刺激器03进行存储。

刺激电流异常处理一

在常规的电刺激实施过程中，采用可控电流源电路生成电刺激脉冲。若实测电流始终无法达到理论控制值，则属于电流过低异常情况，需要进行处理。这通常是由于整流电路302输出的整流电压的幅值不足，或电极阻抗发生变化等因素引起的。

主控芯片306根据异常处理程序，首先检查整流电压的幅值。若整流电压的幅值不足，则向体外能控器02发送增加发射功率请求。在连续N(合理数值)次发送请求后，整流电压的幅值仍然不足的情况下，发送故障码，交由体外能控器02处理。若整流电压的幅值正常，或经过若干次请求后恢复正常，则开启阻抗测量程序。

完成阻抗测量程序，并将测得的阻抗与原记录阻抗值进行比较，若确发生异常，则对体外能控器02发送故障码。若无异常，则再次尝试进行常规电刺激程序。

如刺激电流异常消失，则处理完毕。如经过两次上述的处理流程后，刺激电流异常仍然存在，则可能是体内电刺激本身发生故障，向体外电刺激器发送故障码，并停机。

刺激电流异常处理二

在有些电刺激实施过程中，可能出现电流过高异常。由于采用的是电流源电路，本身具备抑制电流过高的能力，因此出现电流过高异常，通常意味着芯片故障。处理方式为向体外能控器02报故障码，并停机。

射频整流电路输出电压异常

电压幅值如果明显不足，参照“患者手动调节”部分中关于电压幅值不足的处理方式。这种情况不属于本条目异常情况范围。

若电压幅值明显超高，则可能出现不明干扰源。此时，主控芯片306发送故障码，并对天线进行短路操作或阻抗切换操作，或改变天线结构，从而抑制电压过高，保护体内神经电刺激器03。

电荷平衡方法

本系统采用主动式电荷平衡和被动式电荷平衡相结合的方式。

主控芯片306的接口电路与刺激电极307之间串联了一组电容器，即，平衡电容308。平衡电容308可以保证每根电极上的静电荷为零。若电极上静电荷不为零，则主控芯片306控制接口电路，为平衡电容308提供放电回路。电容器放电过程会自动达成每根电极的电荷平衡。

当电刺激脉冲频率较低的时候，通常两个电刺激脉冲之间时间较长，可以允许平衡电容充分放电，完成被动式电荷平衡。

当电刺激频率较高的时候，两个脉冲之间的时间可能不足以为电容充分放电，因此需要进行主动式电荷平衡。即，在实施一个电刺激脉冲后，将全部配置过的电极进行反转(发射电极变为返回电极，返回电极变为发射电极，空置电极不变)，然后再次实施一个相同幅值的电刺激脉冲。相当于在电极上实施一个正向脉冲后，立即实施一个相同的反响脉冲。

主动式电荷平衡的方式，也可以反向应用，即先实施一个反向脉冲，再马上实施一个正向脉冲。这种实施方式可以输出一个本来无法输出的更高电流幅值的电刺激脉冲。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本实用新型，或者将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (16)

1.一种体内神经电刺激器(03)，其特征在于，包括：

至少一个刺激器耦合电容极片(301)，用于与体外能控器(02)的能控器耦合电容极片(207)进行耦合，由此从体外能控器(02)接收电能并实现信息交换；

刺激器补偿谐振网络(305)，其连接到刺激器耦合电容极片(301)，从而对所接受的电能中的无功功率进行补偿；

整流电路(302)，其连接至刺激器补偿谐振网络(305)，将经过补偿偶的交流电能变换为直流电能；

滤波电容(304)，其连接至整流电路(302)，对整流后的直流电能进行直流滤波；

主控芯片(306)，其控制所述体内神经电刺激器的运行，连接至所述整流电路(302)和所述滤波电容(304)并接受其供电；

刺激器谐波通信模块(303)，其连接在所述刺激器耦合电容极片(301)和所述主控芯片(306)之间，用于对通信信息进行调制和解调；

多组刺激电极(307)和对应的平衡电容(308)，每个平衡电容(308)连接在主控芯片(306)和对应的刺激电极(307)之间，从主控芯片(306)接收刺激脉冲并施加到对应的刺激电极(307)上，并实现电荷平衡。

2.根据权利要求1所述的体内神经电刺激器(03)，其特征在于，包括2个刺激器耦合电容极片(301)，其中所述刺激器补偿谐振网络(305)以如下方式构成：所述2个刺激器耦合电容极片(301)中的1个通过刺激器补偿电感(L31)连接至所述整流电路(302)，所述2个刺激器耦合电容极片(301)中的另一个直接连接至所述整流电路(302)。

3.根据权利要求1所述的体内神经电刺激器(03)，其特征在于，所述刺激器谐波通信模块(303)包括对A次谐波敏感的滤波电路，由此从所接收的信号中的A次谐波中提取信息，并将所述信息传递给所述主控芯片(306)。

4.根据权利要求3所述的体内神经电刺激器(03)，其特征在于，所述刺激器谐波通信模块(303)还包括对B次谐波敏感的滤波电路，由此从所接收的信号中提取B次谐波，所述主控芯片(306)控制所述刺激器谐波通信模块(303)对B次谐波的阻抗进行调制，经过阻抗调制的数据由所述刺激器耦合电容极片(301)发送给体外能控器。

5.根据权利要求4所述的体内神经电刺激器(03)，其特征在于，B等于A。

6.一种体外能控器(02)，用于向体内神经电刺激器发送电能并与体内神经电刺激器进行通信，其特征在于，包括：

电池模组(206)，用于对所述体外能控器(02)进行供电；

能控器控制单元(201)，用于控制所述体外能控器(02)的运行；

上位机通信模块，其连接至所述能控器控制单元(201)，所述能控器控制单元(201)通过所述上位机通信模块与程序控制器(01)进行通信；

存储模块(203)，用于存储电刺激信号，并其连接至所述能控器控制单元(201)；

逆变模块(204)，其连接至所述电池模组(206)和所述能控器控制单元(201)，用于将所述电池模组(206)供应的直流电转换为交流电；

能控器补偿谐振网络(208)，其连接至所述逆变模块(204)，对系统的无功功率进行补偿，

至少一个能控器耦合电容极片(207)，其连接至所述能控器补偿谐振网络(208)的输出端；

能控器谐波通信模块(205)，由所述电池模组(206)供电，并跨接至所述能控器控制单元(201)和所述能控器耦合电容极片(207)之间，用于对通信信息进行调制和解调；以及

按键和显示模块(209)，其包括按键和显示屏，所述按键用于输入操作指令，所述显示屏用于显示输入内容和与体内神经电刺激器的运行有关的信息。

7.根据权利要求6所述体外能控器(02)，其特征在于，包括2个能控器耦合电容极片(207)，其中所述能控器补偿谐振网络(208)以如下方式构成串联电感补偿网络：所述2个能控器耦合电容极片(207)中的1个通过第一能控器补偿电感(L21)连接至所述逆变模块(204)，所述2个能控器耦合电容极片(207)中的另一个直接连接至所述逆变模块(204)。

8.根据权利要求6所述体外能控器(02)，其特征在于，包括2个能控器耦合电容极片(207)，其中所述能控器补偿谐振网络(208)以如下方式构成LCL补偿网络拓扑：所述2个能控器耦合电容极片(207)中的1个通过第一能控器补偿电感(L21)和第一能控器补偿电感(L22)串联连接至所述逆变模块(204)；所述2个能控器耦合电容极片(207)中的另一个直接连接至所述逆变模块(204)而形成有连接点，所述连接点通过第一能控器补偿电容(C1)连接至所述第一能控器补偿电感(L21)和第一能控器补偿电感(L22)的公共连接端。

9.根据权利要求6所述体外能控器(02)，其特征在于，包括2个能控器耦合电容极片(207)，其中所述能控器补偿谐振网络(208)以如下方式构成带有中继线圈的补偿谐振网络结构：包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的一端连接至所述逆变模块(204)的第一输出端，初级绕组的另一端通过第二能控器补偿电容(C2)连接至所述逆变模块(204)的第二输出端；所述次级绕组的一端连接至所述能控器耦合电容极片(207)中的一个，所述次级绕组的另一端连接至所述能控器耦合电容极片(207)中的另一个。

10.根据权利要求6所述体外能控器(02)，其特征在于，所述能控器控制单元(201)控制所述能控器谐波通信模块(205)产生等同于逆变模块(204)输出频率A倍的A次谐波，并将信息调制到该A次谐波中。

11.根据权利要求10所述体外能控器(02)，其特征在于，所述能控器控制单元(201)控制所述能控器谐波通信模块(205)产生等同于逆变模块(204)输出频率B倍的B次谐波，并将该谐波发送给电极片(207)。

12.根据权利要求11所述体外能控器(02)，其特征在于，B等于A。

13.根据权利要求6所述体外能控器(02)，其特征在于，所述上位机通信模块为蓝牙模块(202)或wifi模块。

14.一种电容耦合传能的神经电刺激系统，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的体内神经电刺激器(03)以及根据权利要求6至13中任一项所述体外能控器(02)。

15.根据权利要求14所述电容耦合传能的神经电刺激系统，其特征在于，还包括程序控制器(01)，所述程序控制器(01)具有与所述体外能控器(02)通信的程序控制器通信模块，并具有上位机控制APP，用于实现对于体外能控器(02)和体内神经电刺激器(03)的人机交互控制。

16.根据权利要求15所述电容耦合传能的神经电刺激系统，其特征在于，所述程序控制器通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

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