CN219167515U - 直流泄漏检测控制电路和电刺激器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流泄漏检测控制电路和电刺激器，其中，直流泄漏检测控制电路包括：脉冲发生模块、N个电极、漏电流采集模块、N个第一开关和控制模块，脉冲发生模块用于产生电脉冲信号；N个电极与脉冲发生模块电连接以形成N个电脉冲通道，电极用于根据脉冲发生模块的电脉冲信号进行放电以激活，其中，N≥1；漏电流采集模块连接N个电脉冲通道，用于采集电脉冲通道在预设时间内的累积电荷信号；N个第一开关分别设置于N个电脉冲通道上，以连通或断开电脉冲通道的供电；控制模块与漏电流采集模块和N个第一开关的控制端连接，用于根据累积电荷信号控制N个第一开关的开关状态。该控制电路安全系数高、体积小。

Description

直流泄漏检测控制电路和电刺激器

技术领域

本实用新型涉及电刺激器技术领域，尤其是涉及一种直流泄漏检测控制电路和电刺激器。

背景技术

电刺激器产品通常用于改善人体机能或治疗疾病，电刺激器工作时的有效信号是电脉冲信号，当电极处于激活工作状态并发出电刺激脉冲信号时，刺激电极呈电中性。但由于脉冲发生器电路内开关设计的非理想性，电极处于未被激活状态时，即使电刺激器中开关的PN结处于截止状态，电路中仍然会存在直流泄漏电流。而电刺激器全部的生命周期内，产品的老化以及器件内部温度的升高，均有可能使电路中的直流泄漏电流增大，当电刺激器的电极部分直接接触人体组织时，植入后的产品保证电中性对于患者的安全至关重要，因此，需保证电刺激器具有安全且有效的直流泄漏监测和防护措施。对于直流泄漏的防护，现有技术中通常采用在每个电极与脉冲发生器之间设置适合参数的电容的方式来隔离直流泄漏电流，在实现有效隔离直流泄漏电流的同时，保证电脉冲信号正常工作。

在现有技术中，采用隔直电容技术隔离直流泄漏电流时，若该电刺激器需要设计多个电脉冲通道和多个电极时，随着电极数目的增加，其所需设置的隔直电容需要的数量也随之增加，则脉冲发生器的体积也会相应增大，若将电刺激器产品植入人体时会增加电刺激器植入的难度，也会降低产品的可靠性。并且，该采用设置隔直电容的方式隔离直流泄漏电流属于被动防护，无法实时对直流泄漏电流大小进行监测，因此当电路存在异常时无法及时进行处理，其产品的安全系数有待提升。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种直流泄漏检测控制电路，能实时、主动地对电刺激器中的直流泄漏电流进行监测和有效防护，安全系数高、体积小、系统可靠性高。

本实用新型的另一个目的在于提出一种电刺激器。

为了达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出的直流泄漏检测控制电路，用于电刺激器，包括：脉冲发生模块，用于产生电脉冲信号；N个电极，N个所述电极与所述脉冲发生模块电连接以形成N个电脉冲通道，所述电极用于根据所述脉冲发生模块的电脉冲信号进行放电以激活，其中，N≥1；漏电流采集模块，所述漏电流采集模块连接N个所述电脉冲通道，用于采集所述电脉冲通道在预设时间内的累积电荷信号；N个第一开关，N个所述第一开关分别设置于所述N个电脉冲通道上，以连通或断开所述电脉冲通道的供电；控制模块，所述控制模块与所述漏电流采集模块和N个所述第一开关的控制端连接，用于根据所述累积电荷信号控制N个所述第一开关的开关状态。

根据本实用新型实施例提出的直流泄漏检测控制电路，N个电极与脉冲发生模块连接形成N个电脉冲通道。利用直流泄漏电流在电极上累积一段时间后电极电压将升高的特点，设置漏电流采集模块采集电脉冲通道在预设时间内的累积电荷信号，进而根据采集的累积电荷信号实现实时、主动地监测N个电脉冲通道中的直流泄漏情况，安全系数高，且相较于采用常规的隔直电容隔离直流泄漏的方式，采用该漏电流采集模块对微小泄漏电流进行实时监测时，能缩小电路体积、提升系统稳定性。此外，本实用新型在N个电脉冲通道中分别设置N个第一开关，通过及时断开泄漏电流异常通道的供电链路，保留其他通道正常的电极继续被激活使用，有效延长了电刺激器的使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，所述漏电流采集模块包括：开关模块，所述开关模块用于连通或断开相应所述电脉冲通道上累积电荷信号的采集；模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换电路的输出端与所述控制模块连接，用于将所述累积电荷信号转换为数字采集信号。

在本实用新型的一些实施例中，所述控制模块包括：比较器，所述比较器的输入端与所述模拟数字转换电路的输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过预设安全阈值时输出断开信号；控制器，所述控制器与所述比较器的第一输出端和N个所述第一开关连接，用于在接收到所述断开信号时控制对应的第一开关断开；所述控制器还与所述开关模块的控制端连接，用于控制所述开关模块连通或断开相应所述电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

在本实用新型的一些实施例中，所述开关模块包括：N个第二开关，N个所述第二开关分别连接于N个所述电脉冲通道，用于连通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。其中，通过对N个第二开关的控制，能对单个或多个通道的直流泄漏进行监测，既能提高监测效率、又能节省系统功耗，还能有效延长电刺激器的使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，所述直流泄漏检测控制电路还包括：提示模块，所述提示模块与所述比较器的第二输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过所述预设安全阈值时进行告警提示。

在本实用新型的一些实施例中，所述直流泄漏检测控制电路还包括：第三开关，所述第三开关与所述脉冲发生模块连接，用于控制所述脉冲发生模块整体的供电状态。

在本实用新型的一些实施例中，所述模拟数字转换电路包括1个模拟数字转换器，所述模拟数字转换器的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换器的输出端与所述控制模块连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述脉冲发生模块包括M个脉冲发生电路，M个所述脉冲发生电路与N个所述电极连接以形成N个所述电脉冲通道，其中，N为M的倍数。

为了达到上述目的，本实用新型第二方面实施例提出的电刺激器，包括上面任一项所述的直流泄漏检测控制电路。

在本实用新型的一些实施例中，所述电刺激器具体为脑深部电刺激器、脑皮层刺激器、脊髓刺激器、人工耳蜗植入体或视网膜电刺激器。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图；

图2为根据本实用新型另一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图；

图3为根据本实用新型又一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的电刺激器的框图。

附图标记：

电刺激器100；

直流泄漏检测控制电路10；

脉冲发生模块1、N个电极2、漏电流采集模块3、N个第一开关4、控制模块5、提示模块6、第三开关7；

开关模块31、模拟数字转换电路32、比较器51、控制器52；

供电电路P、电极21、电极22、电极2N、第一开关41、第一开关42、第一开关4N、第二开关311、第二开关312、第二开关31N、脉冲发生电路11、脉冲发生电路12、脉冲发生电路1M。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的直流泄漏检测控制电路。

在本实用新型的实施例中，其中电刺激器可以为植入式医疗器械的电刺激器类产品，电刺激器通过将电极植入到特定区域，并发送一定频率的电脉冲对该作用区域刺激放电，从而达到改善或治疗疾病的目的。直流泄漏检测控制电路集成在电刺激器中，用于检测电刺激器中直流泄漏电流，并根据直流泄漏电流控制电刺激器的工作状态的电路。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，为根据本实用新型一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图，其中，直流泄漏检测控制电路10包括脉冲发生模块1、N个电极2、漏电流采集模块3、N个第一开关4和控制模块5，其中，N≥1。N优选为比现有电刺激器产品的电极数更多的数值，如64、128、256或其他多种可能的数值，以形成高密度、多电极的电刺激器。

脉冲发生模块1用于产生电脉冲信号，N个电极2与脉冲发生模块1电连接以形成N个电脉冲通道，电极2用于根据脉冲发生模块1的电脉冲信号进行放电以激活。如图1所示，例如，N个电极2可以包括电极21、电极22…电极2N，当N个电极2处于未激活状态时，可根据电脉冲信号进行放电以激活，以及，当N个电极2处于激活工作状态并进行刺激放电时，N个电极2的电中性由电脉冲信号的电荷平衡设计来保证。

漏电流采集模块3连接N个电脉冲通道，用于采集电脉冲通道在预设时间内的累积电荷信号。其中，直流泄漏电流在N个电极2上累积一段时间后将导致N个电极2电压升高，本实用新型实施例提出的直流泄漏防护技术采用累积电荷电压监测方式，实现半导体开关微小直流泄漏电流的监测。

具体地，可根据需要合理设定预设时间，以实现兼容对不同量级的直流泄漏电流进行监测，此处不作限定。漏电流采集模块3连接N个电脉冲通道后，可采集N个电极2在预设时间内的累积电荷电压大小。其中，将漏电流采集模块3分别连接N个电脉冲通道后，相当于将漏电流采集模块3与N个电极2短接。在对N个电极2上的累积电荷电压进行检测时，将漏电流采集模块3在T0时刻的采集到的电极电压记为V0，从T0时刻开始计时，经过预设时间到达T1时刻时，漏电流采集模块3再次采集电极电压并记为V1，其中预设时间为ΔT＝T1-T0，将两次检测到的电极电压相减即可得到预设时间ΔT内的N个电极2累积的电荷电压值ΔV＝V1-V2，该电荷电压值ΔV也就是电脉冲通道在预设时间ΔT内的累积电荷信号。漏电流采集模块3连接N个电脉冲通道时，能同时对N个电脉冲通道的直流泄漏电流测量，进而实现对N个电极2进行电压测量，有利于节省测量时间，提高测量效率。

在一些实施例中，如图1所示，N个第一开关4可以包括第一开关41、第一开关42…第一开关4N。N个第一开关4分别设置于N个电脉冲通道上，以连通或断开电脉冲通道的供电。其中，可以理解的是，电脉冲通道处于断电时，则与其连接的电极会处于断电状态而不能工作，通过控制N个第一开关4闭合或者关断，以实现打开或关闭对应电极的电脉冲通道。

此外，该N个第一开关4均可采用半导体开关，半导体开关的漏电电流通常仅为100pA左右，在满足电刺激器产品低功耗、小体积要求的同时，能有效减少电刺激器产品的直流泄漏电流。

在一些实施例中，控制模块5与漏电流采集模块3和N个第一开关4的控制端连接，用于根据累积电荷信号控制N个第一开关4的开关状态。

其中，本实施例的直流泄漏防护技术可支持设定直流泄漏电流异常判断条件，当根据累积电荷信号确定直流泄漏电流符合异常条件时，控制N个第一开关4断开以对脉冲发生模块1进行断电。例如，可根据电极电容值、直流泄漏电流要求以及测量电极累积电荷信号的预设时间ΔT设置预设安全阈值ΔV_TH，以满足本实用新型实施例的直流泄漏检测控制电路10的直流泄漏监测和主动防护要求，此处不对预设安全阈值ΔV_TH的值做具体限定。

具体地，控制模块5与漏电流采集模块3连接，控制模块5能获取漏电流采集模块3检测到的预设时间ΔT内的累积电荷信号ΔV，控制模块5中可预先存储有预设安全阈值ΔV_TH，将获取的累积电荷信号ΔV与预设安全阈值ΔV_TH与进行比较，以判断直流泄漏的大小。例如，当任意一个通道上累积电荷电压的量级达到易被监测的量级范围也就是确定ΔV＞ΔV_TH时，认为该电脉冲通道中的直流泄漏电流异常，此时控制与该电脉冲通道连接的第一开关4断开，进而断开对该电脉冲通道的供电，由此可知，本实用新型实施例的控制模块5和漏电流采集模块3能实现直流泄漏的主动防护。或者，确定其他的电极2上累积电荷电压的量级没有达到易被监测的量级范围也就是确定ΔV≤ΔV_TH时，则认为其他电脉冲通道中的直流泄漏电流处于正常范围内，则继续控制与这些电脉冲通道连接的第一开关4保持闭合状态，以保证连通电脉冲通道的供电。

由上，通过合理设置预设时间ΔT和预设安全阈值ΔV_TH，在电路中出现异常直流泄漏电流的情况下，直流泄漏检测控制电路10可及时进入诊断模式排查异常的电脉冲通道，并对异常电脉冲通道进行处理，既保证了电刺激器产品的使用安全，又能使其余正常的电极继续工作，延长了产品的使用寿命。

进一步地，本实用新型实施例的直流泄漏检测控制电路10，可在电刺激器上电或者掉电时执行上述实施例的直流泄漏监测和防护动作，或者，也可在电极2完成若干个电刺激周期且电极21处于未激活状态时进行(电刺激周期的间隙内执行)。更进一步地，直流泄漏检测控制电路10采用直流泄漏防护技术代替了常规使用的隔直电容技术，即使电刺激器中设置的电极数量较多时，也不会明显增加整个控制电路10的体积，可将漏电流采集模块3与控制模块5集成在如ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)芯片内，该芯片具有体积小、重量轻、功耗低和稳定性高等优势，能满足对高密度、多电极的电刺激器产品的体积的要求。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，为根据本实用新型另一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图，其中，漏电流采集模块3包括开关模块31和模拟数字转换电路32。

其中，开关模块31用于连通或断开相应电脉冲通道上累积电荷信号的采集。具体地，如图2所示，开关模块31包括N个第二开关，其中，N个第二开关可以包括第二开关311、第二开关312…第二开关31N。N个第二开关分别连接于N个电脉冲通道，N个第二开关用于连通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。此外，该开关模块31中的N个第二开关也可采用半导体开关，具有灵敏度高、频率响应快等特点。

模拟数字转换电路32的输入端与开关模块31连接，模拟数字转换电路32的输出端与控制模块5连接，用于将累积电荷信号转换为数字采集信号。其中，模拟数字转换电路32中可以包括ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器或者模拟/数字转换器)，以实现将模拟信号转换为数字信号。模拟数字转换电路32的电路选型需考虑累积电荷信号(与电压值对应)ΔV和预设安全阈值ΔV_TH的范围和采样精度要求进行设计，此处不作限定。

根据本实用新型实施例的直流泄漏检测控制电路10，通过在模拟数字转换电路32与N个电脉冲通道之间对应设置N个第二开关，以实现对单个或多个通道的直流泄漏进行监测。对多个通道同时进行监测可节省系统功耗，提高监测效率，便于对异常通道进行查找和单独诊断。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，控制模块5包括比较器51和控制器52。比较器51的输入端与模拟数字转换电路32的输出端连接，用于在累积电荷信号ΔV对应的数字采集信号超过预设安全阈值时输出断开信号。其中，比较器51可用于对接收到的累积电荷信号ΔV对应的数字采集信号进行分析和处理。比较器51中可预先存储有预设安全阈值ΔV_TH，将获取的累积电荷信号ΔV与预设安全阈值ΔV_TH进行比较，当确定ΔV＞ΔV_TH时，认为直流泄漏电流异常进而输出断开信号，以及当确定ΔV≤ΔV_TH时，则认为不存在直流泄漏电流或者直流泄漏电流未达到影响人体健康及安全的水平，不输出断开信号。控制器52与比较器51的第一输出端和N个第一开关4连接，用于在接收到断开信号时控制对应的第一开关4断开。

在另一些实施例中，控制器52还与开关模块31的控制端连接，用于控制开关模块31连通或断开相应电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，为根据本实用新型又一个实施例的直流泄漏检测控制电路的示意图，其中，直流泄漏检测控制电路10还包括提示模块6。提示模块6与比较器51的第二输出端连接，用于在累积电荷信号ΔV对应的数字采集信号超过预设安全阈值ΔV_TH时进行告警提示。进一步地，提示模块6还可针对性提示患者或医生具体哪一个通道出现直流泄漏异常。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，直流泄漏检测控制电路10还包括第三开关7，第三开关7与脉冲发生模块1连接，第三开关7用于控制脉冲发生模块整体的供电状态。

具体地，如图3所示，电流流经一供电电路P以为脉冲发生模块1供电时，可将第三开关7与供电电路P的第一端连接，将脉冲发生模块1与供电电路P的第二端连接，第三开关7为控制脉冲发生模块1工作状态的总开关，便于实现对N个电脉冲通道以及N个电极2的通电状态的统一控制，并在预设情况下整体断电，保证产品使用安全。

在本实用新型的一些实施例中，模拟数字转换电路32包括1个模拟数字转换器，模拟数字转换器的输入端与开关模块31连接，模拟数字转换器的输出端与控制模块5连接。该实施例通过1个模拟数字转换器，即能同时对N个电极2进行直流泄漏电流的异常监测，可节省系统功耗，显著降低硬件成本。

或者，作为一个可选实施例，模拟数字转换电路32包括N个模拟数字转换器或N的分数个模拟数字转换器，同样能够实现本实用新型的技术效果。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，脉冲发生模块1包括M个脉冲发生电路，其中，M个脉冲发生电路可以包括脉冲发生电路11、脉冲发生电路12…脉冲发生电路1M。M个脉冲发生电路与N个电极2连接以形成N个电脉冲通道，其中，N为M的倍数(包括一倍)。也就是说，一个脉冲发生电路可同时连接一个或者多个电极，一个脉冲发生电路可同时驱动一个或多个电极执行电刺激动作，每个电极与一个脉冲发生电路连接即可形成一个电脉冲通道。

在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，为根据本实用新型一个实施例的电刺激器的框图，其中，电刺激器100包括上面任一项实施例的直流泄漏检测控制电路10。

电刺激器100具体可以为脑深部电刺激器、脑皮层刺激器、脊髓刺激器、人工耳蜗植入体或视网膜电刺激器等，进而实现相应的如视觉、听觉、疼痛消除、运动障碍、成瘾疾病等治疗或修复。本实用新型尤其适用于高密度、多电极脑深部电刺激器。

根据本实用新型实施例的直流泄漏检测控制电路10和电刺激器100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种直流泄漏检测控制电路，用于电刺激器，其特征在于，包括：

脉冲发生模块，用于产生电脉冲信号；

N个电极，N个所述电极与所述脉冲发生模块电连接以形成N个电脉冲通道，所述电极用于根据所述脉冲发生模块的电脉冲信号进行放电以激活，其中，N≥1；

漏电流采集模块，所述漏电流采集模块连接N个所述电脉冲通道，用于采集所述电脉冲通道在预设时间内的累积电荷信号；

N个第一开关，N个所述第一开关分别设置于所述N个电脉冲通道上，以连通或断开所述电脉冲通道的供电；

控制模块，所述控制模块与所述漏电流采集模块和N个所述第一开关的控制端连接，用于根据所述累积电荷信号控制N个所述第一开关的开关状态。

2.根据权利要求1所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述漏电流采集模块包括：

开关模块，所述开关模块用于连通或断开相应所述电脉冲通道上累积电荷信号的采集；

模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换电路的输出端与所述控制模块连接，用于将所述累积电荷信号转换为数字采集信号。

3.根据权利要求2所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述控制模块包括：

比较器，所述比较器的输入端与所述模拟数字转换电路的输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过预设安全阈值时输出断开信号；

控制器，所述控制器与所述比较器的第一输出端和N个所述第一开关连接，用于在接收到所述断开信号时控制对应的第一开关断开；

所述控制器还与所述开关模块的控制端连接，用于控制所述开关模块连通或断开相应所述电脉冲通道的累积电荷信号的采集。

4.根据权利要求2所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述开关模块包括：

N个第二开关，N个所述第二开关分别连接于N个所述电脉冲通道，用于连通或断开对应连接电脉冲通道上累积电荷信号的采集。

5.根据权利要求3所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述直流泄漏检测控制电路还包括：

提示模块，所述提示模块与所述比较器的第二输出端连接，用于在所述累积电荷信号对应的数字采集信号超过所述预设安全阈值时进行告警提示。

6.根据权利要求1-5任一项所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述直流泄漏检测控制电路还包括：

第三开关，所述第三开关与所述脉冲发生模块连接，用于控制所述脉冲发生模块整体的供电状态。

7.根据权利要求2-5任一项所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，

所述模拟数字转换电路包括1个模拟数字转换器，所述模拟数字转换器的输入端与所述开关模块连接，所述模拟数字转换器的输出端与所述控制模块连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的直流泄漏检测控制电路，其特征在于，所述脉冲发生模块包括M个脉冲发生电路，M个所述脉冲发生电路与N个所述电极连接以形成N个所述电脉冲通道，其中，N为M的倍数。

9.一种电刺激器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的直流泄漏检测控制电路。

10.根据权利要求9所述的电刺激器，其特征在于，所述电刺激器具体为脑深部电刺激器、脑皮层刺激器、脊髓刺激器、人工耳蜗植入体或视网膜电刺激器。

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