[发明专利]一种神经系统磁感应电刺激装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种神经系统磁感应电刺激装置。

背景技术

脊髓损伤(Spinal Cord Injury，SCI)后的功能重建是神经科学研究的难点之一，随着微电子 技术，微处理技术和神经科学的不断发展，康复工程工作者成功的运用功能性电刺激 (Functional Electrical Stimulation，FES)系统使脊髓损伤患者能够用手和腿完成部分功能，并且 获得一定程度的控制排尿和通便的功能。为了达到长期使用的目的，FES系统需要植入体内， 但是电源体积庞大以及需要更换的问题一直制约着FES的发展。早在上世纪70年代就有学者 提出利用一对发射—接收线圈来实现电能的传递，一个接收线圈接收来自发射线圈的射频信 号，并将其转化为直流电信号为植入体内的刺激器供电。目前很多植入式电刺激装置采用这 种能量传输方式，频率一般为几百兆赫，如美国专利5741316，6804561，7177698，7209792， 7392091。虽然这种能量传输方式使植入器件的尺寸得到一定程度的减小，但是植入器件体 积仍然较大，影响了患者的活动。目前还没有专利采用脉冲电磁场进行能量传递。

此外利用振荡电场刺激可以促进SCI后轴突再生，使患者恢复部分功能。目前关于振荡 电场刺激仪器及治疗方法的专利共有四项，均为美国专利(专利号4774967，4919140，6975907 和7199110)，装置采用电池供电，治疗方式为植入或半植入式。但现有研究发现使用振荡电 场刺激治疗的有效时间是6-12个月，现有的电池很难满足长时间工作的要求(否则体积会很 大)，因此现有专利技术很难做到长时间植入，而半植入式的装置长时间工作(1年)很难避 免感染等问题。

相对于需要植入器件的FES系统，无创的磁刺激方法更容易为患者所接受。磁刺激是根 据法拉第电磁感应定律，利用线圈内的时变电流所产生的时变磁场，在神经上形成感应电场， 从而使神经兴奋。从某种意义上讲，磁刺激和电刺激的原理是相同的，当感应电场值超过阈 值时，神经就会兴奋，达到和电刺激相同的效果。目前在磁刺激的专利中，都是对位置较浅 的神经进行刺激，中国专利200510015749.4设计了多导脑部磁刺激仪，在头罩内侧固定 128个线圈，对应于128个电路控制块，所有线圈形状相同，刺激范围可以达到人脑的任意 范围。中国专利200510077042.6使用一对同轴线圈对神经进行体外刺激，两线圈都需要 电源驱动。中国专利94102890.9将磁刺激与超声相结合对皮下神经进行刺激。上述专利虽 然实现了对于神经的体外无创刺激，但是由于磁场随距离迅速衰减，磁刺激还无法作用于体 内较深位置的神经，而且由于磁刺激的聚焦性差，刺激时会造成非靶组织兴奋，造成副作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有植入式电刺激器含有内置电源而且体积庞大，以及直接磁刺激 刺激深度浅、聚焦性差的缺点，通过在体内预埋入感应线圈和刺激电极，然后进行磁刺激的 方法提高神经上的电场强度，可以应用于人体深部神经刺激。

本发明由体外器件和体内器件两部分组成。体外器件包括刺激器和激励线圈，用来提供 脉宽小于0.5毫秒的脉冲磁场，而非射频电磁场；体内部分包括感应线圈和刺激电极，用来 产生感应电动势并完成电刺激，而体内部分本身不含内置电源。

本发明体内部分是将很小的感应线圈埋入皮下，所述线圈两端通过导线连接与神经相接 触的刺激电极，在体外放置一个与感应线圈同轴的激励线圈。刺激时，激励线圈在由刺激器 提供的脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，使感应线圈中产生感应电动势并在两电极之间的神 经上形成电场，从而使神经兴奋。

本发明的刺激器利用储存电能的电容对激励线圈放电，产生脉冲电流。通过对刺激器参 数的调整，实现对磁感应电刺激效果的体外控制。

本发明的激励线圈由铜线绕制而成，外面套有绝缘外壳。激励线圈在脉冲电流的作用下 在其附近空间产生脉冲磁场。激励线圈的电感影响着脉冲磁场的幅度和脉宽，它的大小和形 状影响了磁场和感应电场的分布。