[发明专利]一种植入式神经刺激系统

说明书

技术领域

本发明属于微型医疗器械领域，特别涉及一种医疗使用的植入式神经刺激系统以及其工作方法。

背景技术

植入式神经刺激系统种类很多，如植入式脑深部刺激器、植入式脊髓刺激器、植入式迷走神经刺激器等。由植入式神经刺激系统的刺激输出模块产生脉冲，通过植入电极释放高频电刺激，刺激体内特定部位的神经，从而实现对特定疾病的治疗作用。

由于植入式神经刺激系统使用时，其刺激电极直接植入人体组织内部。因此，该类设备直接关系到植入者的安全，需要对其直接刺激的人体神经组织实现严格的电荷平衡。

当前植入式神经刺激系统，其恒流的电流输出多通过将可变的电压经电压跟随器作用在一定大小的电阻两端实现。该方案的设计使得高精度恒流输出的情况下电阻两端电压变化范围较大，直接导致输出电压容限较小，使得系统的能效性较低，形成了能效性和精度的相互制约。而另一些植入式神经刺激系统恒流的电流输出通过电流镜并联选通的方式实现，当刺激电流较大时，该方式将使得电流镜的宽度很宽，占用极大的芯片面积，从而限制了输出电流的幅值范围，高精度设计下的电流镜的匹配问题也会对精度形成制约。同时，受制于精度特性，当前神经刺激系统的恒流电流输出为了实现严格的电荷平衡多通过被动电荷平衡的方式实现，以满足植入式神经刺激系统的安全性。但被动电荷平衡的方式使得系统中片外元件较多、被动电荷平衡时间较长，且被动电荷平衡过程波形幅值不可控，控制也不够灵活。而具备主动电荷平衡功能的恒流植入式神经刺激系统，其电力使用方案又存在能效低、恒流输出精度不够导致的电荷平衡安全性不足等问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能效高且电荷平衡安全性高的植入式神经刺激系统及其工作方法。

一种植入式神经刺激系统，其包括：一脉冲发生器，一刺激电极，以及一体外程控仪；其中，所述脉冲发生器包括：一中央控制器、一DCDC电源、一混合型高精度DAC、一电流输出反馈、一DCDC多路输出DAC、一DCDC多路选择开关、一储能电容选择多路开关、一储能电容阵列、一高电压选择电路、一用于将该脉冲发生器与所述刺激电极的触点阵列电连接的通道选择开关阵列、以及一收容上述元件的外壳；

所述中央控制器分别与所述DCDC电源、混合型高精度DAC、电流输出反馈、DCDC多路输出DAC、DCDC多路选择开关、储能电容选择多路开关、以及通道选择开关阵列电连接，并用于控制其工作；

所述DCDC电源通过所述储能电容选择多路开关与所述储能电容阵列电连接，并用于向所述储能电容阵列充电；

所述储能电容阵列通过所述高电压选择电路与所述通道选择开关阵列电连接，并通过该通道选择开关阵列向所述刺激电极的触点阵列提供电脉冲刺激；

所述混合型高精度DAC包括：一低有效位发生器、一高有效位发生器、一阈值电压Vt基准电路、一低电压参考、以及一低电压跟随器；所述混合型高精度DAC用于接收所述中央控制器的数字量输入并输出对应的电流大小，并将该电流输出情况通过该电流输出反馈实时告知该中央控制器；

所述电流输出反馈与低电压跟随器输出MOS管电连接，用于接收来自所述混合型高精度DAC的电流输出情况并实时告知该中央控制器；

所述DCDC多路输出DAC与所述电流输出反馈电连接，并通过该DCDC多路选择开关与所述DCDC电源电连接，该DCDC多路输出DAC用于设置所述DCDC电源的输出电压。

如上所述植入式神经刺激系统，其中，所述低有效位发生器包括：一低有效位多路选择开关、一低有效位多路输出DAC、一低有效位发生MOS管；所述低有效位多路输出DAC分别与所述低有效位多路选择开关、所述中央控制器以及所述阈值电压Vt基准电路电连接，其用于接收所述中央控制器的数字信号并将其累加阈值电压Vt后转换为多路电压模拟信号输出；所述低有效位多路选择开关分别与所述低有效位多路输出DAC、中央控制器以及低有效位发生MOS管电连接，其用于设定该低有效位发生器的输出电流；所述低有效位发生MOS管的漏极与所述低电压跟随器电连接，源极和体端接地；