[发明专利]基于混合模式快速电荷平衡的神经刺激器电路

说明书

一种基于混合模式快速电荷平衡的神经刺激器电路，包括主刺激部分，电极短接部分和短电流脉冲部分，主刺激部分包含电流源和n对输出开关，每对输出开关对应一个电极；电极短接分包含n个短接开关；短电流脉冲部分包含窗比较器、控制单元、补偿电流单元和n对选择开关，每对选择开关对应一个电极，监测电极上电压差并和安全电压VW相比较，窗比较器的输出端接控制单元，若所述电压差超出安全电压VW，则插入短电流脉冲补偿差值，继续进行监测和比较，直到电极上的电压小于安全电压VW。本发明可使神经刺激器电路仍能在短时间内实现电荷平衡，在单向大电流刺激或者非对称双向大电流刺激的情况下，避免电荷在电极上积累导致电极电解和神经组织损伤。

技术领域

本发明属于电路技术领域，涉及一种混合模式的快速电荷平衡方法，可用于多通道大电流的神经刺激器电路如脊柱神经刺激器电路中，具体为一种基于混合模式快速电荷平衡的神经刺激器电路。

背景技术

功能性神经刺激是通过导电的电极在神经组织上施加电荷来进行治疗的方法。实际应用的例子有：针对听力问题的人工耳蜗，针对视力问题的视觉假肢，针对麻痹的肌肉刺激器，心脏起搏器以及深脑刺激器等等。

神经刺激器有两种常见的将电荷转移到神经组织的方法。恒流刺激是，在一小段时间内，在一对电极之间，施加可控的电流。恒压刺激是，通过控制电极节点的电压，来建立电流。对于恒压刺激而言，由于电极组织界面是一个容性元件，电极之间的瞬时电流无法精准控制，从而无法控制传递到动物组织的电荷。而对于恒流刺激，由于电荷和电流之间的线性关系，它可以直接控制传递到动物组织的电荷，因此恒流刺激的方式越来越受使用者的欢迎。

脊柱神经刺激也是功能性神经刺激的一种。较于其它的功能性神经刺激，它具有大刺激电流的特点。脊柱神经刺激通过阻断疼痛信号传递到大脑以实现缓解疼痛的目的。相比于传统药物止疼的方法，没有副作用、便携、低成本且更有效。近十年来文献中的代表性脊柱神经刺激器电路有两个电路。第一个恒压刺激器电路，主要缺陷是没有办法很好的控制施加到神经组织的电荷。第二个是恒流刺激器，使用隔直电容的方式实现电荷平衡，它主要的缺陷是需要多个片外电容，而且电荷平衡的成功与否无法监测和保证。在电荷平衡方面，其它的功能性神经刺激器电路提出了一些方式。但是，由于它们的刺激电流较小，它们的电荷补偿难度也较低。目前对于多通道大电流的神经刺激器电路，不存在一种无片外电容的电荷平衡结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于混合模式快速电荷平衡的针对多通道大电流的神经刺激器电路，它将针对大电流条件下补偿困难的情况，提出一种快速电荷平衡的方式，使神经刺激器电路仍能在短时间内实现电荷平衡，在单向大电流刺激或者非对称双向大电流刺激的情况下，避免电荷在电极上积累导致电极电解和神经组织损伤。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于混合模式快速电荷平衡的神经刺激器电路，包括主刺激部分，电极短接部分和短电流脉冲部分，其中：

所述主刺激部分包含电流源和n对输出开关Sp与Sn，每对输出开关对应一个电极，每对输出开关中，输出开关Sp接在电流源和电极之间，输出开关Sn接在输出开关Sp和GND之间；

电极短接部分包含n个短接开关Se，每个短接开关Se接在一个电极与CAL之间；

短电流脉冲部分包含窗比较器、控制单元、补偿电流单元和n对选择开关Sx和Sy，每对选择开关对应一个电极，每对选择开关中，选择开关Sx和Sy接在电极和窗比较器的输入端之间，监测电极上电压差并将该电压差和安全电压VW相比较，窗比较器的输出端接控制单元，若所述电压差超出安全电压VW，则插入短电流脉冲补偿差值，继续进行监测和比较，直到电极上的电压小于安全电压VW。

恒流刺激时，主刺激部分使能，四个输出开关Spi，Sni，Spj和Snj，根据设定的刺激波形，来回切换；