[发明专利]具有智能自适应功能的便携式闭环脑深部刺激器系统有效

专利信息
申请号: 201810994051.9 申请日: 2018-08-29
公开(公告)号: CN109011148B 公开(公告)日: 2021-12-28
发明(设计)人: 王守岩;刘伟;张晗 申请(专利权)人: 复旦大学
主分类号: A61N1/36 分类号: A61N1/36
代理公司: 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人: 陆飞;陆尤
地址: 200433 *** 国省代码: 上海;31
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摘要: 发明属于医学临床技术领域,具体为一种具有智能自适应功能的便携式闭环脑深部刺激器系统。本发明系统共有16路数据采集通道、4路刺激通道。采集通道中4路用于颅内LFPs采集,12路用于颅外信号采集;刺激通道输出电压为可调制的任意波形。在记录同时施加刺激,可有效降低刺激伪迹对记录信号的影响且驱动电压稳定。系统电路主要包括MCU主控电路、LFPs采集通道和外采集通道开关电路、低幅电压隔离输入电路、低通滤波、高通滤波及工频滤波、A/D转换采集电路、WIFI通信、四通道输出D/A电路、电压隔离输出驱动电路、电流检测保护电路、SD存储等。本发明系统电路结构紧凑,功耗极低、工作稳定,仪器仅手掌大小,方便携带。
搜索关键词: 具有 智能 自适应 功能 便携式 闭环 脑深部 刺激 系统
【主权项】:
1.一种便携式闭环脑深部刺激器系统,其特征在于,采用智能自适应算法,可进行采集、记录,同时实施刺激;具有16路采集通道和4路刺激通道;16路采集通道分为颅内4路差分采集通道、颅外12路差分采集通道;这些通道是否进行采集,由颅内信号采集开关选择电路和颅外信号采集通道开关选择电路决定;4路刺激通道均用于颅内刺激;低幅值隔离输入电路和滤波电路结合有效减少刺激伪迹;D/A输出电压跟随和隔离输出电路的结合解决驱动电压幅值稳定在5V;系统电路包括:(1)16路采集通道开关选择电路、(2)低压隔离输入电路、(3)滤波通道开关电路、(4)低噪声滤波电路、(5)精密采集记录A/D电路、(6)低功耗WIFI射频数据传输和缓存电路、(7)快速串行接口SD卡存储电路、(8)高性能算法处理主控制器电路、(9)精密波形生成D/A电路、(10)高输入阻抗低输出阻抗驱动电路、(11)提高驱动能力和提升瞬态抗干扰的隔离输出电路、(12)精确电流检测保护电路、(13)刺激开关电路以及外插式电极接口;其中:(1)16路采集通道开关选择电路,用于16路采集通道的切换;其中,对于颅内部电极LFPs信号的采集4路通道中,2路用于左脑电极上LFPs的记录,2路用于右脑植入式电极上LFPs的记录;另外12路采集通道,用于记录颅外部其他关于人体的相关信号;(2)低压隔离输入电路,使输入电压值始终小于±2V,抑制刺激脉冲的采集;(3)滤波通道开关电路,颅内LFPs信号通过提供的滤波电路和滤波通道开关做出选择;(4)低噪声滤波电路,主要用于将记录到的LFPs信号或颅外其他生理信号进行滤波;(5)精密采集记录A/D电路,用于接收和采集滤波后的模拟信号,并将模拟信号精确的转换为数字信号,这些数字信号被协处理器CC3220做记录,缓冲在其FIFO中,并使用自带WIFI功能发送到PC机做实时显示和分析以及将部分数据发送给主控制器;(6)低功耗WIFI射频数据传输和缓存电路,采用自带WIFI芯片的CC3220,主要用于将A/D转换后的数字信号利用WIFI无线射频技术发送到PC机显示和记录;CC3220将数据采集后短暂存储在自身ROM中,使用FIFO技术并将数据通过自身WIFI通信功能发送给上位机显示;(8)高性能算法处理主控制器电路,包括STM32H7主控制器、CC3220协处理器;STM32H7主控制器主要用来做算法处理和刺激波形信号生成,CC3220协处理器主要做数据采集和数据存储;CC3220协处理器数据存储,通过快速串行接口SD卡存储电路,由CC3220将采集到的全部数据储存在大容量的SD卡中,当主控制器需要做数据分析时候,可选择部分时间段的数据做算法分析处理;高性能算法处理主控制器电路的工作流程为:将采集到的部分数据做算法分析并达到自适应和智能化,将算法分析后的数据传输给数字电路的刺激模块,并做模拟波形输出,并控制协处理器CC3220直接的数据传输;刺激波形由STM32H7主控制芯片产生特定数据,此数据由自适应算法根据采集到特定信号做数据分析后产生,输出波形具有相关度和特异性,从而实现智能化脑深部刺激;主控制器算法控制协处理器CC3220将数据发送给主控制器,当主控制器收到数据后做自适应算法处理后,将实时调整输出波形的数据,做到智能和实时;(9)精密波形生成D/A电路,由于系统设计为4通道刺激,D/A电路使用4片DAC芯片,每一片DAC芯片输出1路波形信号,此4路互相独立,单独通道刺激输出由主控制器来发出控制指令;此电路主要将主控制器算法分析后生成的数字转化成可用的模拟信号波形,先输出给电压跟随驱动电路,然后传送给后一级电路用于后续刺激脑深部;刺激波形、幅值、脉宽、频率可根据采集数据分析后的结果做自适应生成并输出;(10)高输入阻抗低输出阻抗驱动电路,主要用于跟随刺激波形的电压值,以解决负载阻抗变化时引起的不稳定性问题;(11)提高驱动能力和提升瞬态抗干扰的隔离输出电路,主要用于将前级电路和人体完全隔离,减小输出阻抗,提高驱动负载的能力,并具有保护被试安全作用;(12)精确电流检测保护电路,其功能类似于保险丝,当电流值未超过所设定阈值时,电路正常记录和刺激,当电流在强外界干扰下发生瞬时电流大于10mA可能危害到人体的时候,及时切断次波形加到病人大脑,以保护病人安全;(13)刺激通道开关电路以及外插式电极接口;其中,刺激通道开关电路用于控制4路颅内4通道的刺激,实施对脑深部刺激;电极接口电路,用于与植入到大脑的4段式电极外接延伸线插头接插。
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