專利名稱：一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通過對(duì)大腦靶點(diǎn)組織的慢性電刺激作用治療帕金森病的可植入腦起搏器脈沖發(fā)生器，為一種深部腦刺激治療儀。
背景技術(shù)：
帕金森病是發(fā)生在中年以上的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要病變?cè)诖竽X的黑質(zhì)和紋狀體。藥物治療是帕金森病最基本的治療手段，傳統(tǒng)的外科治療主要采用病變區(qū)毀損方法。腦起搏器治療通過慢性電刺激來達(dá)到治療效果，效果完全與毀損術(shù)相媲美，而且是一種可逆性的神經(jīng)調(diào)節(jié)治療，不破壞腦組織，起到對(duì)因治療作用，延緩帕金森病本身病情進(jìn)展，是目前最理想的外科治療方法。植入式腦起搏器由腦內(nèi)電極、延長導(dǎo)線和脈沖發(fā)生器組成。通過手術(shù)將脈沖發(fā)生器埋置在胸部鎖骨附近皮下，刺激電極通過立體定向技術(shù)、微電極記錄技術(shù)插入腦內(nèi)特定核團(tuán)。脈沖發(fā)生器發(fā)出的電脈沖通過一條植于皮下，通過頭、頸、肩的導(dǎo)線傳到刺激電極，作用于腦內(nèi)特定核團(tuán)，用持續(xù)的脈沖電刺激抑制不正常的腦核團(tuán)放電，達(dá)到治療帕金森病的效果。
中國發(fā)明專利“多通道可植入的神經(jīng)刺激器”(申請(qǐng)?zhí)?6103049)，用外部傳送器把數(shù)字編碼信號(hào)連同能量通過皮膚送入植入的接收器/刺激器，刺激器將位流解碼，把電荷或電流波形送入植入聽覺神經(jīng)或耳蝸的電極。該刺激器必須由外部傳送器控制同時(shí)工作，電路結(jié)構(gòu)和算法決定了該刺激器只能用于聽覺神經(jīng)修補(bǔ)系統(tǒng)，不適用帕金森病的腦起搏器治療。已公開的中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?1810456.8)“用于刺激有機(jī)體器官和組織的植入式和可編程電刺激器”，將生物傳感器遍布外殼的整個(gè)表面，疾病導(dǎo)致的呼吸和心血管的變化被傳感器記錄，根據(jù)一定的算法，在線電極上形成電流脈沖。該刺激器以呼吸和心血管的生理信號(hào)為依據(jù)，通過電刺激改變組織器官的機(jī)能活動(dòng)，其系統(tǒng)方案、電路結(jié)構(gòu)和算法不能用于帕金森病的腦起搏器治療。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器，根據(jù)外部編程器設(shè)置的脈沖參數(shù)，向靶點(diǎn)區(qū)域提供電脈沖刺激。
本實(shí)用新型的特征在于，它含有
1.單片機(jī)，采用芯片MSP430F155；2.電源變換器，采用芯片AS1117，其輸入端接電池，輸出端接上述單片機(jī)的電源端；3.脈沖發(fā)生與驅(qū)動(dòng)電路，含有電壓源，采用微功耗開關(guān)型電壓變換芯片MAX630，其電源低電位檢測(cè)端LB1經(jīng)分壓電阻接電源，而輸出端Vs接刺激電極正端，反饋端Vfb則經(jīng)一組并聯(lián)的取樣電阻后與上述單片機(jī)的相應(yīng)IO端口相連，同時(shí)經(jīng)過一個(gè)固定電阻與Vs相連。
電流源，含有運(yùn)算放大器，其正輸入端經(jīng)電阻與上述單片機(jī)的一個(gè)輸出端相連，而負(fù)輸入端經(jīng)一組并聯(lián)的電阻后分別與上述單片機(jī)的相應(yīng)IO端口相連。
第一個(gè)NPN三極管，其基極與上述運(yùn)算放大器的輸出端相連，其射極經(jīng)互相串聯(lián)的一個(gè)電阻和一個(gè)下述簧片開關(guān)(即磁控雙擲開關(guān))的常閉端后接地；其集電極經(jīng)電阻與一個(gè)PNP三極管基極相連，該P(yáng)NP三極管集電極與上述單片機(jī)一個(gè)IO端口相連。
第二個(gè)NPN三極管，其基極在經(jīng)一個(gè)正向二極管與上述第一個(gè)NPN三極管集電極相連的同時(shí)，又經(jīng)一個(gè)電容與上述MAX630芯片的輸出端Vs相連；其集電極經(jīng)正極接地的穩(wěn)壓管后接刺激電極的正端；其射極經(jīng)正極接地的穩(wěn)壓管后再經(jīng)一個(gè)電容與刺激電極的負(fù)端相連。
4.信號(hào)接收/復(fù)位電路，含有第三個(gè)NPN三極管，其集電極經(jīng)上拉電阻作用后與上述單片機(jī)的一個(gè)串行輸入口相連；其基極在對(duì)地反接的穩(wěn)壓管與電阻分壓支路的終點(diǎn)相連后，又經(jīng)一個(gè)電容、一個(gè)感應(yīng)控制信號(hào)用的線圈電感后接地。
簧片開關(guān)即磁控雙擲開關(guān)，其常閉端經(jīng)固定端接地，常開端經(jīng)上拉電阻作用后再經(jīng)限流電阻接上述單片機(jī)的RST端，即復(fù)位端。
所述單片機(jī)有一個(gè)與外部編程器無線連接的射頻通訊電路用的通訊接口。
所述的MAX630芯片，其Cx端、Lx端對(duì)地分別連接著一個(gè)用于調(diào)整內(nèi)部開關(guān)頻率的電容和電感。
所述單片機(jī)外接了調(diào)整工作頻率用的32.768KHz和8MHz的兩個(gè)晶振。
本實(shí)用新型工作過程如下只需用磁鐵在胸前位置一碰，脈沖發(fā)生器啟動(dòng)，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)FLASH中的脈沖參數(shù)(包括頻率、脈寬、幅度等)，控制脈沖發(fā)生和驅(qū)動(dòng)電路輸出電脈沖，經(jīng)過延伸導(dǎo)線施加在電極上，從而在靶點(diǎn)區(qū)域放電，緩解病人的癥狀。磁鐵再一碰，脈沖發(fā)生器停止輸出脈沖。本實(shí)用新型使用簡(jiǎn)單，對(duì)靶點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)刺激強(qiáng)度、頻率、脈寬等參數(shù)可調(diào)的電刺激，從而能夠找到最佳刺激觸點(diǎn)，具有療效更好，更持久等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下本實(shí)用新型提供的脈沖發(fā)生器，由單片機(jī)、電池、電源變換、射頻通訊、簧片開關(guān)、脈沖發(fā)生與驅(qū)動(dòng)等電路組成。脈沖發(fā)生器選用高集成度低功耗單片機(jī)，具有5種節(jié)電模式，集成程序FLASH、數(shù)據(jù)RAM、數(shù)據(jù)FLASH、定時(shí)器、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器DA、比較器、串行通訊端口等，盡可能用軟件來實(shí)現(xiàn)起搏器的各種功能，以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)可靠性。簧片開關(guān)和射頻通訊電路是脈沖發(fā)生器接受外部控制的接口，患者或者醫(yī)生可用外部磁鐵啟動(dòng)或停止脈沖發(fā)生器，并可用編程器調(diào)整刺激脈沖的參數(shù)。單片機(jī)的脈沖發(fā)生與驅(qū)動(dòng)電路是通過電壓源和電流源的協(xié)同作用輸出電脈沖，通過電極放電作用于靶點(diǎn)的腦組織。
以下結(jié)合附圖描述本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。
附圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。以高集成度低功耗單片機(jī)1為核心，由鋰電池2供電，通過電源變換3得到系統(tǒng)需要的電壓，晶振電路4提供時(shí)鐘，即構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)?；善_關(guān)6為磁控開關(guān)，與復(fù)位電路5配合，可由外部磁鐵控制脈沖發(fā)生器在工作狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)切換。單片機(jī)1通過射頻通訊電路8接收外部編程器發(fā)送的脈沖參數(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，單片機(jī)控制脈沖發(fā)生和驅(qū)動(dòng)電路7向電極輸出電脈沖，對(duì)腦組織的靶點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行電刺激。(外部磁鐵和編程器的設(shè)計(jì)不屬于本實(shí)用新型的涉及范圍)附圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。脈沖發(fā)生器包括電源變換單元，控制單元，電壓源，電流源和信號(hào)接收/復(fù)位電路。電壓源和電流源在單片機(jī)的控制下協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)電脈沖的發(fā)生和驅(qū)動(dòng)功能。
電源變換單元由高性能鋰電池、穩(wěn)壓芯片AS1117組成，電池的輸出電壓經(jīng)AS1117穩(wěn)壓后向各個(gè)芯片供電。
控制單元以單片機(jī)MSP430F155為核心，通過IO端口控制電壓源和電流源的輸出，調(diào)整施加在電極上的刺激脈沖的參數(shù)。單片機(jī)外接32.768kHz和8MHz兩個(gè)晶振，以實(shí)現(xiàn)在不同的工作狀態(tài)時(shí)調(diào)整工作頻率，節(jié)省功耗。
電壓源由微功耗開關(guān)型電壓變換芯片MAX630，以及電感、電阻和電容等分立元件組成。MAX630由電池直接供電，其內(nèi)部開關(guān)頻率由電感L3和電容C22決定，MAX630的輸出端經(jīng)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)后接回反饋端。取樣電阻R33、R34、R35、R36與單片機(jī)的IO端口相連，通過改變接地的取樣電阻的數(shù)目，可以調(diào)整MAX630的輸出電壓，以及植入電極間放電的極限電壓幅值。脈沖發(fā)生器工作時(shí)，單片機(jī)在程序控制下周期性改變MAX630的輸出電壓，即可刺激電脈沖的脈寬和頻率調(diào)節(jié)。
電流源由運(yùn)算放大器AR2、三極管Q8，以及電阻和穩(wěn)壓管等組成。植入負(fù)電極通過電容C21與三極管Q8的集電極相連，三極管Q8的基極接運(yùn)算放大器的輸出端，射極接地。運(yùn)算放大器AR2的正端通過電阻接到單片機(jī)的一個(gè)輸出端，負(fù)端通過6個(gè)電阻R46、R48、R49、R50、R51、R52、R53并聯(lián)分別接到單片機(jī)的6個(gè)輸出端。通過單片機(jī)設(shè)置IO端口的電平，即改變運(yùn)放負(fù)端接地電阻的數(shù)目，則可改變?nèi)龢O管通過的電流的大小，以及電阻R60上分得的電壓大小，從而調(diào)整兩植入電極間的放電電壓。
信號(hào)接收/復(fù)位電路由線圈電感L4、簧片開關(guān)(磁控雙擲開關(guān))S2、三極管Q7等組成。線圈電感L4通過耦合電容C29接三極管Q7的基極，當(dāng)線圈電感L4感應(yīng)到外部編程器的信號(hào)后，三極管的集電極會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)上拉電阻作用后輸入單片機(jī)的串行輸入口，從而實(shí)現(xiàn)觸發(fā)中斷、接收數(shù)據(jù)等功能。磁控雙擲開關(guān)S2的常開端連接到單片機(jī)的低電平復(fù)位端。當(dāng)有磁鐵作用時(shí)，常開端接地，單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)在數(shù)據(jù)FLASH中記錄復(fù)位次數(shù)，奇數(shù)次復(fù)位單片機(jī)正常工作，輸出電脈沖；偶數(shù)次復(fù)位后單片機(jī)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，不輸出電脈沖，即實(shí)現(xiàn)了磁鐵對(duì)脈沖發(fā)生器的非接觸啟動(dòng)/停止控制。
權(quán)利要求1.一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器，其特征在于，它含有(1)單片機(jī)，采用芯片MSP430F155；(2)電源變換器，采用芯片AS1117，其輸入端接電池，輸出端接上述單片機(jī)的電源端；(3)脈沖發(fā)生與驅(qū)動(dòng)電路，含有電壓源，采用微功耗開關(guān)型電壓變換芯片MAX630，其電源低電位檢測(cè)端LB1經(jīng)分壓電阻接電源，而輸出端Vs接刺激電極正端，反饋端Vfb則經(jīng)一組并聯(lián)的取樣電阻后與上述單片機(jī)的相應(yīng)IO端口相連，同時(shí)經(jīng)過一個(gè)固定電阻與Vs相連；電流源，含有運(yùn)算放大器，其正輸入端經(jīng)電阻與上述單片機(jī)的一個(gè)輸出端相連，而負(fù)輸入端經(jīng)一組并聯(lián)的電阻后分別與上述單片機(jī)的相應(yīng)IO端口相連；第一個(gè)NPN三極管，其基極與上述運(yùn)算放大器的輸出端相連，其射極經(jīng)互相串聯(lián)的一個(gè)電阻和一個(gè)下述簧片開關(guān)(即磁控雙擲開關(guān))的常閉端后接地；其集電極經(jīng)電阻與一個(gè)PNP三極管基極相連，該P(yáng)NP三極管集電極與上述單片機(jī)一個(gè)IO端口相連；第二個(gè)NPN三極管，其基極在經(jīng)一個(gè)正向二極管與上述第一個(gè)NPN三極管集電極相連的同時(shí)，又經(jīng)一個(gè)電容與上述MAX630芯片的輸出端Vs相連；其集電極經(jīng)正極接地的穩(wěn)壓管后接刺激電極的正端；其射極經(jīng)正極接地的穩(wěn)壓管后再經(jīng)一個(gè)電容與刺激電極的負(fù)端相連。(4)信號(hào)接收/復(fù)位電路，含有第三個(gè)NPN三極管，其集電極經(jīng)上拉電阻作用后與上述單片機(jī)的一個(gè)串行輸入口相連；其基極在對(duì)地反接的穩(wěn)壓管與電阻分壓支路的終點(diǎn)相連后，又經(jīng)一個(gè)電容、一個(gè)感應(yīng)控制信號(hào)用的線圈電感后接地；簧片開關(guān)即磁控雙擲開關(guān)，其常閉端經(jīng)固定端接地，常開端經(jīng)上拉電阻作用后再經(jīng)限流電阻接上述單片機(jī)的RST端，即復(fù)位端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器，其特征在于所述單片機(jī)有一個(gè)與外部編程器無線連接的射頻通訊電路用的通訊接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器，其特征在于所述的MAX630芯片，其Cx端、Lx端對(duì)地分別連接著一個(gè)用于調(diào)整內(nèi)部開關(guān)頻率的電容和電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種治療帕金森病的植入式腦起搏器用的脈沖發(fā)生器，其特征在于所述單片機(jī)外接了調(diào)整工作頻率用的32.768KHz和8MHz的兩個(gè)晶振。
專利摘要一種治療帕金森病的植入式腦起搏器脈沖發(fā)生器，發(fā)出的電脈沖通過導(dǎo)線傳到植入腦內(nèi)的刺激電極，用持續(xù)的脈沖電刺激治療帕金森病。脈沖發(fā)生器由高集成度低功耗單片機(jī)、電池、穩(wěn)壓器、射頻通訊、簧片開關(guān)、脈沖發(fā)生和驅(qū)動(dòng)器等組成，盡可能簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，用軟件實(shí)現(xiàn)腦起搏器的各種功能，提高了系統(tǒng)可靠性。脈沖發(fā)生器由外部磁鐵和編程器非接觸式控制啟動(dòng)/停止和調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)。脈沖發(fā)生器對(duì)靶點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)刺激強(qiáng)度、頻率、脈寬等參數(shù)可調(diào)的電刺激，有利于找到最佳刺激觸點(diǎn)，從而具有療效更好，更持久等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61N1/36GK2734251SQ200420009300
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者李路明, 郝紅偉, 趙坤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)