專利名稱：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的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)技術(shù)，并特別涉及植入式電刺激器，其被設(shè)計(jì)用于通過電脈沖來對(duì)有機(jī)體器官和組織進(jìn)行持久或脈動(dòng)的刺激。
背景技術(shù)：
有申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)15.02.91的USSR專利N 1627189公開了用于刺激有機(jī)體神經(jīng)組織的植入式電刺激器，并且它包括傳輸裝置和接收裝置。傳輸裝置包括刺激脈沖發(fā)生器、第一微分元件、第一持續(xù)時(shí)間發(fā)生器、第一放大器、開關(guān)裝置、感應(yīng)器、分頻器、第二微分元件、第二持續(xù)時(shí)間發(fā)生器和第二放大器。接收器包括與導(dǎo)體和電極一起被裝入容器的通信線圈。該已知裝置的缺點(diǎn)是這樣的裝置不能被自動(dòng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)有機(jī)體的變化需要，不包括提供刺激參數(shù)和身體狀況之間互相聯(lián)系的敏感元件，它僅具有射頻供電單元，它減少了其可靠性，僅能刺激神經(jīng)組織。
有申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)22.07.91的申請(qǐng)PCT/US92/05980公開了植入式電刺激器，其具有被安排于主體內(nèi)的自備供電單元、由生物傳感器所發(fā)射信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器、用于形成輸出脈沖的可編程單元、以及被置于主體外并用于對(duì)器官和組織進(jìn)行脈沖的線電極和生物傳感器。
該已知裝置的缺點(diǎn)是由于自備供電單元為僅有的供電裝置而導(dǎo)致的低可靠性和短使用壽命，由于僅有一個(gè)呼吸輸出生物傳感器而導(dǎo)致的不足的敏感度和電刺激器效率。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提高電刺激器的可靠性和使用壽命，提高其效率，使得能夠自動(dòng)設(shè)置器官和組織刺激的最佳參數(shù)。
為獲得本發(fā)明的以上目的，器官和組織的植入式可編程電刺激包括被安排于主體內(nèi)的自備電源單元、由生物傳感器所發(fā)射信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在主體內(nèi)用于形成輸出脈沖的可編程單元和被置于主體外的用于對(duì)器官和組織發(fā)射脈沖的線導(dǎo)體和生物傳感器，依照本發(fā)明它包括射頻單元，用于與外部編程(external programming)通信，和供電單元，其被安排于主體內(nèi)并與被用于形成輸出脈沖的可編程單元連接，控制呼吸輸出和心血管輸出的生物傳感器，其被連接于A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器依次被連接于可編程單元，該單元被用于輸出脈沖形成并供應(yīng)輸出脈沖給連接于其的線電極，此外，射頻通信單元、被用于形成輸出脈沖的可編程單元和A/D轉(zhuǎn)換器亦被連接于自備供電單元。
依照本發(fā)明的電刺激器具有在主體和線電極上、由多孔生物惰性材料制成的外殼，生物傳感器被置于生物惰性材料孔內(nèi)。控制呼吸輸出的生物傳感器和控制心血管輸出的生物傳感器遍布于外殼的整個(gè)表面。大量生物傳感器及其在電刺激器整個(gè)外表面上的安排提供了對(duì)呼吸和心血管系統(tǒng)的較精確控制以及自動(dòng)調(diào)節(jié)電刺激器參數(shù)以適應(yīng)有機(jī)體需要的可能性，并以這種方式提高了電刺激器效率。
依照本發(fā)明的電刺激器既可由自備供電單元又可通過射頻通信單元由外部編程和供電裝置來供電。
兩個(gè)供電源——自備電源以及通過射頻通信單元的外部編程和供電單元的可用性提高了電刺激器的可靠性和使用壽命。
依照本發(fā)明的電刺激器設(shè)計(jì)使得能夠借助射頻通信單元從外部編程裝置和電源來接收所需輸出脈沖參數(shù)，依照由控制呼吸輸出和心血管輸出的生物傳感器發(fā)射的信號(hào)參數(shù)來設(shè)定形成輸出脈沖的算法，并使得能夠?qū)⑵鋫鬏斀o線電極。
在依照本發(fā)明的電刺激器設(shè)計(jì)中，射頻通信單元具有與外部編程和供電單元進(jìn)行通信的兩個(gè)通道，一個(gè)使得能夠傳輸設(shè)定電刺激器輸出脈沖參數(shù)和操作模式所需的數(shù)據(jù)，傳輸用于給電刺激器供電并對(duì)其自備供電單元進(jìn)行充電的能量，而另一個(gè)使得能夠在電刺激器故障的情況下將刺激脈沖從外部編程和供電單元直接應(yīng)用于線電極。
在依照本發(fā)明的電刺激器設(shè)計(jì)中，射頻通信單元使得能夠借助外部編程和供電單元來控制線電極中的刺激脈沖參數(shù)。
在依照本發(fā)明的電刺激器設(shè)計(jì)中，A/D轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)分離的通道，一個(gè)由控制呼吸輸出的生物傳感器使用，而另一個(gè)由控制心血管輸出的生物傳感器使用。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明參照以下附圖被描述


圖1為依照本發(fā)明的電刺激器的總圖；圖2為依照本發(fā)明的電刺激器的方塊圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖1為植入式可編程電刺激器的總圖。主電刺激器單元被安排于主體1內(nèi)。線電極2通過多接觸連接器被連接于電刺激器主體1。電刺激器主體1和線電極2被包以由多孔生物惰性材料如多孔硅制成的外殼，并且控制呼吸輸出的生物傳感器(3a)和控制心血管輸出的生物傳感器(3b)被置于其孔內(nèi)。位于線電極2末端的接觸4被連接于被刺激的組織或器官。電刺激器主體1被植入皮下，例如胸部的前表面上或較一般地，在鎖骨下的區(qū)域或前腹壁內(nèi)，較一般地在肋骨下的區(qū)域。使線電極2經(jīng)過一皮下通道，該通道被用外科工具在有神經(jīng)的地方的身體部位處形成并借助接觸4被連接于它。線電極2不是必須被連接于神經(jīng)組織。
生物傳感器3a、3b通過電化學(xué)方法被安裝于外殼的孔內(nèi)。最適合的生物傳感器3a、3b為碳傳感器，在其中碳粒被包以低分散的導(dǎo)電硅。生物傳感器3a、3b的量可在從40到20000的范圍內(nèi)?？刂坪粑敵龅纳飩鞲衅?a和控制心血管輸出的生物傳感器3b均勻遍布于主體1和線導(dǎo)體2外殼的表面?？刂坪粑敵龅纳飩鞲衅?a的設(shè)計(jì)不同于控制心血管輸出的生物傳感器3b。特別地，它們具有接觸膜的不同厚度、位于膜下和其內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)劑的不同結(jié)構(gòu)。
在電刺激器主體1被植入的地方，外部編程和供電裝置5被置于皮膚上。
圖2為電刺激器方塊圖。電刺激器的核心是圍繞微處理器、被用于形成輸出脈沖的可編程單元6。這個(gè)單元6被連接于自備電源單元7、有外部編程和供電裝置5的射頻通信單元8和A/D轉(zhuǎn)換器9。A/D轉(zhuǎn)換器9被連接于控制呼吸輸出的生物傳感器3a和控制心血管輸出的生物傳感器3b，并且它具有兩個(gè)分離的通道，一個(gè)用于控制呼吸輸出的生物傳感器3a而另一個(gè)用于控制心血管輸出的生物傳感器3b。射頻通信單元8、被用于形成輸出脈沖的可編程單元6和A/D轉(zhuǎn)換器9被連接于自備電源單元7。用于形成輸出脈沖的可編程單元6通過多接觸連接器被連接于線電極2以將刺激脈沖應(yīng)用于線電極2的接觸4。
依照被發(fā)展的算法，可編程單元6根據(jù)由生物傳感器3a、3b通過A/D轉(zhuǎn)換器9發(fā)射的信號(hào)而形成輸出脈沖參數(shù)。生物傳感器3a和3b的信號(hào)依賴于血液中的氧含量、兒茶酚胺(catecholamine)含量、呼吸生音、呼吸速率和脈沖頻率。在A/D轉(zhuǎn)換器9中，信號(hào)通過速率被分離為表征心血管輸出的信號(hào)和表征呼吸輸出的信號(hào)，這是由于信號(hào)速率大大高于呼吸速率。
用于形成輸出脈沖的可編程單元6被編程以使當(dāng)由生物傳感器3a、3b發(fā)射的信號(hào)的參數(shù)如頻率、電壓、電流增加時(shí)，輸出脈沖參數(shù)如電流、電壓脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖之間的間隔減少，或者相反，當(dāng)由生物傳感器發(fā)射的信號(hào)的所提參數(shù)減少時(shí)，輸出脈沖的以上參數(shù)增加。可編程單元6借助通過射頻通信單元8連接于其的外部編程和供電裝置5來編程輸出脈沖參數(shù)。
可編程輸出脈沖形成單元6可從外部編程和供電裝置5通過射頻通信單元8來接收輸出脈沖參數(shù)，所述裝置5依照由控制呼吸輸出的生物傳感器3a和控制心血管輸出的生物傳感器3b來發(fā)射的信號(hào)的參數(shù)來設(shè)定形成輸出脈沖的算法并且然后將其傳遞給線電極2。
可編程輸出脈沖形成單元6、射頻通信單元8和A/D轉(zhuǎn)換器9可由自備供電單元7或者通過射頻通信單元8由外部編程和供電裝置5來供電。
用于與外部編程和電源裝置5進(jìn)行通信的射頻單元8具有兩個(gè)通信通道。一個(gè)通道被用于傳遞數(shù)據(jù)給用于形成輸出脈沖的可編程單元6以便編程電刺激器輸出脈沖和操作模式，并被用于傳遞能量以便給電刺激器供電并對(duì)其自備供電單元7進(jìn)行充電。第二通信通道被用于在電刺激器故障的情況下，將刺激脈沖從外部編程和電源裝置5直接傳送給線電極2。線電極2中的刺激脈沖參數(shù)亦可通過射頻通信單元8由外部編程和電源裝置5來控制。
電刺激器形成的脈沖有從0.01qHz到1000Hz的頻率、0.01-5.0ms的持續(xù)時(shí)間、0.1-15.0V的振幅以及具有從0.01到24小時(shí)的它們之間的間隔和群持續(xù)時(shí)間的調(diào)節(jié)范圍的脈沖群。
電刺激器可由外部編程和電源裝置5通過射頻通信單元8來開啟和關(guān)閉。
電刺激器如下進(jìn)行操作。疾病導(dǎo)致的心血管和呼吸系統(tǒng)的變化被電刺激器生物傳感器登記。進(jìn)一步，依照被發(fā)展的電刺激算法，電刺激器在線電極2中形成電流脈沖，其被應(yīng)用于受影響的目標(biāo)——組織或器官，并通過改變其機(jī)能活動(dòng)使呼吸和心血管系統(tǒng)參數(shù)返回其正常值。
權(quán)利要求
1.用于刺激有機(jī)體器官和組織的植入式可編程電刺激器，包括被安排于主體內(nèi)的自備電源單元、由生物傳感器所發(fā)射信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器、用于形成輸出脈沖的可編程塊以及被置于主體外并被用于對(duì)器官和組織進(jìn)行脈沖的線電極和生物傳感器，特征在于其包括射頻單元，用于與外部編程和電源裝置進(jìn)行通信，其被置于主體內(nèi)并與被用于形成輸出脈沖的可編程單元連接，控制呼吸輸出的生物傳感器和控制心血管輸出的生物傳感器，通過A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器被連接到用于輸出脈沖形成的可編程單元，該單元供應(yīng)輸出脈沖給連接于其的線電極，此外射頻通信單元、可編程輸出脈沖形成單元和A/D轉(zhuǎn)換器亦被連接于自備供電單元。
2.依照權(quán)利要求1的電刺激器，特征在于它具有包著主體和線電極、由多孔材料制成的外殼，此外生物傳感器被安裝于多孔材料孔內(nèi)。
3.依照權(quán)利要求1或2的電刺激器，特征在于控制呼吸輸出的生物傳感器和控制心血管輸出的生物傳感器遍布于外殼的整個(gè)表面。
4.依照權(quán)利要求1的電刺激器，特征在于它可由自備供電單元或者通過射頻通信單元由外部編程和電源裝置來供電。
5.依照權(quán)利要求1的電刺激器，特征在于輸出脈沖參數(shù)可借助通過射頻通信單元被連接于其的外部編程和供電裝置來編制。
6.依照權(quán)利要求1或5的電刺激器，特征在于它使得能夠通過外部編程和供電裝置來接收輸出脈沖參數(shù)，依照由控制呼吸輸出的生物傳感器和控制心血管輸出的生物傳感器所發(fā)射的信號(hào)參數(shù)來編制形成輸出脈沖的算法，并使得能夠?qū)⑵鋫鬏斀o線電極。
7.依照權(quán)利要求1的電刺激器，特征在于用于與外部編程和電源裝置進(jìn)行通信的射頻單元具有兩個(gè)通信通道，其一使得能夠傳輸設(shè)定電刺激器輸出脈沖參數(shù)和操作模式所需的數(shù)據(jù)，傳輸用于給電刺激器饋電并對(duì)其自備供電單元進(jìn)行充電的能量，而另一個(gè)使得能夠在電刺激器故障的情況下將刺激脈沖從外部編程和供電單元直接應(yīng)用于線電極。
8.依照權(quán)利要求7的電刺激器，特征在于射頻通信單元使得能夠借助外部編程和供電單元來控制線電極中的刺激脈沖參數(shù)。
9.依照權(quán)利要求7的電刺激器，特征在于它可借助外部編程和供電單元通過射頻單元來開啟和關(guān)閉。
10.依照權(quán)利要求1的電刺激器，特征在于A/D轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)分離通道，其一被設(shè)計(jì)用于控制呼吸輸出的生物傳感器，而另一個(gè)用于控制心血管輸出的生物傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)技術(shù)，特別涉及用于有機(jī)體器官和組織的植入式和可編程電刺激器。發(fā)明的植入式和可編程刺激器包括被安排于主體(1)內(nèi)的自備電源單元、由生物傳感器(3a和3b)所發(fā)射信號(hào)的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、用于形成輸出脈沖的可編程塊、被置于主體(1)外并被用于對(duì)器官和組織進(jìn)行脈沖的線電極(2)。依照本發(fā)明，所述電刺激器包括用于與外部編程和電源裝置(5)進(jìn)行通信并被置于主體(1)內(nèi)的射頻單元，控制呼吸輸出的生物傳感器(3a)和用于控制心血管輸出的生物傳感器(3b)被安裝于覆蓋主體(1)和線電極(2)的殼上。發(fā)明的電刺激器可由自備單元或由外部編程和供電裝置(5)來供電。
文檔編號(hào)A61N1/36GK1466475SQ01810456
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者S·E·卡拉舒羅夫, S E 卡拉舒羅夫 申請(qǐng)人:(P.M.Q.)有限公司