專利名稱：植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷 的植入式神經(jīng)剌激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其控制方法。 技術(shù)背景在某些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及神經(jīng)損傷康復(fù)治療中，臨床常采用功能神經(jīng)電刺激的方式進(jìn)行治療。功能神經(jīng)電刺激是依據(jù)人類自主運(yùn)動(dòng)機(jī)理，通過(guò)施加重復(fù)脈沖電刺激信號(hào)，利用神經(jīng)對(duì)其的響應(yīng)來(lái)傳遞外加的人工控制信號(hào)，從而產(chǎn)生與自然激發(fā)完全一樣的神經(jīng)沖動(dòng)，使衰退的神經(jīng)重建或恢復(fù)功能，達(dá)到治療或功能康復(fù)與重建的目的。隨著生物學(xué)和電子學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，植入式神經(jīng)刺激技術(shù)發(fā)展迅速，目前己研究出了不同的植入式神經(jīng)刺激設(shè)備，典型的有美國(guó)Medtronic 公司的疼痛治療儀、深部腦刺激器(De印Brain Stimulator, DBS)和澳大 利亞Cochlear公司的植入電子耳蝸等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了這方面的研究， 李路明等在中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00510116704.6)中報(bào)道了一種可體外軟件升 級(jí)的植入式神經(jīng)電脈沖刺激系統(tǒng)；李剛等在中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200410019937. X)中報(bào)道了一種通過(guò)體外控制器對(duì)體內(nèi)刺激器電池進(jìn)行無(wú)線 充電的植入式深腦部刺激系統(tǒng)。但上述這些植入剌激系統(tǒng)的外部控制器和體 內(nèi)植入刺激器之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，僅能對(duì)單一神經(jīng)或局部肌肉進(jìn)行刺激， 無(wú)法應(yīng)用于需要多通道、多靶點(diǎn)刺激的肢體運(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)剌激。對(duì)于多通道、多靶點(diǎn)刺激的肢體運(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)剌激系統(tǒng)，目前仍主要 采用基于表面電極的多通道刺激設(shè)計(jì)方案，該類系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)繁雜和刺激電 流大，常造成患者不適疼痛的問(wèn)題。而近年來(lái)正發(fā)展的植入式肢體運(yùn)動(dòng)控制 神經(jīng)剌激系統(tǒng)，均采用體內(nèi)單一控制單元，通過(guò)導(dǎo)線連接各靶點(diǎn)刺激電極的設(shè)計(jì)方案，這種系統(tǒng)需要眾多導(dǎo)線，當(dāng)各刺激靶點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，植入手術(shù)范 圍大，創(chuàng)傷程度高，同時(shí)也容易因?qū)Ь€斷裂發(fā)生故障，對(duì)病患造成不必要的 傷害。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú) 線神經(jīng)刺激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲胁煌⑿椭踩氪碳て鞴?jié)點(diǎn)的同步無(wú) 線控制，實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)的多神經(jīng)肌肉刺激，達(dá)到了低創(chuàng)傷下更協(xié)調(diào)、自然控 制肢體運(yùn)動(dòng)的目的。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)了 一種植入式無(wú)線肢體運(yùn) 動(dòng)控制神經(jīng)剌激系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括體內(nèi)刺激部分及體外控制終端兩部分，體 內(nèi)刺激部分由植入人體內(nèi)多個(gè)部位的微型刺激單元以及與各剌激單元的電流 脈沖刺激信號(hào)輸出端相連的電極組成，體外控制終端為一手持式控制終端。 體外控制終端同體內(nèi)各剌激單元通過(guò)射頻方式構(gòu)成星形拓?fù)涞粌H限于星型 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)，體內(nèi)各刺激單元在體外控制終端的協(xié)調(diào)下， 產(chǎn)生恒流雙向刺激脈沖信號(hào)，通過(guò)電極對(duì)多耙點(diǎn)區(qū)域神經(jīng)肌肉產(chǎn)生刺激。體內(nèi)剌激單元主要由微處理器、射頻通信收發(fā)部件、恒流雙向脈沖刺激產(chǎn)生部件和電極等組成。其中，微處理器內(nèi)部集成了存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC，并且支持自編程操作；射頻收發(fā)部件，包括射頻收發(fā)單片 機(jī)和與之匹配的PCB天線，通過(guò)它各體內(nèi)刺激單元與體外控制終端一起構(gòu)成 星形但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臒o(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)；恒流雙向剌激部件，包括模 數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC脈沖輸出部件和輸出補(bǔ)償電路，輸出補(bǔ)償電路由限幅電路和升 壓電路構(gòu)成。微處理器通過(guò)脈沖調(diào)制程序產(chǎn)生DAC脈沖輸出驅(qū)動(dòng)輸出補(bǔ)償電 路，由限幅電路控制將MC脈沖輸出部件輸出的單極性脈沖轉(zhuǎn)換為雙極性脈 沖輸出，由升壓電路對(duì)其進(jìn)行處理產(chǎn)生雙向恒流刺激脈沖，并通過(guò)導(dǎo)線輸出 到電極對(duì)神經(jīng)、肌肉產(chǎn)生刺激。體外控制終端主要由微處理器、射頻通信收發(fā)部件、液晶顯示屏、按鍵 和電源組成。其中，微處理器和射頻收發(fā)部件與體內(nèi)刺激器采用相匹配的型 號(hào)，通過(guò)射頻收發(fā)部件與體內(nèi)刺激單元構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞粌H限于星型網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)洌M(jìn)行數(shù)據(jù)交換和程序控制；液晶顯示部件，顯示控制程序界面和相 應(yīng)參數(shù)，配合按鍵實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)整和程序控制；電源可采用直流輸入和 電池供電兩種方式。本發(fā)明還提出了一種植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法，該方法基 于星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞粌H限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹踩胧綗o(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺 激系統(tǒng)，通過(guò)體外控制終端和體內(nèi)刺激單元采取同步休眠、同步喚醒的方式 實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)神經(jīng)刺激。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下體外控制終端通過(guò)按鍵中斷的方 式選擇工作模式、指定靶點(diǎn)區(qū)域的體內(nèi)刺激單元設(shè)備ID號(hào)及剌激參數(shù)，同步 喚醒后作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源發(fā)送一個(gè)包含時(shí)間信息的信標(biāo)幀給所有體內(nèi)刺激單元 來(lái)維持網(wǎng)絡(luò)同步通信，并進(jìn)入工作狀態(tài)；每個(gè)體內(nèi)刺激單元同樣工作在同步 休眠、同步喚醒、同步時(shí)間校正的周期過(guò)程，同步喚醒后立刻接收信標(biāo)幀保 持網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，并檢査是否有工作指令。如果有，進(jìn)入工作請(qǐng)求狀態(tài)，接 收工作模式和刺激參數(shù)并返回工作狀態(tài)參數(shù)到體外控制終端，否則繼續(xù)進(jìn)入 同步休眠狀態(tài)。 一旦進(jìn)入工作狀態(tài)，體內(nèi)刺激單元根據(jù)接收的工作模式和刺 激參數(shù)輸出相應(yīng)幅度、極性、脈寬和頻率的雙向恒流刺激脈沖，通過(guò)刺激電 極對(duì)指定部位的神經(jīng)或肌肉進(jìn)行刺激。本發(fā)明為神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷患者的康復(fù)治療提供了一種新的刺激裝置 和控制方法，通過(guò)多神經(jīng)、多肌肉的無(wú)線同步控制剌激，有利于實(shí)現(xiàn)低創(chuàng)傷 下更協(xié)調(diào)、自然的肢體運(yùn)動(dòng)控制。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于1) 利用先進(jìn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理構(gòu)建星型但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?的無(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)不同肢體運(yùn)動(dòng)控制需要，構(gòu)建不同規(guī)模的刺激網(wǎng)絡(luò)；2) 利用無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多耙點(diǎn)剌激的無(wú)導(dǎo)線連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔， 可靠性高，使用時(shí)可有效簡(jiǎn)化手術(shù)、降低病患痛苦；3) 通過(guò)采取無(wú)線時(shí)間同步協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了體外控制終端與體內(nèi)刺激單元的 "同步休眠、同步喚醒"協(xié)調(diào)工作，這種Burst (爆發(fā)式)工作方式，功耗極低，可大大提高體內(nèi)刺激單元的工作壽命。4) 體內(nèi)刺激單元采用了微處理控制刺激脈沖幅度、脈寬、頻率等參數(shù)， 靈活性強(qiáng)，精確度高，采取雙向脈沖刺激輸出可有效避免神經(jīng)纖維電化學(xué)損 傷，使肌肉平穩(wěn)收縮、降低疲勞。


圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2所示為本系統(tǒng)植入體內(nèi)的刺激單元功能框3所示為本系統(tǒng)體外控制終端功能框4所示為本系統(tǒng)植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法流程圖 圖5所示為本系統(tǒng)植入體內(nèi)刺激單元脈寬調(diào)制程序流程圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種由多個(gè)體內(nèi)刺激單元和體外控制終端組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈 活的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制多通道刺激。 系統(tǒng)進(jìn)一步提出了一種植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激的方法，通過(guò)體外 控制終端與體內(nèi)刺激單元的"同步休眠、同步喚醒"協(xié)調(diào)工作，在實(shí)現(xiàn)多刺 激通道協(xié)同工作的同時(shí)，大大降低了系統(tǒng)的工作功耗。本系統(tǒng)由體內(nèi)刺激部分和體外控制終端兩部分構(gòu)成，體內(nèi)剌激部分包括 植入人體內(nèi)相應(yīng)部位的多個(gè)剌激單元以及與各刺激單元的電流脈沖刺激信號(hào) 輸出端相連的電極。刺激單元內(nèi)部含有微處理器、射頻通信收發(fā)部件、恒流 雙向脈沖刺激部件和電源。體外控制終端含有微處理器、射頻通信收發(fā)部件、液晶顯示屏、按鍵和 電源。體外控制終端通過(guò)射頻收發(fā)部件與植入人體內(nèi)的刺激單元可以構(gòu)成星 型網(wǎng)絡(luò)但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并實(shí)現(xiàn)對(duì)體內(nèi)刺激器的控制， 實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)區(qū)域的植入式神經(jīng)肌肉刺激。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的植入式肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺 激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1為本發(fā)明所述的植入式肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本系統(tǒng)由植入人體內(nèi)的多個(gè)體內(nèi)刺激單元2及與之通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行連接的 也植入人體內(nèi)相應(yīng)部位的電極3，以及位于體外的無(wú)線控制終端1構(gòu)成，并且 體外控制終端同多個(gè)體內(nèi)刺激單元可以構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓 撲結(jié)構(gòu)的無(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人體多靶點(diǎn)區(qū)域植入神經(jīng)肌肉刺激，從而達(dá)到 平穩(wěn)的肢體運(yùn)動(dòng)控制。如圖2為本發(fā)明所述的植入人體內(nèi)的體內(nèi)剌激單元功能框圖。體內(nèi)剌激 單元2由電源8、微處理器MCU 4、神經(jīng)剌激器5、射頻收發(fā)器6、天線7 構(gòu)成。神經(jīng)刺激器輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接電極輸出雙向恒流刺激脈沖，對(duì)神經(jīng) 或肌肉進(jìn)行刺激。微處理器MCU 4作為中央控制處理器，選用高集成度低功耗單片機(jī)，具 有多種節(jié)電模式，在其內(nèi)部集成了存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC，并 且支持自編程操作；射頻收發(fā)器6選擇適合生物組織短距離通信的低功耗射頻收發(fā)單片和晶振構(gòu)成，采用時(shí)間同步通信協(xié)議構(gòu)造星形網(wǎng)絡(luò)但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；天線7采用印刷電路板PCB天線和低功耗射頻收發(fā)單片匹 配，共同構(gòu)成系統(tǒng)的通信電路；神經(jīng)刺激器5由單片機(jī)DAC脈沖輸出和刺激 補(bǔ)償電路構(gòu)成，刺激補(bǔ)償電路由雙極性轉(zhuǎn)換電路和升壓電路構(gòu)成，可選擇低 功耗多運(yùn)放芯片。單片機(jī)DAC脈沖輸出驅(qū)動(dòng)剌激補(bǔ)償電路，雙極性轉(zhuǎn)換電路 將DAC單極性脈沖輸出轉(zhuǎn)換為雙極性脈沖輸出，經(jīng)升壓電路進(jìn)行處理后輸出 雙向恒流剌激脈沖。采用可充電高能鋰電池和電壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成電源8。電壓 轉(zhuǎn)換電路主要包括直流穩(wěn)壓和升壓電路，選擇低功耗、完全關(guān)斷的電源管理 芯片構(gòu)成。其中，微處理器MCU 4為該體內(nèi)剌激單元的核心，無(wú)線射頻收發(fā)器6連 接至微處理器MCU 4，天線7連接到射頻收發(fā)器6,共同完成與體外的無(wú)線 程序控制器1之間的數(shù)據(jù)通信，天線接收體外控制器發(fā)送的控制命令，送至 微處理器進(jìn)行分析處理后，以設(shè)定體內(nèi)刺激單元2的休眠、喚醒、刺激參數(shù) 和工作狀態(tài)參數(shù)等。神經(jīng)刺激器5輸入端與微處理器MCU 4的DAC接口連接，神經(jīng)刺激器5 的輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接剌激電極3，組成剌激脈沖輸出模塊，由微處理器MCU 4按照接收的刺激參數(shù)通過(guò)脈沖調(diào)制程序產(chǎn)生相應(yīng)幅度、脈寬和頻率的刺激脈 沖，控制神經(jīng)刺激器5輸出雙向恒流刺激脈沖，通過(guò)刺激電極3作用于各個(gè) 部位的神經(jīng)或肌肉。電源8為整個(gè)體內(nèi)刺激器2提供電源，同時(shí)監(jiān)視電源電 壓變化。如圖3為本發(fā)明所述的體外控制終端功能框圖。體外控制終端l主要包 含微處理器MCU 12、射頻通信收發(fā)器13、天線14、液晶顯示部件LCD 9、 按鍵10和電源管理電路11。微處理器MCU 12、射頻收發(fā)器13和天線14等部件，采用與體內(nèi)剌激單元相匹配的型號(hào)構(gòu)成；液晶顯示部件LCD9，主要用 于顯示控制程序界面和相應(yīng)參數(shù)，由LCD和控制電路構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)中文顯 示；按鍵10，實(shí)現(xiàn)工作模式、參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)程序控制，由按鍵和相應(yīng)電 路構(gòu)成；電源管理電路11，由直流轉(zhuǎn)換電路，穩(wěn)壓電路構(gòu)成，使體外控制終 端1可以采用直流輸入和電池供電兩種方式進(jìn)行工作。其中，微處理器MCU12為該體外控制器l的核心，選擇和體內(nèi)刺激單元 2相匹配的無(wú)線射頻收發(fā)器13連接至微處理器MCU 12的輸入/輸出端，天線 14連接到射頻收發(fā)器13,共同完成與體內(nèi)剌激單元2之間的數(shù)據(jù)通信，由 微處理器發(fā)送控制命令控制一個(gè)或多個(gè)體內(nèi)刺激單元2產(chǎn)生刺激脈沖，并完 成其工作狀態(tài)和剌激參數(shù)的設(shè)定。按鍵10與微處理器MCU12的輸入/輸出接 口端連接，通過(guò)中斷的方式實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的選擇。液晶顯示部件LCD 9與微 處理器MCU 12的輸入輸出接口連接，實(shí)現(xiàn)控制終端的工作狀態(tài)顯示。電源管 理電路11為整個(gè)體外控制終端1提供電源，通過(guò)直流轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)體外控制終端1的直流輸入供電或電池供電。如圖4為本發(fā)明所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)控制方法 的流程圖?；诒景l(fā)明提出的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)剌激網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 通過(guò)采取體外控制終端和體內(nèi)刺激單元同步休眠、同步喚醒的方式，實(shí)現(xiàn)了 多靶點(diǎn)神經(jīng)、肌肉協(xié)調(diào)刺激，并達(dá)到了低功耗的目的。首先，體外控制終端 通過(guò)按鍵中斷方式選擇系統(tǒng)的工作模式、體內(nèi)刺激單元設(shè)備ID列表及刺激參 數(shù)，同步喚醒后作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源發(fā)送一個(gè)包含時(shí)間信息的信標(biāo)幀給所有體內(nèi) 刺激單元來(lái)維持網(wǎng)絡(luò)同步通信，并進(jìn)入工作狀態(tài)等待與所選擇的設(shè)備ID號(hào)對(duì) 應(yīng)的體內(nèi)刺激單元通信。每個(gè)體內(nèi)剌激單元有唯一固定的設(shè)備ID，其工作是 一個(gè)循環(huán)周期過(guò)程。初始狀態(tài)體內(nèi)刺激單元處于微處理器MCU低功耗計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)下的同步休眠，當(dāng)計(jì)時(shí)器到時(shí)微處理器MCU喚醒射頻電路，立刻接收信 標(biāo)幀保持網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，并判斷是否有當(dāng)前刺激單元設(shè)備ID的工作指令，若 沒(méi)有則發(fā)送當(dāng)前工作狀態(tài)關(guān)閉射頻電路返回低功耗同步定時(shí)休眠狀態(tài)，若有 工作指令則建立和體外控制終端的射頻通信連接，接收該刺激單元的工作參 數(shù)和剌激參數(shù)。體內(nèi)刺激單元微處理器MCU根據(jù)接收的工作參數(shù)和刺激參數(shù)， 由DAC脈沖輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)幅度、脈寬和頻率的單極性刺激脈沖，刺激補(bǔ) 償電路轉(zhuǎn)換輸出雙向恒流剌激脈沖，通過(guò)刺激電極對(duì)指定部位的神經(jīng)或肌肉 進(jìn)行刺激，完成剌激后體內(nèi)剌激單元將工作狀態(tài)報(bào)告發(fā)送至體外控制終端， 并關(guān)閉射頻通信電路進(jìn)入低功耗同步定時(shí)休眠狀態(tài)。體外控制終端接收到體 內(nèi)刺激單元工作狀態(tài)后，關(guān)閉射頻通信電路，進(jìn)入同步定時(shí)休眠狀態(tài)。如圖5為本發(fā)明所述的脈寬調(diào)制流程。體內(nèi)刺激單元通過(guò)射頻通信接收 到體外控制終端發(fā)送的工作模式和刺激參數(shù)后，通過(guò)脈寬調(diào)制程序控制微處 理器MCU的DAC輸出產(chǎn)生相應(yīng)幅度、脈寬、頻率和刺激時(shí)間的單極性刺激脈 沖控制信號(hào)。由于脈寬、頻率均和時(shí)間相關(guān)，因此脈寬調(diào)制程序通過(guò)微處理 器MCU的晶振時(shí)鐘定義最合適精度的最小時(shí)間單位Tmin，脈寬、頻率和刺激 時(shí)間由最小時(shí)間單位Tmin確定，從而產(chǎn)生脈寬、頻率和刺激時(shí)間都可調(diào)節(jié)的 脈沖剌激控制信號(hào)。而刺激脈沖的幅度則是通過(guò)微處理器MCU的DAC輸出不 同大小的信號(hào)控制，DAC輸出的脈沖控制信號(hào)進(jìn)一步輸入到刺激補(bǔ)償電路，轉(zhuǎn) 換輸出雙向恒流刺激脈沖，通過(guò)刺激電極3作用于植入部位的神經(jīng)或肌肉進(jìn) 行刺激。完成刺激后體內(nèi)刺激器和體外控制器返回初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)，包括位于體外的無(wú)線控制終端，及分別植入人體內(nèi)多靶點(diǎn)區(qū)域的體內(nèi)刺激器，其特征在于，體內(nèi)刺激器包括體內(nèi)刺激單元以及與之通過(guò)導(dǎo)線連接的電極；多個(gè)體內(nèi)刺激單元通過(guò)其射頻收發(fā)器與體外無(wú)線控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并接收控制命令，構(gòu)成無(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)；體內(nèi)刺激單元中微處理器作為中央控制處理器，控制其所述的神經(jīng)刺激器產(chǎn)生恒流雙向脈沖，并將其輸出到電極對(duì)多靶點(diǎn)區(qū)域神經(jīng)、肌肉產(chǎn)生刺激。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其特 征在于，體外無(wú)線控制終端與體內(nèi)刺激單元之間基于射頻通信協(xié)議構(gòu)建星形 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)， 其特征在于，體外控制器采用同步方式對(duì)體內(nèi)刺激單元進(jìn)行喚醒、休眠及通 信控制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其特 征在于，所述體內(nèi)刺激單元根據(jù)體外無(wú)線控制終端發(fā)送的控制命令，控制DAC 脈沖輸出電路產(chǎn)生頻率、脈寬和幅度可調(diào)的脈沖信號(hào)，并通過(guò)神經(jīng)剌激器中 的刺激補(bǔ)償電路，雙極性轉(zhuǎn)換電路控制將其轉(zhuǎn)換為雙極性脈沖，輸出到升壓 電路產(chǎn)生恒流雙向剌激脈沖。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或4所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)剌激系 統(tǒng)，其特征在于，在體內(nèi)刺激單元的微處理器內(nèi)部集成了存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換 器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，支持自編程操作。
6、 一種植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法，其特征在于，該方法包括如下步驟體外控制終端發(fā)射工作模式、指定靶點(diǎn)區(qū)域的刺激單元設(shè)備號(hào) 及剌激參數(shù)，喚醒與刺激單元設(shè)備號(hào)對(duì)應(yīng)的體內(nèi)刺激單元；體內(nèi)刺激單元接 收信標(biāo)幀保持網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，返回狀態(tài)參數(shù)到體外控制終端；指定耙點(diǎn)區(qū)域 的刺激單元根據(jù)接收的工作模式參數(shù)和刺激參數(shù)，由DAC脈沖輸出電路產(chǎn)生 相應(yīng)幅度、脈寬和頻率的單極性刺激脈沖，刺激補(bǔ)償電路將其轉(zhuǎn)換輸出恒流 雙向刺激脈沖，通過(guò)剌激電極對(duì)指定部位的神經(jīng)或肌肉進(jìn)行刺激。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法，其特征在于，體外控制器采用中斷方式獲取工作模式和剌激參數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法，其特 征在于，所述脈寬、頻率和剌激時(shí)間由最小時(shí)間單位確定。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激系統(tǒng)及其控制方法，涉及人體植入式醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)利用先進(jìn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理構(gòu)建星型但不僅限于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臒o(wú)線刺激網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)不同肢體運(yùn)動(dòng)控制需要，構(gòu)建不同規(guī)模的刺激網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)采取無(wú)線時(shí)間同步協(xié)議，體外控制終端與體內(nèi)刺激單元的“同步休眠、同步喚醒”協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了一種多靶點(diǎn)的植入式無(wú)線肢體運(yùn)動(dòng)控制神經(jīng)刺激方法，這種Burst(爆發(fā)式)工作方式功耗低，可大大提高體內(nèi)刺激單元的工作壽命。本發(fā)明為神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷患者的康復(fù)治療提供了一種新的刺激裝置和控制方法，通過(guò)多神經(jīng)、多肌肉的無(wú)線同步控制刺激，有利于實(shí)現(xiàn)低創(chuàng)傷下更協(xié)調(diào)、自然的肢體運(yùn)動(dòng)控制。
文檔編號(hào)A61N1/05GK101234227SQ20071009324
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者何慶華, 馮正權(quán), 豫 卓, 吳寶明, 閆慶廣, 華 黃 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所