CN109420252B - 电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质 - Google Patents

电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN109420252B
CN109420252B CN201710722664.2A CN201710722664A CN109420252B CN 109420252 B CN109420252 B CN 109420252B CN 201710722664 A CN201710722664 A CN 201710722664A CN 109420252 B CN109420252 B CN 109420252B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical stimulation
signal
electrical
generating circuit
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710722664.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109420252A (zh
Inventor
张季衡
潘建豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gimer Medical Co Ltd
Original Assignee
Gimer Medical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gimer Medical Co Ltd filed Critical Gimer Medical Co Ltd
Priority to CN201710722664.2A priority Critical patent/CN109420252B/zh
Priority to EP18188979.1A priority patent/EP3446746B1/en
Priority to US16/107,359 priority patent/US11083893B2/en
Publication of CN109420252A publication Critical patent/CN109420252A/zh
Priority to US17/322,172 priority patent/US20210268283A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109420252B publication Critical patent/CN109420252B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36062—Spinal stimulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36125—Details of circuitry or electric components
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0551—Spinal or peripheral nerve electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36071—Pain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36146—Control systems specified by the stimulation parameters
    • A61N1/3615—Intensity
    • A61N1/36153—Voltage
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/378—Electrical supply
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
    • A61N1/36021—External stimulators, e.g. with patch electrodes for treatment of pain

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

一种电刺激装置，其包括电源管理电路以及电刺激产生电路。电源管理电路产生第一电压以及第二电压。电刺激产生电路具有工作电极接点与参考电极接点，且由第一电压与第二电压供电。电刺激产生电路产生第一电信号于工作电极接点以及产生第二电信号于参考电极接点。第一电信号包括多个第一交流脉冲以电刺激一目标物的一目标区域。

Description

电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及一种电刺激装置，且特别涉及一种植入式电刺激装置。
背景技术
由于精密制造技术的发展，医疗仪器的尺寸已微小化，并可植入人体的内部，例如，植入式电刺激装置。植入式电刺激装置不仅可用来产生电刺激给脊髓神经以减少病患疼痛感，也可通过对电刺激特定的神经来治疗疾病，例如膀胱神经、视网膜神经等等。然而，在目前的植入式电刺激装置中，由于随着受电刺激的神经的位置不同，电刺激装置需要配置较复杂的开关阵列来选择对应的电极并切换电极的正/负极性，这增加了电刺激装置的体积并加速电源的消耗。另外，除了正负电极之外，为了提供参考电压的电平，现有技术还需要于导线(lead)上或延长线(extension)上提供额外的参考电极。
发明内容
本发明的一实施例提供一种电刺激装置，其包括电源管理电路以及电刺激产生电路。电源管理电路产生第一电压以及第二电压。电刺激产生电路具有工作电极接点与参考电极接点，且由第一电压与第二电压供电。电刺激产生电路产生第一电信号于工作电极接点以及产生第二电信号于参考电极接点。第一电信号包括多个第一交流脉冲以电刺激一目标物的一目标区域。
本发明的一实施例提供一种产生电信号的方法，用于一电刺激装置。此电刺激装置包括电源管理电路以及电刺激产生电路。产生电刺激信号的方法包括以下步骤：由电源管理电路产生第一电压以及第二电压，以对电刺激产生电路供电；由电刺激产生电路于工作电极接点产生第一电信号；以及由电刺激产生电路于参考电极接点产生第二电信号。第一电信号包括多个第一交流脉冲。
本发明的一实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储一或多个指令，并与电刺激装置配合。此电刺激装置包括电刺激产生电路及电源管理电路。当指令由电刺激装置所执行时，电刺激装置执行多个步骤，包括产生第一电压以及第二电压，以对电刺激产生电路供电；于电刺激产生电路的工作电极接点产生第一电信号；以及于电刺激产生电路的参考电极接点产生第二电信号。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举多个较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例的电刺激***。
图2表示脊椎的截面图的一示范例。
图3表示根据本发明一实施例的导线远端放置的示意图。
图4A表示根据本发明一实施例，连接电刺激装置的导线的示意图。
图4B表示根据本发明另一实施例，连接电刺激装置的导线的示意图。
图5表示根据本发明一实施例的外部控制装置、电刺激产生电路、以及电源管理电路。
图6表示根据本发明一实施例的电刺激产生电路与电源管理电路。
图7表示根据本发明一实施例的电信号的波形图。
图8表示根据本发明另一实施例的电刺激产生电路与电源管理电路。
图9表示根据本发明又一实施例的电刺激产生电路与电源管理电路。
图10表示根据本发明另一实施例的电信号的波形图。
图11表示根据本发明一实施例的电刺激产生电路与电源管理电路。
图12表示根据本发明另一实施例的电刺激产生电路与电源管理电路
图13表示根据本发明又一实施例的电信号的波形图。
图14表示根据本发明一实施例的电信号的波形图。
图15是表示根据本发明一实施例的产生电信号的方法。
具体实施方式
在下文中将参照相关附图以描述本发明的多个实施例的范例。
图1是表示根据本发明一实施例的电刺激***。参阅图1，电刺激***1包括外部控制装置10、电刺激装置11以及导线13，其中，电刺激装置11包括配置在机壳内部的电刺激产生电路(例如图5中的电刺激产生电路110)以及电源管理电路(例如图5中的电源管理电路111)。根据本发明的一实施例，机壳可为一塑料或一金属材质，在此是以塑料高分子材料聚醚醚酮(Polyether ether ketone,PEEK)为例。电刺激装置11为一植入式装置，可植入一目标物(例如，病患，可为人类或其他哺乳类)19的内部。导线13包含一导线远端(distal endof the lead)131及一导线近端(proximal end of the lead)132，导线远端131指的是导线13远离电刺激装置11的一端，而导线近端132则是指导线13邻近电刺激装置11的一端。当导线13被放置于接近目标物19内的一特定区域(或称为目标区域)时，电刺激装置11内的电刺激产生电路通过导线13将多个电信号传送至导线远端131上的多个电极，以电刺激此特定区域。举例来说，如图1所示，目标物19为一病患。当电刺激装置11植入病患19的体内时，电刺激装置11可放置在病患19背部的皮下，且导线远端131放置于接近脊髓神经的一特定区域15，例如将至少部分导线远端131设置于硬膜外腔(epidural space)中，以就近电刺激脊髓、脊髓神经(spinal nerve)或是背根神经节(dorsal root ganglia,DRG)。电刺激装置11内的电刺激产生电路通过导线13则将多个电信号传送至导线远端131上的电极，以电刺激目标区域。另外，电刺激的目标区域也可以是在脑部，以进行脑部皮质的电刺激或是深脑刺激(deep brain stimulation,DBS)。
图2是表示脊椎的截面图的一示范例。此截面图显示了脊髓及脊髓神经等主要部份，包括背根神经进入区(dorsal root entry zone)191、背根神经(dorsal root nerve)192、背根神经节193、脊椎(vertebra)194、腹侧椎体(ventrally located vertebralbody)195、棘突起(spinous process)196、背部横突(dorsally located transverseprocess)197、硬膜(dura mater)198、以及硬膜外腔(epidural space)199。参阅图2，举例来说，脊椎194可为颈椎、胸椎、腰椎或荐椎的任何一节，图2中是以第8胸椎(T8)、第9胸椎(T9)、或第10胸椎(T10)为例。图2中箭头20是表示背部方向，而箭头21是表示腹部方向。脊髓190处于腹侧椎体195、背部横突197、与棘突起196之间。脊髓190本身是位于硬膜198内，其环绕离开脊髓的部分神经(包括背根神经192与背根神经节193)。根据本发明的实施例，导线远端131是经由硬膜外腔199进入而接近欲电刺激的特定区域。
图3是表示根据本发明一实施例导线远端131放置于接近背根神经节的示意图。在图3中显示出四条导线13的导线远端131被设置于接近不同(脊椎)区段(differentlevels)的背根神经节193位置。每一导线13的导线近端132是连接电刺激装置11(如图1所示)，而多个电极120则设置于导线远端131。
请参考图4A，电极根据其接收到的电信号的类型可分为工作电极120a与参考电极120b，且位于导线远端131。在本发明的实施例中，工作电极120a与参考电极120b为交错的配置。在一实施例中，工作电极120a的数量等于参考电极120b的数量。而在另一实施例中，工作电极120a的数量不等于参考电极120b的数量。而在导线远端132，导线则更具有二个额外的电极E1与E2，以与电刺激产生电路的工作电极接点P1(显示于图5)与参考电极接点P2(显示于图5)直接接触。此外，电极E1与E2又分别以电线(wire)而与各工作电极120a及各参考电极120b分别电性连接。例如电极E1与电刺激产生电路的工作电极接点P1电性连接，且与各工作电极120a电性连接以传送电信号；而电极E2则与电刺激产生电路的参考电极接点P2电性连接，且与各参考电极120b电性连接以传送参考电信号。另外，在图1中，电刺激产生电路以及电源管理电路设置在电刺激装置11内。而在其他实施例中，如图4B所示，电刺激装置内的电刺激产生电路及电源管理电路则可整合于一软性电路板11a上，并设置于导线13的腔室内，而将电刺激装置及导线整合成单一的装置，且无机壳的需求。
图5是表示根据本发明一实施例的外部控制装置10以及配置在电刺激装置11内部的电刺激产生电路110与电源管理电路111。参阅图5，外部控制装置10包括控制器100、电源101、以及人机界面102。外部控制装置10是处于病患19(如图1所示)的身体外，其主要是通过有线或无线的方式进行与植入在病患19体内的电刺激装置11之间的信号及能量传送/接收，以对电刺激装置11进行充电及控制。详细来说，控制器100控制电源101，使其通过感应线圈(induced coil)或电线的方式来对电刺激装置11传递能量以进行充电。控制器100也可产生控制信号，并通过无线通信的方式(例如近场及或蓝牙通讯协议)来传递控制信号以控制电刺激产生电路110。人机界面102可包括键盘、鼠标、触控面板、液晶屏幕、实体按键或前述的结合。用户或医护人员可通过人机界面102来输入指令，使得控制器100可根据输入的参数来决定电源101的充电参数，包括充电电流大小、充电电压大小、以及/或充电时间等等。电源101则根据决定的充电参数来提供能量。电源管理电路111接收到来自电源101的能量后，则产生至少一直流电压以对电刺激产生电路110充电。此外，控制器100也可根据输入的参数来控制电刺激装置11，使其产生对应的至少一电信号，例如由工作电极所接收的电信号。在此实施例中，电刺激装置11为一植入式电刺激装置，植入于病患的体内，以产生电信号给导线。另外，电刺激装置11也可以是测试用的试验机(trial stimulator)，当导线13植入人体后，待植入电刺激装置前，可先用试验机来发出电信号，以进行导线13功能是否正常及导线植入位置是否正确的确认，其中，试验机并不会植入人体内。
图6是表示根据本发明一实施例的电刺激装置11，其包含电刺激产生电路110与电源管理电路111。参阅图6，电刺激产生电路110包括控制器62、频率合成器63、滤波器64、放大器(AMP)65、以及可变电阻66。电刺激产生电路110还可包括工作电极接点P1以及参考电极接点P2。工作电极接点P1通过导线13(显示于图1)连接至工作电极(如图4A中的电极120a)，而参考电极接点P2通过导线连接至参考电极(如图4B中的参考电极120b)。电源管理电路111包括直流-直流转换器(DC/DC转换器)60以及反相器61。直流-直流转换器60接收由电源101通过有线或无线方式所提供直流电源，且改变接收到的直流电源的电压电平以产生正电压V+。反相器61对正电压V+或直流-直流转换器60所产生的另一正电压进行反相以产生负电压V-。电源管理电路111所产生的正电压V+与负电压V-是用来对电刺激产生电路110内的元件或装置进行供电，供电范围可例如为±0V～±30V，较佳的供电范围可为±0V～±20V。在图6中，以电源管理电路111提供正电压V+与负电压V-至放大器65(即正电压V+与负电压V-作为其操作电源)为例。控制器62可根据电刺激参数来产生控制信号S62，以控制频率合成器63。在此实施例中，电刺激参数可以是存储在控制器62的预设参数，也可以受到外部控制装置10以有线或无线方式所控制而设定的参数。频率合成器63接收控制信号S62，且根据控制信号S62来产生频率信号S63。在此实施例中，频率信号S63为具有多个交流脉冲的高频信号，举例来说，频率信号S63可以是具有弦波、方波、或三角波的高频信号。在一实施例中，频率合成器63可整合于控制器62之中；也就是说，电刺激产生电路110包括控制器62、滤波器64、放大器65、以及可变电阻66，且控制器62所产生的信号即为频率信号S63。
参阅图6，放大器65由正电压V+与负电压V-供电。滤波器64耦接于频率合成器63与放大器65之间，用以滤除频率信号S63的低频成分。放大器65通过滤波器64耦接频率合成器63，以接收经滤除低频成分的频率信号S63。可变电阻器66耦接于放大器65的输入端与输出端之间。控制器62根据电刺激参数来调整可变电阻器66的电阻值，藉以改变放大器65的增益。因此，放大器65根据频率信号S63的频率以及可变电阻器66的电阻值来产生电信号S1，并将电信号S1提供至工作电极接点P1。详细来说，电信号S1的频率是由频率信号S63所决定，而电信号S2的电压值是由受到可变电阻器66的电阻值所影响的放大器65的增益所决定。在此实施例中，参考电极接点P2直接连接电刺激装置11的接地IPG_GND，其中，接地IPG_GND的电压例如为0V。因此可得知，电刺激产生电路110在参考电极接点P2上产生的电信号S2A为0V(伏特)的直流电压信号。
参阅图7，在图6的实施例中，电信号S1根据频率信号S63而具有多个交流脉冲PAC1。在一实施例中，交流脉冲PAC1的脉冲频率(pulse frequency)PF介于100KHz～1000KHz。交流脉冲PAC1为间歇性地产生，也就是，交流脉冲PAC1群聚成多个群组，且每两个脉冲群组之间具有一时间间隔。在一实施例中，交流脉冲PAC1的脉冲重复频率(burstfrequency)BF介于1～100Hz，较佳为1～10Hz，交流脉冲PAC1的持续时间(duration time)则介于1～250ms，较佳则为介于10～100ms。此外，根据放大器65的增益，交流脉冲PAC1的波峰例如为+5V，且其波谷例如为-5V。电信号S2A的电压电平则为维持在0V。
图8是表示根据本发明另一实施例的电刺激产生电路112与电源管理电路111。在图6与图8中，相同的元件以相同的符号来表示。图8实施例中的电源管理电路111与图6实施例的电源管理电路111相同，因此在此省略相关说明。此外，图8实施例的电刺激产生电路112相似于图6实施例的电刺激产生电路110，且相同的元件与电路将请参阅上述关于图6实施例的叙述，在此省略相关说明。图8实施例与图6实施例的相异之处仅在于，图8实施例的电刺激产生电路112还包括电流传感器80。参阅图8，电流传感器80包括运算放大器806以及电阻器801。运算放大器806的一输入端耦接参考电极接点P2，其另一输入端耦接接地IPG_GND，且其输出端耦接控制器62。电阻器801的一端耦接参考电极接点P2，且其另一端耦接运算放大器806的输出端。电流传感器80可于导线13(显示于图1)植入人体以将工作电极接点P1及参考电极P2形成回路时，检测此回路的电流，以修正电刺激参数，或者作为控制器62产生控制信号S62与控制可变电阻器66的一电刺激参数。根据电流传感器80的电路架构可得知，参考电极接点P2通过运算放大器806而耦接接地IPG_GND，藉以实现参考电极接点P2虚拟接地(virtual grounded)，使得电信号S2A的电压电平维持在0V，如同图7所示。由于图8实施例中产生电信号S1的路径与元件与图6实施例相似，因此，电信号S1亦具有间歇性呈现的交流脉冲PAC1，如同图7所示。
图9是表示根据本发明另一实施例的电刺激产生电路114与电源管理电路111。在图6与图9中，相同的元件以相同的符号来表示。图9实施例中的电源管理电路111与图6实施例的电源管理电路111相同，因此在此省略相关说明。此外，图9实施例的电刺激产生电路114相似于图6实施例的电刺激产生电路110，且相同的元件与电路将请参阅上述关于图6实施例的叙述，在此省略相关说明。图9实施例与图6实施例的相异之处仅在于，图9实施例的电刺激产生电路114还包括反相器(INV)90、放大器(AMP)91与92、电流传感器93、以及电压传感器94。电源管理电路111亦提供正电压V+与负电压V-至反相器90、放大器91与92、电流传感器93、以及电压传感器94以对其供电。在图9中，以电源管理电路111提供正电压V+与负电压V-至反相器90以及放大器91与92作为示范例。参阅图9，放大器91耦接于放大器65的输出端。串接的放大器65与91接收经滤除低频成分的频率信号S63且对其执行放大操作以产生电信号S1。电信号S1则传送至工作电极接点P1。反相器90的输入端耦接放大器65的输出端。放大器92的输入端耦接反相器90的输出端。电流传感器93耦接于放大器92的输出端与参考电极接点P2之间。反相器90接收经滤除低频成分且由经放大器65放大的频率信号S63，且将其反相后产生反相频率信号S90。之后，放大器92对反相频率信号S90进行放大操作以产生电信号S2B，并将电信号S2B提供至参考电极接点P2。
根据图9的实施例，在放大器65之后，在产生电信号S1的路径上具有一放大器91，而在产生电信号S2B的路径上除了具有一放大器92还具有反相器90。如上所述，频率信号S63为具有多个交流脉冲的高频信号，因此，根据频率信号S63而产生的电信号S1同样地具有间歇性呈现的交流脉冲PAC1，如图10所示。此外，根据频率信号S63而产生的电信号S2B同样地具有间歇性呈现的交流脉冲PAC2。因此，在此实施例中，电信号S1与S2B都为交流信号。须注意的是，由于反相器90的作用，电信号S1的交流脉冲PAC1与电信号S2B的交流脉冲PAC2互为反相，如图10所示。由于交流脉冲PAC1与交流脉冲PAC2互为反相，因此导线13的工作电极与参考电极的压差即可达到10V，使得电极的信号强度具有等效的加乘作用，而不需要更多的升压电路，进而减少装置的成本。在图9的实施例中，放大器91与92可以为高输出电流或电压的放大器，如此一来可减少前级放大器65的负担。
在图9的实施例中，电流传感器93可于导线植入人体以将工作电极接点P1及参考电极P2形成回路时，检测此回路的电流。电压传感器94耦接工作电极接点P1与参考电极接点P2，以检测工作电极接点P1与参考电极接点P2上的电压，即此回路的电压。上述电流传感器93与电压传感器94的检测结果可用来修正电刺激参数、或者作为控制器62产生控制信号S62与控制可变电阻器66的电刺激参数。
在另一实施例中，图9实施例中的放大器92可以通过一电流传感器来实现。参阅图11，电流传感器113取代了图9的电流传感器93。电流传感器113包括运算放大器114与电阻器115。运算放大器114的第一输入端耦接反相器90的输出端以接收反相频率信号S90，其第二输入端耦接参考电极接点P2、以及其输出端耦接控制器62。运算放大器114与电阻器115形成了一放大器，用来放大反相频率信号S90，以产生电信号S2B。此外，运算放大器114与电阻器115所组成的电路也能于导线植入人体以将工作电极接点P1及参考电极P2形成回路时，感测此回路的电流。运算放大器114的输出端所产生的信号表示出参考电极接点P2上的电流大小。电流传感器113的检测结果可用来修正电刺激参数、或者作为控制器62产生控制信号S62与控制可变电阻器66的另一电刺激参数。
图12是表示根据本发明又一实施例的电刺激产生电路118与电源管理电路111a。在图6与图12中，相同的元件以相同的符号来表示。在与图6的实施例的比对下，图12实施例中的电源管理电路111a仅包括直流-直流转换器(DC/DC转换器)121，而不具有如同图6所示的反相器61。直流-直流转换器121接收由电源101(如图5所示)通过有线或无线方式所提供直流电源，且改变接收到的直流电源的电压电平以产生正电压VA+与VB+。直流-直流转换器121所产生的正电压VA+是用来对电刺激产生电路118内的元件或装置进行供电。在图12中，以直流-直流转换器121提供正电压VA+至放大器65作为示范例。在此实施例中，放大器65另耦接接地IPG_GND，以作为另一操作电源。此外，图12实施例的电刺激产生电路118相似于图6实施例的电刺激产生电路110，且相同的元件与电路将请参阅上述关于图6实施例的叙述，在此省略相关说明。在与图6的实施例的比照下，图12实施例中的电刺激产生电路118接收电压VB+，并将电压VB+传送至参考电极接点P2。因此可得知，电刺激产生电路110在参考电极接点P2上产生的电信号S2C一具有正电压电平的直流电压信号。
参阅图13，在图12的实施例中，电信号S1根据频率信号S63而具有多个交流脉冲PAC1，而交流脉冲PAC1为间歇性地产生。此外，根据放大器65的增益，交流脉冲PAC1的波峰例如为+2V，且其波谷例如为0V。电信号S2C的电压电平则为维持在电压VB+的电平，例如1V。
根据上面各个实施例所述，在导线13上的工作电极120a接收交流的电信号S1，而参考电极120b接收处于固定电平的直流电信号S2A或S2C或是接收与电信号S1互为反相的交流电信号S2B。当导线13植入于病患体内进行电刺激时，工作电极120a与参考电极120b会经由病患作为介质而形成电性回路，进而传递电刺激信号至个体(信号强度为二电极间的压差，较佳介于±20V；电流则介于2mA～50mA；持续时间(duration time)介于1～250ms，较佳为介于10～100ms)，以对目标区域进行电刺激。其中，导线13上的电极植入位置相当接近目标区域15，例如，目标区域15与最邻近的电极120之间的距离为小于10mm。另外，工作电极120a与参考电极120b之间还产生电场，以覆盖目标区域，且由于电刺激信号为间歇性的交流脉冲信号，故所形成的电场为一间歇性的脉冲电场(Intermittent pulsed electricfield)，电场强度介于100V/m～2000V/m。其中，电场强度是利用有限元素分析法(finiteelement method,FEM)来进行软件仿真电场强度而得，分析软件例如为COMSOLMultiphysics(MI，USA)的AC/DC模块。
如此一来，仅需将电信号提供至工作电极与参考电极即可刺激在目标范围15的脑、脊髓、背根神经或脊髓神经，藉以阻断或抑制神经元之间的信号进而减缓病患19的疼痛(例如阻断C-fiber的神经传导)，或者藉以治疗特定的疾病。操作电刺激***1的医护人员则不须进行现有的电极极性选择与切换操作，这提供了方便性给医疗人员，也节省了操作的时间。此外，由于不需要进行现有的电极极性选择与切换操作，本案的电刺激装置11不需配置现有的开关阵列，因此减少了电刺激装置11的体积以及元件成本。再者，由于电刺激信号为交流信号，所以工作电极与参考电极可互相作为参考电极，故不需要于导线(lead)上或延长线(extension)上提供额外的参考电极。
在上述的各个实施例中，电信号S1具有多个间歇性产生的交流脉冲PAC1，在此是以交流脉冲PAC1的脉冲为方波为例，当然交流脉冲PAC1的脉冲也可以是一正弦波。而在其他实施例中，控制器62可控制频率合成器63产生具有不同频率的交流脉冲，使得电信号S1在二个交流脉冲PAC1之间的间隔时间TL具有不同于交流脉冲PAC1频率的多个交流脉冲PACL。参阅图14，电信号S1在每一持续时间(burst width)TH中具有交流脉冲PAC1的一脉冲丛(burst)，各脉冲丛具有多个脉冲(pulses)，且在每一间隔期间TL则具有多个交流脉冲PACL，多个交流脉冲PACL的持续时间(duration time)为小于等于间隔时间TL，本实施例中，以多个交流脉冲PACL的持续时间等于间隔时间TL为例。因此可知，交流脉冲PAC1与多个交流脉冲PACL的脉冲群组在时间上是交替出现，即多个交流脉冲PACL的持续期间TL与多个交流脉冲PAC1的持续期间TH不重迭。此外，交流脉冲PAC1的脉冲频率(100kHz～1000kHz)大于交流脉冲PACL的频率(0.1Hz～1kHz)。在此实施例中，较低频率的交流脉冲PACL以频率介于0.1～10Hz为例，其能让病患19在植入电刺激装置11时产生肌肉跳动的反应或是遮盖住疼痛或不适感(paresthesia)以将导线的植入位置是否正确的信息反馈给医护人员，以避免电极植入的位置偏离目标区域15。需注意的是，电信号S1的正相信号与负相信号须达到电荷平衡(charge balance)，以减少电刺激治疗对神经所造成的伤害。
根据本发明一实施例，一计算机可读存储介质(例如为闪存或只读存储器)存储一或多个指令。此计算机可读存储介质耦接外部控制装置10或外部控制装置10内的控制器100。当通过控制器100以有线或无线的方式控制电刺激装置11或将这些指令传给电刺激装置11时，电刺激装置11执行这些指令，且执行上述任一实施例的操作来产生电信号S1与S2A/S2B/S2C，藉以对目标区域进行电刺激。
图15是表示根据本发明一实施例的产生电信号的方法。参阅图15，产生电信号的方法150可由图5-6、图8-10与图11-12中任一实施例的电刺激装置11来实现。当电刺激装置11执行方法150时，由电刺激装置11内的电源管理电路111来产生两不同的电压，以对电刺激产生电路110、112、114、116、或118供电(步骤S150)。受到供电的电刺激产生电路操作以产生一电信号于工作电极接点P1(步骤S151)，例如图7、图10、图13、或图14中的电信号S1。根据本发明的实施例，电信号S1具有多个交流脉冲。受到供电的电刺激产生电路操作还产生另一电信号于参考电极接点P2(步骤S152)。根据本发明一实施例，产生于参考电极接点P2的电信号为具有一固定电压电平的信号，例如图7中具有0V电平的电信号S2A、图13中具有1V电平的电信号S2C。根据本发明另一实施例，产生于参考电极接点P2的电信号也具有多个交流脉冲，而其交流脉冲与电信号S1的交流脉冲互为反向，例如图10中的电信号S2B。上述电信号可根据图5-6、8-10与11-12中的任一实施例所产生，相关说明请参阅前文段落，在此省略叙述。在产生电信号S1与S2A/S2B/S2C之后，电刺激产生电路分别通过导线13的工作电极120a与参考电极120b(显示于图4A与图4B)传送电信号S1与S2A/S2B/S2C至目标区域(步骤S153)以对目标区域进行电刺激，藉此阻断或抑制神经元之间的信号进而减缓病患19的疼痛，或者藉以治疗特定的疾病。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求所界定为准。
【符号说明】
1～电刺激***； 10～外部控制装置；
11～电刺激装置； 11a～软性电路板；
13～导线； 15～特定区域；
19～目标物； 20～箭头(背部方向)；
21～箭头(腹部方向)；
60～直流-直流转换器(DC/DC转换器)；
61～反相器； 62～控制器；
63～频率合成器； 64～滤波器；
65～放大器(AMP)； 66～可变电阻；
80～电流传感器； 90～反相器(INV)；
91、92～放大器(AMP)； 93～电流传感器；
94～电压传感器； 100～控制器；
101～电源； 102～人机界面；
110、112、114、116、118～电刺激产生电路；
111、111a～电源管理电路；
113～电流传感器； 114～运算放大器；
115～电阻器； 120～电极；
120a～工作电极； 120b～参考电极；
121～直流-直流转换器(DC/DC转换器)；
131～导线远端； 132～导线近端；
150～产生电信号的方法150；
191～神经根进入区； 192～背根神经；
193～背根神经节； 194～脊椎；
195～腹侧椎体； 196～棘突起；
197～背部横突； 198～硬膜；
199～硬膜外腔； 801～电阻器；
806～运算放大器； IPG_GND～接地；
BF～脉冲重复频率； E1、E2～电极；
P1～工作电极接点； P2～参考电极接点；
PAC1、PAC2、PACL～交流脉冲；
PF～脉冲频率
S1、S2A、S2B、S2C～电信号；
S62～控制信号； S63～频率信号；
S90～反相频率信号； S150…S15～步骤；
TH、TL～持续期间；
V+、VA+、VB+～正电压；
V-～负电压。

Claims (21)

1.一种电刺激装置，包括：
一电源管理电路，产生一第一电压以及一第二电压；以及
一电刺激产生电路，具有一工作电极接点与一参考电极接点，且由所述第一电压与所述第二电压供电，并产生一第一电信号于所述工作电极接点以及产生一第二电信号于所述参考电极接点；
其中，所述第一电信号包括多个第一交流脉冲，以电刺激一目标物的一目标区域，以及
其中，所述第二电信号还包括多个第二交流脉冲，且所述多个第一交流脉冲与所述多个第二交流脉冲互为反相。
2.如权利要求1所述的电刺激装置，其中，所述电刺激装置与一导线电性连接，所述导线耦接所述工作电极接点与所述参考电极接点，且包括多个工作电极以及多个参考电极；
其中，所述多个工作电极接收所述第一电信号，且所述多个参考电极接收所述第二电信号。
3.如权利要求1所述的电刺激装置，其中，所述第一电压及所述第二电压分别为一正电压及一负电压。
4.如权利要求1所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路包括：
一控制器，产生一频率信号；以及
一第一放大器，由所述电源管理电路供电，且根据所述频率信号来产生所述第一电信号。
5.如权利要求4所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一可变电阻，耦接于所述第一放大器的一输入端与一输出端之间，由所述控制器所控制以调整所述第一放大器的增益。
6.如权利要求1所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一电流传感器，耦接所述参考电极接点，且包括一运算放大器；
其中，所述运算放大器的一输入端耦接所述参考电极接点，且所述运算放大器的另一输入端耦接所述电刺激装置的一接地。
7.如权利要求1所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一控制器以及一频率合成器，所述频率合成器依据所述控制器所发出的一控制信号，以产生一频率信号；以及
一第一放大器，由所述电源管理电路供电，且根据所述频率信号来产生所述第一电信号。
8.如权利要求4或7所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一反相器，接收所述频率信号，且根据所述频率信号以产生一反相频率信号。
9.如权利要求8所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一第二放大器，且根据所述反相频率信号来产生所述第二电信号。
10.如权利要求8所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一运算放大器，具有接收所述反相频率信号的一第一输入端、耦接所述参考电极接点的一第二输入端、以及一输出端；以及
一电阻器，耦接所述运算放大器的所述第二输入端与所述输出端之间。
11.如权利要求7所述的电刺激装置，其中，所述电刺激产生电路还包括：
一滤波器，耦接于所述频率合成器与所述第一放大器之间。
12.如权利要求1所述的电刺激装置，其中所述第一电信号还包括多个第三交流脉冲，且所述多个第一交流脉冲的频率大于所述多个第三交流脉冲的频率。
13.如权利要求12所述的电刺激装置，其中，所述多个第一交流脉冲的一第一持续期间与所述多个第三交流脉冲的持续时间不重迭。
14.一种计算机可读存储介质，存储一或多个指令，并与一电刺激装置配合，所述电刺激装置包括一电刺激产生电路及一电源管理电路，当所述一或多个指令由所述电刺激装置所执行时，所述电刺激装置执行多个步骤，包括：
产生一第一电压以及一第二电压，以对所述电刺激产生电路供电；
于所述电刺激产生电路的一工作电极接点产生一第一电信号；以及
于所述电刺激产生电路的一参考电极接点产生一第二电信号，
其中，所述第一电信号包括多个第一交流脉冲，所述第二电信号还包括多个第二交流脉冲，且所述多个第一交流脉冲与所述多个第二交流脉冲互为反相。
15.如权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中，所述第一电压及所述第二电压分别为一正电压及一负电压。
16.如权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中，所述电刺激产生电路包括一控制器以及一第一放大器，且所述产生所述第一电信号的方法还包括：
通过所述控制器来产生一频率信号；
由所述电源管理电路对所述第一放大器供电；以及
由所述第一放大器根据所述频率信号来产生所述第一电信号。
17.如权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，所述电刺激产生电路包括一电流传感器，且产生所述第二电信号的步骤包括：
通过所述电流传感器的一运算放大器，将所述参考电极接点耦接至所述电刺激装置的一接地。
18.如权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中，所述电刺激产生电路包括一控制器以及一频率合成器，且所述产生所述第一电信号的方法还包括：
通过所述控制器来产生一控制信号；以及
通过所述频率合成器，根据所述控制信号来产生一频率信号。
19.如权利要求16或18所述的计算机可读存储介质，其中，所述电刺激产生电路还包括一反相器以及一第二放大器，且所述产生第二电信号的方法还包括：
通过所述反相器，根据所述频率信号来产生一反相频率信号；以及
由所述第二放大器根据所述反相频率信号来产生所述第二电信号。
20.如权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中，所述第一电信号还包括多个第三交流脉冲，且所述多个第一交流脉冲的频率大于所述多个第三交流脉冲的频率。
21.如权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，所述多个第一交流脉冲的一第一持续期间与所述多个第三交流脉冲的持续时间不重迭。
CN201710722664.2A 2017-08-22 2017-08-22 电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质 Active CN109420252B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710722664.2A CN109420252B (zh) 2017-08-22 2017-08-22 电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质
EP18188979.1A EP3446746B1 (en) 2017-08-22 2018-08-14 Electrical stimulation device
US16/107,359 US11083893B2 (en) 2017-08-22 2018-08-21 Electrical stimulation device, method for generating electrical signals, and computer-readable medium
US17/322,172 US20210268283A1 (en) 2017-08-22 2021-05-17 Method for generating electrical signals and computer-readable medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710722664.2A CN109420252B (zh) 2017-08-22 2017-08-22 电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109420252A CN109420252A (zh) 2019-03-05
CN109420252B true CN109420252B (zh) 2023-10-31

Family

ID=63254613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710722664.2A Active CN109420252B (zh) 2017-08-22 2017-08-22 电刺激装置、产生电信号的方法以及计算机可读存储介质

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11083893B2 (zh)
EP (1) EP3446746B1 (zh)
CN (1) CN109420252B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11298536B2 (en) * 2019-05-31 2022-04-12 Gimer Medical. Co. Ltd. Electrical-stimulation device and operation method thereof and electrical-stimulation system
KR20210006815A (ko) * 2019-07-09 2021-01-19 에스케이하이닉스 주식회사 테스트회로를 포함하는 반도체장치
WO2023028646A1 (en) * 2021-08-30 2023-03-09 Saluda Medical Pty Ltd Low power feedback-controlled neural stimulation system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102441232A (zh) * 2011-09-21 2012-05-09 北京大学人民医院 一种植入式膀胱功能修复***
CN102458568A (zh) * 2009-04-22 2012-05-16 内弗洛公司 用于抑制疼痛的控制高频脊髓调节的设备，以及相关的***和方法，包括简化的控制器
TW201427740A (zh) * 2013-01-07 2014-07-16 Ind Tech Res Inst 電刺激裝置與方法
WO2017031314A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Methods for applying epidural electrical stimulation
CN106606820A (zh) * 2015-10-23 2017-05-03 精能医学股份有限公司 电刺激装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08332234A (ja) * 1995-06-07 1996-12-17 Masahiro Iimori 低周波治療器
US6726684B1 (en) * 1996-07-16 2004-04-27 Arthrocare Corporation Methods for electrosurgical spine surgery
US6909917B2 (en) * 1999-01-07 2005-06-21 Advanced Bionics Corporation Implantable generator having current steering means
JP4221687B2 (ja) * 2000-03-08 2009-02-12 日本光電工業株式会社 電気治療装置およびその電気エネルギー出力方法
US20040210289A1 (en) * 2002-03-04 2004-10-21 Xingwu Wang Novel nanomagnetic particles
US7162303B2 (en) * 2002-04-08 2007-01-09 Ardian, Inc. Renal nerve stimulation method and apparatus for treatment of patients
US7483748B2 (en) * 2002-04-26 2009-01-27 Medtronic, Inc. Programmable waveform pulses for an implantable medical device
JP4174825B2 (ja) * 2003-05-23 2008-11-05 株式会社テクノリンク 生体刺激装置
US7117034B2 (en) * 2003-06-24 2006-10-03 Healthonics, Inc. Apparatus and method for bioelectric stimulation, healing acceleration, pain relief, or pathogen devitalization
DE102004059973A1 (de) * 2004-12-13 2006-06-22 Imi Intelligent Medical Implants Ag Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Ladung an Stimulationselektroden
CN102202729B (zh) * 2008-10-27 2014-11-05 脊髓调制公司 选择性刺激***和用于医疗状况的信号参数
US8005539B2 (en) * 2008-10-31 2011-08-23 Medtronic, Inc. Implantable medical device crosstalk evaluation and mitigation
US8611996B2 (en) * 2008-10-31 2013-12-17 Medtronic, Inc. Implantable medical device crosstalk evaluation and mitigation
US10639476B2 (en) * 2013-10-09 2020-05-05 GiMer Medical Co., Ltd. Electronic stimulation device, method of treatment and electronic stimulation system
US10335596B2 (en) * 2014-03-14 2019-07-02 Nalu Medical, Inc. Method and apparatus for neuromodulation treatments of pain and other conditions
US10765868B2 (en) * 2015-10-23 2020-09-08 Gimer Medical Co., Ltd Electrical stimulation device
US11305122B2 (en) * 2016-07-15 2022-04-19 Nia Therapeutics, Inc. Neuromodulation apparatus, method and system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102458568A (zh) * 2009-04-22 2012-05-16 内弗洛公司 用于抑制疼痛的控制高频脊髓调节的设备，以及相关的***和方法，包括简化的控制器
CN102441232A (zh) * 2011-09-21 2012-05-09 北京大学人民医院 一种植入式膀胱功能修复***
TW201427740A (zh) * 2013-01-07 2014-07-16 Ind Tech Res Inst 電刺激裝置與方法
WO2017031314A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Methods for applying epidural electrical stimulation
CN106606820A (zh) * 2015-10-23 2017-05-03 精能医学股份有限公司 电刺激装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210268283A1 (en) 2021-09-02
CN109420252A (zh) 2019-03-05
US20190060651A1 (en) 2019-02-28
EP3446746B1 (en) 2023-07-12
EP3446746A1 (en) 2019-02-27
US11083893B2 (en) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021286401B2 (en) Controller for nerve stimulation circuits and associated systems and methods
US11224750B2 (en) Neuromodulation using modulated pulse train
US20180104489A1 (en) Neuromodulation system and method for reducing energy requirements using feedback
US8761892B2 (en) Active current control using the enclosure of an implanted pulse generator
US20170001010A1 (en) System and method for shaped phased current delivery
EP3134174B1 (en) System and device for electrical pulse charge compensation for implantable medical device capacitance loading effects
US20210268283A1 (en) Method for generating electrical signals and computer-readable medium
JP2016507336A (ja) 電力消費を最適化するために刺激パラメータを自動的に調節する神経変調システム及び方法
US20200147390A1 (en) Spinal Cord Stimulation for Dorsal Column Recruitment or Suppression Using Anodic and Cathodic Pulses
US20150005846A1 (en) Electrical determination of the local physiological environment in spinal cord stimulation
ES2622359T3 (es) Sistema de neuromodulación a alta frecuencia para reducir los requisitos energéticos
CN106606820B (zh) 电刺激装置
EP3159038B1 (en) Electrical stimulation device
EP3886976B1 (en) Spinal cord stimulation system using anodic and cathodic pulses for dorsal column recruitment or suppression
US20210275805A1 (en) Diagnostic circuitry for monitoring and mitigating electromagnetic interference (emi) in an implantable pulse generator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant