CN209645654U - 无创迷走神经磁刺激设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无创迷走神经磁刺激设备，包括：刺激线圈装置，用于根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；脉冲电流的大小大于预设强度；储能电容，与刺激线圈装置连接，用于通过充放电将变化的脉冲电流传递至刺激线圈装置；充放电控制模块，与储能电容连接，用于以脉冲电流不停地向储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；采集装置，用于采集受体的实时生理信号；中心控制单元，与所述充放电控制模块和采集装置连接，用于根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作。上述技术方案实现了有效地无创刺激迷走神经。

Description

无创迷走神经磁刺激设备

技术领域

本实用新型涉及磁刺激技术领域，特别涉及一种无创迷走神经磁刺激设备。

背景技术

我国约有1000万癫痫患者，其中约30％是无法通过药物或手术控制的难治性癫痫患者。迷走神经刺激(Vagus Nerve Stimulation,VNS)植入术是治疗难治性癫痫的主要手段，60％的患者术后疗效明显(癫痫发作次数减少50％以上)，但仍有40％的患者症状没有显著改善。如果能够以无创的方式进行治疗，将极大地降低治疗费用，并能使更多的患者获得治疗。

与植入式电刺激相比，磁刺激是一种无创的刺激方法，目前经颅磁刺激已经成为脑科学、脑疾病研究中的常用工具。目前有学者通过电磁场仿真和动物实验验证了磁刺激迷走神经的可行性，实验结果表明磁刺激可以实现迷走神经阈上刺激，动物实验中成功测得家兔迷走神经诱发电位。然而，现有磁刺激设备不能有效地刺激刺激迷走神经。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种无创迷走神经磁刺激设备，用以有效地刺激无创刺激迷走神经，该无创迷走神经磁刺激设备包括：

刺激线圈装置，用于根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；所述脉冲电流的大小大于预设强度；

储能电容，与所述刺激线圈装置和高压电源连接，用于通过充放电将变化的脉冲电流传递至所述刺激线圈装置；

充放电控制模块，与所述储能电容连接，用于以所述脉冲电流不停地向所述储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；

采集装置，用于采集受体的实时生理信号；

中心控制单元，与所述充放电控制模块和采集装置连接，用于根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作。

本实用新型实施例提供的方案通过：刺激线圈装置根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；储能电容通过充放电将变化的脉冲电流传递至所述刺激线圈装置；充放电控制模块以所述脉冲电流不停地向所述储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；采集装置采集受体的实时生理信号；中心控制单元根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作，实现了根据实时检测的生理信号，有效地无创刺激迷走神经。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例中无创迷走神经磁刺激设备的内部构造示意图；

图2是本实用新型实施例中充放电控制模块及其连接部分示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

癫痫的治疗通常以药物治疗和手术治疗入手。药物治疗：目前临床仍以正规的传统一线AEDs治疗为主；外科手术治疗：癫痫源精确定位及合理选择外科手术治疗有望使更多的难治性癫痫患者得到治愈。

约20％～30％的癫痫患者，经2年以上正规抗癫痫治疗，试用主要抗癫痫药单独或合用，达到患者能耐受最大剂量，血药浓度达到有效范围，仍不能控制发作，且影响日常生活，即药物治疗无效，又不能准确定位痫灶和手术切除治疗。

迷走神经刺激(Vagus Nerve Stimulation,VNS)植入术是治疗难治性癫痫的主要手段。放置神经控制辅助(neuro cybernetic prosthesis-NCP)系统进行间歇性迷走神经刺激对于经适当的抗癫痫药治疗无效，又不能准确定位痫灶和手术切除治疗的癫痫病人，无疑开辟了一个新的、非药物治疗癫痫的方法。

使用VNS植入术治疗，60％的患者术后疗效明显(癫痫发作次数减少50％以上)，但仍有40％的患者症状没有显著改善。由于植入术的特点，患者接受治疗后会对身体造成不同程度的损坏，如果能够以无创的方式进行治疗，将极大地降低治疗费用，并能使更多的患者获得治疗。

由于发明人发现了以上技术问题，提出了一种无创迷走神经磁刺激设备，用以有效地无创刺激迷走神经，解决刺激参数与心电变异性等关键生理信号之间的相关性问题，实现难治性癫痫无创治疗的目标，同时为VNS治疗有效性提供一种术前评估手段。

下面对该无创迷走神经磁刺激设备的结构进行详细介绍。

图1是本实用新型实施例中无创迷走神经磁刺激设备的内部构造示意图，如图1所示，该无创迷走神经磁刺激设备包括：

刺激线圈装置10，用于根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；所述脉冲电流的大小大于预设强度；

储能电容20，与所述刺激线圈装置和高压电源连接，用于通过充放电将变化的脉冲电流传递至所述刺激线圈装置；

充放电控制模块30，与所述储能电容连接，用于以所述脉冲电流不停地向所述储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；

采集装置40，用于采集受体的实时生理信号；

中心控制单元50，与所述充放电控制模块和采集装置连接，用于根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作。

本实用新型实施例提供的方案通过：刺激线圈装置根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；储能电容通过充放电将变化的脉冲电流传递至所述刺激线圈装置；充放电控制模块以所述脉冲电流不停地向所述储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；采集装置采集受体的实时生理信号；中心控制单元根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作，实现了根据实时检测的生理信号，有效地无创刺激迷走神经。

具体实施时，本实用新型实施例提供的方案中，实时生理信号对应的磁刺激参数，可以利用一个其他设备(例如一个生理信号分析装置)根据所述实时生理信号，以及生理信号与磁刺激参数的关系，确定实时生理信号。生理信号与磁刺激参数的关系可以是预先存储的，该关系可以以表格、图表或数学模型的形式存储，上述生理信号分析装置确定实时生理信号对应的磁刺激参数的方法可以是现有的匹配方法：采集到实时生理信号后，将实时生理信号在生理信号与磁刺激参数的关系中进行匹配，找到实时生理信号对应的磁刺激参数，即为实时生理信号对应的磁刺激参数。该磁刺激参数可以通过一显示装置60显示，以便工作人员及时了解受体的身体情况，为病症的检测与治疗等提供依据，且提高了安全性灵活性。

具体实施时，上述预设强度可以根据实际工作需要进行设定，只要保证有效地无创刺激迷走神经即可。

发明人经过长期的大量实验研究，提出了如下储能电容的容量方案。

在一个实施例中，所述储能电容的容量范围为50至300微法，储能电容两端的电压取值范围为300至2000伏。

具体实施时，储能电容的容量范围为50至300微法，以及储能电容两端的电压取值范围为300至2000伏，可以有效地无创刺激迷走神经。

在一个实施例中，所述储能电容的容量为150微法，储能电容两端的电压取值范围为1150至1350V。

具体实施时，储能电容的容量为150微法，以及储能电容两端的电压取值范围为1150至1350V，可以更加有效地无创刺激迷走神经。

在一个实施例中，上述无创迷走神经磁刺激设备还可以包括：存储单元，用于存储所述实时生理信号，以及实时生理信号对应的磁刺激参数。

具体实施时，存储单元存储实时生理信号，以及实时生理信号对应的磁刺激参数为后续研究提供基础。存储单元未在图1中示出。

在一个实施例中，如图1所示，上述无创迷走神经磁刺激设备还可以包括：显示装置60，与所述中心控制单元和采集装置连接，用于显示所述实时生理信号，以及实时生理信号对应的磁刺激参数。

具体实施时，显示装置的设置方便无创迷走神经磁刺激设备的使用，灵活性高。当然，显示装置还可以接收并显示用于的指令，或显示脉冲电流大小，电磁场大小等。

在一个实施例中，如图1所示，上述无创迷走神经磁刺激设备还可以包括：高压电源模块70，与所述中心控制单元和充放电控制模块连接，用于为所述中心控制单元和充放电控制模块供电。

具体实施时，为了产生足够强的刺激信号，所以放电线圈中必须要有变化的强电流。为实现这个要求，本实用新型实施例选用了高压储能电容(详见上述实施例关于储能电容的介绍)，在电容值一定的情况下，高压储能电容的充电电压越高发电时的能量越大，产生的放电脉冲电流的幅值就越大，持续时间就越长。为给高压储能电容充电，高压电源模块也是必不可少的部分。

在一个实施例中，所述充放电控制模块可以包括：充电电路和放电电路；其中，充电电路可以包括：

充电输入端P11，与高压电源模块70的输出端连接，用于接收高压电源模块70输出的电流电压；

限流电阻R14，限流电阻R14的第一端与所述充电输入端连接，第二端与储能电容正极端连接，用于将所述电流电压进行限流保护后提供给储能电容C8，给储能电容C8充电；

所述放电电路可以包括：

第一晶闸管DB2，第一晶闸管DB2的阴极与刺激线圈装置中的线圈L1连接，第一晶闸管DB2的阳极与储能电容C8连接，第一晶闸管DB2的控制极与控制板触发信号芯片P9连接；控制板为所述中心控制单元；

二极管D4，二极管D4的阳极与第一晶闸管DB2的阴极、刺激线圈装置中的线圈L1连接，二极管D4的阴极与储能电容、第一晶闸管DB2的阳极连接。

具体实施时，充放电控制模块的结构可以如图2中的电路所示。在充放电控制模块中，充电部分是电容经过保护电阻(R14)以一定电流不停的向储能电容C8(储能电容20)充电，放电部分原理类似典型RLC谐振电路。在实际使用中还要保证刺激电流的及时关断，防止拖尾现象的产生。所以实际充放电电路(充放电控制模块)原理图如图2所示。

如图2所示，该电路是大容量电容的充放电电路，输入端P11与高压电源模块70的输出端连接，该输入端P11接入电源是高压电源模块70。该高压电源模块70对外接口主要有三部分，输入电压接口、输出电压接口、控制电路(中心控制单元50)接口。其中，输入电压接口接0-220V的交流电；输出电压接口输出的是一个0-2000V最大电流1A的输出电流电压可控制的大功率稳压电源；控制接口部分提供的一个DB15的15针接口作为控制部分与控制单元(中心控制单元50)相连接。其中，控制单元(中心控制单元50)通过TPL0401A/B两个集成芯片输出0到5V的模拟量，从而控制高压电源(高压电源模块70)输出的电压和电流值的大小。高压电源(高压电源模块70)受控后输出的稳压电源在通过20欧姆的限流电阻R14(保护电阻)后对储能电容(例如图2中的C8)进行充电。当检测到电容两端电压到达设定值时，高压电源(高压电源模块70)停止充电。当可控硅DB2没有导通时，后端的放电线圈L1中是没有电流的。当控制电路(中心控制单元)给晶闸管DB2触发信号时，DB2导通，高压电容(储能电容C8)开始放电，放电回路(放电电路)等效是RLC谐振电路，放电回路中产生时变的电流，时变电流在放电线圈L1内产生时变的磁场作用于生物组织。时变的电流的时间幅值的图形是一个振荡衰减的类正弦波，当在电流处在正弦波的正半周期时，线圈中的电流方向是顺时针方向，当电流进入负半周期时由大功率二级管D4进行续流，电流反向电流方向为逆时针方向，产生第二个刺激脉冲。在这个周期当中DB2由于电流反向，DB2立即关断。当电流在逆时针方向中从0到波峰再到0时，由于DB2已经关断所有电路中没有回路，RLC谐振振荡电路在经过一个波峰和一个波谷后，RLC放电回路马上被关断。最后形成的刺激脉宽即为双脉宽刺激波形。

在一个实施例中，所述充放电控制模块还可以包括：安全保护电路，该安全保护电路可以包括：

残电吸收电阻R15，第一端与限流电阻R14的第二端、储能电容C8的第一端正极端连接；

第二晶闸管DB3，第二晶闸管DB3的阴极与储能电容C8第二端，负极端连接，第二晶闸管DB3的阳极与残电吸收电阻R15的第二端连接，第二晶闸管DB3的控制极与控制板触发信号芯片P10连接；控制板为所述中心控制单元。

具体实施时，当设备使用结束后，储能电容C8中或有电量残留，为保证安全，在停止充放电回路运行后，需手动(此时P11为手动开关)或者以中心控制单元50(此时P11为释放残留电量的控制信号接收端)控制打开第二晶闸管DB3，使电容通过残电吸收电阻R15将残留电量释放干净。

在一个实施例中，刺激线圈装置为刺激线圈手柄，其内部的刺激线圈与所述储能电容连接。

具体实施时，刺激线圈装置4可以为刺激线圈手柄，其内部的刺激线圈与储能电容连接。中心控制单元50还可以控制高压电源模块70工作。

在一个实施例中，所述中心控制单元具体为单片机或PLC控制单元。

具体实施时，本实用新型实施例提供的技术方案中还可以针对各个部分，建立适当的屏蔽方案，如使用屏蔽罩，以减少各器件间的电磁干扰；并以液体内冷的方式解决刺激线圈长时间工作的散热问题。

本实用新型实施例实现了如下技术效果：实现了根据实时检测的生理信号，有效地无创刺激迷走神经。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，包括：

刺激线圈装置，用于根据变化的脉冲电流产生变化的电磁场刺激迷走神经；所述脉冲电流的大小大于预设强度；

储能电容，与所述刺激线圈装置和高压电源模块连接，用于通过充放电将变化的脉冲电流传递至所述刺激线圈装置；

充放电控制模块，与所述储能电容连接，用于以所述脉冲电流不停地向所述储能电容充电，改变储能电容的充放电时序；

采集装置，用于采集受体的实时生理信号；

中心控制单元，与所述充放电控制模块和采集装置连接，用于根据所述实时生理信号对应的磁刺激参数，控制所述充放电控制模块工作；

所述无创迷走神经磁刺激设备还包括：高压电源模块，与所述中心控制单元和充放电控制模块连接，用于为所述中心控制单元和充放电控制模块供电；中心控制单元通过TPL0401A/B两个集成芯片输出0到5V的模拟量，从而控制高压电源模块输出的电压和电流值的大小；

所述储能电容的容量为150微法，储能电容两端的电压取值范围为1150至1350V。

2.如权利要求1所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，还包括：存储单元，用于存储所述实时生理信号，以及实时生理信号对应的磁刺激参数。

3.如权利要求1所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，还包括：显示装置，与所述中心控制单元和采集装置连接，用于显示所述实时生理信号，以及实时生理信号对应的磁刺激参数。

4.如权利要求1所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，所述充放电控制模块包括：充电电路和放电电路；其中，充电电路包括：

充电输入端(P11)，与高压电源模块的输出端连接，用于接收高压电源模块输出的电流电压；

限流电阻(R14)，限流电阻(R14)的第一端与所述充电输入端连接，第二端与储能电容连接，用于将所述电流电压进行限流保护后提供给储能电容(C8)，给储能电容(C8)充电；

所述放电电路包括：

第一晶闸管(DB2)，第一晶闸管(DB2)的阴极与刺激线圈装置中的线圈(L1)连接，第一晶闸管(DB2)的阳极与储能电容(C8)连接，第一晶闸管(DB2)的控制极与控制板触发信号芯片(P9)连接；控制板为所述中心控制单元；

二极管(D4)，二极管(D4)的阳极与第一晶闸管(DB2)的阴极、刺激线圈装置中的线圈(L1)连接，二极管(D4)的阴极与储能电容、第一晶闸管(DB2)的阳极连接。

5.如权利要求4所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，所述充放电控制模块还包括：安全保护电路，该安全保护电路包括：

残电吸收电阻(R15)，第一端与限流电阻(R14)的第二端、储能电容(C8)的第一端连接；

第二晶闸管(DB3)，第二晶闸管(DB3)的阴极与储能电容(C8)连接，第二晶闸管(DB3)的阳极与残电吸收电阻(R15)的第二端连接，第二晶闸管(DB3)的控制极与控制板触发信号芯片(P10)连接；控制板为所述中心控制单元。

6.如权利要求1所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，刺激线圈装置为刺激线圈手柄，其内部的刺激线圈与所述储能电容连接。

7.如权利要求1所述的无创迷走神经磁刺激设备，其特征在于，所述中心控制单元具体为单片机或PLC控制单元。