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植入式神经刺激器刺激信号的产生和调节技术

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中国医疗器械杂志 2015年第3期39卷 197-200页

作者：张岩李津陈翔魏建新西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室生命科学与技术学院西安市710049 石河子大学医学院第一附属医院石河子市832008 华中科技大学同济医学院附属协和医院武汉市430022

植入式神经刺激器直接作用于神经细胞,对刺激信号的准确性和鲁棒性有一定的要求。该文介绍了刺激信号的特点和应用,着重阐述了5种常见的刺激信号产生和调节技术的基本原理,并对其技术特点进行分析,对植入式神经刺激器设计的发展进行了... 详细信息

植入式神经刺激器直接作用于神经细胞,对刺激信号的准确性和鲁棒性有一定的要求。该文介绍了刺激信号的特点和应用,着重阐述了5种常见的刺激信号产生和调节技术的基本原理,并对其技术特点进行分析,对植入式神经刺激器设计的发展进行了展望。

关键词：植入式神经刺激器刺激信号产生与调控技术

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闭环植入式神经刺激器的现状与发展趋势

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中国生物医学工程学报 2012年第5期31卷 762-768页

作者：袁媛郝红伟李路明清华大学航天航空学院北京100084

闭环植入式神经刺激器能根据患者生理信号的变化自适应地调整刺激参数的特性,使其成为研究的热点,患者的临床需求推动其设计开发的进展。介绍3种闭环植入式神经刺激器的作用机制和刺激参数评估的理论研究以及临床应用现状,这3种闭环植... 详细信息

闭环植入式神经刺激器能根据患者生理信号的变化自适应地调整刺激参数的特性,使其成为研究的热点,患者的临床需求推动其设计开发的进展。介绍3种闭环植入式神经刺激器的作用机制和刺激参数评估的理论研究以及临床应用现状,这3种闭环植入式神经刺激器分别为代表中枢神经、外周神经及脊髓神经的脑刺激器,迷走神经刺激器以及脊髓神经刺激器。概括分析闭环植入式神经刺激器研究应用中未解决的问题和发展趋势,即闭环植入式神经刺激器的作用机制仍需要深入研究,刺激参数评估的有效性需要进一步提高,应用于临床的系统有待继续完善。

关键词：植入式神经刺激器闭环脑刺激器迷走神经刺激器脊髓神经刺激器

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应用于植入式医疗设备的能量效率优化技术研究

应用于植入式医疗设备的能量效率优化技术研究

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作者：朱桂杰清华大学

学位级别：硕士

随着植入式医疗技术的飞速发展,将植入式刺激器应用于治疗人类疾病的方法已经越来越普遍。相比于传统的药物治疗,植入式神经刺激是在人体内植入电路,使用电流刺激的形式进行疾病治疗,具有针对性强的优点。为了延长植入式电路的使用寿命... 详细信息

随着植入式医疗技术的飞速发展,将植入式刺激器应用于治疗人类疾病的方法已经越来越普遍。相比于传统的药物治疗,植入式神经刺激是在人体内植入电路,使用电流刺激的形式进行疾病治疗,具有针对性强的优点。为了延长植入式电路的使用寿命,降低工作时的温升,对电路的功耗和效率有严格的要求。作为植入式器件中功耗占比最高的电路,刺激输出级的功耗和效率优化就显得非常重要。此外,无线能量传输作为植入式电路的供电方式之一,在植入式器件中的应用普遍。无线供电的效率大小直接影响到无线供电时的损耗及温升,因此对无线能量传输的效率优化也是非常必要的。针对植入式刺激器输出级的效率优化,本文在输出级中引入SEPIC变换器,用于动态调节刺激电压,降低电流源损耗。此外,针对SEPIC变换器自身的效率优化,采用动态栅宽控制技术来提高变换器在宽负载范围内的效率。为了进一步提高输出级能量效率,本文研究了一种新型的刺激方式:高频刺激。高频刺激能够消除输出级的电流源损耗,以及多通道输出额外损耗,大大提升效率。针对传统高频刺激中的动态范围有限问题,本文提出使用双源非交叠高频刺激来拓展输出电流范围。在无线能量传输中,能量传输效率与负载阻抗有关,存在一个最优负载阻抗使得效率最高。本文通过整流桥进行阻抗变换,使得系统在较宽负载范围内都能取得较高的效率。本论文完成了植入式神经刺激器的能量效率优化,主要包括刺激输出级和无线能量传输的效率优化。在刺激输出级的效率优化中,首先针对SEPIC变换器进行优化并流片,采用CSMC 0.8μm BCD工艺。测试结果显示,在电源电压为3.7V,负载电阻为500Ω时,SEPIC输出电压为0.3V~12V,相应的电流大小为0.6~24mA。当电流大于6mA时,效率大于70%,最高效率为78%。对于高频刺激,采用PCB原型电路进行双源非交叠高频刺激电路的设计;测试结果显示,双源非交叠高频刺激能够将输出电流拓展一倍,效率提升达40%。对于无线能量传输的优化,则是采用电路仿真进行验证。仿真结果表明,当负载电阻为100Ω~1500Ω,耦合系数为0.05~0.25时,采用阻抗变换方式能有效提升无线能量传输效率。

关键词：植入式神经刺激器 SEPIC变换器高频刺激无线能量传输

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