无线脑深部开关电容型刺激器系统的研究与设计

发布时间：2020-12-16 23:04

　　长期以来,对于运动性障碍、癫痫、帕金森等神经性疾病的治疗通常依赖于药物治疗和非药物治疗两种方式,这两种方法都有一定的功效,但是都存在着一定的不足,应用上受到很多限制。近年来,随着微电子技术的发展,植入式医疗设备（Implantable Device,IMD）获得了广泛关注。临床证明,植入式医疗设备具有对人体损伤小,并发症小,可逆等优点,但是传统的植入式医疗设备需要在胸腔植入较大体积的原电池进行供电,在手术难度和机械制作方面都有很大的难度。因此,设计一种可以具有无线能量传输、低功耗、系统控制强和安全系数高等特点的植入式电刺激器就显得尤为重要。本文在查阅大量文献的基础上,分析总结了脑深部电刺激器的电刺激机理与发展现状;分析总结几种脑深部电刺激器结构与工作原理,深入研究了脑深部电刺激器设计的各项关键技术,包括供电技术、电容充电技术、电荷平衡、高能效技术等。结合脑深部电刺激器微型化、高能效的设计要求,提出了一种基于无线能量传输的脑深部开关电容刺激器,并详细论述了方案的可行性。整个脑深部开关电容刺激器分为体外控制部分和体内刺激器两部分,论文重点分析研究体内刺激器的设计方法。该电路系统主要包括:电... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

无线能量传输设备：(a)视觉假体，(b)NFC设备，(c)手机无线充电

在调研大量文献的基础上，本课题主要研究一种无线植入式脑深部刺激器（Deep brain stimulation ，DBS）。实践表明，DBS 对于帕金森，震颤神经疾病有很好的治疗效果。由于目前采用的脑深部电刺激器存在原电池定期换，机械问题和数据传输不稳定等问题，本课题基于这些问题，提出利用无线行能量和数据传输。之所以使用无线能量与数据传输，是因为其可以有效延长刺激器使用寿命，降低患者痛苦，具有重要的使用价值。为了更详细的说明植入式医疗设备的各个组件，图 1.2 给出了脊髓刺激器备也就是可植入式脉冲产生器(Implantable pulse generator , IPG),展示了其内部构与外部造型，该设备通常植入到胸腔中或腹腔中。该设备由生物相容性材料成，例如钛。这里还特意给出了电缆的实物图，其功能是将电极连接到目标区域这种设备通常通过感应链接由体外的功率增益天线控制。IPG 内部印刷电路板(Printed circuit boards , PCB)实物图如图 1.2 所示，并特意标示出电池以及电路板。其中电池要占用很大的一部分体积，这是由于1)IPG设备工作需要相对较高的能量(技术手册显示刺激幅度高达25.5mA)。2)I的工作状态是能量效率的决定因素，例如 IPG 的刺激频率。

第二章 无线脑深部电刺激器系统结构和设计原理第二章 无线脑深部电刺激器系统结构和设计原理本章将在阐明针对帕金森综合征、震颤等神经疾病治疗的无线脑深部电刺激器的工作原理基础上，主要描述植入式 DBS 刺激器的系统架构及其工作原理，分析电路系统的电源管理模块相关电路设计，在此基础上，比较三种刺激器，分析其优缺点。2.1 植入式脑深部电刺激器的系统结构及工作原理植入式脑深部电刺激器的基本工作思想是：利用体外控制器调制控制信号，之后将其通过无线通信传输到体内刺激器，体内刺激器接收并且解调控制信号，产生刺激信号并且通过电极传输到神经组织，实现神经疾病治疗。如图 2.1 所示。


本文编号：2920940