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  • 用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路及方法
用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路及方法 申请中公开;
  • 专利(申请)号: CN202410089374.9
  • 专利类型: 发明;
  • 主分类: A人类生活必需品;
  • 产业领域: 功能性电刺激
  • 专利来源: 高校;
  • 申请日: 2024-01-22
  • 原始申请人: 西安电子科技大学
  • 当前专利权人: 西安电子科技大学
  • 交易方式: 转让;
  • 其他交易方式:
  • 参考价格(元): ¥50000
  • 联系方式: 远诺-龚雪18329540641

摘要

【 中文摘要 】本发明涉及一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,包括:电压衰减模块、主动电荷恢复控制模块、主动电荷恢复电路和被动电荷恢复电路。通过电压衰减模块对刺激结束后的电极电压进行衰减处理后,利用主动电荷恢复控制模块对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换和电压极性检测处理并根据处理结果产生控制信号,利用该控制信号控制主动电荷恢复电路对神经刺激器的电极进行至少一个周期的主动电荷恢复,直至电极的当前残余电压小于预设的阈值电压,然后利用被动电荷恢复电路对完成主动电荷恢复的电极进行被动电荷恢复。本发明采用两步式对残余电荷进行恢复,得到更精确的残余电压精度并且可减小高电压刺激对采集脑电信号的影响。

【 英文摘要 】The invention relates to a two-step charge recovery circuit for a nerve stimulator, which comprises a voltage attenuation module, an active charge recovery control module, an active charge recovery circuit and a passive charge recovery circuit After the electrode voltage after stimulation is attenuated through the voltage attenuation module, the active charge recovery control module is used to perform voltage-time conversion and voltage polarity detection on the attenuated residual voltage and generate a control signal based on the processing results The control signal is used to control the active charge recovery circuit to perform active charge recovery on the electrode of the nerve stimulator for at least one cycle until the current residual voltage of the electrode is less than the preset threshold voltage, and then the passive charge recovery circuit is used to perform passive charge recovery on the electrode that has completed the active charge recovery The invention adopts a two-step method to recover the residual charge, so as to obtain more accurate residual voltage precision and reduce the influence of high voltage stimulation on the collected EEG signal

技术摘要(来自于incoPat)

【 用途 】

元器件其它元器件两步充电恢复电路
医药医疗刺激器神经刺激器
疾病其它疾病神经系统疾病

【 技术功效 】

技术功效句主动电荷恢复可以更精确的控制残余电压的恢复精度; 采用两步式可以得到更精确的残余电压精度并且可减小高电压刺激对采集脑电信号的影响; 进一步降低残余电荷; 被动电荷恢复可以减小高电压刺激对采集脑电信号的影响; 提高残余电荷补偿精度
技术功效短语精度精确恢复; 减小刺激对影响; 精确电压精度; 降低残余电荷; 提高补偿精度
技术功效1级精确性; 刺激; 电荷; 精度
技术功效2级精确性提高; 刺激降低; 电荷降低; 精度提高
技术功效3级精度恢复精确性提高; 影响刺激降低; 电压精度精确性提高; 残余电荷降低; 补偿精度提高
技术功效TRIZ参数28-测量精度;

分类号

【技术分类】

主分类号

A61N1/36;

  • A 人类生活必需

  • A61

    医学或兽医学;卫生学

  • A61N

    电疗;磁疗;放射疗;超声波疗(生物电流的测定入A61B;将非机械能转入或转出人体的外科器械、装置或方法入A61B18/00;一般麻醉用器械入A61M;白炽灯入H01K;红外加热辐照器入H05B)〔6〕

  • A61N1/00

    电疗法;其所用的线路(A61N2/00优先;用于治疗或体内测试的导电药剂入A61K50/00)[2006.01]

  • *A61N1/18

    通过接触电极施加电流[2006.01]

  • **A61N1/32

    交变或间歇电流[2006.01]

  • ***A61N1/36

    刺激用,例如心脏起搏器[2006.01]

IPC分类号
CPC分类号A61N1/3605; A61N1/36142; A61N1/36125; A61N1/08; H03K5/04; G05F1/561;

【行业分类】

国民经济行业分类

制造业信息传输、软件和信息技术服务业

国民经济行业(主)

制造业

新兴产业分类

电子核心产业互联网与云计算、大数据服务生物医学工程产业

新兴产业(主)

生物医学工程产业

知识密集型分类

信息通信技术制造业信息通信技术服务业新装备制造业医药医疗产业

学科分类

工程生命科学与生物医学

数字经济核心产业

数字产品制造业

专利历程

  • 2024-01-22

    申请日

    CN202410089374.9(当前专利)

    申请号

  • 2024-04-19

    首次公开日

    CN117899359A(当前专利)

    首次公开号

  • 2044-01-22

    预估到期日

    计算因素

其他著录项

代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230
代理人勾慧敏
申请语言汉语

权利要求

1.一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,包括:
电压衰减模块,用于对刺激结束后的电极电压进行衰减处理;
主动电荷恢复控制模块,与所述电压衰减模块连接,用于对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换和电压极性检测处理,根据处理结果产生控制信号;
主动电荷恢复电路,与所述主动电荷恢复控制模块连接,用于根据所述控制信号对神经刺激器的电极进行至少一个周期的主动电荷恢复,直至所述电极的当前残余电压小于预设的阈值电压;
被动电荷恢复电路,用于对完成主动电荷恢复的电极进行被动电荷恢复;
其中,在一个周期的主动电荷恢复的过程中,根据所述电极的当前残余电压的极性确定所述主动电荷恢复电路的主动补偿电流的极性,根据所述电极的当前残余电压的振幅确定所述主动电荷恢复电路的辅助电流源的脉宽。

2.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述电压衰减模块包括:第一衰减电容(C1)、第二衰减电容(C2)、第三衰减电容(C3)、第四衰减电容(C4)、第一缓冲器(buffer1)和第二缓冲器(buffer2),其中,所述第一衰减电容(C1)和所述第二衰减电容(C2)串联,所述第一衰减电容(C1)的上极板与神经刺激器的电极第一端连接,所述第二衰减电容(C2)的下极板连接接地端;
所述第三衰减电容(C3)和所述第四衰减电容(C4)串联,所述第三衰减电容(C3)的上极板与神经刺激器的电极第二端连接,所述第四衰减电容(C4)的下极板连接接地端;
所述第一缓冲器(buffer1)的正向输入端连接在所述第一衰减电容(C1)和所述第二衰减电容(C2)之间的节点处,反向输入端连接其输出端,输出端作为所述电压衰减模块的第一输出端;
所述第二缓冲器(buffer2)的正向输入端连接在所述第三衰减电容(C3)和所述第四衰减电容(C4)之间的节点处,反向输入端连接其输出端,输出端作为所述电压衰减模块的第二输出端。

3.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述主动电荷恢复控制模块包括依次连接的差分电压时间转换器、电压极性检测器和控制信号产生模块,其中,所述差分电压时间转换器,用于对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换,得到主动电荷恢复时间;
所述电压极性检测器,用于对所述残余电压进行电压极性检测,得到所述残余电压的极性;
所述控制信号产生模块,用于根据所述残余电压的极性检测结果产生控制信号。

4.根据权利要求3所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述差分电压时间转换器包括:全差分放大器(FDA)、第一失调消除电容(CAZ1)、第二失调消除电容(CAZ2)、第一反馈电容(CF1)、第二反馈电容(CF2)、第一放大比例电容(Cs1)、第二放大比例电容(Cs2)、第一放电电阻(RD1)、第二放电电阻(RD2)和多个开关,其中,参考电压源(VREF)通过开关分别与所述第一放大比例电容(Cs1)的上下极板和所述第二放大比例电容(Cs2)的上下极板连接;
所述电压衰减模块的第一输出端通过开关连接所述第一放大比例电容(Cs1)的上极板,所述电压衰减模块的第二输出端通过开关连接所述第二放大比例电容(Cs2)的上极板;
所述第一放大比例电容(Cs1)的下极板通过开关与所述第一放电电阻(RD1)的第一端连接,所述第二放大比例电容(Cs2)的下极板通过开关与所述第二放电电阻(RD2)的第一端连接;
所述第一放电电阻(RD1)的第二端通过2个开关对应连接第一参考电压端和第二参考电压端,所述第二放电电阻(RD2)的第二端通过2个开关对应连接所述第一参考电压端和所述第二参考电压端;
所述第一失调消除电容(CAZ1)的上极板通过开关连接所述第一放电电阻(RD1)的第一端,下极板连接所述全差分放大器(FDA)的第一输入端;所述第二失调消除电容(CAZ2)的上极板通过开关连接所述第二放电电阻(RD2)的第一端,下极板连接所述全差分放大器(FDA)的第二输入端;
所述第一反馈电容(CF1)与开关并联形成的第一电容开关模块,所述第一电容开关模块连接在所述第一放电电阻(RD1)的第一端与所述全差分放大器(FDA)的第一输出端之间;所述第二反馈电容(CF2)与开关并联形成的第二电容开关模块,所述第二电容开关模块连接在所述第二放电电阻(RD2)的第一端与所述全差分放大器(FDA)的第二输出端之间;
所述全差分放大器(FDA)的第一输入端通过开关和其第一输出端连接,所述全差分放大器(FDA)的第二输入端通过开关和其第二输出端连接;
所述参考电压源(VREF)通过开关分别与所述第一失调消除电容(CAZ1)的上极板和所述第二失调消除电容(CAZ2)的上极板连接。

5.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,连接所述参考电压源(VREF)与所述第一放大比例电容(Cs1)的开关、连接所述参考电压源(VREF)与所述第二放大比例电容(Cs2)的开关、所述第一电容开关模块的开关和所述第二电容开关模块的开关均由第一开关控制信号(S1)控制开闭;
连接所述参考电压源(VREF)与所述第一失调消除电容(CAZ1)的开关、连接所述参考电压源(VREF)与所述第二失调消除电容(CAZ2)的开关、连接所述全差分放大器(FDA)的第一输入端和第一输出端的开关和连接所述全差分放大器(FDA)的第二输入端和第二输出端的开关均由第二开关控制信号(S2)控制开闭;
连接所述电压衰减模块的第一输出端与所述第一放大比例电容(Cs1)的开关,连接所述电压衰减模块的第二输出端与所述第二放大比例电容(Cs2)的开关,连接所述第一放大比例电容(Cs1)与所述第一放电电阻(RD1)的开关和连接所述第二放大比例电容(Cs2)与所述第二放电电阻(RD2)的开关均由第三开关控制信号(S3)控制开闭;
连接所述第一失调消除电容(CAZ1)与所述第一放电电阻(RD1)的开关和连接所述第二失调消除电容(CAZ2)与所述第二放电电阻(RD2)的开关均由第四开关控制信号(S4)控制开闭;
连接所述第一参考电压端与所述第一放电电阻(RD1)的开关和连接所述第二参考电压端与第二放电电阻(RD2)的开关均由所述控制信号产生模块产生的第一控制信号(ENCB‑A)控制开闭;连接所述第一参考电压端与所述第二放电电阻(RD2)的开关和连接所述第二参考电压端与所述第一放电电阻(RD1)的开关均由所述控制信号产生模块产生的第二控制信号(ENCB‑C)控制开闭。

6.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述第一反馈电容(CF1)、所述第二反馈电容(CF2)、所述第一放大比例电容(Cs1)和所述第二放大比例电容(Cs2)均为可调电容,所述第一放电电阻(RD1)和所述第二放电电阻(RD2)均为可调电阻;
通过调节所述第一反馈电容(CF1)、所述第二反馈电容(CF2)、所述第一放电电阻(RD1)、所述第二放电电阻(RD2)、第一参考电压端的第一参考电压(VH)和第二参考电压端的第二参考电压(VL)的大小保证所述差分电压时间转换器的电压转时间的斜率与人体阻抗放电斜率匹配。

7.根据权利要求4所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述电压极性检测器包括:第一比较器(COMP1)、第二比较器(COMP2)和多个开关,其中,所述第一比较器(COMP1)的反向输入端和所述第二比较器(COMP2)的反向输入端均通过开关与所述全差分放大器(FDA)的第一输出端连接;
所述第一比较器(COMP1)的正向输入端和所述第二比较器(COMP2)的正向输入端均通过开关与所述全差分放大器(FDA)的第二输出端连接;
所述第一比较器(COMP1)的正向输入端通过开关与电源端连接,反向输入端通过开关与接地端连接;
所述第二比较器(COMP2)的反向输入端通过开关与电源端连接,正向输入端通过开关与接地端连接;
所述第一比较器(COMP1)的输出端输出第一比较信号(VCP1),所述第二比较器(COMP2)的输出端输出第二比较信号(VCP2);
连接所述第一比较器(COMP1)与所述全差分放大器(FDA)的开关和连接所述第二比较器(COMP2)与所述全差分放大器(FDA)的开关均由第五开关控制信号(S5)控制开闭;
连接所述第一比较器(COMP1)与所述电源端的开关,连接所述第二比较器(COMP2)与所述电源端的开关,连接所述第一比较器(COMP1)与所述接地端的开关和连接所述第二比较器(COMP2)与所述接地端的开关均由与第五开关控制信号(S5)相反的控制信号(SN5)控制开闭。

8.根据权利要求7所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,所述控制信号产生模块包括数字逻辑控制器,所述数字逻辑控制器根据输入的所述第一比较信号(VCP1)和所述第二比较信号(VCP2)产生第一控制信号(ENCB‑A)和第二控制信号(ENCB‑C),其中,式中,ENCB‑A为第一控制信号,ENCB‑C为第二控制信号,VCP1为第一比较信号,VCP2为第二比较信号,+为逻辑或运算,·为逻辑与运算,为逻辑非运算。

9.根据权利要求1所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,特征在于,在一个周期的主动电荷恢复的过程中,所述电极的当前残余电压表示为:
式中,ΔVn为电极在当前周期的主动电荷恢复中的残余电压值,ΔVn‑1为电极在上一周期的主动电荷恢复中的残余电压值,Cdl为人体电极等效电容,ICB为在上一周期的主动电荷恢复中辅助电流源的脉宽,TΦ3为上一周期的主动电荷恢复的主动电荷恢复时间,ψ为恢复时间转换函数,VTH为恢复时间阈值电压,VE为阈值电压。

10.一种用于神经刺激器的两步式电荷恢复方法,特征在于,适用于上述权利要求1‑9任一项所述的用于神经刺激器的两步式电荷恢复电路,所述方法包括:
步骤1:对刺激结束后的电极电压进行衰减处理;
步骤2:对衰减处理后的残余电压进行电压时间转换和电压极性检测处理,根据处理结果产生控制信号;
步骤3:根据所述控制信号控制主动电荷恢复电路对神经刺激器的电极进行至少一个周期的主动电荷恢复,直至所述电极的当前残余电压小于预设的阈值电压;
步骤4:将完成主动电荷恢复的电极短接到参考电压进行被动电荷恢复;
其中,在一个周期的主动电荷恢复的过程中,根据所述电极的当前残余电压的极性确定所述主动电荷恢复电路的主动补偿电流的极性,根据所述电极的当前残余电压的振幅确定所述主动电荷恢复电路的辅助电流源的脉宽。


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