一种MRI兼容的植入式电刺激器系统及其工作方法

一种mri兼容的植入式电刺激器系统及其工作方法
技术领域
1.本发明涉及电刺激器技术领域，涉及一种mri兼容的植入式电刺激器系统及其工作方法。


背景技术：

2.植入式电刺激器系统在临床上应用广泛，其种类有很多，例如植入式心脏起搏器、植入式心房除颤器、植入式神经刺激器、植入式肌肉刺激器等。
3.在现有技术中，植入式电刺激器系统与人体组织构成刺激回路，通过与外部装置通讯来确定并输出特定参数的电脉冲，利用电脉冲刺激人体组织来达到治疗目的。
4.然而，在类似磁共振成像(magnetic resonance imaging,mri)的环境下，磁场的变化使穿过刺激回路的磁通也发生变化，进而沿回路方向产生感应电动势并引起感应电流，感应电流使作用于人体组织的电脉冲偏离特定参数，干扰正常刺激，给患者带来安全风险。
5.通过术后程控，植入式电刺激器系统在治疗相应疾病时会确定一个合适的参数，用该参数刺激目标组织往往能实现最佳的治疗效果，且该参数因人而异。高于该参数刺激组织往往会出现副作用，威胁到患者安全；低于该参数刺激虽然达不到最佳的治疗效果，但也能起到一定的治疗作用。对于一些可能具有安全性风险的场景(例如mri环境)，可以允许使用比普通场景下小的参数刺激。
6.植入式电刺激器系统的最大输出能力一般都高于治疗脉冲的需求。以脑深部刺激器用于帕金森氏症治疗为例，在电压刺激模式下，典型的治疗脉冲电压幅值范围一般在0.5-3.6v之间；在电流刺激模式下，典型的治疗电流脉冲幅值范围一般在0.7-1.7ma之间。然而，现有脑深部电刺激器产品输出的刺激电压脉冲幅度范围一般在0-10v之间，在500ω负载下，输出的刺激电流脉冲幅度范围一般在0-20ma之间。在现有脑深部电刺激器产品的技术参数和典型治疗参数之间存在一个余量，现有相关产品缺乏对典型治疗参数余量的充分利用，产品输出范围局限。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种mri兼容的植入式电刺激器系统及其工作方法，能够有效抑制mri环境下的干扰刺激，输出适合的治疗刺激脉冲，降低感应电流带来的治疗安全性风险的同时保证了在mri环境下的治疗效果，以解决上述背景中提出的技术问题。
8.第一方面，本发明提供了一种mri兼容的植入式电刺激器系统，系统包括：
9.脉冲发生电路、干扰抑制电路和控制电路；
10.脉冲发生电路，用于产生并输出刺激脉冲，刺激脉冲的形式包括：电压脉冲和电流脉冲；
11.干扰抑制电路，用于基于电阻可变的方式对刺激回路进行阻抗调节，包括：电阻调节的器件或电路模块；
12.电阻调节的器件包括：可调电阻、滑动变阻器、数字电位器或具有阻抗变化特性的半导体器件；
13.电阻调节的电路模块包括：多个固定电阻或电阻串和选通开关，通过控制选通开关将至少一个固定电阻或电阻串接入到刺激回路中进行阻抗调节，选通开关为预设多路复用器或多个分立的开关器件，或多种电路器件及电路模块的组合；
14.控制电路，用于控制干扰抑制电路的阻抗调节和脉冲发生电路的输出。
15.本实施例基于干扰抑制电路的电阻可变方式进行阻抗调节，能够提升阻抗降低了干扰在组织两端的压降，以及通过控制对输出刺激脉冲的调节，使得电刺激器系统输出适合参数的治疗刺激脉冲，在mri的环境下，能够有效抑制干扰刺激，降低感应电流带来的治疗安全性风险。
16.在一种可选的实施方式中，在mri环境下，根据预设刺激回路阻抗增量，控制电路控制干扰抑制电路提高刺激回路阻抗，干扰抑制电路提高刺激回路阻抗的方式包括：断开刺激回路和调节干扰抑制电路中电阻调节的器件或电路模块；
17.根据预设脉冲发生电路输出调节量，控制电路控制脉冲发生电路输出的调节，预设脉冲发生电路输出调节量包括：脉冲发生电路输出脉冲的电压幅值和脉冲发生电路的输出功率。
18.在一种可选的实施方式中，系统还包括阻抗检测模块，用于对人体组织进行阻抗采样得到组织阻抗信息r。
19.在一种可选的实施方式中，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的组织阻抗信息r控制脉冲发生电路调节输出。具体地，通过阻抗检测模块采集组织阻抗信息来调节刺激脉冲输出的方式，考虑到实际应用中其他阻抗信息，有助于提高电刺激器系统的干扰抑制效果。
20.在一种可选的实施方式中，在mri环境下，干扰抑制电路的阻抗rv调节范围为：[0,rv(max)]，其中，rv(max)为极限阻抗；
[0021]
脉冲发生电路的输出调节范围为：当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为[0,v
max
]，其中，v
max
为极限输出电压；当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
》i2(r+rv)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,i2(r+rv)]，若p
max
≤i2(r+rv)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,p
max
]，其中，p
max
为极限输出功率。
[0022]
在一种可选的实施方式中，mri环境下使用最佳抑制效果时，干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的调节方式为：
[0023]
当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则干扰抑制电路阻抗调节为rv(max)，脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为若则
干扰抑制电路阻抗调节为脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为v
max
；
[0024]
当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
》i2(r+rv(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为rv(max)，脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为i2(r+rv(max))；若p
max
≤i2(r+rv(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为p
max
。
[0025]
本实施例提供的电刺激器系统对干扰抑制各输出范围公式，为研究电刺激器系统在mri环境下的干扰抑制提供了理论参考。
[0026]
在一种可选的实施方式中，系统还包括反馈电路，用于对刺激脉冲进行采样得到脉冲幅值信息，控制电路对反馈电路得到脉冲幅值信息与预设脉冲幅值进行比较，根据比较结果对脉冲发生电路的输出进行调整，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值一致。
[0027]
在一种可选的实施方式中，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的脉冲幅值信息控制脉冲发生电路调节输出，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值在脉冲发生电路极限输出范围内一致，若脉冲发生电路的实际输出超出极限输出，则控制脉冲发生电路以极限输出。具体地，在mri环境下，本实施例提供了多种抑制干扰刺激的方式，有助于完善电刺激器系统的功能，提高治疗效果。
[0028]
在一种可选的实施方式中，系统还包括mri环境检测模块，用于检测mri兼容的植入式电刺激器系统是否处于mri环境中；当检测到其处于mri环境时，向控制电路发送mri环境状态信息；当检测到其不处于mri环境时，向控制电路发送非mri环境状态信息；控制电路根据mri环境检测模块的检测结果进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。
[0029]
在一种可选的实施方式中，系统还包括通讯模块，用于与外部装置进行信息交互，并将接收到的外部指令发送至控制电路进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。具体地，本实施例电刺激器系统的通信控制方式具有多元化的优势。
[0030]
在一种可选的实施方式中，系统还结合体外控制装置与通讯模块进行信息交互，用于体外控制装置对mri兼容的植入式电刺激器系统的控制以及对系统信息和患者信息的获取。具体地，本实施例电刺激器系统的通信控制方式具有集成化的优势，体外控制装置进行功能集成后与电刺激器进行通信，有效提高了电刺激器的工作效率。
[0031]
第二方面，本发明提供了一种mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，基于第一方面的一种mri兼容的植入式电刺激器系统进行工作，mri兼容的植入式电刺激器系统的工作模式，包括：mri模式和普通模式；
[0032]
普通模式，表示mri兼容的植入式电刺激器系统在非mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，并根据预设参数值，控制脉冲发生电路输出对应的刺激脉冲；
[0033]
mri模式，表示mri兼容的植入式电刺激器系统在mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路控制干扰抑制电路提高阻抗，或控制脉冲发生电路调节输出。
[0034]
在一种可选的实施方式中，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤s11，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri模式切换指令，如果是，进入步骤s12，如果否，继续重复步骤s11；
[0036]
步骤s12，切换为mri模式，并进入步骤s13；
[0037]
步骤s13，判断通讯模块是否接收到外部装置的普通模式切换指令，如果是，进入步骤s14，如果否，返回步骤s13；
[0038]
步骤s14，切换为普通模式，并返回步骤s11。
[0039]
在一种可选的实施方式中，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：
[0040]
步骤s21，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s22；
[0041]
步骤s22，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s23，如果否，返回步骤s21；
[0042]
步骤s23，切换为mri模式，并进入步骤s24；
[0043]
步骤s24，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s25；
[0044]
步骤s25，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s26，如果否，返回步骤s24；
[0045]
步骤s26，切换为普通模式，并返回步骤s21。
[0046]
在一种可选的实施方式中，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：
[0047]
步骤s31，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri环境检测指令，如果是，进入步骤s32，如果否，继续重复步骤s31；
[0048]
步骤s32，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s33；
[0049]
步骤s33，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s34，如果否，返回步骤s32；
[0050]
步骤s34，切换为mri模式，并进入步骤s35；
[0051]
步骤s35，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s36；
[0052]
步骤s36，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s37，如果否，返回步骤s35；
[0053]
步骤s37，切换为普通模式，并返回步骤s31。
[0054]
本实施例基于mri兼容的植入式电刺激器系统进行工作，对应工作模式的切换方法具有多元化的优势，能够使电刺激器系统的工作更灵活。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1是根据本发明实施例的mri兼容的植入式电刺激器系统的结构框图；
[0057]
图2是本发明实施例的干扰抑制电路的示意图；
[0058]
图3是本发明的植入式电刺激器系统在普通模式和mri模式下控制电路控制干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的示意图；
[0059]
图4本发明提供的包含阻抗检测模块的mri兼容的植入式电刺激器系统结构框图；
[0060]
图5是本发明包含阻抗检测模块的植入式电刺激器系统在普通模式和mri模式下控制电路控制干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的示意图；
[0061]
图6是本发明提供的包含反馈电路的mri兼容的植入式电刺激器系统结构框图；
[0062]
图7是本发明包含反馈电路的植入式电刺激器系统在普通模式和mri模式下控制电路控制干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的示意图；
[0063]
图8是本发明提供的包含mri环境检测模块的mri兼容的植入式电刺激器系统结构框图；
[0064]
图9是本发明提供的包含通讯模块的mri兼容的植入式电刺激器系统结构框图；
[0065]
图10是本发明提供的结合体外控制装置的mri兼容的植入式电刺激器系统的结构框图；
[0066]
图11是本发明实施例输出波形示意图；
[0067]
图12是本发明提供的包含通讯模块的系统工作模式切换流程图；
[0068]
图13是本发明提供的包含mri环境检测模块的系统工作模式切换流程图；
[0069]
图14是本发明提供的包含通讯模块和mri环境检测模块的系统工作模式切换流程图。
具体实施方式
[0070]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0071]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0072]
需要说明的是，本发明提供的植入式电刺激器系统，包括：植入式心脏起搏器、植入式神经刺激器、植入式肌肉刺激器或其他植入式电刺激器系统。本发明实施例仅以脑深部刺激器为例进行说明。现有脑深部刺激器输出治疗脉冲的技术指标范围一般如下：电压幅值范围为0-10v，电流幅值范围为0-20ma，功率范围为0-200mw，脉宽范围为60-450μs，频率范围为3-250hz；目标人体组织的阻抗范围在0.5-2kω之间；若系统采用电压刺激模式，脑深部电刺激典型治疗脉冲的电压幅值范围一般为0.5-3.6v；若系统采用电流刺激模式，脑深部电刺激典型治疗脉冲的电流幅值范围一般为0.7-1.7ma。
[0073]
需要说明的是，本发明实施例将mri扫描室作为实施例的工作环境，mri系统中的静磁场由主线圈产生。目前临床上常用的静磁场强度为1.5t和3.0t。静磁场是一个稳定磁场，在静磁场中，人体的活动会导致回路内磁通的变化，鉴于人体在mri扫描室内活动平缓，故回路中磁通时间变化率小，感应电流往往无法引起神经响应。
[0074]
梯度场和射频场是两个时变场，在mri扫查时会引起回路中磁通的变化，进而产生外部感应电压。
[0075]
梯度场由梯度线圈产生，梯度线圈由x线圈、y线圈和z线圈三个线圈组成，分别在各个方向上产生空间变化的磁场。梯度场是主要频率成分在1-10khz的磁场，因此，根据法拉第电磁感应定律，mri梯度场引起的感应电压频率也在1-10khz范围内，该频段的感应电压可能触发神经响应。
[0076]
射频场由射频发射线圈产生，用于产生与氢核进动频率相同的射频信号。射频场
在脑深部电刺激器电极触点位置也会产生感生电场，mri的射频场是低占空比的高频脉冲磁场，对于3.0t mri，其射频频率约为128mhz；对于1.5tmri，其射频频率约为64mhz。因此，根据法拉第电磁感应定律，射频感生电场同样是mhz脉冲电场。但是，国际非电离辐射防护委员会(international commission on non-inizing radiation protection,icnirp)认为100khz以上的低水平电刺激不会引起神经响应。
[0077]
因此，在mri扫描环境下，从刺激安全性角度出发，对于植入医疗设备的患者往往需要考虑梯度场感应电压对于治疗脉冲电刺激的影响。
[0078]
以philips公司的achieva 3.0t tx多源磁共振系统为例，该系统的静磁场为3.0t，射频场频率约为128mhz，梯度场是一个频率范围在1-10khz的交变磁场。通过实验测量，该mri系统梯度场在脑深部电刺激器回路中引起的感应电压的最大幅值为150mv。
[0079]
实施例1
[0080]
本发明实施例提供一种mri兼容的植入式电刺激器系统，如图1所示，系统包括：脉冲发生电路、干扰抑制电路和控制电路。
[0081]
在本实施例中，脉冲发生电路，用于产生并输出刺激脉冲，刺激脉冲的形式包括：电压脉冲和电流脉冲；控制电路，用于控制干扰抑制电路的阻抗调节和脉冲发生电路的输出。
[0082]
在本实施例中，干扰抑制电路，用于基于电阻可变的方式对刺激回路进行阻抗调节，包括：电阻调节的器件或电路模块。具体地，电阻调节的器件包括：可调电阻、滑动变阻器、数字电位器或具有阻抗变化特性的半导体器件；电阻调节的电路模块包括：多个固定电阻或电阻串和选通开关，通过控制选通开关将至少一个固定电阻或电阻串接入到刺激回路中进行阻抗调节，选通开关为预设多路复用器或多个分立的开关器件，或多种电路器件及电路模块的组合。需要说明的是，干扰抑制电路阻抗调节方式依据实际应用需求确定。
[0083]
本实施例中，mri兼容的植入式电刺激器系统的工作模式，包括：mri模式和普通模式；普通模式，表示mri兼容的植入式电刺激器系统在非mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，并根据预设参数值，控制脉冲发生电路输出对应的刺激脉冲；mri模式，表示mri兼容的植入式电刺激器系统在mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路控制干扰抑制电路提高阻抗，或控制脉冲发生电路调节输出。
[0084]
如图2所示，本实施例提供一种基于多个固定电阻和选通开关组成的干扰抑制电路。由图可知，干扰抑制电路选用0ω、500ω、1kω、2kω、3kω、5kω、10kω、20kω共计八个阻值的固定电阻作为阻抗调节选项，选用一个1选8的多路复用器作为选通开关。具体地，mri兼容的植入式电刺激器系统在普通模式下，控制电路向a0、a1、a2、en口输入相应的高低电平信号，控制多路复用器通道s1导通，此时干扰抑制电路的阻抗为复用开关导通阻抗，可忽略不计；与此同时，控制电路根据设定的参数值，控制脉冲发生电路输出对应的刺激脉冲。在mri模式下，控制电路根据设定的参数值和组织阻抗信息r向a0、a1、a2、en口输入相应的高低电平信号，使多路复用器对应的通道导通，此时干扰抑制电路的阻抗为导通通道连接的固定电阻阻值。需要说明的是，上述干扰抑制电路的具体形式和回路中的阻抗数值均作为举例说明，不以此为限制，依据实际应用需求适应性调整。
[0085]
本实施例中，在mri环境下，根据预设刺激回路阻抗增量，控制电路控制干扰抑制电路提高刺激回路阻抗，干扰抑制电路提高刺激回路阻抗的方式包括：断开刺激回路和调
节干扰抑制电路中电阻调节的器件或电路模块；根据预设脉冲发生电路输出调节量，控制电路控制脉冲发生电路输出的调节，预设脉冲发生电路输出调节量包括：脉冲发生电路输出脉冲的电压幅值和脉冲发生电路的输出功率。需要说明的是，预设刺激回路阻抗增量、预设脉冲发生电路输出调节量以及提高刺激回路阻抗的方式的具体数值和方式依据实际应用需求确定。
[0086]
一具体实施例中，植入式电刺激器系统不同工作模式及相应的脉冲输出情况如图3所示。由图可知，在普通模式下，控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，根据预设的刺激脉冲参数控制脉冲发生电路输出相应的脉冲。若刺激脉冲是电压脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为v
out
，此时刺激脉冲的幅值为v；若刺激脉冲是电流脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为i
out
、功率为p
out
，此时刺激脉冲的幅值为i。在mri模式下，控制电路根据预设的刺激回路阻抗增量提高干扰抑制电路阻抗至rv，根据预设的脉冲发生电路调节量升高或降低脉冲发生电路的输出。若刺激脉冲是电压脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的幅值调节至v
out_mri
，此时刺激脉冲的幅值为v
mri
，v
mri
可以大于v，也可以小于等于v；若刺激脉冲是电流脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的功率调节至p
out_mri
，此时刺激脉冲的幅值为i
mri
，i
mri
可以大于i，也可以小于等于i。
[0087]
在本实施例中，如图4所示，系统还包括阻抗检测模块，用于对人体组织进行阻抗采样得到组织阻抗信息r。
[0088]
本实施例中，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的组织阻抗信息r控制脉冲发生电路调节输出。具体地，通过阻抗检测模块采集组织阻抗信息来调节刺激脉冲输出的方式，考虑了实际应用中其他阻抗信息，有助于提高电刺激器系统的干扰抑制效果。
[0089]
本实施例中，在mri环境下，干扰抑制电路的阻抗rv调节范围为：[0,rv(max)]，其中，rv(max)为极限阻抗；
[0090]
脉冲发生电路的输出调节范围为：当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为[0,v
max
]，其中，v
max
为极限输出电压；当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
》i2(r+rv)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,i2(r+rv)]，若p
max
≤i2(r+rv)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,p
max
]，其中，p
max
为极限输出功率。
[0091]
本实施例中，mri环境下使用最佳抑制效果时，干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的调节方式为：
[0092]
当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则干扰抑制电路阻抗调节为rv(max)，脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为；若则干扰抑制电路阻抗调节为脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为v
max
；
[0093]
当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
》i2(r+rv(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为rv(max)，脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为i2(r+rv(max))；若p
max
≤i2(r+rv(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为p
max
。具体地，本实施例电刺激器系统对干扰抑制各输出范围公式，为研究电刺激器系统在mri环境下的干扰抑制提供了理论参考。
[0094]
一具体实施例中，包含阻抗检测模块的植入式电刺激器系统不同工作模式及相应的脉冲输出情况如图5所示。由图可知，在普通模式下，控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，根据预设的刺激脉冲参数控制脉冲发生电路输出相应的脉冲。若刺激脉冲是电压脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为v
out
，此时刺激脉冲的幅值为v；若刺激脉冲是电流脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为i
out
、功率为p
out
，此时刺激脉冲的幅值为i。在mri模式下，控制电路根据预设的刺激回路阻抗增量提高干扰抑制电路阻抗至rv，并且基于阻抗检测模块获取的组织阻抗信息r升高或降低脉冲发生电路的输出。若刺激脉冲是电压脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的幅值调节至v
out_mri
，当时，当时，v
out_mri
∈[0,v
max
]，此时刺激脉冲的幅值为v
mri
，且v
mri
≤v；若刺激脉冲是电流脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的功率调节至p
out_mri
，当p
max
》i2(r+rv)时，p
out_mri
∈[0,i2(r+rv)]，当p
max
≤i2(r+rv)时，p
out_mri
∈[0,p
max
]，此时刺激脉冲的幅值为i
mri
，且i
mri
≤i。
[0095]
在本实施例中，如图6所示，系统还包括反馈电路，用于对刺激脉冲进行采样得到脉冲幅值信息，控制电路对反馈电路得到脉冲幅值信息与预设脉冲幅值进行比较，根据比较结果对脉冲发生电路的输出进行调整，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值一致。
[0096]
本实施例中，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的脉冲幅值信息控制脉冲发生电路调节输出，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值在脉冲发生电路极限输出范围内一致，若脉冲发生电路的实际输出超出极限输出，则控制脉冲发生电路以极限输出。
[0097]
一具体实施例中，包含反馈电路的植入式电刺激器系统不同工作模式及相应的脉冲输出情况如图7所示。由图可知，在普通模式下，控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，根据预设的刺激脉冲参数控制脉冲发生电路输出相应的脉冲。若刺激脉冲是电压脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为v
out
，此时刺激脉冲的幅值为v；若刺激脉冲是电流脉冲，则脉冲发生电路输出脉冲的幅值为i
out
、功率为p
out
，此时刺激脉冲的幅值为i。在mri模式下，控制电路根据预设的刺激回路阻抗增量提高干扰抑制电路阻抗至rv，并且基于反馈电路获取的脉冲幅值信息提高脉冲发生电路的输出。若刺激脉冲是电压脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的幅值提高至v
out_mri
，当时，当时，v
out_mri
＝v
max
，此时刺激脉冲的幅值为v
mri
，当时，v
mri
＝v，当时，v
mri
《v；若刺激脉冲是电流脉冲，则将脉冲发生电路输出脉冲的功率提高至p
out_mri
，当
p
max
》i2(r+rv)时，p
out_mri
＝i2(r+rv)，当p
max
≤i2(r+rv)时，p
out_mri
＝p
max
，此时刺激脉冲的幅值为i
mri
，当p
max
≥i2(r+rv)时，i
mri
＝i，当p
max
《i2(r+rv)时，i
mri
《i。
[0098]
在本实施例中，如图8所示，系统还包括mri环境检测模块，用于检测mri兼容的植入式电刺激器系统是否处于mri环境中；当检测到其处于mri环境时，向控制电路发送mri环境状态信息；当检测到其不处于mri环境时，向控制电路发送非mri环境状态信息；控制电路根据mri环境检测模块的检测结果进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。
[0099]
在本实施例中，如图9所示，系统还包括通讯模块，用于与外部装置进行信息交互，并将接收到的外部指令发送至控制电路进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。
[0100]
在本实施例中，如图10所示，系统还结合体外控制装置与通讯模块进行信息交互，用于体外控制装置对mri兼容的植入式电刺激器系统的控制以及对系统信息和患者信息的获取。具体地，本实施例电刺激器系统的通信控制方式具有集成化的优势，体外控制装置进行功能集成后与电刺激器进行通信，有效提高了电刺激器的工作效率。
[0101]
需要说明的是，本实施例mri兼容的植入式电刺激器系统的各模块或电路不仅能依据其功能单独使用，还可以相互结合使用，各模块或电路的具体使用情况依据实际应用需求确定。
[0102]
一具体实施例中，应用于脑深部刺激器系统，图11为图10刺激器系统结构对应的输出波形示意图。由图可知，治疗脉冲的技术指标范围包括：电压幅值范围v为0-10v，功率范围p为0-200mw，脉宽范围w为60-450μs，频率范围f为3-250hz；脉冲发生电路输出脉冲的技术指标范围包括：电压幅值范围v
out
为0-15v，功率范围p
out
为0-300mw，脉宽范围w为60-450μs，频率范围f为3-250hz；干扰抑制电路阻抗调节范围rv为0-20kω。
[0103]
具体地，在电流刺激模式下，若使用最大电流幅度1.7ma进行刺激，且组织阻抗r为最大值2kω。普通模式下，人体组织两端的电压值u为3.4v；在mri环境中，梯度场感应电压为v
ind
，若mri模式不采取保守刺激，干扰抑制电路阻抗rv应设置为梯度场感应电压加载到组织两端的电压变为在这种极限情况下，梯度场感应电压的抑制率为因此，在电流刺激模式下，若不采取保守刺激，至少能将梯度场感应电压加载到组织两端的电压降低77.3％，很大程度上抑制了梯度场感应电压对正常刺激的干扰，大大降低了患者的安全风险。
[0104]
在电压刺激模式下，使用最大电压幅度3.6v进行刺激，且组织阻抗r为最大值2kω；在mri环境中，梯度场感应电压为v
ind
，若mri模式不采取保守刺激，干扰抑制电路阻抗rv应设置为梯度场感应电压加载到组织两端的电压变为在这种极限情况下，梯度场感应电压的抑制率为因此，在电压刺激模式下，若不采取保守刺激，至少能将梯度场感应电压加载到组织两端的电压降低76.0％，很大
程度上抑制了梯度场感应电压对正常刺激的干扰，大大降低了患者的安全风险。
[0105]
综上，根据对不同刺激模式极限情况的分析，本实施例的mri兼容的植入式电刺激器系统，有效且很大程度地抑制了梯度场感应电压对正常刺激的干扰，切实地降低了患者在mri环境中的安全风险。
[0106]
实施例2
[0107]
本发明实施例提供一种mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，基于实施例1的一种mri兼容的植入式电刺激器系统进行工作。本实施例中mri兼容的植入式电刺激器系统包含通讯模块的普通模式和mri模式的工作模式切换方法，如图12所示，包括以下步骤：
[0108]
步骤s11，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri模式切换指令，如果是，进入步骤s12，如果否，继续重复步骤s11；
[0109]
步骤s12，切换为mri模式，并进入步骤s13；
[0110]
步骤s13，判断通讯模块是否接收到外部装置的普通模式切换指令，如果是，进入步骤s14，如果否，返回步骤s13；
[0111]
步骤s14，切换为普通模式，并返回步骤s11。
[0112]
在本实施例中，mri兼容的植入式电刺激器系统包含mri环境检测模块的普通模式和mri模式的工作模式切换方法，如图13所示，包括以下步骤：
[0113]
步骤s21，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s22；
[0114]
步骤s22，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s23，如果否，返回步骤s21；
[0115]
步骤s23，切换为mri模式，并进入步骤s24；
[0116]
步骤s24，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s25；
[0117]
步骤s25，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s26，如果否，返回步骤s24；
[0118]
步骤s26，切换为普通模式，并返回步骤s21。
[0119]
在本实施例中，mri兼容的植入式电刺激器系统包含通讯模块和mri环境检测模块的普通模式和mri模式的工作模式切换方法，如图14所示，包括以下步骤：
[0120]
步骤s31，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri环境检测指令，如果是，进入步骤s32，如果否，继续重复步骤s31；
[0121]
步骤s32，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s33；
[0122]
步骤s33，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s34，如果否，返回步骤s32；
[0123]
步骤s34，切换为mri模式，并进入步骤s35；
[0124]
步骤s35，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s36；
[0125]
步骤s36，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s37，如果否，返回步骤s35；
[0126]
步骤s37，切换为普通模式，并返回步骤s31。
[0127]
本发明实施例的电刺激器系统工作模式具有多种切换方法，使得电刺激器系统工作更灵活，具有多元化的优势。
[0128]
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于
所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，所述系统包括：脉冲发生电路、干扰抑制电路和控制电路；所述脉冲发生电路，用于产生并输出刺激脉冲，所述刺激脉冲的形式包括：电压脉冲和电流脉冲；所述干扰抑制电路，用于基于电阻可变的方式对刺激回路进行阻抗调节，包括：电阻调节的器件或电路模块；电阻调节的器件包括：可调电阻、滑动变阻器、数字电位器或具有阻抗变化特性的半导体器件；电阻调节的电路模块包括：多个固定电阻或电阻串和选通开关，通过控制选通开关将至少一个固定电阻或电阻串接入到刺激回路中进行阻抗调节，所述选通开关为预设多路复用器或多个分立的开关器件，或多种电路器件及电路模块的组合；所述控制电路，用于控制所述干扰抑制电路的阻抗调节和所述脉冲发生电路的输出。2.根据权利要求1所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，在mri环境下，根据预设刺激回路阻抗增量，控制电路控制干扰抑制电路提高刺激回路阻抗，所述干扰抑制电路提高刺激回路阻抗的方式包括：断开刺激回路和调节干扰抑制电路中电阻调节的器件或电路模块；根据预设脉冲发生电路输出调节量，控制电路控制脉冲发生电路输出的调节，所述预设脉冲发生电路输出调节量包括：脉冲发生电路输出脉冲的电压幅值和脉冲发生电路的输出功率。3.根据权利要求1所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，还包括阻抗检测模块，用于对人体组织进行阻抗采样得到组织阻抗信息r。4.根据权利要求3所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的组织阻抗信息r控制脉冲发生电路调节输出。5.根据权利要求4所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，在mri环境下，干扰抑制电路的阻抗r
v
调节范围为：[0,r
v
(max)]，其中，r
v
(max)为极限阻抗；脉冲发生电路的输出调节范围为：当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为若则脉冲发生电路输出脉冲的电压调节范围为[0,v
max
]，其中，v
max
为极限输出电压；当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
>i2(r+r
v
)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,i2(r+r
v
)]，若p
max
≤i2(r+r
v
)，则脉冲发生电路输出脉冲的功率调节范围为[0,p
max
]，其中，p
max
为极限输出功率。6.根据权利要求5所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，mri环境下使用最佳抑制效果时，干扰抑制电路阻抗和脉冲发生电路输出的调节方式为：当刺激脉冲为电压脉冲v时，若则干扰抑制电路阻抗调节为r
v
(max)，脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为若则干扰抑制电路阻抗调节为脉冲发生电路输出脉冲的电压调节为v
max
；当刺激脉冲为电流脉冲i时，若p
max
>i2(r+r
v
(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为r
v
(max)，所述脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为i2(r+r
v
(max))；若p
max
≤i2(r+r
v
(max))，则干扰抑制电路阻抗调节为所述脉冲发生电路输出脉冲的功率调节为p
max
。7.根据权利要求1所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，还包括反馈电路，用于对刺激脉冲进行采样得到脉冲幅值信息，控制电路对反馈电路得到脉冲幅值信息与预设脉冲幅值进行比较，根据比较结果对脉冲发生电路的输出进行调整，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值一致。8.根据权利要求7所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，在mri环境下，控制电路用于控制干扰抑制电路提高阻抗的同时，还基于获取的脉冲幅值信息控制脉冲发生电路调节输出，保证脉冲幅值信息与预设脉冲幅值在脉冲发生电路极限输出范围内一致，若脉冲发生电路的实际输出超出极限输出，则控制脉冲发生电路以极限输出。9.根据权利要求1所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，还包括mri环境检测模块，用于检测所述mri兼容的植入式电刺激器系统是否处于mri环境中；当检测到其处于mri环境时，向控制电路发送mri环境状态信息；当检测到其不处于mri环境时，向控制电路发送非mri环境状态信息；控制电路根据mri环境检测模块的检测结果进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。10.根据权利要求1所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，还包括通讯模块，用于与外部装置进行信息交互，并将接收到的外部指令发送至控制电路进行干扰抑制电路的阻抗调节以及脉冲发生电路的输出调节。11.根据权利要求10所述的mri兼容的植入式电刺激器系统，其特征在于，还结合体外控制装置与通讯模块进行信息交互，用于体外控制装置对mri兼容的植入式电刺激器系统的控制以及对系统信息和患者信息的获取。12.一种mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，基于权利要求1至11中任一所述的mri兼容的植入式电刺激器系统进行工作，其特征在于，mri兼容的植入式电刺激器系统的工作模式，包括：mri模式和普通模式；所述普通模式，表示mri兼容的植入式电刺激器系统在非mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路将干扰抑制电路阻抗调至最小，并根据预设参数值，控制脉冲发生电路输出对应的刺激脉冲；所述mri模式，表示所述mri兼容的植入式电刺激器系统在mri环境下采取的工作模式，包括：控制电路控制干扰抑制电路提高阻抗，或控制脉冲发生电路调节输出。13.根据权利要求12所述的mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，其特征在于，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：步骤s11，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri模式切换指令，如果是，进入步骤s12，如果否，继续重复步骤s11；
步骤s12，切换为mri模式，并进入步骤s13；步骤s13，判断所述通讯模块是否接收到外部装置的普通模式切换指令，如果是，进入步骤s14，如果否，返回步骤s13；步骤s14，切换为普通模式，并返回步骤s11。14.根据权利要求12所述的mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，其特征在于，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：步骤s21，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s22；步骤s22，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s23，如果否，返回步骤s21；步骤s23，切换为mri模式，并进入步骤s24；步骤s24，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s25；步骤s25，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s26，如果否，返回步骤s24；步骤s26，切换为普通模式，并返回步骤s21。15.根据权利要求12所述的mri兼容的植入式电刺激器系统的工作方法，其特征在于，普通模式和mri模式的切换方法，包括以下步骤：步骤s31，判断通讯模块是否接收到外部装置的mri环境检测指令，如果是，进入步骤s32，如果否，继续重复步骤s31；步骤s32，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s33；步骤s33，判断是否检测到外部磁场环境，如果是，进入步骤s34，如果否，返回步骤s32；步骤s34，切换为mri模式，并进入步骤s35；步骤s35，mri环境检测模块检测外部环境，并进入步骤s36；步骤s36，判断外部磁场环境是否消失，如果是，进入步骤s37，如果否，返回步骤s35；步骤s37，切换为普通模式，并返回步骤s31。

技术总结
本发明涉及电刺激器技术领域，公开了一种MRI兼容的植入式电刺激器系统及其工作方法，系统包括：脉冲发生电路、干扰抑制电路和控制电路；脉冲发生电路用于产生并输出刺激脉冲；干扰抑制电路基于电阻可变的方式对刺激回路进行阻抗调节，包括电阻调节的器件或电路模块；电阻调节的器件包括可调电阻、滑动变阻器、数字电位器或具有阻抗变化特性的半导体器件；电阻调节的电路模块包括多个固定电阻或电阻串和选通开关，通过控制选通开关将至少一个固定电阻或电阻串接入到刺激回路中进行阻抗调节；控制电路用于控制干扰抑制电路的阻抗调节和脉冲发生电路的输出。本发明能够有效抑制MRI环境下的干扰刺激、降低患者扫查风险以及获得相应的治疗效果。获得相应的治疗效果。获得相应的治疗效果。


技术研发人员：姜长青 顾忆元 徐博亚 李路明
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/14