基于A(yíng)VR的微功耗電刺激器

　　運動(dòng)障礙性疾病源于不同神經(jīng)遞質(zhì)之間的失衡，而不同部位神經(jīng)細胞的變形壞死是導致神經(jīng)遞質(zhì)失衡的神經(jīng)生物學(xué)基礎。既往對運動(dòng)性疾病的治療主要通過(guò)藥物治療或蒼白球手術(shù)破壞兩種方法。第一種治療途徑或者是療效差，或者是因藥物副作用大患者不能耐受；而第二種途徑即手術(shù)破壞的副作用也特別大。如果能夠刺激腦內某一特定的核團，以改變核團的功能活動(dòng)，就有可能在一定程度上糾正神經(jīng)遞質(zhì)之間的失衡，從而達到治療運動(dòng)性疾病的目的。自1960年以來(lái)，神經(jīng)病學(xué)家和神經(jīng)外科學(xué)家通過(guò)研究發(fā)現，深部腦刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)能夠改善神經(jīng)系統疾病如特發(fā)性震顫和帕金森氏病的某些癥狀。研究人員預測，DBS還可能用于治療癲癇、疼痛、多發(fā)性硬化、癱瘓、強迫性神經(jīng)癥和抑郁癥等疾病。

　　為了研究DBS對癲癇治療的機理，首先開(kāi)發(fā)了微型迷走神經(jīng)電刺激實(shí)驗器(Vagus Nerve Stimulator，VNSr)，并植入大鼠體內進(jìn)行癲癇治療的研究。分別在大鼠出生后35天(Postnatal 35 days, P35)和P60時(shí)埋植神經(jīng)刺激器刺激電極和腦電圖(Electroencephalograph，EEG)記錄電極，借助電刺激器發(fā)出一定頻率、脈寬和強度的脈沖刺激迷走神經(jīng)，通過(guò)觀(guān)察動(dòng)物自發(fā)性癲癇發(fā)作(Spontaneous Recurrent Seizures，SRSs)的頻率、皮層和海馬EEG的頻譜變化、水迷宮測定動(dòng)物的視-空間記憶功能及Timm和Thionin組織染色觀(guān)察大腦神經(jīng)病理學(xué)改變，來(lái)測定神經(jīng)刺激器對癲癇的治療作用。

　　電刺激器由植入電極、連接導線(xiàn)及皮下脈沖發(fā)生器三部分組成。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的刺激電流經(jīng)刺激電極刺激迷走神經(jīng)。植入動(dòng)物體內的電刺激器需要在設定的時(shí)間開(kāi)啟。在一個(gè)時(shí)間間隔里，發(fā)出一定頻率的刺激脈沖電流。本文主要敘述電刺激器的設計思想。

　　1 電刺激器設計要求

　　本系統中植入動(dòng)物體內的電刺激器屬于開(kāi)環(huán)控制，設定為間歇式工作方式，根據前期實(shí)驗結果，結合參考文獻1提供的參數，刺激器工作間隔時(shí)間為5分半鐘，刺激器每工作30秒，輸出一次刺激電流，然后停止工作5分鐘，如此循環(huán)往復。工作過(guò)程是輸出頻率30Hz、脈寬500μs的刺激電流。為了準確控制設定的參數，本系統中嵌入了單片機。系統結構框圖如圖1所示。

　　電刺激器設計的關(guān)鍵是高可靠性、微型化和低功耗。因此采用紐扣式電池供電，選用低功耗、微小封裝的高可靠性單片機和元件。