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随着生物电子技术的发展,植入式神经刺激技术(ImplantableNeuro-Stimulator,INS)被广泛应用于神经系统疾病治疗、诊断及人体功能恢复等医学领域,已成为医学上治疗某些疑难病症的有效手段和发展方向。另外,植入式神经刺激技术对吸毒治疗的应用议题已引起了各学术界的广泛关注。植入式神经刺激技术将电极植入人体内,通过一定参数电流或电压脉冲刺激神经细胞,实现治疗和诊断等目的。其具有损伤小,保护性,可逆性及多种病症适用等优点。但同时,植入式神经刺激系统存在电池电量限制和产品升级限制等不足,且国内尚无自主产权的植入式神经刺激器,病人临床应用的植入式神经刺激器均为进口产品,价格昂贵。
本文针对植入式神经刺激器低寿命、产品无法升级及高费用等缺点,重点研究了一种外置式神经刺激系统(External Neuro-Stimulator,ENS)的设计与实现。将植入式神经刺激系统控制部件及供电模块移出体外,体内部分只留有接收能量部件和刺激电极。论文在查阅大量文献基础上,总结分析了外置式神经刺激系统的设计要求及总体设计方案,深入研究了系统关键部分电路,经皮能量传输及载波通信等技术,通过双稳态脉冲调制、斩波调压,直流逆变,人机交互等模块设计,实现了外置式神经刺激系统样机研发。实验证明,本文设计的外置式神经刺激系统方案可行,系统运行稳定,系统传输效率最高可达20%,输出参数满足植入式神经刺激系统输出要求,且在整个调节范围内误差不大于7%。本研究创新点:⑴采用松耦合变压器实现能量和控制信号的同时传输;⑵基于比较器的双稳态触发器作为体内部分脉冲调制电路,提高了系统输出稳定性。