基于ND芯片的脊髓电刺激器的设计

来源：核心期刊咨询网时间：2022-03-17 11:4112

摘要：摘要：本设计在介绍复杂疼痛治疗原理的闸门学说基础上，采用国产ND芯片，单片机等电路设计制作了脊髓电刺激器，实现了刺激阻抗测量，可编程多波形刺激信号的输出，可编程刺激通道的选择和休眠唤醒的工作方式;采用精细加工技术和热成型技术设计制作了刺激电极;这些设计

　　摘要：本设计在介绍复杂疼痛治疗原理的“闸门学说”基础上，采用国产ND芯片，单片机等电路设计制作了脊髓电刺激器，实现了刺激阻抗测量，可编程多波形刺激信号的输出，可编程刺激通道的选择和休眠唤醒的工作方式;采用精细加工技术和热成型技术设计制作了刺激电极;这些设计具有体积小，耗电量低，可靠性高的特点。经对样机的测试，所设计的刺激器符合要求。

　　关键词：SCS 神经病理性疼痛 刺激电极 神经调节 单片机

　　1背景

　　神经病理性疼痛(neuropathic pain，NP)是由躯体感觉神经系统的损伤及疾病所导致的疼痛，以痛觉过敏、痛觉超敏、自发性疼痛和感觉异常等为主要表现，这类疼痛多数是由不同的疾病和损害引起的综合症，疼痛的机理复杂，导致临床上这类病人的治疗不充分完善，严重影响了生活质量，给病人带来加大的痛苦和经济负担。

　　脊髓电刺激(spinal cord stimulation，SCS)是一种当今公认的最有效的治疗、缓解NP镇痛疗法，总体有效率约为80%，能够明显改善病人的疼痛，并能减少镇痛药物的服用量，增加活动能力，使多数患者返回工作岗位，经过数十年的发展，SCS逐渐成为临床治疗慢性疼痛的重要手段[1-2]。

　　目前，全球每年约有5万以上的患者接受脊髓电刺激治疗[3]，产品主要由美国的美敦力公司提供，国内尚无上市的产品，设计开发脊髓电刺激仪对我国在NP方面的治疗有非常重要的意义。

　　2治疗原理

　　脊髓电刺激治疗技术的原理目前尚无完整的理论解释，比较公认的是“闸门学说”。1965年Melzak和Wall提出了著名的“闸门学说”，奠定了SCS的理论基础，该学说认为外周疼痛的“电-化学”信息通过细的无髓鞘C纤维和少量有髓鞘A-

　　纤维传入脊髓，这些纤维终止在脊髓背角的胶质，即脊髓的门，同时触觉或震动觉由粗大的

　　纤维也传至脊髓的这个“门”，而机体接受粗纤维传过来的触觉或震动觉后将关闭接受细纤维信息的“门”，也就是说对脊髓后柱粗纤维的电刺激可逆行抑制细纤维传导的疼痛信息[4]。

　　根据这一理论，技术人员设计脉冲信号发生器和刺激电极，利用硬膜外穿刺技术，将刺激电极植入脊柱椎管背侧硬膜外腔，利用脉冲电流(电压)刺激激活脊髓后柱粗大A-β纤维，此时会产生异常感觉，如麻木感、针刺感、挤压感等[5]，然后再激活脊髓背角胶质区抑制性中间神经元，从而逆行抑制脊髓节段细小纤维痛觉信息接收，并缓解和阻断疼痛感覺经脊髓丘脑束传入高级中枢，激活高级中枢下行抑制通路，从而缓解疼痛[6]。

　　3结构组成

　　SCS主要由刺激器、刺激电极、医用控制器构成。

　　医用控制器：医生使用的控制器，主要对刺激器进行操作控制，其功能为设置显示刺激参数，包含电极触点组合、参数组合。

　　刺激器：根据医用控制器的设置，产生相应的刺激信号通过刺激电极作用于组织。

　　刺激电极：将刺激信号导入脊髓内，按照设置的触点位置组合进行刺激。

　　4刺激器原理设计

　　传统的SCS治疗技术主要是以低频刺激信号为主，临床使用上患者的刺痛感强，对于某些病人来讲可能无法忍受。另外，传统SCS通常对腿部疼痛覆盖范围可靠，但难以覆盖躯干背痛[7]。因此，近来临床上应用HF-10 kHz、BurstSCS、DRG电刺激新型的治疗模式来解决这些问题。这些新型的治疗模式的刺激强度低于感觉异常阈值，病人不会有感觉异常，同时DRG电刺激解决了刺激能量的分散和电极的移位问题，使得刺激电流较小。根据临床需求确定本设计的功能参数如下。

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