基于AVR的微功耗電刺激器

　　運動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)生物學基礎。既往對運動性疾病的治療主要通過藥物治療或蒼白球手術破壞兩種方法。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破壞的副作用也特別大。如果能夠刺激腦內(nèi)某一特定的核團，以改變核團的功能活動，就有可能在一定程度上糾正神經(jīng)遞質(zhì)之間的失衡，從而達到治療運動性疾病的目的。自1960年以來，神經(jīng)病學家和神經(jīng)外科學家通過研究發(fā)現(xiàn)，深部腦刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)能夠改善神經(jīng)系統(tǒng)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，首先開發(fā)了微型迷走神經(jīng)電刺激實驗器(Vagus Nerve Stimulator，VNSr)，并植入大鼠體內(nèi)進行癲癇治療的研究。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)，通過觀察動物自發(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、水迷宮測定動物的視-空間記憶功能及Timm和Thionin組織染色觀察大腦神經(jīng)病理學改變，來測定神經(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)。植入動物體內(nèi)的電刺激器需要在設定的時間開啟。在一個時間間隔里，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(tǒng)中植入動物體內(nèi)的電刺激器屬于開環(huán)控制，設定為間歇式工作方式，根據(jù)前期實驗結(jié)果，結(jié)合參考文獻1提供的參數(shù)，刺激器工作間隔時間為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(shù)，本系統(tǒng)中嵌入了單片機。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　電刺激器設計的關鍵是高可靠性、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。