一种基于反馈补偿的MRI兼容电刺激系统

本公开涉及电刺激器，尤其涉及一种基于反馈补偿的mri兼容电刺激系统。

背景技术：

1、植入式电刺激器在临床上应用广泛。然而，在磁共振成像(magnetic resonanceimaging，mri)的环境中，磁场变化会导致穿过植入式电刺激器的刺激回路的磁通量变化，进而沿回路方向产生感应电动势并引起感应电流，感应电流会导致作用于生物体组织的电脉冲偏离特定参数，干扰正常刺激，带来安全风险。

2、因此，现在需要一种mri兼容的电刺激系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提出了一种基于反馈补偿的mri兼容电刺激系统，不仅能够在非mri环境下为生物体提供正常电压脉冲，还能够在mri环境下基于生物体实际受到的刺激电压调整输出的电压脉冲，降低感应电压对正常电刺激的影响。

2、根据本公开的一方面，提供了一种基于反馈补偿的mri兼容电刺激系统，所述系统包括位于生物体内的电刺激装置，所述电刺激装置用于在预设的各周期内对生物体施加电压脉冲以使生物体受到电刺激，所述电刺激装置包括控制模块、脉冲发生模块、信号采样模块，所述信号采样模块用于在各所述周期内获取采样电压并将所述采样电压发送至所述控制模块；所述控制模块，用于在确定出生物体处于非磁共振成像mri环境中的情况下，在各所述周期内，根据预设的治疗条件生成第一控制电压并将所述第一控制电压发送至所述脉冲发生模块，以及，所述脉冲发生模块，用于根据接收到的第一控制电压生成第一电压脉冲，所述第一电压脉冲包括对应的刺激电压和电荷平衡电压；所述控制模块，还用于在确定出生物体处于mri环境中的情况下，在各所述周期内，根据采样电压确定出实际刺激电压，基于所述实际刺激电压生成第二控制电压并将所述第二控制电压发送至所述脉冲发生模块，以及，所述脉冲发生模块，还用于根据所述第二控制电压生成第二电压脉冲，所述第二电压脉冲包括对应的刺激电压和电荷平衡电压，所述实际刺激电压指示生物体在mri环境下实际受到的刺激电压。

3、这样，通过信号采样模块实时获取采样电压，控制模块能够基于这些采样数据确定生物体在mri环境下的实际刺激电压，这使得系统能够实时调整生成的电压脉冲，确保电刺激治疗的精确性和效果。通过反馈补偿机制，系统能够自动适应不同环境下的电刺激需求，无论是在正常的非mri环境中还是在mri环境下，系统都能有效地生成适当的电压脉冲，满足治疗要求，并且利用实时监测到的实际刺激电压可精确控制电压脉冲，提升患者在治疗过程中的安全性。这种基于反馈补偿的mri兼容电刺激系统不仅提高了电刺激治疗的精确性和安全性，还提升了患者体验。

4、在一种可能的实现方式中，所述控制模块，还用于在确定出所述生物体处于mri环境下，在各所述周期内，利用以下任意一种方式生成第二控制电压：对上一实际刺激电压进行模数转换得到对应的上一实际刺激电压信号，根据所述上一实际刺激电压信号和期望刺激电压对应的数字信号之差确定出误差信号，根据所述脉冲发生模块生成的上一刺激电压对应的数字信号与该误差信号之差确定出目标刺激电压信号，对该目标刺激电压信号进行数模转换得到对应的目标刺激电压，根据该目标刺激电压生成当前第二控制电压；对上一实际刺激电压进行模数转换得到对应的上一实际刺激电压信号，根据所述上一实际刺激电压信号和期望刺激电压对应的数字信号之差确定出误差信号，根据该误差信号和上一补偿电压信号之和确定出补偿电压信号，根据所述期望刺激电压对应的数字信号和该补偿电压信号之差确定出目标刺激电压信号，对该目标刺激电压信号进行数模转换得到对应的目标刺激电压，根据该目标刺激电压生成当前第二控制电压；对上一实际刺激电压进行模数转换得到对应的上一实际刺激电压信号，根据所述上一实际刺激电压信号和所述脉冲发生模块生成的上一刺激电压对应的数字信号之差确定出误差信号，根据期望刺激电压对应的数字信号和该误差信号之差确定出目标刺激电压信号，对该目标刺激电压信号进行数模转换得到对应的目标刺激电压，根据该目标刺激电压生成当前第二控制电压；其中，所述期望刺激电压为所述电刺激装置通过所述控制模块按照预设的治疗条件生成的理想刺激电压，目标刺激电压为所述第二电压脉冲中的刺激电压，目标刺激电压指示所述电刺激装置针对处于mri环境下的生物体设置的补偿刺激电压。

5、这样，通过利用上一实际刺激电压信号与期望刺激电压信号之间的差异来确定误差信号，并根据该误差信号调整目标刺激电压信号，系统能够实时补偿mri环境带来的感应电压干扰，确保电刺激装置输出的刺激电压更加接近预设的理想刺激电压，这大大提高了电刺激的精度，使得治疗更加有效。通过引入补偿电压信号，系统能够更好地适应mri环境下的复杂变化，即使mri设备产生的干扰导致实际刺激电压与期望刺激电压存在偏差，系统也能通过补偿机制迅速调整，保持电刺激的稳定性和连续性。通过对上一实际刺激电压和误差信号的快速处理，系统能够迅速调整当前第二控制电压，确保电刺激装置及时响应mri环境的变化，这有助于减少治疗过程中的延迟和不确定性，提高治疗效果。

6、在一种可能的实现方式中，所述电刺激装置还包括刺激脉冲镜像参考模块，所述刺激脉冲镜像参考模块，用于生成参考期望刺激电压；所述信号采样模块，还用于在各所述周期内获取参考期望刺激电压并将所述参考期望刺激电压发送至所述控制模块。

7、这样，通过刺激脉冲镜像参考模块生成参考期望刺激电压，系统除了获取实际的采样电压外，还能获得一个预期的、理想的刺激电压值作为参考。通过比较实际采样电压与参考期望刺激电压，控制模块能够进行更精确的调整。

8、在一种可能的实现方式中，所述控制模块，还用于在确定出所述生物体处于mri环境下，在各所述周期内，利用以下任意一种方式生成第二控制电压：根据上一实际刺激电压和上一参考期望刺激电压之差得到误差电压，对该误差电压进行模数转换得到对应的误差电压信号，根据所述脉冲发生模块生成的上一刺激电压对应的数字信号和该误差电压信号之差确定出目标刺激电压信号，对该目标刺激电压信号进行数模转换得到对应的目标刺激电压，根据该当前目标刺激电压生成当前第二控制电压；根据上一实际刺激电压和上一参考期望刺激电压之差得到误差电压，对该误差电压进行模数转换得到对应的误差电压信号，根据该误差电压信号和上一补偿电压信号之和确定出补偿电压信号，根据期望刺激电压对应的数字信号和该补偿电压信号之差确定出目标刺激电压信号，对该目标刺激电压信号进行数模转换得到对应的目标刺激电压，根据该当前目标刺激电压生成当前第二控制电压；其中，所述期望刺激电压为所述电刺激装置通过所述控制模块按照预设的治疗条件生成的理想刺激电压，目标刺激电压为所述第二电压脉冲中的刺激电压，目标刺激电压指示所述电刺激装置针对处于mri环境下的生物体设置的补偿刺激电压。

9、这样，通过比较上一实际刺激电压和上一参考期望刺激电压计算误差电压并据此调整目标刺激电压，系统能够实时补偿这些干扰，从而确保输出的刺激电压更加接近预设的理想刺激电压，这大大提高了电刺激的精度和稳定性，使得治疗效果更加可靠。通过引入误差电压信号和补偿电压信号，系统能够更精确地控制电压脉冲的生成过程。这有助于减少信号转换和处理过程中的误差和失真，进一步提高电刺激的准确性和可靠性。系统能够根据实时获取的参考期望刺激电压和实际刺激电压之间的差异，自动调整电刺激参数。这种自适应能力使得系统能够更好地适应mri环境下可能出现的各种变化，确保电刺激疗效始终保持在最佳状态。

10、在一种可能的实现方式中，所述脉冲发生模块包括脉冲发生开关、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器的正相输入端用于接收所述控制模块输出的控制电压，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述第一运算放大器的反相输入端还与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端用于输出刺激电压，所述第一运算放大器的输出端与所述脉冲发生开关的第一触点连接；所述第二运算放大器的正相输入端用于接收所述控制模块输出的控制电压，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第二运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端通过所述第五电阻连接，所述第二运算放大器的反相输入端还与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接至所述第二运算放大器的输出端和所述第五电阻之间，所述第六电阻的两端分别连接至所述第三运算放大器的输出端、所述第三运算放大器的反相输入端和所述第五电阻之间，所述第三运算放大器的输出端用于输出电荷平衡电压，所述第三运算放大器的输出端与所述脉冲发生开关的第二触点连接；所述脉冲发生模块，还用于在所述脉冲发生开关在所述第一触点处闭合的情况下，生成目标电压脉冲中的刺激电压，以及在所述脉冲发生开关在所述第二触点处闭合的情况下，生成所述目标电压脉冲中的电荷平衡电压，其中，所述目标电压脉冲为第一电压脉冲或第二电压脉冲。

11、这样，通过第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的组合使用，系统能够精确地根据控制模块输出的控制电压生成所需的刺激电压和电荷平衡电压。这种设计确保了电压的准确性和稳定性，从而提高了电刺激治疗的效果。脉冲发生开关的设计使得系统能够根据需要快速切换刺激电压和电荷平衡电压的输出。该脉冲发生模块的设计具有一定的灵活性，可以根据不同的治疗需求进行调整和优化。例如，通过改变电阻的阻值或调整运算放大器的参数。

12、在一种可能的实现方式中，所述脉冲发生模块，还用于在生成目标电压脉冲的情况下，依次生成对应的刺激电压、电荷平衡电压，所述目标电压脉冲为第一电压脉冲或第二电压脉冲。

13、这样，通过依次生成刺激电压和电荷平衡电压，脉冲发生模块确保了每个刺激脉冲后都有相应的电荷平衡过程，从而有效避免了电荷积累对生物体造成的潜在危害，这有助于保护生物体的安全性，提高治疗的可靠性。刺激电压负责提供治疗所需的电刺激，而电荷平衡电压则负责消除刺激后可能产生的电荷残留。通过精确控制两者的生成顺序和时间间隔，系统能够确保电刺激作用的连续性和稳定性，从而提升治疗效果。

14、在一种可能的实现方式中，所述电刺激装置还包括环境检测模块，所述环境检测模块，用于在接收到环境检测指令的情况下，按照预设的识别条件进行环境检测，得到环境识别结果，并将所述环境识别结果发送至所述控制模块，所述环境识别结果为非mri环境或者mri环境；所述控制模块，还用于根据为非mri环境的环境识别结果确定出生物体处于非mri环境中，以及根据为mri环境的环境识别结果确定出生物体处于mri环境。

15、这样，通过环境检测模块准确识别mri环境，系统能够针对不同环境进行精确的治疗调整。在mri环境下，系统可以自动调整电刺激参数，以减小mri对电刺激治疗的干扰，确保治疗的准确性和有效性。环境检测模块的引入使得系统能够自动检测并识别mri环境，从而根据环境特点进行精确的治疗调整，提升了系统的安全性、便捷性和智能性。

16、在一种可能的实现方式中，所述系统还包括第一控制装置，所述电刺激装置还包括通信模块，所述通信模块，用于进行所述电刺激装置与所述电刺激装置外部的通讯；所述第一控制装置，用于将所述环境检测指令通过所述通信模块发送至所述控制模块中，所述控制模块，还用于将接收到的环境检测指令转发至所述环境检测模块中；或者，所述第一控制装置，还用于将环境确定结果通过所述通信模块发送至所述控制模块，所述环境确定结果为非mri环境或者mri环境，所述控制模块，还用于根据为非mri环境的环境确定结果确定出生物体处于非mri环境中，以及根据为mri环境的环境确定结果确定出生物体处于mri环境。

17、这样，通信模块的引入使得电刺激装置能够与外部设备或系统进行通信，从而实现了信息的共享和交换，这为系统的进一步扩展和应用提供了可能性，比如将电刺激装置集成到更复杂的医疗设备或系统中。第一控制装置不仅可以发送环境检测指令，还可以直接发送环境确定结果给控制模块。这种方式避免了在电刺激装置内部进行环境检测可能带来的误差或干扰，提高了环境识别的准确性和可靠性，从而增强了系统的安全性。

18、在一种可能的实现方式中，所述系统还包括第二控制装置，所述控制模块，还用于在确定出生物体处于非磁共振成像mri环境中的情况下，根据所述环境识别结果、所述环境确定结果、各所述周期内生成的第二电压脉冲确定出mri信息，并将所述mri信息通过所述通信模块发送至所述第二控制装置中；所述第二控制装置，用于保存所述mri信息。

19、这样，通过控制模块和第二控制装置实现记录mri信息，这对于后续分析和研究电刺激装置在mri环境下的性能表现至关重要，有助于优化系统设计和提升治疗效果。保存mri信息使得系统具备了更强的可追溯性。当需要对系统的性能或治疗效果进行评估时，可以通过查阅保存的mri信息，了解系统在不同环境下的表现情况，为决策提供有力支持。通过对保存的mri信息进行分析，医生或研究人员可以了解电刺激装置在mri环境下的具体表现，如刺激电压的稳定性、电荷平衡的效果等。这有助于发现潜在的问题并进行针对性的优化，从而提升治疗策略的有效性和安全性。

20、在一种可能的实现方式中，所述第二控制装置，还用于设置治疗条件对应的控制参数，并将所述控制参数通过所述通信模块发送至所述控制模块；所述控制模块，还用于根据接收到的控制参数生成所述第一控制电压。

21、这样，通过第二控制装置，可以根据实际需要设置不同的治疗条件，如刺激强度、频率、持续时间等。系统能够接收这些控制参数，并根据参数生成相应的第一控制电压，从而实现对电刺激治疗条件的精确控制。并且，通过第二控制装置调整控制参数可以针对特定情况优化治疗效果。例如，在需要增强刺激效果时，可以适当增加刺激强度或频率；在需要减少患者不适感时，可以适当降低刺激强度或调整刺激模式。这种个性化的治疗参数设置有助于提升患者的治疗体验和满意度。

22、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。