腦深部電刺激中的平面線圈信號耦合技術(shù)

　　本文討論一種新型腦起搏器——外置式腦起搏器，這種腦起搏器在傳統(tǒng)腦起搏器的基礎(chǔ)上進行了改進，將信號發(fā)生裝置、控制裝置以及電源全部移至體外，顱內(nèi)只留下刺激電極。這種設(shè)計的優(yōu)點是避免了鎖骨下方的創(chuàng)口，同時避免了大量的導線在體內(nèi)通過，減少了感染的危險，最大程度減少了病人的痛苦。體外脈沖發(fā)生器的隨意更換使患者不再受電池電量的制約，使用起來更加方便、輕松。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　外置式腦起搏器利用線圈可以耦合交流信號的特性來傳遞刺激信號。系統(tǒng)分為兩部分，分別位于人腦頭頂頭皮的兩側(cè)，體外部分包括信號發(fā)生器、控制器、電源和顯示裝置，體內(nèi)部分主要為刺激器，系統(tǒng)框圖見圖1。兩個相對獨立的部分由一對線圈連接起來，將刺激信號由體外耦合至體內(nèi)的刺激器。外置式腦起搏器在給患者帶來使用上方便的同時，也給設(shè)計帶來了一定的挑戰(zhàn)。由于信號是經(jīng)過頭皮傳輸過去的，所以要保證顱內(nèi)接受到的脈沖信號的波形和功率能夠達到治療的要求。

　　腦內(nèi)線圈(次級線圈)與腦外線圈(初級線圈)

　　次級線圈為需要和刺激電極相連的線圈，由于次級線圈要植入人腦內(nèi)，所以需采用特殊形狀線圈以節(jié)省空間，希望線圈越小越薄越理想。本文設(shè)計的為一平面圓盤形線圈，理論上使線圈繞制成單層，猶如蚊香的形狀，但考慮到實際繞制時的技術(shù)原因，將線圈分為了10層平面圓盤，每層100匝。選用線徑為0.06mm的漆包線，所以整個線圈厚度也只有0.6mm，外徑d1=30mm，內(nèi)徑d2=18mm。

　　由于初級線圈可以放在大腦頭皮外側(cè)，所以對初級線圈大小和形狀的要求不如上述次級線圈嚴格，只要做到盡量小和盡量薄就可以了。設(shè)計的初級線圈為800匝，由線徑為0.2mm的漆包線繞制而成，也盡量繞成平面原盤形，可以允許一定的厚度。經(jīng)測量，線圈厚度為5mm，外徑d1=20mm，內(nèi)徑d2=12mm。