具軟體定義無線傳輸介面之植入式脈衝射頻電刺激系統

Abstract

慢性痛是現在人常見的困擾，每年損失龐大的醫療資源成本。Neuromodulation therapies如脊椎神經刺激、周邊神經刺激、腦脊髓膜內給藥系統，是其他常規治療失效時，最後的治療方法。其中植入式脈衝產生器(IPG)是近年廣為應用於治療慢性疼痛的一項技術，該電子裝置輸出低頻刺激訊號於目標神經，干擾疼痛訊號的傳遞，然而，低頻刺激容易造成病人的不適感(paraesthesia)，而脈衝式射頻電刺激(PRF)屬於高頻刺激，不會造成病人不適，商用IPG也尚未應用此項技術。 本文提出一具無線供電的可無線軟體定義之脈衝射頻電刺激架構，外部控制器與植入裝置之間以醫療器材無線電頻段403MHz進行通訊，植入裝置從外部控制器接收能量與刺激參數，並且定時回覆狀態與資訊。PRF參數可以輕易由外部控制器的人機介面上更改，包含週期、脈衝寬度、載波頻率、振幅(±5V)皆能夠被設定，系統亦可輸出低頻刺激訊號。 無線電力傳輸的頻率操作於350kHz~450kHz，功率放大器在初始等待植入裝置連接時，只有約170mW功耗，距離15mm植入裝置即可獲得足夠的能量進行通訊，令外部控制器調整輸出能量。效率於10mm的距離可達40%，最大傳輸距離約為20mm。 為了讓系統成為高可靠性的植入式醫療器材，除了植入裝置有除顫保護，系統亦自行偵測錯誤，外部控制器監控功率放大器的供應電流及溫度、植入裝置監控整流電壓及溫度，當錯誤發生時，外部控制器停止傳能給植入裝置，避免系統失效，甚至危害人體組織。