腦深部電刺激中的平面線圈信號(hào)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(jìn)行了改進(jìn)，將信號(hào)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)是避免了鎖骨下方的創(chuàng)口，同時(shí)避免了大量的導(dǎo)線在體內(nèi)通過(guò)，減少了感染的危險(xiǎn)，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(lái)更加方便、輕松。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　外置式腦起搏器利用線圈可以耦合交流信號(hào)的特性來(lái)傳遞刺激信號(hào)。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(hào)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(jiàn)圖1。兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分由一對(duì)線圈連接起來(lái)，將刺激信號(hào)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(lái)使用上方便的同時(shí)，也給設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。由于信號(hào)是經(jīng)過(guò)頭皮傳輸過(guò)去的，所以要保證顱內(nèi)接受到的脈沖信號(hào)的波形和功率能夠達(dá)到治療的要求。

　　腦內(nèi)線圈(次級(jí)線圈)與腦外線圈(初級(jí)線圈)

　　次級(jí)線圈為需要和刺激電極相連的線圈，由于次級(jí)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(jì)的為一平面圓盤(pán)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(shí)際繞制時(shí)的技術(shù)原因，將線圈分為了10層平面圓盤(pán)，每層100匝。選用線徑為0.06mm的漆包線，所以整個(gè)線圈厚度也只有0.6mm，外徑d1=30mm，內(nèi)徑d2=18mm。

　　由于初級(jí)線圈可以放在大腦頭皮外側(cè)，所以對(duì)初級(jí)線圈大小和形狀的要求不如上述次級(jí)線圈嚴(yán)格，只要做到盡量小和盡量薄就可以了。設(shè)計(jì)的初級(jí)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(pán)形，可以允許一定的厚度。經(jīng)測(cè)量，線圈厚度為5mm，外徑d1=20mm，內(nèi)徑d2=12mm。