Многоканальный вестибулярный протез

Структурная схема

Многоканальный вестибулярный протез предназначен для одновременного преобразования из аналоговой формы в цифровую сигналов от поворотов головы в каждом из 3-х измерений и доставки стимулов постоянного тока через пары электродов. Прибор включает в себя микроконтроллер, который постоянно проверяет входящий сигнал от 3-х взаимноперпендикулярных датчиков угловой скорости и, соответственно, модулирует частоту стимулов от источника тока. Любые комбинации «биполярных» (два электрода находятся в пределах прибора) и «монополярных» (один электрод в приборе, другой в мускулатуре шеи) электродов могут быть настроены после имплантации с помощью программного обеспечения. В результате мы можем получить до 4-х изолированных биполярных пар электродов или до 7 монополярных электродов.

Сенсоры

3 гиромикродатчика угловой скорости (ADXRS300) перпендикулярны друг к другу. Каждый оцифровывает скорость вращения вокруг оси с разрешением ~ 0,2 ° / с (младший бит после оцифровки) в диапазоне от -450 до +450 ° / с с пропускной способностью 40 Гц. Устройство крепится к голове и датчики примерно выравниваются (с точностью до ~ 10 °) согласно плоскостям имплантированных полукружных каналов, таким образом, чтобы выход каждого датчика мог напрямую модулировать частоту импульсов определенного электрода, соответствующего конкретному полукружному каналу. Эти устройства были выбраны из-за их небольшого размера (7 × 7 × 3 мм), а также из-за соответствия диапазона чувствительности, уровня шумов и полосы пропускания требованиям системы. Их основным недостатком является высокое энергопотребление (30 мВт для каждого), на их долю приходится 90% потребления протеза.

Процессор

MSP430F149 микроконтроллер с частотой от 6 МГц. Наряду с ультра-низким энергопотреблением, некоторые функции этого устройства делают его особенно выгодным. Поддерживает простую в обращении, но мощную программу отладки. Это устройство включает в себя несколько схем- модулей, необходимых для данного проекта. Размер 10 × 10 × 1,8 мм, включая 16-битный центральный процессор (CPU), 16-битной аппаратный множитель, 2 КБ оперативной памяти, 60 Кб флэш-памяти, два многофункциональных реле, 8-канальный 12 -разрядный аналого-цифровой преобразователь, а также интерфейс JTAG, который позволяет на месте перепрограммировать протез с помощью 6-проводнго интерфейса.

Питание

Бесперебойное питание очень важно, так как пациент привыкает к тонизирующему действию импланта и может получить серьезные травмы из-за внезапного прекращения работы протеза. Литиевые батареи, находящиеся в головке устройства (Saft LS14250, 3,6 В, 1000 мАч, диаметр 14.7мм × 24.8мм, 8.9гр) могут выступать в качестве подзарядки для основного аккумулятора, находящегося внутри корпуса прибора (Lenmar LIJ408, 7,2 В, 1100 мАч, 54 × 38 × 22 мм, 71 г), упрощая процесс замены батареи без прерывания подачи питания.

К сожалению, высокое потребление тока 3-х гироскопов ограничивает автономную работу до 48 часов.

Габаритные параметры

На рисунке показана фотография протеза до упаковки. Он реализован с использованием технологии поверхностного монтажа и составляет ~ 30 × 30 × 11 мм, после упаковки в пластиковый корпус 35 × 35 × 15 мм, вес 19 г без батареи.