CN102049096B - 一种自主反馈式胃起搏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学信息提取和处理技术领域，特别涉及一种自主反馈式胃起搏装置，包括管理控制单元MCU、电源装置、胃电信号采集模块、胃电信号提取分析模块、刺激信号判断模块和刺激信号产生模块；本发明通过提取体表胃电信号，并分析信号的幅值、频率、功率等信息从而得出相应的胃蠕动状态，判断产生刺激信号，通过电极作用于人体表面胃的投影区，从而建立起胃电信号和胃起搏信号之间的关联，实现自主反馈式胃起搏。

Description

一种自主反馈式胃起搏装置

技术领域

本发明涉及生物医学信息提取和处理技术领域，特别涉及一种体表提取胃电信息、自主判断胃蠕动状态、反馈实施胃体表刺激、实现胃起搏的装置。

背景技术

胃肠疾病常见、多发，发病率占总人口的10％以上，严重影响了人们的生活质量，日益受到国内外医学专家的关注和重视。在我国，胃肠病例的50％与胃动力功能异常相关。随着心电起搏作用机制的深入研究，科学家们猜想胃肠道是否亦存在起搏点。在1971年Kelly发现胃起搏区位于胃体上1/3处，小肠起搏区则分布于十二指肠，后来美国生理学家Prosser和Sanders进一步证明了胃肠起搏系统的存在。近年来随着对胃肠壁超微结构认识的不断深入以及电刺激和现代电子技术的不断发展，胃肠起搏为多种胃肠术后综合征及功能性胃肠疾病的治疗开创了新的途径。

中国专利CN101371783公开了一种体表胃电检测分析仪，包括放置在体表用于采集胃电信号的电极，对采集的多通道信号进行滤波、放大的前置单元，以及对经前置处理后的信号进行处理的计算机系统，所述计算机系统包括：预处理及信号提取装置、功率谱计算装置、正常慢波时间百分比计算装置、正常慢波相对能量百分比计算装置、时间-能量联合分析装置、主频计算装置、主频不稳定系数计算装置。但其只是对体表胃电信号进行检测，而没有实现对胃体的适时刺激；

中国专利CN1947812公开了一种能够提供多种振动波形选择的胃肠起搏仪，包括USB电源接口或是内置锂电池通过MCU控制模块的电源输入端与之相连，MCU控制模块的两输出端与振荡电路相连、另一个输出端输出控制信号到工作状态指示电路；其产生的模拟胃肠生物电信号，通过治疗电极输送到胃起搏区即胃体部位及胃窦部位。专利CN2930745公开了一种胃肠功能治疗仪，其特征是通过电极对人体胃肠起搏点施加正常的胃肠电信号，促使紊乱的胃肠电活动产生跟随效应，以恢复正常节律，从而达到有效治疗各类功能性胃肠疾病的目的。以上专利对胃体进行刺激，通过透导脉冲使胃肠产生正常的节律性收缩，从而达到胃搏的目的，但没有实现对胃体的适时检测。

现有技术要么仅实现胃电信号进行检测，要么仅产生胃电刺激信号，而没有提供一种集检测体表胃电信息、自主判断胃蠕动状态、反馈实施胃体表刺激、实现自主反馈式胃起搏为一体的方式。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种集体表提取胃电信息、自主判断胃蠕动状态、反馈实施胃体表刺激于一体的自主反馈式胃起搏装置。

为解决以上问题，本发明提出一种自主反馈式胃起搏装置，如图1所示，包括：管理控制单元MCU，用于连接装置中各个模块并各个模块控制协同工作；电源装置：用于为为整个装置提供电源；还包括：

胃电信号采集模块，用于提供胃电信号给胃电信号提取分析模块；进一步包括放大电路、滤波电路、隔离电路和采集探针，采集探针用于与胃体表投影区相接触采集胃电信号；

胃电信号提取分析模块，用于提取和分析胃电信号进行，生成测量参数，并提供给刺激信号判断模块；

刺激信号判断模块，用于产生刺激信号产生指令给刺激信号产生模块进一步包括存储器1和比较器，存储器1用于存储胃电信号正常范围值；比较器用于比较测量参数与胃电信号正常范围；

刺激信号产生模块，用于产生胃电刺激信号，包括正弦波产生单元，用于产生正弦波。

与现有技术相比，本发明通过提取体表胃电信号，并分析信号的幅值、频率、功率等信息从而得出相应的胃蠕动状态，判断产生刺激信号，通过电极作用于人体表面胃的投影区，从而建立起胃电信号和胃起搏信号之间的关联，实现自主反馈式胃起搏。

附图说明

图1为本发明自主反馈式胃起搏装置优选实施例结构图；

图2为本发明自主反馈式胃起搏装置另一优选实施例结构图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施方式，对本发明一种自主反馈式胃起搏装置做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种自主反馈式胃起搏装置，如图2所示，包括：

管理控制单元MCU，用于连接装置中各个模块并各个模块控制协同工作；

电源装置：用于为为整个装置提供电源；

胃电信号采集模块，用于提供胃电信号给胃电信号提取分析模块；进一步包括放大电路、滤波电路、隔离电路和采集探针，采集探针与胃体表投影区相接触采集胃电信号，

所述放大电路、隔离电路、滤波电路、胃电刺激电路为本领域公知技术，不再详述。

胃电信号提取分析模块，用于提取和分析胃电信号进行，生成测量参数，并提供给刺激信号判断模块；

所述测量参数包括：胃运动速率Sv，

计算参数包括：正常胃电百分比Pn，胃电节律紊乱百分比En。

刺激信号判断模块，进一步包括存储器1和比较器，

所述存储器1用于存储胃电信号正常范围值；

所述比较器用于比较测量参数与胃电信号正常范围；

当比较器测量参数中任一参数超出胃电信号正常范围时，发送刺激信号产生指令给刺激信号产生模块，并将测量参数发送给刺激信号产生模块；

优选地，所述胃电信号正常范围为，胃运动速率Sv∈[2.4，3.7]、正常胃电百分比Pn≥65％、胃电节律紊乱百分比En＜15％；

根据现有文献记载，标准胃运动速率为3次/min，上限为3.7次/min，下限为2.4次/min；正常胃电百分比的正常标准是65％或大于65％。胃电节律紊乱百分比的标准为＞40％为胃电节律紊乱，15％～40％为轻度紊乱，＜15％为正常。

刺激信号产生模块，用于产生胃电刺激信号，包括正弦波产生单元，用于产生正弦波；

优选地，所述刺激信号产生模块进一步包括：

高频脉冲产生单元，用于产生高频脉冲；

叠加单元，用于将高频脉冲叠加至正弦波上；

刺激信号产生模块收到刺激信号触发指令后，产生胃电刺激信号，胃电刺激信号为正弦基波或是正弦基波叠加一定数量的高频脉冲，其过程为：

1)确定正弦基波和/或高频脉冲的个数P

所述正弦基波为：

W＝asin(2π(60Sv)t)+a

其中，a为波形幅值，取值范围[2.5，3.0]，Sv为胃电刺激频率，其值为胃运动速率，单位为分钟。

所述高频脉冲的个数P为：

$P=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{fix}(\frac{0.65}{\mathrm{Pn}}\&times;20)& (\mathrm{Pn}<0.65)\\ 20& (\mathrm{Pn}\&GreaterEqual;0.65)\end{array}\right.$

其中，fix()表示向下取整，Pn为测量到的正常胃电百分比；

2)将正弦基波每个周期的

之后的第一个采样点到之前的最后一个采样点抽取出来，共31个采样点，将采样平分点序号标记为-15，-14，...，-2，-1，0，1，2，...，14，15；

3)确定脉冲点，即从平分点序号0开始，选择其左右各fix(P/2)个采样平分点，作为脉冲点；

若P为偶数，则脉冲点个数为P+1个，若P为奇数，则脉冲点个数为P个；

4)计算脉冲点的幅值

$\mathrm{Wn}=\left\{\begin{array}{cc}5-W& \mathrm{En}>40\%\\ \frac{\mathrm{En}}{40\%}\&times;5-W& 15\%\&le;\mathrm{En}\&le;40\%\\ 0& \mathrm{En}<15\%\end{array}\right.$

5)在脉冲点上产生高频脉冲，并叠加到基波上；

优选地，所述高频脉冲的幅值为5V。

经过叠加，若不在脉冲点上的和未产生脉冲的抽样点，都会维持基波的幅值(即W)，在脉冲点上的抽样点的幅值为基波幅值加上脉冲幅值(即W+Wn)。

优选地，所述供电电源包括二路选择开关，一路与变压电路连接，一种与电源电池电路连接；使得可选择地由交流供电或者直流供电。

优选地，作为一种优选实施方式，本发明的一种自主反馈式胃起搏装置还包括：

定时器，与MCU相连接，用于控制刺激信号的有效作用时间，当产生刺激信号时，MCU判断定时器是否超时，若超时，则MCU控制胃电信号采集模块停止采集信号，否则，MCU控制胃电信号采集模块继续采集信号；

优选地，所述刺激信号的有效作用时间在45分钟以内。一般来说，人在饭后45分钟胃处于消化期，此期间，其胃电节律等稳定，能够较准确反映出胃的健康状态，在此期间进行刺激才具有价值，因此，会控制本装置在启动45分钟以内进行刺激，超过45分钟，就不具有意义。

本发明所述装置的工作流程为：胃电信号采集模块通过采集探针与胃体表投影区相接触，采取胃电信号，发送给胃电信号提取分析模块；胃电信号提取分析模块对采集的胃电信号进行提取和分析，生成测量参数，并发送给刺激信号判断模块；刺激信号判断模块，存储胃电信号正常范围值、将测量参数与胃电信号正常范围进行比较，当测量参数中任一参数超出胃电信号正常范围时，发送刺激信号产生指令给刺激信号产生模块，并将测量参数发送给刺激信号产生模块；刺激信号产生模块产生胃电刺激信号，并作用胃体表投影区。本发明集体表提取胃电信息、自主判断胃蠕动状态、反馈实施胃体表刺激于一体，建立起胃电信号和胃起搏信号之间的关联，实现自主反馈式胃起搏。

本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自主反馈式胃起搏装置，包括：管理控制单元MCU，用于连接装置中各个模块并各个模块控制协同工作；电源装置，用于为整个装置提供电源；其特征在于，还包括： 

胃电信号采集模块，用于提供胃电信号给胃电信号提取分析模块；进一步包括放大电路、滤波电路、隔离电路和采集探针，采集探针用于与胃体表投影区相接触采集胃电信号； 

胃电信号提取分析模块，用于提取和分析胃电信号进行，生成测量参数，并提供给刺激信号判断模块； 

刺激信号判断模块，用于产生刺激信号产生指令给刺激信号产生模块进一步包括存储器1和比较器，存储器1用于存储胃电信号正常范围值；比较器用于比较测量参数与胃电信号正常范围； 

刺激信号产生模块，用于产生胃电刺激信号，包括正弦波产生单元，用于产生正弦波；高频脉冲产生单元和叠加单元，高频脉冲产生单元用于产生高频脉冲，叠加单元用于将高频脉冲叠加至正弦波上； 

所述胃电刺激信号为正弦基波或是正弦基波叠加一定数量的高频脉冲，其过程为： 

1）确定正弦基波和/或高频脉冲的个数P 

所述正弦基波为： 

W=asin(2π（60Sv）t)+a 

其中，a为波形幅值，取值范围[2.5，3.0]，Sv为胃电刺激频率，其值为胃运动速率，单位为分钟； 

所述高频脉冲的个数P为： 

其中，fix（）表示向下取整，Pn为测量到的正常胃电百分比； 

2）将正弦基波每个周期的之后的第一个采样点到 

之前的最后一个采样点抽取出来，共31个采样点，将采样平分点序号标记为-15，-14，…，-2，-1,0，1,2，…，14，15； 

3）确定脉冲点，即从平分点序号0开始，选择其左右各fix（P/2）个采样平分点，作为脉冲点； 

若P为偶数，则脉冲点个数为P+1个，若P为奇数，则脉冲点个数为P个； 

4）计算脉冲点的幅值 

5）在脉冲点上产生高频脉冲，并叠加到基波上。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括定时器，与MCU相连接，用于控制刺激信号的有效作用时间。 

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电电源包括二路选择开关，一路与变压电路连接，一种与电源电池电路连接。 

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高频脉冲的幅值为5V。 

5.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述测量参数包括：胃运动速率Sv，正常胃电百分比Pn，胃电节律紊乱百分比En。 

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述胃电信号正常范围为，胃运动速率Sv∈[2.4,3.7]、正常胃电百分比Pn≥65%、胃电节律紊乱百分比En<15%。 

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述刺激信号的有效作用时间在45分钟以内。 

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