CN105999548B - 一种经皮神经定位电刺激笔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种经皮神经定位电刺激笔，包括电刺激笔壳体和设置在壳体内的控制电路单元、刺激电极，控制电路单元包括微控制器、输出电路、电源电路、指示电路和运动检测电路，微控制器与输出电路、指示电路电连接，输出电路与刺激电极连接，刺激电极与运动检测电路电连接，检测电路输出端与微控制器电连接，电源电路与微控制器、输出电路电连接。本发明属于无创定位技术，避免对人体组织造成不必要的创伤；并根据相应肌群的活动状况，自动调整输出电流，从而实现对神经定位的客观评定；利用脉宽调制(PWM)技术稳定输出电流，实现恒电流型方波脉冲输出，消除皮肤阻抗变化的影响；且结构设计合理，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种经皮神经定位电刺激笔。
背景技术
麻醉原意指感觉或知觉的丧失，其后则指可使病人在接受手术或者有创操作时不感到疼痛和不适的状态。神经阻滞亦称传导麻醉，是将局麻药注射到神经干旁，暂时地阻断神经传导功能，达到手术无痛的方法。神经阻滞麻醉用药量少，麻醉范围广，作用时间长，患者处于清醒状态可保持术中与手术医师的交流，麻醉效果也较好。
神经阻滞技术费用低，术后镇痛效果好，对于一些四肢或体表部位的手术尤为适宜。但传统的神经阻滞术进行神经定位阻滞需要一定的临床经验，即使操作者经验丰富，由于缺乏客观的指标，有时也难以保证阻滞的精确定位和效果确切。神经刺激器定位技术使得神经阻滞术有了客观指标，提高了阻滞定位的准确性和阻滞效果。
神经刺激器通过电刺激达到神经定位目的，再通过用麻药实现精确神经阻滞效果。目前，电刺激神经定位方法是利用频率为1或2Hz、强度变化范围为0～5.0mA的电流脉冲，通过神经周围的肌肉刺激神经，通过减小、变化电流强度，可获知穿刺针定位情况。例如，起始电流强度下神经支配相应肌群出现运动时，减小电流如仍有肌群活动，说明定位较好；反之，说明穿刺针离神经仍有一定距离。一般认为在电流减小到0.5mA时如仍有相应肌群活动，即可给药。但现有技术的电刺激神经定位方法对电流脉冲的控制仍然是人工手动设定参数范围，调节精度较差，最终使用效果差，例如申请号为201110084267.X的专利就是通过工作参数调节设置模块来人工设定刺激脉冲电流的各个参数，较为粗放，不适应对精度要求较高的电刺激神经定位方法的要求。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种经皮神经定位电刺激笔，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：包括电刺激笔壳体和设置在壳体内的控制电路单元、刺激电极，所述控制电路单元包括微控制器、输出电路、电源电路、指示电路和运动检测电路，所述微控制器与输出电路、指示电路电连接，所述输出电路与刺激电极电连接，所述刺激电极与运动检测电路电连接，所述检测电路输出端与微控制器电连接，所述电源电路与微控制器、输出电路电连接。
进一步地，所述输出电路核心部件采用高度集成的升压转换器TPS61161，其中TPS61161 的CTRL端与微控制器输出端连接，TPS61161的VIN端与SW端之间连接电感L1，TPS61161的VIN端还与并联的电池B1、电容C1一端连接，电池B1、电容C1另一端接地，TPS61161的SW端还串联稳压二极管D1，稳压二极管D1后端依次连接滤波电容C2一端、负载RL一端，滤波电容C2另一端接地，负载RL另一端连接到TPS61161的FB端，TPS61161的FB端还分别连接检测电阻R1、R2、R3、R4一端，电阻R1、R2、R3、R4另一端分别接开关管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极与微处理器电连接，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的源极接地。
进一步地，所述TPS61161芯片的FB端还连接用于过压保护的稳压二极管D2。
进一步地，所述TPS61161芯片的COMP端还连接有用于电流补偿的电容C3。
进一步地，所述微控制器为单片机、DSP、FPGA任意一种。
进一步地，所述运动检测电路采用集成数字加速度传感器AIS328DQ。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的经皮神经定位电刺激笔采用经皮定位方法，属于无创定位技术，避免对人体组织造成不必要的创伤。
(2)本发明的经皮神经定位电刺激笔中采用运动检测技术，并根据相应肌群的活动状况，自动调整输出电流，从而实现对神经定位的客观评定。
(3)本发明的经皮神经定位电刺激笔中采用微功耗器件，利用脉宽调制(PWM)技术稳定输出电流，实现恒电流型方波脉冲输出，消除皮肤阻抗变化的影响。
(4)本发明的经皮神经定位电刺激笔将控制电路和两个刺激电极都集成到笔内，避免了连接刺激电极的麻烦。
(5)本发明的经皮神经定位电刺激笔中采用低成本电子元器件，可作为一次性产品使用，避免了患者间的交叉感染，也省去了消毒所产生的费用。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图。
图2是本发明的脉冲输出电路图。
图3是本发明的运动检测电路图。
附图标记：微控制器(1)，输出电路(2)，电源电路(3)，指示电路(4)，运动检测电路(5)。
具体实施方式
如图1所示，一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：包括电刺激笔壳体和设置在壳体内的控制电路单元、刺激电极，所述控制电路单元包括微控制器1、输出电路2、电源电路3、指示电路4和运动检测电路5，所述微控制器1与输出电路2、指示电路4电连接，所述输出电路2与刺激电极电连接，所述刺激电极与运动检测电路5电连接，所述检测电路5输出端与微控制器1电连接，所述电源电路3与微控制器1、输出电路2电连接。
如图2所示，为本发明专利的脉冲输出电路图，核心部件采用高度集成的升压转换器TPS61161，集成有40V电源开关，内部带有200mV±2％的基准电压。其中TPS61161的CTRL端与微控制器1输出端连接，TPS61161的VIN端与SW端之间连接电感L1，TPS61161的VIN端还与并联的电池B1、电容C1一端连接，电池B1、电容C1另一端接地，TPS61161的SW端还串联稳压二极管D1，稳压二极管D1后端依次连接滤波电容C2一端、负载RL一端，滤波电容C2另一端接地，负载RL另一端连接到TPS61161的FB端，TPS61161的FB端还分别连接检测电阻R1、R2、R3、R4一端，电阻R1、R2、R3、R4另一端分别接开关管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极与微处理器电连接，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的源极接地，所述TPS61161芯片的FB端还连接用于过压保护的稳压二极管D2，所述TPS61161芯片的COMP端还连接有用于电流补偿的电容C3。
整个电路构成了boost脉冲转换电路，将来自一节锂离子电池B1的输入电压转换成高达38V的输出电压。并根据输出电流，通过脉宽调制(PWM)技术将输出电流稳定在设置值，IC1内部振荡器工作在600kHz。其工作过程是：电池B1经电容C1滤波后送给IC1和电感L1，IC1上电后处于待机状态，但其控制端(CTRL)接受到控制发出的脉冲时，在脉冲处于高电平期间，IC1开始工作，其内部振荡器使内部功率开关(SW)以600kHz的频率进行切换。当开关(SW)处于接通时，电感L1的一端与电源相连，另一端通过开关接地，L1中的电流随着时间线性上升。当开关(SW)关断时，由于电感中的电流不能突变，所以在其两端产生反相电压，使二极管D1导通，电感中的已储存的能量向负载中释放，使负载中形成电流。滤波电容器C2的作用是消除输出电流中的毛刺。恒流原理控制过程是：输出电流经过电流检测电阻R1、R2、R3或R4取样后送给IC1的反馈控制端，并将取样电压与IC1内部的基准电压进行比较，当取样电压大于基准电压时，说明输出电流过大，这时IC1内部的控制电路使开关SW的接通时间变短，因而使电感了中每次储存的能量减少，使输出电流下降。反之，当输出较小时，IC1使开关的每次导通时间增加，使电感L1中储存的能量增大，使输出电流上升。这种负反馈过程使输出电流稳定在设置值。电流检测电阻R1、R2、R3、R4和开关管Q1、Q2、Q3、Q4用于选择输出电流量程，稳压二极管D2用于保护IC1，以免在输出短路时被烧毁。电容C3起补偿作用，使输出电流更稳定。
图3为本发明专利的运动检测电路。该电路采用集成数字加速度传感器AIS328DQ。这是一款超低功耗、高性能三轴线性加速度传感器，具有数字串行接口SPI标准输出。可选的±2g、±4g、±8g满量程，测量频率范围为0.5Hz～1kHz。该传感器安装在刺激电极上，当支配肌肉群的神经受到刺激时，即可感知肌肉群的运动，并将运动加速度的大小转换成数字信号，传送给微控制器。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：包括电刺激笔壳体和设置在壳体内的控制电路单元、刺激电极，所述控制电路单元包括微控制器(1)、脉冲输出电路(2)、电源电路(3)、 指示电路(4)和运动检测电路(5)，所述微控制器(1)与脉冲输出电路(2)、指示电路(4) 电连接，所述脉冲输出电路(2)与刺激电极电连接，所述刺激电极与运动检测电路(5)电连接， 所述检测电路(5)输出端与微控制器(1)电连接，所述电源电路(3)与微控制器(1)、 脉冲输出电路(2)电连接，所述运动检测电路(5)采用集成数字加速度传感器AIS328DQ；
所述脉冲输出电路(2) 核心部件采用高度集成的升压转换器TPS61161，其中TPS61161的CTRL端与微控制器(1) 输出端连接，TPS61161的VIN端与SW端之间连接电感L1，TPS61161的VIN端还与并联的电 池B1、电容C1一端连接，电池B1、电容C1另一端接地，TPS61161的SW端还串联稳压二极 管D1，稳压二极管D1后端依次连接滤波电容C2一端、负载RL一端，滤波电容C2另一端接 地，负载RL另一端连接到TPS61161的FB端； TPS61161的FB端还分别连接检测电阻R1、 R2、R3、R4一端，电阻R1、R2、R3、R4另一端分别接开关管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极与微控制器(1)电连接，开关管Q1、Q2、Q3、Q4的源极接地；
其经皮神经位方法是将来自一节锂离子电池B1的输入电压转换成38V的输出电压，并根据输出电流，通过脉宽调制技术将输出电流稳定在设置值，升压转换器内部振荡器工作在600kHz，其工作过程是：电池B1经电容C1滤波后送给升压转换器和电感L1，升压转换器上电后处于待机状态，但升压转换器的控制端(CTRL)接受到控制发出的脉冲时，在脉冲处于高电平期间，升压转换器开始工作，升压转换器内部振荡器使内部功率开关(SW)以600kHz的频率进行切换；当内部功率开关(SW)处于接通时，电感L1的一端与电池B1相连，另一端通过开关接地，电感L1中的电流随着时间线性上升，当功率开关(SW)关断时，由于电感L1中的电流不能突变，在其两端产生反相电压，使二极管D1导通，电感L1中的已储存的能量向负载中释放，使负载中形成电流，输出电流经过电流检测电阻R1、R2、R3或R4取样后送给升压转换器的反馈控制端，并将取样电压与升压转换器内部的基准电压进行比较，当取样电压大于基准电压时，说明输出电流过大，这时升压转换器内部的控制电路使功率开关(SW)的接通时间变短，使电感L1每次储存的能量减少，使输出电流下降。
2.根据权利要求1所述的一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：所述TPS61161芯片的FB端还连接用于过压保护的稳压二极管D2。
3.根据权利要求1所述的一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：所述TPS61161芯片的COMP端还连接有用于电流补偿的电容C3。
4.根据权利要求1所述的一种经皮神经定位电刺激笔，其特征在于：所述微控制器(1)为单片机、DSP、FPGA任意一种。
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