CN102553073B - 一种复合式多输出体表胃刺激装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学信息提取和处理技术领域，特别涉及一种复合式多输出体表胃刺激装置及其使用方法，所述装置包括数据存储模块(101)、音视频解码器模块(102)、胃电信号预处理模块(103)、信号调制处理模块(104)、电极输出模块(105)和音频输出模块(106)，本发明利用音频信号对胃电信号进行调制，将调制后的胃电信号作用于人体，同时将音频信号直接作用于人体，使得听觉获知的音频信号与触觉感知的胃电信号中都带有音频信息，人体感知的是复合式多输出信息，不但使患者从听觉上获得音频刺激，同时对于触觉也能感知到音频信息，从而产生较好治疗效果。

Description

一种复合式多输出体表胃刺激装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及生物医学信息提取和处理技术领域，特别涉及一种对胃的体表投影区、消化相关穴位、听觉甚至视觉进行刺激的复合式多输出体表胃刺激装置及其使用方法。

背景技术

随着现代社会的高速发展，环境污染、生活方式的迅速变化以及食品安全问题等，都大大增加了胃肠功能性疾病的发病率，其中胃肠功能性疾病约占临床消化科就诊病人的40％，而且50％胃肠疾病患者与动力功能异常相关。

目前，相对于药物治疗副作用大、疗效受诸多因素影响等，电刺激治疗方式已经在胃肠功能性疾病的治疗、康复过程中发挥着越来越重要的作用。在国内，如中国专利申请号CN200880101462.5涉及用于患者管理的传感器驱动的胃刺激，特别地通过修改引起过量体重减轻的患者行为而提供了用于治疗患者的胃刺激系统和方法。使用至少一个电极，胃刺激被提供给部分胃肠道，特别是胃部。可以使用各种胃刺激系统，包括以内窥镜方式放置、以腹腔镜方式放置或者利用修改的或者组合方法放置的刺激器。中国专利申请号CN200880107017.X提供了胃刺激装置、系统以及方法，尤其用于刺激具有内腔的胃器官。这种装置和系统通常植入到所述胃器官的外侧，而所述内腔的环境由一个或更多个的传感器来探测和监测。传感器信息可用于影响由所述装置和系统提供给所述胃器官的刺激信号。以上方案以有创方式为主，使用多种胃刺激系统装置仪器或传感器来实现胃刺激，有创方式给患者带来了较大的痛苦。中国专利申请号95118078.9提供一种便携式胃肠起搏器，涉及一种胃肠电刺激电疗装置，根据模拟正常人胃肠蠕动规律的生物电信息反馈到患者的胃肠起步点。中国专利申请号02222253.7提供一种袖珍型智能化多参数胃肠生理起博器，它以微控制器89C 51为核心，由微控制器电路、对控制电路输出的数字波形进行转换的数模转换电路、滤波电路、对模拟输出信号进行阻抗匹配的信号缓冲和模拟放大电路、显示电路、键盘电路、为控制电路提供可靠复位及程序监控的“看门狗”电路、电源电路、以及输出的电极线及低频医用体表贴敷电极片等组成，能产生更接近胃肠细胞起搏的电生理起搏刺激信号。以上方案通过电极作用于胃起搏点在体表的投影区，但是很多同类仪器或装置的生成胃电信号的输出刺激方式较为单一；现有技术中有提到利用音乐消除胃镜检查患者术前焦虑的影响或者心理应激的影响等，但没有提到利用音乐信号进行胃部刺激治疗疾病的方案。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种复合式多输出体表胃刺激装置及其使用方法，本发明利用多种刺激信号叠加后同时作用人体，利用经音频信号调制后的胃电信号刺激人体，达到更好的治疗疾病的目的。本发明实现电路简单、调整方便、刺激方式多样，具有广阔的市场前景。

本发明的一种复合式多输出体表胃刺激装置，包括：

数据存储模块101，用于存储胃电信号和音频信号；

音视频解码器模块102，用于读取音频信号并对读取的音频进行解码，获得解码后的音频信号；

胃电信号预处理模块103，用于从数据存储模块或者直接提取类似正弦波的胃电信号，对胃电信号预处理，获得预处理后的胃电信号；

信号调制处理模块104，用于利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号；

电极输出模块105，用于将调制后的胃电信号作用于胃起搏点在人体体表的投影区或/和胃肠功能相关穴位处；

音频输出模块106，用于将解码后的音频信号作用于人体听觉。

优选的，进一步包括视频解码器处理模块108，用于对视频文件进行解码处理；所述数据存储模块101还存储视频信号。

优选的，进一步包括视频输出模块109，用于将解码后的音频信号转化为视频信号作用于人体视觉感观或者将解码后的视频信号直接作用于人体视觉感观。

优选的，进一步包括信号变换模块110，连接信号调制处理模块104与电极输出模块105，用于对调制后的胃电信号进行数模转换和滤波放大处理。

优选的，作为一种可实施方式，胃电信号预处理模块103所述对胃电信号预处理为，在基波上等间隔提取N_i个点，N_i∈[0，500]或N_i∈[0，800]，以N_i/2为中心，向两边每隔5个间隔抽取一个样点k_j，所述k_j∈[0，100]或者k_j∈[0，160]，获得预处理后的胃电信号。

优选的，作为一种可实施方式，所述在基波上等间隔提取点的方法为：

其中{a_n}为幅度值，a_n∈[50μV，2mV]，n＝1，2，...，N，s(t)是周期为T的类正弦波的基波信号，

是抽样信号。

优选的，信号调制处理模块104所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

所述w(t)为抽样后的音频信号，*表示卷积运算。

优选的，作为一种可实施方式，所述在基波上等间隔提取点的方法为

其中{b_m}，m＝1，2，...M为幅度值，g_T(t)是周期为T的矩形脉冲信号，s(t)是抽样信号。

优选的，信号调制处理模块104所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

所述w(t)为抽样后的音频信号，DFT(·)表示离散傅里叶变换，IDFT(·)表示离散傅里叶反变换。

本发明的一种复合式多输出体表胃刺激装置的使用方法，在预设时间内进行刺激，并判断预设时间是否到达，若预设时间到达，则停止刺激，否则，进行信号的采集、提取和分析，判断是否产生波形，若没有产生波形，则继续在预设的时间内刺激，若产生波形，则用音频信号对输出的胃电信号进行调制，经调制后的胃电信号刺激人体，同时，将音频信号直接刺激人体。

与现有技术相比，本发明利用音频信号对胃电信号进行调制，将调制后的胃电信号作用于人体，同时将音频信号直接作用于人体，使得听觉获知的音频信号与触觉感知的胃电信号中都带有音频信息，人体感知的是复合式多输出信息，不但使患者从听觉上获得音频刺激，同时对于触觉也能感知到音频信息，从而对治疗产生较好的效果。

附图说明

图1为本发明复合式多输出体表胃刺激装置优选实施例结构示意图；

图2为本发明复合式多输出体表胃刺激装置另一优选实施例结构示意图；

图3为本发明复合式多输出体表胃刺激装置使用方法流程示意图。

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明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种实现复合式多输出体表胃刺激终端装置进行进一步详细说明。

本发明的一种混合式体表胃刺激装置，结构示意如图1或图2所示，包括：

数据存储模块101，用于存储胃电信号和音频信号；

本发明利用音频信号对胃电信号进行调制，将调制后的胃电信号作用于人体，同时将音频信号直接作用于人体，使得听觉获知的音频信号与触觉感知的胃电信号中都带有音频信息，人体感知的是复合式多输出信息，不但使患者从听觉上获得音频刺激，同时对于触觉也能感知到音频信息，从而对治疗产生较好的效果。

一般地，所述音频信号为音频文件，但特别地，所述音频信号也有可能为视频文件中的音频信息。

优选的，本发明还可以在音频基础上增加视频信息，进一步地，所述数据存储模块101还存储有视频信号。

音频解码器模块102，用于读取音频信号并对读取的音频信号进行解码获得解码后的音频信号；

胃电信号预处理模块103，用于从数据存储模块或者直接提取类似正弦波的胃电信号，对胃电信号预处理，获得预处理后的胃电信号；

所述对胃电信号预处理为，在基波上等间隔的提取N_i个点，N_i∈[0，500]或N_i∈[0，800]，以N_i/2为中心，向两边每隔5个间隔抽取一个样点k_j，其中k_j∈[0，100]或k_j∈[0，160]，最终获得预处理后的胃电信号；

同样的，音频信号的也做相同的预处理，抽取l_j个样点，其中l_j∈[0，100]或l_j∈[0，160]，l_j与k_j一一对应；

优选的，作为一种可实施方式，所述在基波上提取点的算法为：

其中，{a_n}为幅度值a_n∈[50μV，2mV]，n＝1，2，...，N，s(t)是周期类正弦波的基波信号，

是抽样信号；

优选的，作为另一种可实施方式，所述在基波上提取点的算法为

其中，{b_m}，m＝1，2，...M为M个幅度值，g_T(t)是周期为T的矩形脉冲信号，s(t)是抽样信号；

同样地，音频信号也做同样的预处理，其抽样信号为w(t)；

优选的，作为另一优选实施方式，所述对胃电信号预处理为，将一个周期矩形脉冲信号等分成Q₁份，把等分后的矩形脉冲信号加载到原始的胃电信号上，在每个等分时间内提取一个点；Q₁∈[0，500]或Q₁∈[0，800]；

信号调制处理模块104，用于利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号；

作为一种可实施方式，信号调制处理模块104所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

$x\left(k\right)=w\left(t\right)*\hat{s}\left(t\right)$

w(t)为抽样后的音频信号，*表示卷积运算；

作为另外一种可实施方式，信号调制处理模块104所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

$x\left(k\right)=\mathrm{IDFT}(\mathrm{DFT}\left(w\left(t\right)\right)\×\mathrm{DFT}\left(\hat{s}\left(t\right)\right))$

其中，w(t)为抽样后的音频信号，DFT(·)表示离散傅里叶变换，DFT(·)表示离散傅里叶反变换。

电极输出模块105，用于将调制后的胃电信号作用于胃起搏点在人体体表的投影区或/和胃肠功能相关穴位处；

所述胃电信号的输出电流幅度小于6mA；

音频输出模块106，用于将解码后的音频信号作用于人体听觉感观。

进一步地，还包括视频解码器处理模块108，用于对视频文件进行解码处理，

进一步，还包括视频输出模块107，用于将解码后的音频信号转化为视频信号，并用于人体视觉感观。

进一步地，还包括信号变换模块110，连接在信号调制处理模块104与电极输出模块105之间，用于对调制后的胃电信号进行数模转换和滤波放大处理，

本发明首先从数据存储模块中同步读取胃电信号、音频信号，胃电信号和音频信号经过信号调制处理模块104进行叠加，以数字形式经过信号变换模块模块进行数模转换和滤波放大处理，最后经阻抗匹配接医用体表贴敷圆盘电极输出叠加后的刺激信号，作用于胃起搏点在体表的投影区或/和胃肠功能相关穴位处，同步地，音频解码器模块读取音频信号，直接输出音频信号，然后直接作用于人体听觉感观。而且还可以进一步地通过控制视频模块，显示刺激幅度、刺激时间基本信息，以便患了解当前参数，并便于调整。

本发明所述数据存储模块101优选地以安全数码卡(Secure Digital MemoryCard，简称SD卡)作为存储介质，存储容量大，方便胃电信号及音频信号的存储与修改。

本发明将利用多种信号源来刺激人体。这些信号源可以以胃电信号和音频信号模式作用于人体，也可以以胃电信号、音频信号和初步信号模式作用于人体，以多种模式共同来刺激人体。

本发明一种复合式多输出体表胃刺激装置的使用方法，流程示意如图3所示，启动设备，预设刺激时间，在预设时间内进行刺激，即用音频信号对输出的胃电信号进行调制，经调制后的胃电信号刺激人体，并且将音频信号直接作用于人体，判断预设时间是否到达，若预设时间到达，则停止刺激，否则，继续刺激。

本发明将音频信号调制胃电信号后刺激人体，同时用音频信号直接刺激人体，方便调整胃电信号及音频信号，通过视频输出模块来对其进行幅度、音量等一系列调整，并显示在视频输出中；同时可以在胃起搏点及体表的投影区、胃肠功能相关穴位处及耳道处进行多方式刺激，从而体现音频信号与胃电信号叠加后刺激人体的多输出方式使得治疗、康复效果比单独用胃电信号或者音频信号刺激人体的效果更好。

本发明所述该胃刺激装置的胃电信号由计算机程序设计调制、产生，刺激方式多样，属于生物医学信息提取和处理应用技术领域。本发明通过读取SD卡中的胃电信号和音频信号，并对幅度、音量等进行分析调整，经医用体表贴敷圆盘电极、耳机同步作用于胃起搏点在体表的投影区和胃肠功能相关穴位、患者耳道，促进胃肠动力功能恢复调整，从而在体表胃刺激终端实现复合式多输出方式。

本发明各个实施例中所阐述的装置和使用方法不能解释对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内，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 (4)

1.一种复合式多输出体表胃刺激装置，其特征在于，包括：

数据存储模块（101），用于存储胃电信号和音频信号；

音视频解码器模块（102），用于读取音频信号并对读取的音频进行解码，获得解码后的音频信号；

胃电信号预处理模块（103），用于从数据存储模块或者直接提取类似正弦波的胃电信号，对胃电信号预处理，获得预处理后的胃电信号；进行音频信号预处理；

所述对胃电信号预处理为，在基波上等间隔提取N_i个点，N_i∈[0,500]或N_i∈[0,800],以N_i/2为中心，向两边每隔5个间隔抽取一个样点k_j，所述k_j∈[0,100]或者k_j∈[0,160]，获得预处理后的胃电信号;

所述音频信号预处理为，抽取l_j个样点，其中l_j∈[0,100]或l_j∈[0,160]，l_j与k_j一一对应；

信号调制处理模块（104），用于利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号；

电极输出模块（105），用于将调制后的胃电信号作用于胃起搏点在人体体表的投影区或/和胃肠功能相关穴位处；

音频输出模块（106），用于将解码后的音频信号作用于人体听觉；

所述在基波上等间隔提取点的方法为：

其中{a_n}为幅度值，a_n∈[50μV,2mV]，n=1,2,...,N，s(t)是周期为T的类正弦波的基波信号，是抽样后的胃电信号；

信号调制处理模块（104）所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

所述w(t)为预处理后的音频信号，*表示卷积运算；

或者

所述在基波上等间隔提取点的方法为其中{b_m},m=1,2,...M为幅度值，g_T(t)是周期为T的矩形脉冲信号，s(t)是抽样信号；

信号调制处理模块（104）所述利用解码后的音频信号调制预处理后的胃电信号，获得调制后的胃电信号为，

所述w(t)为预处理后的音频信号，DFT(·)表示离散傅里叶变换，IDFT(·)表示离散傅里叶反变换。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，包括视频解码器处理模块（108），用于对视频文件进行解码处理；所述数据存储模块（101）还存储视频信号。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，包括视频输出模块（109），用于将解码后的音频信号转化为视频信号作用于人体视觉感观或者将解码后的视频信号直接作用于人体视觉感观。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，包括信号变换模块（110），连接信号调制处理模块（104）与电极输出模块（105），用于对调制后的胃电信号进行数模转换和滤波放大处理。

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