CN103893915A

CN103893915A - 一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪

Info

Publication number: CN103893915A
Application number: CN201410095066.3A
Authority: CN
Inventors: 周鹏; 赵云龙; 宋鹏; 王玥; 王学民
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，该睡眠监护磁疗仪包括：生理参数监护系统采集多项生理数据通过外部扩展接口传输到上位机系统中，并实时反馈到下位机系统中，对磁场进行调节；其中，下位机系统包括：单片机控制电路、磁场产生电路和多个线圈，上位机系统将治疗方案传输至单片机控制电路，单片机控制电路将治疗方案转换为脉冲信号并存储，通过脉冲信号控制磁场产生电路的充放电，使得线圈产生不同强度、0-40Hz频率可调的脉冲磁场。治疗过程采用磁刺激的方式，磁场模式灵活多变可调节，通过仪器测量患者多项生理数据可以实时反馈到上位机系统来调节磁场变化模式，从而适应当前病人的生理状态，来达到快速诱导患者进入睡眠状态。

Description

一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪

技术领域

本发明涉及磁疗仪领域，尤其涉及一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪。

背景技术

睡眠是人类最为重要的生理活动之一，是人类认知、代谢、免疫等功能正常运转不可或缺的重要生理过程。睡眠不足是对人体健康的一种潜在威胁。失眠的人，由于长期处于睡眠不足状态，严重引起感知方面变化，例如：视野变化、幻视、免疫功能降低、消化功能和性功能减退、记忆力下降、脾气变得暴躁、性格改变、也会诱发高血压、冠心病、中风、糖尿病，妇女导致皮肤干燥、月经失调等疾病。

现在市场上的以磁场方式促进睡眠的医疗器械很多，但是治疗模式单一，多以固定强度和频率的磁场对患者进行治疗，且治疗模式为开环模式，即在治疗过程中没有来自患者的生理反馈使仪器自主调节治疗过程；对于不同患者的治疗采用单一固定治疗模式，治疗效果欠佳。

发明内容

本发明提供了一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，该睡眠监护磁疗仪采用多种治疗手段共同参与治疗失眠症，以达到快速治疗失眠症的目的，详见下文描述：

一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，包括：上位机系统、下位机系统和生理参数监护系统，所述生理参数监护系统采集多项生理数据通过外部扩展接口传输到所述上位机系统中，并实时反馈到所述下位机系统中，对磁场进行调节；其中，所述下位机系统包括：单片机控制电路、磁场产生电路和多个线圈，

所述上位机系统将治疗方案传输至所述单片机控制电路，所述单片机控制电路将所述治疗方案转换为脉冲信号并存储，通过所述脉冲信号控制所述磁场产生电路的充放电，使得所述线圈产生不同强度、0-40Hz频率可调的脉冲磁场。

所述生理参数监护系统用于采集脉搏信号、血氧信号、心电信号和脑电信号。

所述磁场产生电路包括：第一电容，

所述第一电容外接继电器，所述继电器连接所述单片机控制电路，所述单片机控制电路产生脉冲信号直接控制所述继电器的开关，通过控制所述继电器的输出电压来控制磁场强度；

所述第一电容分别连接第一二极管的阴极、第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极接所述线圈和第二电容的正极，所述线圈连接可控硅，所述可控硅通过外接的光电隔离电路与所述单片机控制电路的I/O口相连来控制磁场频率。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该睡眠监护磁疗仪用于治疗由神经心理因素引起的入睡困难、睡眠深度不足、早醒、睡眠时间不足以及睡眠质量差等源发慢性失眠症，治疗过程采用磁刺激的方式，磁场模式灵活多变可调节，通过仪器测量患者的多项生理数据可以实时反馈到上位机系统来调节磁场变化模式，从而适应当前病人的生理状态，来达到快速诱导患者进入睡眠状态的目的，效果如下：

1）采用单片机控制产生10种不同强度、0-40HZ之间频率可调的脉冲磁场，使得本仪器的治疗模式灵活多变，适用于由多种原因引起的多种类型失眠症。

2）线圈设计上，产生的磁场能够达到理想的穿透深度，为治疗提供了有效保证。

3）仪器所具创新点是：与以往同类仪器相比，实现了实时同步自主调节的功能，通过预留多个外部生理参数检测仪器扩展接口，本仪器可外接各类不同生理参数检测仪器，将采集到的生理参数数据通过上位机系统进行处理用作实时控制和后期治疗效果评价的数据依据。

4）作为一款医疗仪器，本仪器创造性的将仪器控制、病历档案、数据处理整合到一起，这有利于仪器的治疗效果评价、患者的治疗反馈、病历的在线处理和数据库调用等功能的实现。

附图说明

图1为一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪的结构示意图；

图2为磁场实时自调节功能的示意图；

图3为下位机系统的电路原理图；

图4为磁场产生系统的原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：上位机系统； 2：下位机系统；

3：生理参数监护系统； 4：人体；

21：单片机控制电路； 22：磁场产生电路；

23：线圈； C1：第一电容；

U0：AB两端的电压； D1：第一二极管；

D2：第二二极管； C2：第二电容；

SCR：可控硅； U1：第二电容C2两端的电压；

A、B和C：接入端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

大量有关磁场生物效应的实验已经表明，许多生物体对极低频调制电磁场表现出明显的非线性、相干性、协同性和“窗”效应。即外界磁场可以耦合到人的大脑内，并在脑内产生与外磁场同步的感生电流，进而诱导、调节大脑节律，使大脑产生“谐振效应”。应用这一“谐振效应”，本发明用时变的磁场模拟脑电波规律的方式来诱导大脑进入睡眠状态，以达到治疗失眠症目的。

为了快速治疗失眠，本发明实施例提供了一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，该睡眠监护磁疗仪采用多种治疗手段共同参与治疗失眠症，参见图1、图2、图3和图4，详见下文描述：

该睡眠监护磁疗仪包括：上位机系统1、下位机系统2和生理参数监护系统3，上位机系统1主要为治疗方案控制系统；下位机系统2主要包括单片机控制电路21和磁场产生电路22；生理参数监护系统3由多个可选可控的外接生理参数监测设备组成，仪器的整体框图如图1所示，上位机系统1和下位机系统2之间采用串口的通讯方式，上位机系统1和生理参数监护系统3之间采用外部扩展接口的通讯方式。

其中，上位机系统1负责记录每一个参与治疗的病人病历特征。医生可通过上位机系统1为患者制定治疗方案，例如：治疗方案包括磁场刺激强度、刺激频率、刺激时间、不同磁场模态下的持续时间、唤醒时间、生理参数采集、记录与监测反馈以及患者主观睡眠评价量表等多项内容。

在治疗过程中，睡眠监护磁疗仪采集多项生理参数用来反馈调整磁诱导的强度和频率，使得整个治疗过程处于一个实时的动态调整的过程，并在单次治疗结束后由睡眠监护磁疗仪通过磁场调节的方式唤醒患者，磁场实时自调节功能示意图如图2所示。

下位机系统2：该部分由单片机控制电路21、磁场产生电路22和多个自行绕制的线圈23（例如：采用混合式绕线方式、线圈匝数为900匝、8股并绕，具体实现时，还可以采用其他的绕制方式，本发明实施例对此不做限制）组成。采用单片机控制电路21产生脉冲信号直接控制继电器开关的方式，通过隔离变压器对电容完成充放电过程。参见图3，该磁场产生电路22的电路包括：第一电容C1，第一电容C1外接继电器，继电器连接单片机控制电路21，单片机控制电路21产生脉冲信号直接控制继电器开关，通过控制继电器的输出电压（即A、B两端的电压U0）来控制磁场强度；第一电容C1分别连接第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极接线圈23和第二电容C2的正极，线圈23连接可控硅SCR，可控硅SCR通过外接的光电隔离电路与单片机控制电路21的I/O口相连来控制磁场频率。

即在治疗过程中，由单片机控制电路21接收上位机系统1发送的治疗方案，转换成脉冲信号并存储，通过脉冲信号控制磁场产生电路22中的第二电容C2的充放电，使得线圈23可产生10种不同强度、0-40Hz频率可调的脉冲磁场。该磁场强度最高200Gs，最低为50Gs，实测有5cm的穿透深度（上述数据均可由示波器以及特斯拉计观察记录得到的磁场频率和强度），对人脑的磁诱导效果十分显著。在磁场计算中使用了如下的计算公式：

B_{x} = \frac{μ_{0} I (t) N}{2 R}

其中B_x为线圈中心磁场强度，μ₀为自由空间磁导率，I(t)为线圈通电电流，N为匝数，R为线圈平均高半径。

在硬件电路的设计上，采用了屏蔽干扰的技术，有效地将电路中的干扰去除，利于治疗过程中生理参数的采集。磁场产生系统原理图如图4所示。

生理参数监护系统3主要由脉搏血氧、心电脑电监护等多个模块组成，采集到的多项生理数据可通过外部扩展接口传输到上位机系统1进行运算处理（例如：与公认的睡眠过程中心率、脑电波、血氧等多项生理数值进行匹配，区分患者当前所处的睡眠阶段），实时反馈到下位机系统2，作为实时调节磁场变化的依据（例如：通过采集到的患者心电及脑电信号，计算出当前患者处于睡眠1期或REM（快速动眼）期，上位机系统1将对磁场频率进行调节，将频率降低，诱导大脑电波进入睡眠3期，从而进入深度睡眠）。上述所有生理数据都将保存在上位机系统1中，生理特征为病理研究提供了有效地依据。

具体实现时，整个睡眠监护磁疗仪由上位机系统1控制完成所有操作，内容包括患者病历管理、治疗磁场参数设定、外部生理参数检测设备控制等多个功能。使用过程中，先由医师通过上位机系统1记录患者病历并下达医嘱，设定治疗方案；在治疗过程中，由上位机系统1根据医师医嘱所设定的治疗方案控制下位机系统2产生特定磁场，控制生理参数监护系统3的使用开关、数据收发等功能。

实际应用中，整个睡眠监护磁疗仪仅需医生点击开始按钮后，就不再需要医生进行干预操作，仪器将根据医生预设好的参数进行治疗，并通过生理参数监护系统3检测人体各项生理参数并反馈到上位机系统1，上位机系统1根据当前患者生理参数对磁场强度、频率进行自主的微调节，实现实时调节磁诱导强度频率以适应病人当前睡眠状态。

综上所述，该睡眠监护磁疗仪通过医嘱针对病人的病症产生适应于该病人的频率及强度的磁场来诱导、调节患者的睡眠中枢的电位活动，同时在睡眠过程中，加入了多生理信号检测，用来实时的调整磁场治疗模式和用作后期的治疗效果的客观数据评估。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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

1.一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，包括：上位机系统（1）、下位机系统（2）和生理参数监护系统（3），其特征在于，所述生理参数监护系统（3）采集多项生理数据通过外部扩展接口传输到所述上位机系统（1）中，并实时反馈到所述下位机系统（2）中，对磁场进行调节；其中，所述下位机系统（2）包括：单片机控制电路（21）、磁场产生电路（22）和多个线圈（23），

所述上位机系统（1）将治疗方案传输至所述单片机控制电路（21），所述单片机控制电路（21）将所述治疗方案转换为脉冲信号并存储，通过所述脉冲信号控制所述磁场产生电路（22）的充放电，使得所述线圈（23）产生不同强度、0-40Hz频率可调的脉冲磁场。

2.根据权利要求1所述的一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，其特征在于，所述生理参数监护系统（3）用于采集脉搏信号、血氧信号、心电信号和脑电信号。

3.根据权利要求1所述的一种生物自反馈的睡眠监护磁疗仪，其特征在于，所述磁场产生电路（22）包括：第一电容（C1），

所述第一电容（C1）外接继电器，所述继电器连接所述单片机控制电路（21），所述单片机控制电路（21）产生脉冲信号直接控制所述继电器的开关，通过控制所述继电器的输出电压来控制磁场强度；

所述第一电容（C1）分别连接第一二极管（D1）的阴极、第二二极管（D2）的阳极，所述第二二极管（D2）的阴极接所述线圈（23）和第二电容（C2）的正极，所述线圈（23）连接可控硅（SCR），所述可控硅（SCR）通过外接的光电隔离电路与所述单片机控制电路（21）的I/O口相连来控制磁场频率。