CN107961440A - 一种新型睡眠治疗仪心电处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，包括电极、前级放大电路、微电流刺激控制电路、基线反馈抑制电路、带通滤波电路、脉冲电压采集电路、DAC数模转换模块、MCU智能控制器、ADC模数转换模块和一通信模块，其中电极分别与前级放大电路和微电流刺激控制电路连接；基线反馈抑制电路的输出端与带通滤波电路连接，带通滤波电路与ADC模数转换模块连接，ADC模数转换模块与MCU智能控制器连接，MCU智能控制器与DAC数模转换模块和通信模块连接，DAC数模转换模块分别与基线反馈抑制电路的输入端和微电流刺激控制电路连接。本发明的新型睡眠治疗仪心电处理系统在刺激过程中能实现心电信号采集的同时去除刺激电压，为临床失眠治疗提供更有效的数据。
Description
技术领域
本发明涉及治疗仪技术领域，具体地是涉及一种能够同时采集心率的新型睡眠治疗仪心电处理系统。
背景技术
Stimulation(CES)波形技术疗法治疗失眠，称为经颅微电流刺激疗法。CES是一种可以治疗焦虑、抑郁、失眠及儿童多动症等精神心理相关疾病的非药物治疗方法。CES已经是成熟的治疗方法，除了疗效获得普遍认可外，CES还获得了全世界大多数国家药监局和卫生部门的许可，其中包括要求最为严格的美国联邦药监局(FDA)、欧洲CE认证和中国国家食品药品监督管理局的认证，有效性和安全性都非常确切。
CES的治疗原理实质上是通过颞部向颅骨传递特殊波形，直接刺激主管心理及情绪活动的大脑、下丘脑、边缘系统及网状结构系统。其具有如下特点：
1)促使其分泌释放能够调节个体情绪与认知的各种神经介质，如内源性吗啡肽(具有镇静和产生欣快感的效果，个体的免疫系统能够得以强化)，乙酰胆碱(提高信息传递速度，增强大脑记忆能力，全面改善脑功能)，5-羟色胺(在脑内可参与多种生理功能及病理状态的调节)。
2)影响和改善异常的脑电波，使之从不正常的状态回归到正常的状态。显著增强了脑电α波(大脑放松状态)功率，降低了脑电δ波(大脑困倦疲劳状态)功率。
3)迅速降低应激激素的分泌。
4)迅速改善生理信号，如心率、血压、肌肉紧张度、皮电、皮温。从而有效的控制紧张焦虑抑郁，调节情绪状态。
相关的实验研究发现，CES能够有效地提高大脑血清素、去甲肾上腺素和多巴胺水平，提高具有镇静作用的内啡肽的分泌量，并减少了皮质醇水平含量。
但是目前市场上的CES睡眠治疗仪均只是根据设定的各种治疗方案，进行微电流刺激进行疗程治疗。对治疗的效果评估只能在疗程结束后通过临床医生进行其它方式的检测，最终进行诊断和继续治疗的医嘱。
众所周知，心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，也叫安静心率，一般为60～100次/分，可因年龄、性别或其他生理因素产生个体差异。一般来说，年龄越小，心率越快，老年人心跳比年轻人慢，女性的心率比同龄男性快，这些都是正常的生理现象。安静状态下，成人正常心率为60～100次/分钟，理想心率应为55～70次/分钟(运动员的心率较普通成人偏慢，一般为50次/分钟左右)。由于在进行CES检测的过程中，会有刺激电压产生，其产生的刺激电压会和心率信号混合，难以采集，继而也就无法获知心电信号及其相关数据。
即现有技术中的CES睡眠治疗仪其无法为临床失眠治疗提供更有效的数据。因此，亟需构思一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，并通过合理的控制电路设计来改善上述问题，使其在硬件上具有实现的可能。
发明内容
本发明旨在提供一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，其可以在刺激过程中，实现心电信号采集的同时去除刺激电压，为临床失眠治疗提供更有效的数据。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，包括：电极、前级放大电路、微电流刺激控制电路、基线反馈抑制电路、带通滤波电路、脉冲电压采集电路、DAC数模转换模块、MCU智能控制器、ADC模数转换模块和一通信模块，其中所述电极分别与所述前级放大电路和所述微电流刺激控制电路连接；所述前级放大电路与所述脉冲电压采集电路连接，所述脉冲电压采集电路与所述ADC模数转换模块连接；所述基线反馈抑制电路的输出端与所述带通滤波电路连接，所述带通滤波电路与所述ADC模数转换模块连接，所述ADC模数转换模块与所述MCU智能控制器连接，所述MCU智能控制器与所述DAC数模转换模块和所述通信模块连接，所述DAC数模转换模块分别与所述基线反馈抑制电路的输入端和所述微电流刺激控制电路连接。
优选地，所述基线反馈抑制电路包括运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A、电阻R17、电阻R22、电容C9，其中所述运算放大器AMP7C的反相输入端与DAC数模转换模块连接，其输出端通过电阻R22后与所述运算放大器AMP8A的同相输入端连接，所述运算放大器AMP8A的反相输入端和输出端之间设置有电阻R17和电容C9。
优选地，所述微电流刺激控制电路包括双向切换电路、三极管Q4、电阻R18、运算放大器AMP7D，其中所述双向切换电路与所述三极管Q4的集电极连接；所述三极管Q4的发射极接地其基极通过电阻R18后与所述运算放大器AMP7D的输出端连接；所述运算放大器AMP7D的同相输入端与所述DAC数模转换模块连接。
优选地，所述前级放大电路包括开关二极管Q2、放大器AMP2、电阻R5、电阻R8、电阻R12、电容C2和电容C3，其中所述开关二极管Q2通过电阻R5后与所述放大器AMP2的第二脚连接；电阻R8的两端分别与所述放大器AMP2的第一脚和第八脚连接；电阻R12的一端与所述电极连接，另一端与所述放大器AMP2的第三脚连接；电容C2和电容C3并联设置，二者的一端与所述放大器AMP2的第七脚连接，另一端接地。
优选地，所述通信模块为无线通信模块或者有线通信模块中的一种或者两种，其中所述无线通信模块包括但不限于蓝牙通信模块、WIFI通信模块、ZigBee通信模块，所述有线通信模块包括但不限于USB接口、RS232接口、以太网接口。
优选地，所述DAC数模转换模块为12位数模转换器。
优选地，所述ADC模数转换模块为16位模数转换器或者24位模数转换器。
优选地，所述放大器AMP2为AD623A放大器。
优选地，运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A为TL064低功耗JFET输入运算放大器。
优选地，运算放大器AMP7D为TL064低功耗JFET输入运算放大器。
采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：
本发明所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，可以在刺激过程中，通过电路的创新型设计实现心电信号采集的同时去除刺激电压，继而可以为临床失眠治疗提供更有效的数据。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统的原理图；
图2为本发明所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统的电路图。
具体实施方式
参见图1-2所示，为符合本发明的一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，包括：电极、前级放大电路、微电流刺激控制电路、基线反馈抑制电路、带通滤波电路、脉冲电压采集电路、DAC数模转换模块、MCU智能控制器、ADC模数转换模块和一通信模块，其中所述电极分别与所述前级放大电路和所述微电流刺激控制电路连接；所述前级放大电路与所述脉冲电压采集电路连接，所述脉冲电压采集电路与所述ADC模数转换模块连接；所述基线反馈抑制电路的输出端与所述带通滤波电路连接，所述带通滤波电路与所述ADC模数转换模块连接，所述ADC模数转换模块与所述MCU智能控制器连接，所述MCU智能控制器与所述DAC数模转换模块和所述通信模块连接，所述DAC数模转换模块分别与所述基线反馈抑制电路的输入端和所述微电流刺激控制电路连接。所述通讯模块与一上位机连接，所述上位机包括但不限于计算机、智能平板、智能手机。由于具体的通信方式本领域技术人员应当知晓，故本实施例对此不做限定。
优选地，所述基线反馈抑制电路包括运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A、电阻R17、电阻R22、电容C9，其中所述运算放大器AMP7C的反相输入端与DAC数模转换模块连接，其输出端通过电阻R22后与所述运算放大器AMP8A的同相输入端连接，所述运算放大器AMP8A的反相输入端和输出端之间设置有电阻R17和电容C9。
优选地，所述微电流刺激控制电路包括双向切换电路、三极管Q4、电阻R18、运算放大器AMP7D，其中所述双向切换电路(优选为双向切换开关，由于其为现有技术中的产品，故此处不赘述)与所述三极管Q4的集电极连接；所述三极管Q4的发射极接地其基极通过电阻R18后与所述运算放大器AMP7D的输出端连接；所述运算放大器AMP7D的同相输入端与所述DAC数模转换模块连接。
优选地，所述前级放大电路包括开关二极管Q2、放大器AMP2、电阻R5、电阻R8、电阻R12、电容C2和电容C3，其中所述开关二极管Q2通过电阻R5后与所述放大器AMP2的第二脚连接；电阻R8的两端分别与所述放大器AMP2的第一脚和第八脚连接；电阻R12的一端与所述电极连接，另一端与所述放大器AMP2的第三脚连接；电容C2和电容C3并联设置，二者的一端与所述放大器AMP2的第七脚连接，另一端接地。
优选地，所述通信模块为无线通信模块或者有线通信模块中的一种或者两种，其中所述无线通信模块包括但不限于蓝牙通信模块、WIFI通信模块、ZigBee通信模块，所述有线通信模块包括但不限于USB接口、RS232接口、以太网接口。
优选地，所述DAC数模转换模块为12位数模转换器。
优选地，所述ADC模数转换模块为16位模数转换器或者24位模数转换器。
优选地，所述放大器AMP2为AD623A放大器。
优选地，运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A、运算放大器AMP7D均为TL064低功耗JFET输入运算放大器。
本发明的工作原理在于：在进行CES检测的过程中，同时进行心率的采集，通过对采集到的心率进行分析，如心率值HR，心率变异HRV等。同时对采集的心电及心率进行保存，并通过有线(USB、RS232、以太网)或者无线(蓝牙、wifi)等通信技术传输到上位机(电脑PC，智能手机，智能平板等)，进行数据的存储及后续的分析。在治疗的过程中，保存相应的心率数据，可直接提供给临床医生进行评估和再诊断。
具体地，刺激用的电极和心电采集的电极为同一电极，其通过导联线信号进入前级放大电路，前级放大电路使用5V供电，放大倍数为2倍。睡眠治疗仪一般刺激电流小于2mA，人体阻抗一般为500欧姆，刺激电压为1V左右，通过2倍放大后，刺激电压放大为2V，由于刺激电压为双向电压，所以峰谷值为4V，使用5V轨至轨放大器，满足信号的幅度要求。前置放大后的心电信号通过ADC模数转换模块转化后DAC数模转换模块智能控制器进行采集。刺激电压为MCU智能控制器控制的已知电压，刺激电压和ADC模拟转换电路采集到的电压按照K1和K2的比例系数进行累计后得出需要反馈的电压。K1和K2是通过实验测试得到的值。反馈电压通过DAC数模转化电路变成模拟信号后输入基线反馈抑制电路，抵消在电刺激施加于人体的基线电压。除去基线的电压再通过带通滤波电路滤波，并进行信号的放大，放大倍数设置为200倍，这样整个心电信号放大倍数为400倍。心电信号一般为1mV左右，放大400mV，电路预留足够的可能未去除的基线电压。带通滤波电路设计为0.1Hz-100Hz，以保证心电要求的0.5Hz-40Hz的信号要求。心电信号通过ADC模数转换器进行转换，由MCU智能控制器进行采集。为更好的提高心电信号信号的分辨率，使用24位的ADC模数转换器。MCU智能控制器采集到的数据在通过数字基线滤波的方式，进一步滤除刺激。数字滤波后的心电信号，使用心电QRS波的检测方法，计算心率。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于，包括：电极、前级放大电路、微电流刺激控制电路、基线反馈抑制电路、带通滤波电路、脉冲电压采集电路、DAC数模转换模块、MCU智能控制器、ADC模数转换模块和一通信模块，其中所述电极分别与所述前级放大电路和所述微电流刺激控制电路连接；所述前级放大电路与所述脉冲电压采集电路连接，所述脉冲电压采集电路与所述ADC模数转换模块连接；所述基线反馈抑制电路的输出端与所述带通滤波电路连接，所述带通滤波电路与所述ADC模数转换模块连接，所述ADC模数转换模块与所述MCU智能控制器连接，所述MCU智能控制器与所述DAC数模转换模块和所述通信模块连接，所述DAC数模转换模块分别与所述基线反馈抑制电路的输入端和所述微电流刺激控制电路连接。
2.如权利要求1所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述基线反馈抑制电路包括运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A、电阻R17、电阻R22、电容C9，其中所述运算放大器AMP7C的反相输入端与DAC数模转换模块连接，其输出端通过电阻R22后与所述运算放大器AMP8A的同相输入端连接，所述运算放大器AMP8A的反相输入端和输出端之间设置有电阻R17和电容C9。
3.如权利要求1或2所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述微电流刺激控制电路包括双向切换电路、三极管Q4、电阻R18、运算放大器AMP7D，其中所述双向切换电路与所述三极管Q4的集电极连接；所述三极管Q4的发射极接地其基极通过电阻R18后与所述运算放大器AMP7D的输出端连接；所述运算放大器AMP7D的同相输入端与所述DAC数模转换模块连接。
4.如权利要求1-3任一所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述前级放大电路包括开关二极管Q2、放大器AMP2、电阻R5、电阻R8、电阻R12、电容C2和电容C3，其中所述开关二极管Q2通过电阻R5后与所述放大器AMP2的第二脚连接；电阻R8的两端分别与所述放大器AMP2的第一脚和第八脚连接；电阻R12的一端与所述电极连接，另一端与所述放大器AMP2的第三脚连接；电容C2和电容C3并联设置，二者的一端与所述放大器AMP2的第七脚连接，另一端接地。
5.如权利要求1-4任一所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述通信模块为无线通信模块或者有线通信模块中的一种或者两种，其中所述无线通信模块包括但不限于蓝牙通信模块、WIFI通信模块、ZigBee通信模块，所述有线通信模块包括但不限于USB接口、RS232接口、以太网接口。
6.如权利要求1-5任一所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述DAC数模转换模块为12位数模转换器。
7.如权利要求1-6任一所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述ADC模数转换模块为16位模数转换器或者24位模数转换器。
8.如权利要求4所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：所述放大器AMP2为AD623A放大器。
9.如权利要求2所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：运算放大器AMP7C、运算放大器AMP8A为TL064低功耗JFET输入运算放大器。
10.如权利要求3所述的新型睡眠治疗仪心电处理系统，其特征在于：运算放大器AMP7D为TL064低功耗JFET输入运算放大器。
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