CN109044307B - 一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统。该系统包括：血压监测装置、中央控制电路、超声刺激装置；血压监测装置用于对血压进行监测、显示、存储，并将监测到的血压值发送给中央控制电路；中央控制电路用于接收血压监测装置发送的血压值，并根据血压值的变化情况，切换不同超声神经刺激模式，输出控制指令；超声刺激装置用于接收中央控制电路输出的控制指令，根据控制指令进行不同超声神经刺激模式的超声神经刺激，实现血压调控；超声刺激装置包括任意波形发生器、功率放大器、阻抗匹配器、开关选择器、聚焦超声换能器组、信号反馈器。该发明能实现在对血压实时监控的同时按照设定的血压阈值进行无创的血压调控，维持血压的稳定。

Description

一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统

技术领域

本发明涉及超声调控技术领域，特别是一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统。

背景技术

人的血压稳定对人体的健康非常重要，高于或低于正常血压值称为高血压或低血压。高血压是指以体循环动脉血压(收缩压和/或舒张压)增高为主要特征(收缩压≥140毫米汞柱，舒张压≥90毫米汞柱)，可伴有心、脑、肾等器官的功能或器质性损害的临床综合征。高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素，不加以控制容易引起血管和多种靶向器官发生病变。相较于高血压，急性低血压是指患者血压由正常或较高的水平突然明显下降，会出现头晕、眼黑、肢软、冷汗、心悸、少尿等症状，严重者表现为晕厥或休克；同时会导致人体大脑和心脏的供血不足继而产生严重损害。高血压或低血压患者在发病过程中，血压会在短时间内明显升高或者降低，若不及时将血压调节到正常水平，则会带来不可逆的损害。

现有的可穿戴式设备使用压力传感器来测量血压，可以实现对血压的实时监测，但它本身不具备调节血压的功能。一般患者可以通过血压调控的药物来维持血压的稳定，但存在部分患者有耐药性。

人体血压的调控主要由神经系统和内分泌系统共同调节。其中，血压的神经调节主要是通过交感神经系统和副交感神经系统的相互平衡制约完成的。当血压过低时，交感神经兴奋占优势使得心率加快，血压升高；当血压过高时，副交感神经兴奋占优势使得心率变缓，血压下降，从而维持了血压的正常波动。交感神经系统和副交感神经系统的激活是受到大脑中枢神经系统支配，同时受到多种靶向器官和外周传入神经影响的。因此，现有的针对高血压的调控手段包括：经皮射频消融去除肾交感神经、活化的颈动脉窦压力反射、脑深部电刺激等方法的基本原理都是抑制或者激活控制血压的外周或者中枢神经系统，从而使得高血压患者已经失活的血压平衡神经系统重新激活，达到降压的目的。然而，这些神经刺激调控血压的手段都是侵入式的、有创的，患者往往难以接受，并且其安全性也有待进一步实验研究。

超声神经调控是利用低强度超声作用于靶向区域，使得神经元被激活或者抑制，从而达到神经调控的目的。早在1929年，就有研究表明超声可以作为一种神经刺激手段。目前超声已经被证明可以对大鼠及小鼠的运动皮层和感觉皮层、丘脑、视网膜等区域的神经进行功能性调控,同时不会损害其组织结构和神经元功能，Deffieux等人还通过超声影响了灵长类动物的大脑认知功能。尤为重要的是，Tyler小组已经将经颅聚焦超声的神经调控应用在人体。他们的研究发现，通过经颅聚焦超声刺激人脑感觉皮层，可以增强人体的感觉分辨率，而且人体对于刺激的反应以及脑电信号记录的结果均证实，经颅聚焦超声神经调控的精度可以达到1mm甚至更高，这明显高于传统神经刺激手段的分辨率，包括重复经颅磁刺激和经颅直流电刺激。传统的电刺激方法需要向刺激区域插入电极，需要外科手术，在刺激过程中会损害神经元细胞，影响作用对象的正常生理功能。

目前，在实时监控血压的情况下通过神经刺激来调控血压的技术还存在许多不足，无法同时监控血压并通过神经刺激来调控电压，因此，亟需一种在实时监控血压的情况下基于超声神经刺激的无创调控血压的系统与方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，能实现在对血压实时监控的同时按照设定的血压阈值进行无创的血压调控，从而维持血压的稳定。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，包括：

血压监测装置、中央控制电路、超声刺激装置；所述血压监测装置用于对血压进行监测、显示、存储，并将监测到的血压值发送给所述中央控制电路；所述中央控制电路用于接收所述血压监测装置发送的血压值，并根据血压值的变化情况，切换不同超声神经刺激模式，输出控制指令；所述超声刺激装置用于接收所述中央控制电路输出的控制指令，并根据所述控制指令进行不同超声神经刺激模式的超声神经刺激，实现血压调控；

所述超声刺激装置包括任意波形发生器、功率放大器、阻抗匹配器、开关选择器、聚焦超声换能器组、信号反馈器；所述任意波形发生器为双通道波形发生器，用于产生所述中央控制电路所设置的超声神经刺激波形；所述功率放大器与任意波形发生器通过无线蓝牙或有线方式连接，所述功率放大器用于将所述任意波形发生器的输出信号进行放大，驱动所述聚焦超声换能器组工作；所述阻抗匹配器与所述功率放大器通过无线蓝牙或有线方式连接，所述阻抗匹配器用于保证功率放大器与所述聚焦超声换能器组实现50欧姆的阻抗匹配；所述开关选择器用于接收所述中央控制电路的输出信号，并控制所述聚焦超声换能器工作；所述聚焦超声换能器组用于接收所述中央控制电路的输出信号并驱动压电材料发生振动产生超声波；所述信号反馈器用于在超声神经刺激完成后发射反馈信号给所述微处理芯片，实现反馈控制。

可选的，所述血压监测装置包括：血压传感器、微处理芯片、血压显示器、血压存储器、血压比较器；

所述血压传感器通过无线蓝牙或有线方式与所述微处理芯片连接，用于测量血压并将血压信号转化为电信号，并将所述电信号传送给所述微处理芯片；所述微处理芯片通过无线蓝牙或有线方式与所述血压显示器、所述血压存储器、所述血压比较器、所述中央控制电路以及所述信号反馈器连接；所述血压显示器为数码显示屏，用于对监测到的血压值进行实时显示；所述血压存储器为存储卡，用于对所述血压值进行存储；所述血压比较器用于将所述血压值与预设的血压阈值进行比较，判断当前的血压状态，并将判断的血压状态反馈给所述微处理芯片。

可选的，所述不同超声神经刺激模式与不同的所述聚焦超声换能器组的工作状态以及不同的超声神经刺激参数对应；所述超声神经刺激参数包括基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数。

可选的，所述开关选择器为一个三通的可变开关，所述开关选择器与所述阻抗匹配器通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收中央控制电路的输出信号从而根据实际情况选通不同的开关从而选通聚焦超声换能器组中不同的聚焦超声换能器工作。

可选的，所述聚焦超声换能器组包括两个聚焦超声换能器，所述聚焦超声换能器组与所述开关选择器通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收所述阻抗匹配器的输出信号，并驱动压电材料发生振动产生超声波。

可选的，所述中央控制电路与所述微处理芯片通过无线蓝牙或有线方式进行连接；所述中央控制电路接收所述微处理芯片的输出信号，根据不同的输出信号做出不同的响应，并设置不同的超声神经刺激模式，所述中央控制电路根据不同的响应设置基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数并选通所述开关选择器中不同的开关通路，驱动所述聚焦超声换能组中不同聚焦超声换能器工作。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，采用血压监测装置实现对血压实时监控；利用超声神经刺激手段按照设定的血压阈值来实现无创的、安全有效的血压调控，从而维持血压的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于超声神经刺激的无创调控血压的系统的结构示意图。

其中，图中标号为：血压监测装置1、中央控制电路2、超声神经刺激装置3、血压传感器11、微处理芯片12、血压显示器13、血压存储器14、血压比较器15、任意波形发生器31、功率放大器32、阻抗匹配器33、开关选择器34、聚焦超声换能器组35、信号反馈器36。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供了一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，能实现在对血压实时监控的同时按照设定的血压阈值进行无创的血压调控，从而维持血压的稳定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于超声神经刺激的无创调控血压的系统的结构示意图。

如图1所示，一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，包括：

血压监测装置1、中央控制电路2、超声刺激装置3；所述血压监测装置1用于对血压进行监测、显示、存储，并将监测到的血压值发送给所述中央控制电路2；所述中央控制电路2用于接收所述血压监测装置1发送的血压值，并根据血压值的变化情况，切换不同超声神经刺激模式，输出控制指令；所述超声刺激装置3用于接收所述中央控制电路2输出的控制指令，并根据所述控制指令进行不同超声神经刺激模式的超声神经刺激，实现血压调控；

所述超声刺激装置3包括任意波形发生器31、功率放大器32、阻抗匹配器33、开关选择器34、聚焦超声换能器组35、信号反馈器36；所述任意波形发生器31为双通道波形发生器，用于产生所述中央控制电路2所设置的超声神经刺激波形；所述功率放大器32与任意波形发生器31通过无线蓝牙或有线方式连接，所述功率放大器32用于将所述任意波形发生器31的输出信号进行放大，驱动所述聚焦超声换能器组35工作；所述阻抗匹配器33与所述功率放大器32通过无线蓝牙或有线方式连接，所述阻抗匹配器33用于保证功率放大器32与所述聚焦超声换能器组35实现50欧姆的阻抗匹配；所述开关选择器34用于接收所述中央控制电路2的输出信号，并控制所述聚焦超声换能器工作；所述聚焦超声换能器组35用于接收所述中央控制电路2的输出信号并驱动压电材料发生振动产生超声波；所述信号反馈器36用于在超声神经刺激完成后发射反馈信号给所述微处理芯片12，实现反馈控制。

所述血压监测装置1包括：血压传感器11、微处理芯片12、血压显示器13、血压存储器14、血压比较器15；

所述血压传感器14通过无线蓝牙或有线方式与所述微处理芯片12连接，用于测量血压并将血压信号转化为电信号，并将所述电信号传送给所述微处理芯片12；所述微处理芯片12通过无线蓝牙或有线方式与所述血压显示器13、所述血压存储器14、所述血压比较器15、所述中央控制电路2以及所述信号反馈器36连接；所述血压显示器13为数码显示屏，用于对监测到的血压值进行实时显示；所述血压存储器14为存储卡，用于对所述血压值进行存储；所述血压比较器15用于将所述血压值与预设的血压阈值进行比较，判断当前的血压状态，并将判断的血压状态反馈给所述微处理芯片12。

所述不同超声神经刺激模式与不同的所述聚焦超声换能器组35的工作状态以及不同的超声神经刺激参数对应；所述超声神经刺激参数包括基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数。

所述开关选择器34为一个三通的可变开关，所述开关选择器34与所述阻抗匹配器33通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收中央控制电路2的输出信号从而根据实际情况选通不同的开关从而选通聚焦超声换能器组35中不同的聚焦超声换能器工作。

所述聚焦超声换能器组35包括两个聚焦超声换能器，所述聚焦超声换能器组35与所述开关选择器34通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收所述阻抗匹配器33的输出信号，并驱动压电材料发生振动产生超声波。

所述中央控制电路2与所述微处理芯片12通过无线蓝牙或有线方式进行连接；所述中央控制电路2接收所述微处理芯片12的输出信号，根据不同的输出信号做出不同的响应，并设置不同的超声神经刺激模式，所述中央控制电路2根据不同的响应设置基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数并选通所述开关选择器34中不同的开关通路，驱动所述聚焦超声换能组35中不同聚焦超声换能器工作。

本发明提供的一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统的具体实现过程如下：

血压信号经血压传感器11换能后输入到微处理芯片12，微处理芯片12对信息进行分析与处理；微处理芯片控制血压显示器13显示当前的血压值，控制血压存储器14存储记录当前的血压值；血压比较器15在微处理芯片12的控制下将当前的血压值与预设的血压阈值比较，并将比较结果反馈给微处理芯片12，芯片根据不同的结果产生不同的输出信号传递给中央控制电路2；当前血压值高于、低于或者与阈值接近时分别产生3种不同的反馈结果从而引起3种不同的流程控制；中央控制电路2接收微处理芯片12的输出信号，根据不同信号做出不同的响应即设置不同的超声神经刺激模式。中央控制电路2根据不同的响应设置不同的超声神经刺激参数包括基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数，中央控制电路2根据不同的响应选通开关选择器34中不同的开关通路，使能聚焦超声换能组35中不同聚焦超声换能器工作；任意波形发生器31接收中央控制电路2的输出信号，并根据不同响应发射不同的超声神经刺激波形信号；由功率放大器32对波形信号的能量进行放大，信号通过阻抗匹配器33后按照开关选择器34所选择的通路使能聚集超声换能器组35中不同聚焦超声换能器工作；聚焦超声换能器组35中的聚焦超声换能器1和聚焦超声换能器2分别放置在控制降低血压和控制升高血压的中枢神经位点；超声神经刺激完成后，信号反馈器36发出反馈信号给微处理芯片12，再次监测当前的血压信号；如果血压已经接近血压比较器15中所设阈值，则停止刺激；如果血压偏离血压比较器15中所设阈值，则重复1、2、3所述步骤再次进行超声神经刺激直至当前血压值接近预设血压阈值。

当所述血压监测装置1监测到血压值处于低血压、高血压以及正常状态时，其工作过程具体如下：

1)当经过血压监测装置1监测发现当前血压值远低于血压比较器15中的血压预设阈值范围时，判断当前处于低血压状态，显示并记录当前血压值，微处理芯片12发出输出指令1给中央控制电路2，中央控制电路2发出指令2选通开关选择器35的升血压通路并设置超声神经刺激的参数驱动超声神经刺激装置3工作，聚焦超声换能器2工作，超声神经刺激升血压的中枢神经位点，刺激完成后，微处理芯片12接收信号反馈器36的反馈信息，血压监测装置1再次监测当前血压是否达到正常水平，如未达到正常水平，则再次激活超声神经刺激装置3驱动聚焦超声换能器2进行超声神经刺激。

2)当血压监测装置1监测发现当前血压值远高于血压比较器15中的血压预设阈值范围，判断当前处于高血压状态，显示并记录当前血压值，微处理芯片12发出输出指令1给中央控制电路2，中央控制电路2发出指令1选通开关选择器35的降血压通路并设置超声神经刺激的参数驱动超声神经刺激装置3工作，聚焦超声换能器1工作，超声神经刺激降血压的中枢神经位点，刺激完成后，微处理芯片12接收信号反馈器36的反馈信息，血压监测装置1再次监测当前血压是否达到正常水平，如未达到正常水平，则再次激活超声神经刺激装置3驱动聚焦超声换能器1进行超声神经刺激。

3)当血压监测装置1监测发现当前血压值在血压比较器15中的预设血压阈值范围内，判断当前处于正常状态，显示并记录当前血压值，微处理芯片12发出输出指令3给中央控制电路2，中央控制电路2不会驱动超声刺激装置3工作，且开关选择器中34的升降血压两个信号通路均不会被选通。

本发明提供了一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，采用血压监测装置实现对血压实时监控；利用超声神经刺激手段按照设定的血压阈值来实现无创的、安全有效的血压调控，从而维持血压的稳定。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，其特征在于，包括：血压监测装置、中央控制电路、超声刺激装置；

所述血压监测装置用于对血压进行监测、显示、存储，并将监测到的血压值发送给所述中央控制电路；

所述血压监测装置包括：血压传感器、微处理芯片、血压显示器、血压存储器、血压比较器；所述血压传感器通过无线蓝牙或有线方式与所述微处理芯片连接，用于测量血压并将血压信号转化为电信号，并将所述电信号传送给所述微处理芯片；所述微处理芯片通过无线蓝牙或有线方式与所述血压显示器、所述血压存储器、所述血压比较器、所述中央控制电路以及所述信号反馈器连接；所述血压显示器为数码显示屏，用于对监测到的血压值进行实时显示；所述血压存储器为存储卡，用于对所述血压值进行存储；所述血压比较器用于将所述血压值与预设的血压阈值进行比较，判断当前的血压状态，并将判断的血压状态反馈给所述微处理芯片；

所述中央控制电路用于接收所述血压监测装置发送的血压值，并根据血压值的变化情况，切换不同超声神经刺激模式，输出控制指令；

所述超声刺激装置用于接收所述中央控制电路输出的控制指令，并根据所述控制指令进行不同超声神经刺激模式的超声神经刺激，实现血压调控；

所述超声刺激装置包括任意波形发生器、功率放大器、阻抗匹配器、开关选择器、聚焦超声换能器组、信号反馈器；所述任意波形发生器为双通道波形发生器，用于产生所述中央控制电路所设置的超声神经刺激波形；所述功率放大器与任意波形发生器通过无线蓝牙或有线方式连接，所述功率放大器用于将所述任意波形发生器的输出信号进行放大，驱动所述聚焦超声换能器组工作；所述阻抗匹配器与所述功率放大器通过无线蓝牙或有线方式连接，所述阻抗匹配器用于保证功率放大器与所述聚焦超声换能器组实现50欧姆的阻抗匹配；所述开关选择器用于接收所述中央控制电路的输出信号，并控制所述聚焦超声换能器工作；所述聚焦超声换能器组用于接收所述中央控制电路的输出信号并驱动压电材料发生振动产生超声波；所述信号反馈器用于在超声神经刺激完成后发射反馈信号给所述微处理芯片，实现反馈控制；所述不同超声神经刺激模式与不同的所述聚焦超声换能器组的工作状态以及不同的超声神经刺激参数对应；所述超声神经刺激参数包括基波频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、刺激强度和脉冲个数；

所述血压比较器在所述微处理芯片的控制下将当前的血压值与预设的血压阈值比较，并将比较结果反馈给所述微处理芯片，所述微处理芯片根据不同的结果产生不同的输出信号传递给所述中央控制电路；当前血压值高于、低于或者与阈值接近时分别产生3种不同的反馈结果从而引起3种不同的流程控制；

所述中央控制电路与所述微处理芯片通过无线蓝牙或有线方式进行连接；所述中央控制电路接收所述微处理芯片的输出信号，根据不同信号做出不同的响应即设置不同的超声神经刺激模式；所述中央控制电路根据不同的响应设置不同的超声神经刺激参数，所述中央控制电路根据不同的响应选通开关选择器中不同的开关通路，使聚焦超声换能组中不同聚焦超声换能器工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，其特征在于，所述开关选择器为一个三通的可变开关，所述开关选择器与所述阻抗匹配器通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收中央控制电路的输出信号从而根据实际情况选通不同的开关从而选通聚焦超声换能器组中不同的聚焦超声换能器工作。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声神经刺激的无创血压调控系统，其特征在于，所述聚焦超声换能器组包括两个聚焦超声换能器，所述聚焦超声换能器组与所述开关选择器通过无线蓝牙或有线方式连接，用于接收所述阻抗匹配器的输出信号，并驱动压电材料发生振动产生超声波。

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