CN109497993B - 生理信号采集灵敏度调整方法及植入医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生理信号采集灵敏度调整方法及植入医疗设备，所述植入医疗设备设有利用可调增益参数采集用户生理信号的采集单元，所述方法包括：获取所述采集单元以当前的增益参数所采集的数字生理信号；判断所述数字生理信号是否在设定阈值范围内，其中所述设定阈值范围在所述采集单元的测量范围内；当所述数字生理信号不在所述设定阈值范围内时，调整所述增益参数。

Description

生理信号采集灵敏度调整方法及植入医疗设备
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种生理信号采集灵敏度调整方法及植入医疗设备。
背景技术
目前一些植入式医疗装置(Implantable Medical Device,IMD)带有生理信号检测功能(比如心电信号或心率等)。IMD可对采集的生理信号进行分析，用以改善或提升治疗性能。比如迷走神经刺激器可以检测心电信号或心率异常时，及时启动刺激器施加有效刺激削弱或直接解除癫痫症发作威胁。
每个个体的生理信号不尽相同，甚至差异很大。为了准确采集生理信号，需要针对个体差异进行不同的检测灵敏度档位设置以得到更好的检测效果。现有的设置方式是在将IMD植入患者体内之前采集患者不同体位的生理信号(比如心电信号中的R波幅值)，然后分析这些生理信号，根据分析结果由人工通过IMD的体外控制设备设置IMD的检测灵敏度档位。
现有的方式需要在术前增加体外生理信号检测环节，而体内信号与体外信号可能存在差异，并且同一个体的生理信号也可能存在波动。由此可见现有技术的准确性和适应性较差，并且容易出现偏差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种植入医疗设备的生理信号采集灵敏度调整方法，所述植入医疗设备设有利用可调增益参数采集用户生理信号的采集单元，所述方法包括：获取所述采集单元以当前的增益参数所采集的数字生理信号；判断所述数字生理信号是否在设定阈值范围内，其中所述设定阈值范围在所述采集单元的测量范围内；当所述数字生理信号不在所述设定阈值范围内时，调整所述增益参数。
优选地，所述数字生理信号是一段数字信号中的幅值。
优选地，所述采集单元的测量范围是模/数转换器的测量范围。
优选地，所述增益参数是所述采集单元中的增益电阻。
优选地，所述调整所述增益参数，包括：
当所述数字生理信号小于所述设定阈值范围的最小值时，调整所述增益电阻以提高增益；
当所述数字生理信号大于所述设定阈值范围的最大值时，调整所述增益电阻以减小增益。
优选地，所述调整所述增益参数，包括：
根据所述数字生理信号的值确定对所述增益参数的调整值；
根据所述调整值调整所述增益参数。
本发明还提供了一种植入医疗设备，包括：
采集单元，用于利用可调增益参数采集用户的生理信号；
控制单元，用于根据上述灵敏度调整方法调整所述采集单元的增益参数。
优选地，所述采集单元包括放大模块、滤波模块和模/数转换器，所述控制单元用于调整所述放大模块的增益电阻。
优选地，所述增益参数与所述放大模块输出的生理信号呈非线性对应关系。
优选地，所述放大模块包括数字电位计，所述控制单元通过调整所述数字电位计调整所述增益电阻。
根据本发明提供的灵敏度调整方法及设备，利用植入医疗设备采集用户体内的生理信号，并判断采集的生理信号是否在设定阈值范围内，当超过设定阈值范围时，表示生理信号已经接近量程极限，如果生理信号出现更大波动很可能超过量程极限，由此进一步说明当前的增益参数不适用于该用户，此时自动对增益参数进行调整，以使采集单元利用调整后的增益参数采集生理信号，由此提高生理信号采集操作的适应性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的灵敏度调整方法流程图；
图2为本发明实施例中的植入医疗设备结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种具体的植入医疗设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明提供了一种植入医疗设备的生理信号采集灵敏度调整方法，该方法可以由植入患者体内的IMD执行，也可以由体外程控设备配合执行。本实施例中的IMD设有利用可调增益参数采集用户生理信号的采集单元，例如可以是迷走神经刺激器的ECG(electrocardiogram，心电图)信号采集单元。
用于采集人体电信号的模块中具有信号放大器，例如包括电流放大器或者电压放大器。信号放大器用于将感测到的人体生理电信号放大若干倍。本发明所述增益参数是用于改变放大倍数的参数，例如是电阻值，但不限于此。
如图1所示，本发明提供的灵敏度调整方法包括如下步骤：
S1，获取采集单元以当前的增益参数所采集的数字生理信号。在初始时，可以设定一个默认增益参数，使采集单元利用该参数感测生理电信号，然后通过滤波和模数转换等处理，可得到一系列数字信号。
本发明所述采集的数字生理信号，可以是感测到的每一个数字生理信号，也可以是一段时间内感测到的生理信号中的最大值；也可以是基于一段时间感测到的数字生理信号进行分析而得到的特征值。
以迷走神经刺激器采集的ECG信号为例，采集单元持续采集连续的ECG模拟信号，并对其进行滤波和模数转换得到一系列数字信号，对这些信号进行分析处理可提取到R波幅值。ECG数字信号和R波幅值均可被视为采集到的数字生理信号。
S2，判断采集的数字生理信号是否在设定阈值范围内，其中设定阈值范围在采集单元的测量范围内。该测量范围与硬件参数有关，通常是固定值。
作为一个举例，假设采集单元的测量范围为0-100，则设定阈值范围在0-100之内，例如是30-80，具体可以根据测量范围的百分比进行设定。
在此步骤中，可以将实际感测到的每一个数字生理信号与设定阈值范围进行比对；也可以对感测到的数字生理信号进行筛选，找到一段时间中的最大值，而判断该最大值是否在设定阈值范围内；或者对感测到的数字生理信号进行分析，找到其中的特征值，例如ECG中的R波幅值，而判断该特征值是否在设定阈值范围内。
如果采集的数字生理信号在此范围内则不必进行调整，可保持当前增益参数进行采集；如果采集的数字生理信号不在此范围内，例如大于其中最大值或者小于其中最小值则执行步骤S3。
S3，调整当前的增益参数，以改变生理信号采集灵敏度。此后，采集单元将使用调整后的增益参数继续采集生理信号。后续可根据当前的增益参数和采集的数字生理信号来表征原始生理信号。再次执行本方法时，步骤S1所获得的是利用调整后的增益参数所采集的生理信号。本方法可以不间断地反复执行，而对于某些间歇地采集生理信号的设备，也可以随着采集单元的启动而执行。
调整的目的是改变信号放大器的放大倍数，实际情况中有多种可选的手段。增益参数的调整量可以是固定的，也可以是可变的，例如与采集的信号超出设定阈值范围的程度有关。
根据本发明实施例提供的灵敏度调整方法，利用植入医疗设备采集用户体内的生理信号，并判断采集的生理信号是否在设定阈值范围内，当超过设定阈值范围时，表示生理信号已经接近测量范围极限，如果生理信号出现更大波动很可能超过测量范围极限，由此进一步说明当前的增益参数不适用于该用户，此时自动对增益参数进行调整，以使采集单元利用调整后的增益参数采集生理信号，由此提高生理信号采集操作的适应性和准确性。
在一个优选的实施例中，植入医疗设备的采集单元包括放大模块、滤波模块和模/数转换器。人体内的生理电信号首先被放大模块进行放大处理，然后被滤波模块进行滤波处理，经过放大和滤波后的模拟信号进入模/数转换器，模/数转换器具有固定的测量范围。在本实施例中，根据采集单元中的模/数转换器的测量范围设定上述阈值范围。具体地，可将设定阈值范围设置为模/数转换器的测量范围的60％-80％。
在一个优选的实施例中，将采集单元中的增益电阻作为增益参数。调整电阻值的方式有多种，只需要在采集单元中设置可调电阻器即可改变采集灵敏度，这种方式对硬件结构改动较小，成本较低。
进一步地，在上述步骤S3中，当数字生理信号小于设定阈值范围的最小值时，调整增益电阻以提高增益，由此提高放大倍数，再次采集数字生理信号的值相比之前更大，远离采集单元测量范围的下限；当数字生理信号大于设定阈值范围的最大值时，调整增益电阻以减小增益，由此减小放大倍数，再次采集数字生理信号的值相比之前更小，远离采集单元测量范围的上限。
在一个优选的实施例中，步骤S3包括：
S31，根据数字生理信号的值确定对增益参数的调整值。数字生理信号的值与增益参数可以是一种函数对应关系，实际运算时可以使用查表法来确定当前数字生理信号对应的增益参数，提高增益调整效率。
S32，根据调整值调整增益参数。调整值是一个可变数值，当数字生理信号超出设定阈值范围较多时，可以使用较大的调整量，反之则使用较小的调整量。由此可以提高增益调整效率。
本发明的一个实施例还提供了一种植入医疗设备，如图2所示，该设备包括治疗功能单元21、通信单元22、采集单元23和控制单元24。其中治疗功能单元21例如是刺激信号输出单元、药物输出单元等等实现疗法的部件。通信单元22用于与外部设备进行数据交互。
采集单元23用于利用可调增益参数采集用户的生理信号；
控制单元24用于执行上述灵敏度调整方法，以调整采集单元23的增益参数。
根据本发明实施例提供的植入医疗设备，利用采集单元采集用户体内的生理信号，由控制单元判断采集的生理信号是否在设定阈值范围内，当超过设定阈值范围时，表示采集单元当前的增益参数不适用于该用户，此时控制单元自动对采集单元的增益参数进行调整，以使采集单元利用调整后的增益参数采集生理信号，由此提高设备采集生理信号的适应性和准确性。
在一个优选的实施例中，如图3所示，采集单元23包括放大模块231、滤波模块232和模/数转换器233，控制单元24用于调整放大模块231的增益电阻。
增益参数与放大模块231输出的生理信号呈非线性对应关系。例如：
Vout＝(420/RG+5)Vin，
其中，Vout为放大模块231输出的生理信号，单位为V；
Vin为人体原始生理信号，单位为V；
RG为放大模块231的增益电阻，单位为KΩ。
放大模块231包括数字电位计，控制单元24通过调整数字电位计调整增益电阻。数字电位计的阻值可调范围较广、精度较高，因而可以精确设置最合适的生理信号检测灵敏度。在其它实施例中，也可以通过排阻或若干电阻并联等调整增益电阻。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种迷走神经刺激器的心电信号采集灵敏度调整方法，其特征在于，所述迷走神经刺激器设有利用可调增益参数采集用户心电信号的采集单元，以及用于削弱或解除癫痫症发作威胁的刺激信号输出单元，所述方法包括：
获取所述采集单元以当前的增益参数所采集的数字心电信号，其中所述采集单元的放大模块按照如下方式采集心电信号：Vout＝(420/RG+5)Vin，其中Vout为放大后的心电信号、Vin为原始心电信号、RG为所述增益参数，所述采集单元的滤波模块对放大后的心电信号进行滤波，所述采集单元的模/数转换器将滤波后的心电信号转换为数字心电信号；
判断所述数字心电信号是否在设定阈值范围内，其中所述设定阈值范围在所述采集单元的测量范围内；
当所述数字心电信号不在所述设定阈值范围内时，根据所述数字心电信号的值确定对所述增益参数的调整值，该调整值与采集的信号超出设定阈值范围的程度有关，进而根据所述调整值调整所述增益参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字心电信号是一段数字信号中的幅值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集单元的测量范围是模/数转换器的测量范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增益参数是所述采集单元中的增益电阻。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整所述增益参数，包括：
当所述数字心电信号小于所述设定阈值范围的最小值时，调整所述增益电阻以提高增益；
当所述数字心电信号大于所述设定阈值范围的最大值时，调整所述增益电阻以减小增益。
6.一种迷走神经刺激器，其特征在于，包括：
采集单元，用于利用可调增益参数采集用户的心电信号，所述采集单元包括放大模块、滤波模块和模/数转换器，其中所述放大模块按照如下方式采集心电信号：Vout＝(420/RG+5)Vin，Vout为放大后的心电信号、Vin为原始心电信号、RG为增益参数，所述滤波模块对放大后的心电信号进行滤波，所述模/数转换器将滤波后的心电信号转换为数字心电信号；
刺激信号输出单元，用于输出刺激信号，以削弱或解除癫痫症发作威胁；
控制单元，用于根据权利要求1-5中任一项所述的方法调整所述采集单元的增益参数。
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