CN112190266B - 一种非侵入式盆底肌训练治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了非侵入式盆底肌训练治疗系统，包括腹带式压电薄膜传感装置；所述腹带式压电薄膜传感装置包括：设于腹带上的压电薄膜传感器，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量；与所述压电薄膜传感器耦合的电荷放大器，用于将所述电荷量转化为电压信号；与所述电荷放大器耦合的信号调理电路，用于将所述电压信号进行去噪和放大；以及信号输出模块，用于将所述电压信号转化为可视化信号并输出。本发明通过与电荷放大器耦合的信号调理电路，将电压信号进行去噪和放大，由信号输出模块将电压信号转化为可视化信号并输出，便于用户可以随时随地在穿着衣物的情况下对盆底肌进行测试和锻炼，避免用户对隐私的担心。

Description

一种非侵入式盆底肌训练治疗系统

技术领域

本发明涉及训练治疗系统技术领域，更具体的是涉及一种非侵入式盆底肌训练治疗系统。

背景技术

女性盆底功能障碍(pelvic functional disorder，PFD)是盆底结缔组织、筋膜、盆底肌肉损伤所致获得性功能障碍性病变，表现为压力性尿失禁、慢性盆腔疼痛、盆腔脏器脱垂等症状。分娩、妊娠是PFD的独立危险因素，孕周延长，胎儿体重增加，盆底肌肉群长时间超负荷，从而出现肌肉疲劳、萎缩。产后盆底肌功能训练是综合康复的相关治疗技术，对女性因妊娠和分娩形成的盆底肌相关损伤进行缓解、恢复和重建，是目前公认的有效预防和改善PFD的方法。盆底肌功能训练包括Kegel训练、功能性电刺激、阴道康复器辅助训练、生物反馈治疗、功能性电刺激等，可单独使用某种方法或使用多种方法进行训练。

临床上常见的测量和治疗大多是侵入式的阴道探头，或者非侵入式的会阴部检测，此类设备大部分操作复杂，一般只能在医院进行检测和治疗，且无法较好的保护患者隐私。

发明内容

本发明的目的是在于解决上述的技术问题。

针对上述技术问题,本发明提出了一种非侵入式盆底肌训练治疗系统，包括腹带式压电薄膜传感装置；所述腹带式压电薄膜传感装置包括：

设于腹带上的压电薄膜传感器，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量；

与所述压电薄膜传感器耦合的电荷放大器，用于将所述电荷量转化为电压信号；

与所述电荷放大器耦合的信号调理电路，用于将所述电压信号进行去噪和放大；以及

信号输出模块，用于将所述电压信号转化为可视化信号并输出。

优选的，所述系统还包括：

显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的可视化信号。

优选的，所述信号输出模块为模拟数字转换器，所述可视化信号为数字信号。

优选的，所述系统还包括：

数据缓存模块、数据上传模块、以及云端存储模块；

所述数据缓存模块用于缓存所述信号输出模块输出的可视化信号；

所述数据上传模块用于将所述可视化信号上传至所述云端存储模块。

优选的，所述系统还包括：

控制模块，所述控制模块与所述腹带式压电薄膜传感装置、显示装置耦合。

优选的，所述控制模块设置在所述显示装置内。

优选的，所述系统还包括：

用户端，用于输入存储用户个人信息，从云平台调用自动分析评定用户测试和锻炼的结果、建议训练方案和指导意见。

优选的，所述用户端包括：

个人信息编辑模块，用于存储用户基本信息；

数据传输与控制模块，用于连接开启和关闭数据传输；

盆底肌测试模块，用于提供和记录测试和锻炼信息；

盆底肌评估模块，用于根据用户测试和锻炼的结果提供锻炼方案。

优选的，所述用户端还包括：

盆底压力测试模块，用于提供目标波形并记录测试信息；

其中，所述测试信息包括测试时间、盆底最高肌力值、当前盆底肌力值及肌用力持续时间。

优选的，所述系统还包括：

电源模块，用于给所述显示装置进行供电。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过设于腹带上的压电薄膜传感器与电荷放大器耦合，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量，通过电荷放大器转化成电压信号，通过与电荷放大器耦合的信号调理电路，将电压信号进行去噪和放大，由信号输出模块将电压信号转化为可视化信号并输出，便于用户可以随时随地在穿着衣物的情况下对盆底肌进行测试和锻炼，避免用户对隐私的担心。

附图说明

图1为本发明实施例中非侵入式盆底肌训练治疗系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中非侵入式盆底肌训练治疗系统的模块图。

图3为图2中电荷放大器的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1-2所示，本发明提供了一种非侵入式盆底肌训练治疗系统1，包括腹带式压电薄膜传感装置2；所述腹带式压电薄膜传感装置2包括：设于腹带10上的压电薄膜传感器21，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量；与所述压电薄膜传感器21耦合的电荷放大器22，用于将所述电荷量转化为电压信号；与所述电荷放大器22耦合的信号调理电路23，用于将所述电压信号进行去噪和放大；以及信号输出模块24，用于将所述电压信号转化为可视化信号并输出。通过设于腹带10上的压电薄膜传感器21与电荷放大器22耦合，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量，通过电荷放大器22转化成电压信号，通过与电荷放大器22耦合的信号调理电路23，将电压信号进行去噪和放大，由信号输出模块24将电压信号转化为可视化信号并输出，便于用户可以随时随地在穿着衣物的情况下对盆底肌进行测试和锻炼，避免用户对隐私的担心。

具体的，压电薄膜传感器21可以是PVDF压电薄膜传感器21，PVDF压电薄膜传感器21感知下腹部微弱的震动并转化成电荷量。基于压电效应原理的压电传感器在检测震动或形变时更加直观、准确和敏感。而在众多压电材料中，PVDF压电薄膜作为一种新兴的高分子材料，经处理后，压力效果明显，且频响宽，动态范围大，灵敏度高，机械性能强度高。所以本发明选用PVDF压电薄膜作为传感器。当作用在PVDF微单元上的应力发生变化时，传感器两极产生的电荷为：

式中，为单位面积上电荷变化；为微单元各方向的压电常数矩阵；j为各方向施加的作用力；为各方向应力变化。

具体的，压电薄膜的内阻很大，一般在Ω以上，且脉搏信号很弱，这就要求传感器后续电路的输入电阻必须在Ω以上才能吸收较多信号。因此本系统采用电荷放大器22来放大传感器的输出信号。

如图2-3所示，图3为电荷放大器22的等效电路图。设压电薄膜受到压力作用产生电荷为Q，为传感器级间电容，为传感器传输电缆的电容，为电荷放大器22的输入电容，为电荷放大器22反馈电容，为反馈电阻。设运放的开环系数为A，为此时在运算放大器反相输入端产生的差动电压，为输出电压。则

具体的，信号调理电路23、传感器及电荷放大器22输出的信号中干扰很大且其幅值范围并不是系统所期望的。因此，信号需要经过信号调理电路23。本发明的信号调理电路23由Butterworth低通滤波器、二级放大器和电压跟随器组成。

Butterworth低通滤波器具有最大平坦幅频响应的特性，且具有良好的线性相位特性等优点，所以本发明采用Butterworth低通滤波器。Butterworth低通滤波器的阶数越高，幅频特性衰减越快，但硬件较为复杂。综合考虑性能与复杂度，本设计采用4阶Butterworth低通滤波器。为了使电路结构更简单易实现，4阶低通滤波器可由2个2阶低通滤波器级联而成。

在本实施例中，如图1-2所示，所述系统还包括：显示装置3，所述显示装置3与所述信号输出模块24连接，用于显示所述信号输出模块24输出的可视化信号。通过设于腹带10上的压电薄膜传感器21与电荷放大器22耦合，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量，通过电荷放大器22转化成电压信号，通过与电荷放大器22耦合的信号调理电路23，将电压信号进行去噪和放大，由信号输出模块24将电压信号转化为可视化信号并输出到显示装置3上显示，便于用户可以随时随地在穿着衣物的情况下对盆底肌进行测试和锻炼，避免用户对隐私的担心。

在本实施例中，如图2所示，所述信号输出模块24为模拟数字转换器，所述可视化信号为数字信号。模拟数字转换器(Analog-to-digital converter，简称ADC)是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。一个模拟数字转换器可以提供信号用于测量。为了避免信号调理电路23与ADC阻抗不匹配，能量过多消耗在ADC输入端，在其中间加入电压跟随器是比较稳妥的做法，这对于提升系统的性能有帮助。

进一步的，MAX195是16位逐次逼近型ADC。它将高精度、高速度、低电源功耗等性能结合在一起。内部校准电路对线性度与偏置误差进行校正，所以无需外部调整便可达到全部额定的性能指标。可广泛应用于便携式仪表、医用信号采集及多传感器测量等系统中。

在本实施例中，如图2所示，所述系统还包括：数据缓存模块4、数据上传模块5、以及云端存储模块6；所述数据缓存模块4用于缓存所述信号输出模块24输出的可视化信号；所述数据上传模块5用于将所述可视化信号上传至所述云端存储模块6。

具体的，通过数据缓存模块4将缓存信号输出模块24输出的可视化信号，通过数据上传模块5将所述可视化信号上传至云端存储模块6中。通过云端存储模块6与用户终端进数据通信和交互，便于专业人员随时查阅和调阅信息，并能够将专业人员建议方案和指导意见通过云平台反馈至用户端8上，数据传输效果良好。

由于支配下腹部肌肉的髂腹下神经与支配盆腔会阴部肌肉的阴部神经是属于同一神经主干的。所以做提肛运动锻炼盆底肌时，下腹部肌肉也会产生微弱的形变。下腹部肌肉的形变也会反映出盆底肌锻炼的情况，腹部微弱形变被本发明的传感装置检测到，并转换放大为电信号传输到云平台。

在本实施例中，如图1-2所示，所述系统还包括：控制模块7，所述控制模块7与所述腹带式压电薄膜传感装置2、显示装置3耦合。通过腹带式压电薄膜传感装置2感知人体下腹部的震动，并通过与电荷放大器22耦合的信号调理电路23，将电压信号进行去噪和放大，由信号输出模块24将电压信号转化为可视化信号并输出至显示装置3上。由于所述控制模块7与所述腹带式压电薄膜传感装置2、显示装置3耦合，便于通过控制模块7对腹带式压电薄膜传感装置2与显示装置3进行控制，从而使得显示装置3清楚显示腹带式压电薄膜传感装置2发出的可视化信号，显示效果好，控制模块7控制效果更佳，安全性高。

在本实施例中，如图2所示，所述控制模块7设置在所述显示装置3内。通过将控制模块7设置在显示装置3内，节省安装空间，适应广泛。

在本实施例中，所述系统还包括：用户端8，用于输入存储用户个人信息，从云平台调用自动分析评定用户测试和锻炼的结果、建议训练方案和指导意见。

具体的，云平台负责分析计算由4G模块上传至云端的数据，存储用户基本信息，测试信息和锻炼信息。并用于管理用户端8和云平台的数据通信和交互，方便专业人员随时查阅和调阅信息，并能够将专业人员建议方案和指导意见通过云平台反馈至用户端8。

在本实施例中，如图2所示，所述用户端8包括：个人信息编辑模块81，用于存储用户基本信息；数据传输与控制模块82，用于连接开启和关闭数据传输；盆底肌测试模块83，用于提供和记录测试和锻炼信息；盆底肌评估模块84，用于根据用户测试和锻炼的结果提供锻炼方案。

其中，通过个人信息编辑模块81存储用户基本信息，所述用户基本信息包括姓名、性别、体重、身高、年龄、盆底肌状态。不同人的性别、体重、身高、年龄、盆底肌都会产生不同的数据，通过了解用户的基本信息后，才能进行有效的治疗，针对性强，治疗效果更佳。

具体的，通过了解用户的基本信息后，利用盆底肌测试模块83提供和记录测试和锻炼信息，经过数据传输与控制模块82来连接开启和关闭数据传输至盆底肌评估模块84，更佳用户测试和锻炼的结构提供良好的锻炼方案。

在本实施例中，如图2所示，所述用户端8还包括：盆底压力测试模块85，用于提供目标波形并记录测试信息；其中，所述测试信息包括测试时间、盆底最高肌力值、当前盆底肌力值及肌用力持续时间。根据测试时间、盆底最高肌力值、当前盆底肌力值及肌用力持续时间，基于生物反馈理论，用户通过盆底肌肉的收缩情况，设置即时训练方案，并对完成度进行评分。

在本实施例中，如图1-2所示，所述系统还包括：电源模块9，用于给所述显示装置3进行供电。通过电源模块9给显示装置3进行供电，使得显示装置3能实时显示，显示效果良好，稳定性高。

在本实施例中，如图1-2所示，预先用本发明设备采集一定数量的数据，根据患者的情况，医生将这些数据根据所对应盆底肌的状况一一标注。分析人员用这些已标注数据进行神经网络模型的训练，各层调整为最佳的参数。用户使用该设备时，由传感装置采集数据上传至云端，云端的数据分析人员调用已训练好的神经网络模型对该用户的数据进行分析，得出用户的盆底肌状态。并且参考大数据及医生的记录，给出分析报告。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，包括腹带式压电薄膜传感装置；所述腹带式压电薄膜传感装置包括：

设于腹带上的压电薄膜传感器，用于感知人体下腹部的震动并转化为电荷量，所述下腹部肌肉的形变会反映出盆底肌锻炼的情况；

与所述压电薄膜传感器耦合的电荷放大器，用于将所述电荷量转化为电压信号；

与所述电荷放大器耦合的信号调理电路，用于将所述电压信号进行去噪和放大；以及

信号输出模块，用于将所述电压信号转化为可视化信号并输出。

2.按照权利要求1所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的可视化信号。

3.按照权利要求2所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述信号输出模块为模拟数字转换器，所述可视化信号为数字信号。

4.按照权利要求2所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据缓存模块、数据上传模块、以及云端存储模块；

所述数据缓存模块用于缓存所述信号输出模块输出的可视化信号；

所述数据上传模块用于将所述可视化信号上传至所述云端存储模块。

5.按照权利要求2所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述系统还包括：

控制模块，所述控制模块与所述腹带式压电薄膜传感装置、显示装置耦合。

6.按照权利要求5所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述控制模块设置在所述显示装置内。

7.按照权利要求4所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述系统还包括：

用户端，用于输入存储用户个人信息，从云平台调用自动分析评定用户测试和锻炼的结果、建议训练方案和指导意见。

8.按照权利要求7所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述用户端包括：

个人信息编辑模块，用于存储用户基本信息；

数据传输与控制模块，用于连接开启和关闭数据传输；

盆底肌测试模块，用于提供和记录测试和锻炼信息；

盆底肌评估模块，用于根据用户测试和锻炼的结果提供锻炼方案。

9.按照权利要求8所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述用户端还包括：

盆底压力测试模块，用于提供目标波形并记录测试信息；

其中，所述测试信息包括测试时间、盆底最高肌力值、当前盆底肌力值及肌用力持续时间。

10.按照权利要求2所述的非侵入式盆底肌训练治疗系统，其特征在于，所述系统还包括：

电源模块，用于给所述显示装置进行供电。

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