CN112618954B - 脊髓刺激器治疗靶点定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器材领域，尤其是脊髓刺激器治疗靶点定位方法。该方法的步骤为，A、首先控制装置驱使信号产生装置输出一组电脉冲信号；B、信号切换装置把电脉冲信号切换到1#电极接口，1#电极接口放置在1#人体区域；C、信号采集装置通过2#电极接口采集2#人体区域的电脉冲信号，并将采集到的信号转换为数字信号反馈给控制装置；D、控制装置通过比较步骤A中产生的电脉冲信号和步骤C中采集到的电脉冲信号的衰减程度，确定2#电极接口的多个触点中最适合用于治疗的一组电极触点。本方法可以为医生提供客观的数据来验证电极植入的位置是否正确，术中不再需要跟患者进行语言交流，可以明显提高手术效率，缩短手术时间。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器材领域，尤其是脊髓刺激器治疗靶点定位方法。
背景技术
脊髓电刺激（SCS）用于改善慢性神经病理性疼痛已有40多年的历史。尽管它有治疗作用，但其治疗机制没有被很好地理解。
到目前为止，国内外所有的脊髓电刺激手术可以分为两种类型。
一种常见的手术方法是在患者局部麻醉的情况下进行手术，术中需要不停的跟患者互动，根据患者反馈的信息来判断电极植入的位置是否合适，能否有效覆盖疼痛位置。这种手术方式，患者的主观因素有很重要的作用，如果遇到无法正常交流的患者，手术过程可能需要花费大量的时间，甚至无法继续进行手术。
另一种常见的手术方法是对患者进行全身麻醉，这种手术方式不需要跟患者交流，术中也无法进行测试，只能根据神经解剖学理论基础和医生的手术经验来判断植入的位置是否合适。然而实际情况是，每个人的神经解剖中线多少有些差异，尤其是存在脊柱外伤的患者，这类因素很容易导致电极放置位置不合适，脊髓电刺激效果达不到预期甚至无效。
发明内容
为了克服现有的判断电极植入位置困难的不足，本发明提供了脊髓刺激器治疗靶点定位方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种脊髓刺激器治疗靶点定位方法，该方法的步骤为：
A、首先控制装置驱使信号产生装置输出一组电脉冲信号；
B、信号切换装置把电脉冲信号切换到1#电极接口，1#电极接口放置在1#人体区域；
C、信号采集装置通过2#电极接口采集2#人体区域的电脉冲信号，并将采集到的信号转换为数字信号反馈给控制装置；
D、控制装置通过比较步骤A中产生的电脉冲信号和步骤C中采集到的电脉冲信号的衰减程度，确定2#电极接口的多个触点中最适合用于治疗的一组电极触点。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述信号产生装置由NPN型三极管Q1、电感L1、NPN型三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C7、电容C8、运算放大器U4、NPN型三极管Q3组成，NPN型三极管Q1的集电极连接VBAT，NPN型三极管Q1的基极连接控制装置，NPN型三极管Q1的发射极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接NPN型三极管Q2的集电极和二极管D1的正极，NPN型三极管Q2的基极连接控制装置，NPN型三极管Q2的发射极接地，二极管D1的负极分别连接电阻R1的一端、电容C7的一端、VP，电阻R1的另一端分别连接控制装置和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电容C7的另一端接地，电容C8并联在运算放大器U4上，电容C8一端连接VCC，电容C8另一端接地，运算放大器U4的OUT端连接电阻R3一端，运算放大器U4的IN-分别连接NPN型三极管Q3的发射极和电阻R4的一端，运算放大器U4的IN+连接控制装置，电阻R3的一端连接NPN型三极管Q3的基极，电阻R4的另一端接地，NPN型三极管Q3的集电极分别连接VN和电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接控制装置和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述控制装置由中央处理器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电容C3一端和电容C4一端并联且分别连接在AVDD和中央处理器U1的AVDD引脚上，电容C3另一端和电容C4另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的AGND引脚上，电容C1一端和电容C2一端并联且分别连接在VCC和中央处理器U1的VCC引脚上，电容C1另一端和电容C2另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的GND引脚上，NPN型三极管Q1的基极连接在中央处理器U1的GPIO9引脚上，NPN型三极管Q2的基极连接在中央处理器U1的GPIO10引脚上，中央处理器U1的ADC1引脚分别连接在电阻R1和电阻R2上，中央处理器U1的DAC1引脚连接在运算放大器U4的IN+上，中央处理器U1的ADC2引脚分别连接在电阻R5和电阻R6上。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述信号采集装置由模拟量采集芯片U5、电容C5、电容C6组成，电容C5的一端、电容C6的一端、模拟量采集芯片U5的17引脚、模拟量采集芯片U5的18引脚、模拟量采集芯片U5的19引脚、模拟量采集芯片U5的20引脚并联后连接AVDD，电容C5的另一端、电容C6的另一端、模拟量采集芯片U5的21引脚、模拟量采集芯片U5的22引脚、模拟量采集芯片U5的23引脚、模拟量采集芯片U5的24引脚并联后连接AGND，模拟量采集芯片U5的SPI_CS引脚连接中央处理器U1的SPI_CS引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_CLK引脚连接中央处理器U1的SPI_CLK引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MISO引脚连接中央处理器U1的SPI_MOSI引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MOSI引脚连接中央处理器U1的SPI_MISO引脚，模拟量采集芯片U5与2#电极接口相连。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述信号切换装置由模拟开关U2和模拟开关U3组成，模拟开关U3连接1#电极接口，模拟开关U3的S1引脚、模拟开关U3的S2引脚、模拟开关U3的S3引脚、模拟开关U3的S4引脚并联后连接VP，模拟开关U3的V-引脚接地，模拟开关U3的GND引脚接地，模拟开关U3的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO1引脚，模拟开关U3的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO2引脚，模拟开关U3的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO3引脚，模拟开关U3的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO4引脚，模拟开关U2的S1引脚、模拟开关U2的S2引脚、模拟开关U2的S3引脚、模拟开关U2的S4引脚并联后连接VN，模拟开关U2的V-引脚接地，模拟开关U2的GND引脚接地，模拟开关U2的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO5引脚，模拟开关U2的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO6引脚，模拟开关U2的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO7引脚，模拟开关U2的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO8引脚。
本发明的有益效果是，该发明通过输出一组具有典型特征的电脉冲信号到人体疼痛区域，电脉冲信号经过人体周围神经和组织传导后，存在一定程度的衰减，通过测量衰减后的电信号特征，可以客观的判断神经传导通路是否存在，以及快速识别到距离神经传导通路最近的触点位置。本方法可以为医生提供客观的数据来验证电极植入的位置是否正确，术中不再需要跟患者进行语言交流，可以明显提高手术效率，缩短手术时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
图1是本发明的电路图。
实施例一：
A、首先控制装置驱使信号产生装置输出一组电脉冲信号；
B、信号切换装置把电脉冲信号切换到1#电极接口，1#电极接口放置在1#人体区域（疼痛区域的皮肤上）；
C、信号采集装置通过2#电极接口采集2#人体区域（脊髓硬膜外腔）的电脉冲信号，并将采集到的信号转换为数字信号反馈给控制装置；
D、控制装置通过比较步骤A中产生的电脉冲信号和步骤C中采集到的电脉冲信号的衰减程度，确定2#电极接口的多个触点中最适合用于治疗的一组电极触点。
实施例二：
A、控制装置控制信号产生装置输出一组电脉冲信号；
B、信号切换装置把电脉冲信号切换到1#电极接口（单组触点），1#电极接口放置在3#人体区域（非疼痛区域的皮肤上）； C、信号采集装置通过2#电极接口（多组触点）采集2#人体区域（脊髓硬膜外腔）的电脉冲信号，并将采集到的信号转换为数字信号反馈给控制装置； D、控制装置记录信号从1#人体位置传导到2#人体位置的信号衰减数据（标记为人体疼痛区域的衰减数据），和信号从3#人体位置传导到2#人体位置的衰减数据（标记为人体正常区域的衰减数据），以人体正常区域的衰减数据作为基准，对人体疼痛区域的衰减数据进行评级，根据该评级情况来判定人体疼痛区域的神经受损情况。
如附图1所示，信号产生装置由NPN型三极管Q1、电感L1、NPN型三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C7、电容C8、运算放大器U4、NPN型三极管Q3组成，NPN型三极管Q1的集电极连接VBAT，NPN型三极管Q1的基极连接控制装置，NPN型三极管Q1的发射极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接NPN型三极管Q2的集电极和二极管D1的正极，NPN型三极管Q2的基极连接控制装置，NPN型三极管Q2的发射极接地，二极管D1的负极分别连接电阻R1的一端、电容C7的一端、VP，电阻R1的另一端分别连接控制装置和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电容C7的另一端接地，电容C8并联在运算放大器U4上，电容C8一端连接VCC，电容C8另一端接地，运算放大器U4的OUT端连接电阻R3一端，运算放大器U4的IN-分别连接NPN型三极管Q3的发射极和电阻R4的一端，运算放大器U4的IN+连接控制装置，电阻R3的一端连接NPN型三极管Q3的基极，电阻R4的另一端接地，NPN型三极管Q3的集电极分别连接VN和电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接控制装置和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地。
控制装置由中央处理器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电容C3一端和电容C4一端并联且分别连接在AVDD和中央处理器U1的AVDD引脚上，电容C3另一端和电容C4另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的AGND引脚上，电容C1一端和电容C2一端并联且分别连接在VCC和中央处理器U1的VCC引脚上，电容C1另一端和电容C2另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的GND引脚上，NPN型三极管Q1的基极连接在中央处理器U1的GPIO9引脚上，NPN型三极管Q2的基极连接在中央处理器U1的GPIO10引脚上，中央处理器U1的ADC1引脚分别连接在电阻R1和电阻R2上，中央处理器U1的DAC1引脚连接在运算放大器U4的IN+上，中央处理器U1的ADC2引脚分别连接在电阻R5和电阻R6上。
信号采集装置由模拟量采集芯片U5、电容C5、电容C6组成，电容C5的一端、电容C6的一端、模拟量采集芯片U5的17引脚、模拟量采集芯片U5的18引脚、模拟量采集芯片U5的19引脚、模拟量采集芯片U5的20引脚并联后连接AVDD，电容C5的另一端、电容C6的另一端、模拟量采集芯片U5的21引脚、模拟量采集芯片U5的22引脚、模拟量采集芯片U5的23引脚、模拟量采集芯片U5的24引脚并联后连接AGND，模拟量采集芯片U5的SPI_CS引脚连接中央处理器U1的SPI_CS引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_CLK引脚连接中央处理器U1的SPI_CLK引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MISO引脚连接中央处理器U1的SPI_MOSI引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MOSI引脚连接中央处理器U1的SPI_MISO引脚，模拟量采集芯片U5与2#电极接口相连。
信号切换装置由模拟开关U2和模拟开关U3组成，模拟开关U3连接1#电极接口，模拟开关U3的S1引脚、模拟开关U3的S2引脚、模拟开关U3的S3引脚、模拟开关U3的S4引脚并联后连接VP，模拟开关U3的V-引脚接地，模拟开关U3的GND引脚接地，模拟开关U3的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO1引脚，模拟开关U3的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO2引脚，模拟开关U3的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO3引脚，模拟开关U3的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO4引脚，模拟开关U2的S1引脚、模拟开关U2的S2引脚、模拟开关U2的S3引脚、模拟开关U2的S4引脚并联后连接VN，模拟开关U2的V-引脚接地，模拟开关U2的GND引脚接地，模拟开关U2的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO5引脚，模拟开关U2的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO6引脚，模拟开关U2的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO7引脚，模拟开关U2的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO8引脚。
控制装置，控制“信号产生装置”输出一组电脉冲到人体，协调信号切换装置，将电脉冲切换到不同的电极触点，接收信号采集装置输出的信号，对多组触点采集到的信号进行处理，通过分析多组触点之间的信号强度差异，智能判断最佳的治疗靶点；
信号产生装置，用于产生电流/电压可调的信号；
信号切换装置，用于将信号产生装置输出的电脉冲切换到不同的输出通道；
信号采集装置，用于采集人体的生物电信号和/或信号产生装置输出的电信号，将采集到的数据传递给控制装置。
实施例1：
控制装置通过GPIO9、GPIO10和ADC1控制信号产生装置输出一个幅度可控的电压信号；通过DAC1和ADC2控制信号产生装置输出的电流（信号产生装置是一个典型的恒流源电路），信号切换装置有选择性的将“信号产生装置”输出的脉冲信号切换到1#电极接口，再通过1#电极作用到人体1#位置，典型的1#人体位置可以是患者疼痛区域的皮肤，电脉冲信号沿着人体周围神经传输到2#人体位置，典型的2#人体位置可以是患者脊髓硬膜外腔，2#电极将2#人体位置的生物电信号传输给信号采集装置，信号采集装置将模拟信号转为数字信号后传输给控制装置进行处理，控制装置通过对比发送信号和接收信号的强度和传输时间差来确定2#电极的位置是否合理，以及2#电极上最优的治疗触点。
实施例2：
控制装置通过GPIO9、GPIO10和ADC1控制信号产生装置输出一个幅度可控的电压信号；通过DAC1和ADC2控制信号产生装置输出的电流（信号产生装置是一个典型的恒流源电路），信号切换装置有选择性的将“信号产生装置”输出的脉冲信号切换到1#电极接口，再通过1#电极作用到人体1#位置，典型的1#人体位置可以是患者非疼痛区域的皮肤，电脉冲信号沿着人体周围神经传输到2#人体位置，典型的2#人体位置可以是患者脊髓硬膜外腔，2#电极将2#人体位置的生物电信号传输给信号采集装置，信号采集装置将模拟信号转为数字信号后传输给控制装置进行处理，控制装置通过对比人体多个不同区域的信号传导速度和衰减程度，计算出患者疼痛区域的神经受损程度。
电路原理图简要说明：
控制装置为一个中央处理器，通过GPIO9、GPIO10、ADC1、ADC2、DAC1连接到信号产生装置，中央处理器产生一个2MHz的高频PWM脉冲通过GPIO10控制Q2的通断，Q2、L1、D1和C7构成一个典型的升压电路，升压电路产生的电压通过R1和R2分压后，连接到U1的ADC1接口，中央处理器U1通过ADC1和GPIO10可以精确控制VP的电压幅度。
U4、Q3和R4构成一个典型的恒流源电路，U1通过DAC1接口输出一个幅度可控的模拟电压信号，该信号通过R4采样电阻转换为可控的模拟电流信号，通过ADC2测量VN的电压来判断信号产生装置输出的电流是否达到目标值。
U2、U3为4通道模拟开关，通过U1的GPIO1-GPIO8可以控制脉冲信号输出到CH0~CH3之间的任何一组电极触点；图中信号切换装置仅设置了4个触点，通过适当扩展，信号可以切换到任意多的触点上。
信号采集装置为一个高增益的模数转换芯片，每个芯片可以接入4-8组差分模拟信号，通过适当扩展，可以接入任意多的模拟信号，模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，通过串行通信接口将数据传输给控制装置。
应用方式1：控制装置通过1#电极上的部分触点给人体疼痛区域施加刺激信号，通过2#电极采集脊髓硬膜外腔中的电信号，根据信号采集装置采集的2#电极上多组触点之间的信号强度差异，可以判定哪组触点最适合用于实施脊髓电刺激治疗。下表为一组测试数据：
上表中，通过1#电极给疼痛区域施加脉冲刺激，刺激参数为40Hz、200us、15mA，通过2#电极的8个触点采集脊髓电信号，其中触点1和触点2之间的信号强度远大于其他触点，通过常规方法（遍历测试所有触点，根据患者反馈确定最佳治疗靶点）验证后，信号幅度最突出的电极点就是最佳的治疗靶点。
应用方式2：控制装置通过1#电极上的部分触点给人体非疼痛区域施加刺激信号，通过2#电极采集脊髓硬膜外腔中的电信号，并以非疼痛区域的神经传导数据为基准，通过对比应用方式1（疼痛区域）和应用方式2（非疼痛区域）得到的信号强度差异，可以对疼痛区域的神经受损程度进行分级。
Claims (1)
1.一种脊髓刺激器治疗靶点定位装置，其特征是，包括信号产生装置、信号采集装置、控制装置、信号切换装置，所述信号产生装置与控制装置相连，控制装置与信号采集装置相连，信号切换装置与控制装置相连；所述信号产生装置由NPN型三极管Q1、电感L1、NPN型三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C7、电容C8、运算放大器U4、NPN型三极管Q3组成，NPN型三极管Q1的集电极连接VBAT，NPN型三极管Q1的基极连接控制装置，NPN型三极管Q1的发射极连接电感L1一端，电感L1另一端分别连接NPN型三极管Q2的集电极和二极管D1的正极，NPN型三极管Q2的基极连接控制装置，NPN型三极管Q2的发射极接地，二极管D1的负极分别连接电阻R1的一端、电容C7的一端、VP，电阻R1的另一端分别连接控制装置和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电容C7的另一端接地，电容C8并联在运算放大器U4上，电容C8一端连接VCC，电容C8另一端接地，运算放大器U4的OUT端连接电阻R3一端，运算放大器U4的IN-分别连接NPN型三极管Q3的发射极和电阻R4的一端，运算放大器U4的IN+连接控制装置，电阻R3的一端连接NPN型三极管Q3的基极，电阻R4的另一端接地，NPN型三极管Q3的集电极分别连接VN和电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接控制装置和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地；所述控制装置由中央处理器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电容C3一端和电容C4一端并联且分别连接在AVDD和中央处理器U1的AVDD引脚上，电容C3另一端和电容C4另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的AGND引脚上，电容C1一端和电容C2一端并联且分别连接在VCC和中央处理器U1的VCC引脚上，电容C1另一端和电容C2另一端并联且分别连接在AGND和中央处理器U1的GND引脚上，NPN型三极管Q1的基极连接在中央处理器U1的GPIO9引脚上，NPN型三极管Q2的基极连接在中央处理器U1的GPIO10引脚上，中央处理器U1的ADC1引脚分别连接在电阻R1和电阻R2上，中央处理器U1的DAC1引脚连接在运算放大器U4的IN+上，中央处理器U1的ADC2引脚分别连接在电阻R5和电阻R6上；所述信号采集装置由模拟量采集芯片U5、电容C5、电容C6组成，电容C5的一端、电容C6的一端、模拟量采集芯片U5的17引脚、模拟量采集芯片U5的18引脚、模拟量采集芯片U5的19引脚、模拟量采集芯片U5的20引脚并联后连接AVDD，电容C5的另一端、电容C6的另一端、模拟量采集芯片U5的21引脚、模拟量采集芯片U5的22引脚、模拟量采集芯片U5的23引脚、模拟量采集芯片U5的24引脚并联后连接AGND，模拟量采集芯片U5的SPI_CS引脚连接中央处理器U1的SPI_CS引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_CLK引脚连接中央处理器U1的SPI_CLK引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MISO引脚连接中央处理器U1的SPI_MOSI引脚，模拟量采集芯片U5的SPI_MOSI引脚连接中央处理器U1的SPI_MISO引脚，模拟量采集芯片U5与2#电极接口相连；所述信号切换装置由模拟开关U2和模拟开关U3组成，模拟开关U3连接1#电极接口，模拟开关U3的S1引脚、模拟开关U3的S2引脚、模拟开关U3的S3引脚、模拟开关U3的S4引脚并联后连接VP，模拟开关U3的V-引脚接地，模拟开关U3的GND引脚接地，模拟开关U3的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO1引脚，模拟开关U3的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO2引脚，模拟开关U3的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO3引脚，模拟开关U3的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO4引脚，模拟开关U2的S1引脚、模拟开关U2的S2引脚、模拟开关U2的S3引脚、模拟开关U2的S4引脚并联后连接VN，模拟开关U2的V-引脚接地，模拟开关U2的GND引脚接地，模拟开关U2的IN1引脚连接中央处理器U1的GPIO5引脚，模拟开关U2的IN2引脚连接中央处理器U1的GPIO6引脚，模拟开关U2的IN3引脚连接中央处理器U1的GPIO7引脚，模拟开关U2的IN4引脚连接中央处理器U1的GPIO8引脚。
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