CN112754503A - 植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，包括上位机和下位机，所述下位机包括植入式的信号采集模块、刺激模块、无线通讯模块、MCU和RAM，所述信号采集模块经RAM、MCU电性连接至刺激模块，所述无线通讯模块分别与刺激模块、MCU电性连接。本发明能够在上位机设置采集参数，下位机根据给定参数调整信号发送方式，通过维持通讯过程的低功耗实现；且可以将闭环系统的工作过程在上位机上重现，可以观察刺激对患者脑电的影响。
Description
技术领域
本发明属于信号传输领域，具体涉及一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置、方法。
背景技术
植入式医疗仪器属于微型医疗仪器，种类很多，如植入式心脏起搏器和除颤器、植入式神经刺激器、植入式肌肉刺激器、植入式生理信号记录器、植入式药物泵等，一般包含体内植入装置和体外控制装置，两者之间通过双向无线通信交换信息。
植入式医疗仪器的体内植入装置一般用电池供电，体内植入装置的功耗决定了产品的使用寿命，功耗越低产品的使用寿命越长，产品寿命增加对于患者而言可以减少手术更换的频率，降低医疗费用并减少手术痛苦。体内植入装置与体外控制装置进行无线通信的通信电路要消耗电池能源，同样要求低功耗，而一般射频无线通信电路工作时的功耗相对植入医疗设备而言比较大，需要采用一定的方法来降低无线通信电路的平均功耗。
在现有技术中，一般采用侦听工作状态和唤醒工作状态两种工作状态，植入式医疗仪器一上电后即处于侦听工作状态，侦听工作状态的每个循环周期T包括一个唤醒期间T1和一个休眠期间T-T1，唤醒期间打开无线通信电路，功耗很大，休眠期间关闭无线通信电路，功耗很低，以此来降低无线通信电路的平均功耗。但是这种侦听工作状态的平均功耗取决于唤醒时间T1和循环周期T的占空比，不管怎样还是有一定的功耗，而且要想获得较好的通信实时响应效果，唤醒时间T1和循环周期T的占空比不能够太小，最终的平均功耗在整体功耗中还是占有一定的比例。而实际上体内植入装置需要体外程控的时间很少，绝大部分时间不需要程控，因此现有技术中绝大部份侦听工作状态的平均功耗是浪费的。
因此在专利公开号为CN204034040U的专利中公开了的一种低功耗植入式医疗系统，植入式医疗系统的体内植入装置具有休眠工作状态、侦听工作状态和唤醒工作状态至少三种工作状态，该系统由体内植入装置和体外控制装置无线通信连接构成，两个装置各包括：微控制器模块、无线通信模块和其他功能模块；体内植入装置还包括磁簧开关，体外控制装置还包含有独立放置的磁铁。体内植入装置在休眠工作状态下其通信模块一直处于关闭状态，不产生功耗；当医生需要程控时，通过体外控制磁铁手动切换状态，使体内植入装置进入侦听工作状态，进行正常通信。本实用新型大大降低了绝大部分不需要程控时间的额外功耗，延长了产品的使用寿命，用途广泛，具有极高的经济效益和社会效益。
上述专利虽然能够解决功耗问题，但不能够对信号的采样过程进行实时监控，且无法同时进行植入模块的正常运行与采样信息传输。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置、方法，能够在上位机设置采集参数，下位机根据给定参数调整信号发送方式，通过维持通讯过程的低功耗实现；且可以将闭环系统的工作过程在上位机上重现，可以观察刺激对患者脑电的影响。
本发明的技术方案如下所示：
一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，包括上位机和下位机，所述下位机包括植入式的信号采集模块、刺激模块、无线通讯模块、MCU和RAM，所述信号采集模块经RAM、MCU电性连接至刺激模块，所述无线通讯模块分别与刺激模块、MCU电性连接。
优选的，所述上位机采用带蓝牙功能的移动端设备。
优选的，所述信号采集模块采用生物电采集电路，所述无线通讯模块采用蓝牙通讯模块，所述刺激模块为恒流刺激电路。
本发明提供了一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，包括下位机的闭环刺激模式和实时监控模式；
所述实时监控模式的具体工作方式如下：
1）、由上位机发出控制信号通过无线通信技术并经无线通讯模块至刺激模块，用于调节刺激模块；
2）、MCU根据上位机发送的信号采集指令，通过无线通讯模块把脑电数据传送到上位机，实现采样过程的实时监控；
所述闭环测试模式的具体工作步骤如下：MCU跟据上位机下发的预配置信息自行向信号采集模块发送采集命令，由信号采集模块对人体的脑电信号进行采集，MCU将采集到的信息以采样点的形式存储至RAM中，MCU通过嵌入式算法以及采集到的脑电信号对刺激模块进行调节，MCU通过通讯模块把采集RAM中采样点传送到上位机。
优选的，所述实时监控模式中，刺激模块工作时无线通讯模块处于休眠状态，刺激模块停止时唤醒无线通讯模块并开始发送数据。
优选的，所述唤醒频率为2.4G，在脑电信号采集的过程中无线通讯通讯的唤醒时间小于8秒。
优选的，所述信号采集指令包括采样通道、采样率，所述采样率设置在在100~2000Hz之间。
本发明还提供了一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法的步骤。
本发明的有益效果为：
将脑电采集模式由嵌入式处理模式切换为无线传输模式，上位机设置采集参数，下位机根据给定参数调整信号发送方式，通过维持通讯过程的低功耗，实现。本发明可以将闭环系统的工作过程在上位机上重现，可以观察刺激对患者脑电的影响。下位机具备闭环刺激（模式1）和实时监控（模式2）两种工作模式，可相互切换或同时开启。
附图说明
图1为本发明中实时监控系统的结构示意图。
图2为本发明中闭环刺激模式的流程图。
图3为本发明中实时监控模式的流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，包括上位机和下位机，下位机包括植入式的信号采集模块、刺激模块、无线通讯模块、MCU和RAM，信号采集模块经RAM、MCU电性连接至刺激模块，所述无线通讯模块分别与刺激模块、MCU电性连接。
作为本发明的一种实施方式，上位机采用带蓝牙功能的移动端设备。
作为本发明的一种实施方式，信号采集模块采用生物电采集电路，无线通讯模块采用蓝牙通讯模块，刺激模块为恒流刺激电路。
本发明还提供了一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，利用上述低功耗实时监控装置。
作为本发明的一种实施方式，下位机具备闭环刺激（模式1）和实时监控（模式2）两种工作模式，可相互切换或同时开启。
作为本发明的一种实施方式，如图2所示，模式1的具体步骤如下：MCU跟据上位机下发的预配置信息自行向信号采集模块发送采集命令，由信号采集模块对人体的脑电信号进行采集，MCU将采集到的信息以采样点的形式存储至RAM中，MCU通过嵌入式算法（典型算法具体是线长，面积等算法）以及采集到的脑电信号对刺激模块进行调节，MCU通过通讯模块把采集RAM中采样点传送到上位机。
作为本发明的一种实施方式，如图3所示，模式2中，上位机经无线通讯控制下位机刺激模块，实时调节刺激器；下位机的MCU根据上位机设置的信号采集指令，设置一定的通讯模块唤醒频率，发送RAM中存储的采样点，实现采样过程的实时监控。
作为本发明的一种实施方式，模式2中，下位机经MCU调节开始刺激时，唤醒通讯开关并发送开始标记，刺激时停止通讯，刺激结束后唤醒通讯开关并发送停止标记，实现闭环刺激过程的低功耗实时监控。
作为本发明的一种实施方式，信号采集指令包括采样通道、采样率等，采样率在100~2000Hz之间，采样过程的通讯唤醒时间约为0.1%（小于0.8），实现采样过程的低功耗。
本发明还提供了一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现所述植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现所述植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法的步骤。
本发明通过硬件系统结合MCU中的软件算法，将实际运行的情况分为实时监控模式和闭环刺激闭环模式下，上位机不参与实际数据的计算，指令的更新等，近作为一个存储接收端，可形成一个闭环的状态来实现数据的传输、存储，对在日常情况下的参考数据的进行采集；实时监控模式下，上位机参与系统数据交互，通过预先设置在MCU中的唤醒频率来对信号进行针对性采集，提供实时数据至上位机以供后续结合参考数据进行数据分析。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，其特征在于，包括上位机和下位机，所述下位机包括植入式的信号采集模块、刺激模块、无线通讯模块、MCU和RAM，所述信号采集模块经RAM、MCU电性连接至刺激模块，所述无线通讯模块分别与刺激模块、MCU电性连接。
2.根据权利要求1所述的植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，其特征在于，所述上位机采用带蓝牙功能的移动端设备。
3.根据权利要求1所述的植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控装置，其特征在于，所述信号采集模块采用生物电采集电路，所述无线通讯模块采用蓝牙通讯模块，所述刺激模块为恒流刺激电路。
4.一种植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，其特征在于，包括下位机的闭环刺激模式和实时监控模式；
所述实时监控模式的具体工作方式如下：
1）、由上位机发出控制信号通过无线通信技术并经无线通讯模块至刺激模块，用于调节刺激模块；
2）、MCU根据上位机发送的信号采集指令，通过无线通讯模块把脑电数据传送到上位机，实现采样过程的实时监控；
所述闭环测试模式的具体工作步骤如下：MCU跟据上位机下发的预配置信息自行向信号采集模块发送采集命令，由信号采集模块对人体的脑电信号进行采集，MCU将采集到的信息以采样点的形式存储至RAM中，MCU通过嵌入式算法以及采集到的脑电信号对刺激模块进行调节，MCU通过通讯模块把采集RAM中采样点传送到上位机。
5.根据权利要求4所述的植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，其特征在于，所述实时监控模式中，刺激模块工作时无线通讯模块处于休眠状态，刺激模块停止时唤醒无线通讯模块并开始发送数据。
6.根据权利要求4所述的植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，其特征在于，所述唤醒频率为2.4G，在脑电信号采集的过程中无线通讯通讯的唤醒时间小于8秒。
7.根据权利要求4所述的植入式低功耗闭环自响应系统的实时监控方法，其特征在于，所述信号采集指令包括采样通道、采样率，所述采样率设置在在100~2000Hz之间。
8.一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求4至7任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至7任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210507 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |