CN113440690A - 基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，提供了一种基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，电针‑注射一体针头刺入肌肉组织进行肌电信号的采集，主机接受肌电信号，并根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号，注射器动力机构接受定量给药信号，并根据定量给药信号推动注射器输出定量药物从而实现定量给药。本发明采集肌电电生理信息的同时完成药物注射，并且根据电生理信息分析与计算，实现智能闭环定量给药注射；能够有效防止由于医生主观因素和患者个体差异带来的治疗风险，提高治疗效果，减少副作用，实现精准治疗同时减轻患者痛苦，可应用于科学研究和定量注射精准治疗领域。

Description

基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备。
背景技术
A型肉毒素(BTXA)已成功治疗面肌痉挛、局灶型和节段型肌张力障碍，例如：Meige综合征、痉挛性构音障碍、手部肌张力障碍等，但由于有些受累肌肉位置较深或者毗邻肌肉机构复杂，在肉毒素注射治疗时，易发生肌肉定位困难或精准注射失败的情况，导致疗效降低或增加吞咽困难、肌无力等副作用。
为了提高肉毒素治疗效果，降低副作用。医生在注射肉毒素之前会进行电生理监测，包括肌电、脑电等，辅助肌肉定位及预测肌肉反应，指导精准注射，确定痉挛肌肉，评估需要的剂量，再行肉毒素注射治疗。由于肌电电针测试属于有创治疗，多次穿刺会增加病人痛苦，而且肌电电针测试位置与注射位置常有偏差，降低治疗的精确性。注射剂量过高会引起周围肌肉麻痹，影响正常的肌肉功能，而注射剂量过低，则不能起到治疗作用。
而电针注射设备可以边采集电生理信息的同时完成目标肌肉锁定及剂量评估，然后一次性药物注射，减少病人痛苦，增加治疗效果，减轻副作用，具有良好的可推广性，但是目前的电针注射设备都是开环系统，并且给药剂量由医生主观判断，无法根据电生理信息实现智能定量给药，无法做到精准治疗。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，可以同时采集电生理信息与实时反馈智能定量药物注射的电针注射设备。
本发明提供了一种基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，具有这样的特征，包括：电针-注射一体针头，用于刺入肌肉组织进行肌电信号的采集和药物注射；主机，与电针-注射一体针头通信连接，用于接受肌电信号，根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号；注射器，与电针-注射一体针头连接，用于存纳注射药物；注射器动力机构，与主机通信连接，用于接受定量给药信号，并根据定量给药信号推动注射器输出定量药物从而实现定量给药。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，注射器包括注射针筒及位于注射针筒内且与注射针筒滑动连接的注射活塞，电针-注射一体针头与注射针筒的前端螺旋连接并连通。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，注射器针筒的内层为聚氯乙烯，外层为绝缘层，绝缘层外有导线贴壁走行。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，注射器动力机构为微型电机，与注射活塞可拆卸连接。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，电针-注射一体针头包括螺旋帽、不锈钢针头、绝缘层与环状电极，螺旋帽与注射针筒的底端螺旋连接并连通，不锈钢针头位于螺旋帽的前端，不锈钢针头的外侧涂有绝缘层，绝缘层的外侧包裹有至少一个环状电极。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，主机包括滤波器、放大器、模数转换器、数字信号微型处理器、定量给药发生器以及微型控制器。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，滤波器用于对肌电信号进行带通滤波，放大器与滤波器相连，用于对经过滤波器的肌电信号进行放大，模数转换器与放大器相连，用于将经过滤波器的肌电信号转化成数字信号，数字信号微型处理器用于根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号；定量给药发生器用于控制注射器动力机构的开启和关闭；微型控制器用于控制滤波器、放大器、模数转换器、数字信号微型处理器及定量给药发生器。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，滤波器、放大器和模数转换器以及环状电极的数目相等。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征，还包括：上位机，存储有实时分析算法，其中，主机还包括Wi-Fi通信模块及USB通信模块，Wi-Fi通信模块用于将肌电信号发送给上位机，USB通信模块用于从上位机上下载实时分析算法。
在本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备中，还可以具有这样的特征：其中，注射器动力机构与主机通过线缆插拔连接。
发明的作用与效果
根据本发明提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，电针-注射一体针头刺入肌肉组织进行肌电信号的采集，主机接受肌电信号，并根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号，注射器动力机构接受定量给药信号，并根据定量给药信号推动注射器输出定量药物从而实现定量给药。
因此，本发明为基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，可以采集肌电电生理信息的同时完成药物注射，并且根据电生理信息分析与计算，实现智能闭环定量给药注射；能够有效防止由于医生主观因素和患者个体差异带来的治疗风险，提高治疗效果，减少副作用，实现精准治疗同时减轻患者痛苦，可应用于科学研究和定量注射精准治疗领域。
附图说明
图1是本发明的实施例中的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备的结构示意图；
图2是本发明的实施例中的电针-注射一体针头的结构示意图；
图3是本发明的实施例中的注射装置的结构示意图；
图4是本发明的实施例中的主机电路结构的示意图；
图5是本发明的实施例中的定量给药发生器的电路结构示意图；以及
图6是本发明的实施例中的微型控制器与DSP处理器协作示意图。图中标号：1为皮下肌肉，2为电针-注射一体针头，3为注射装置，4为延长线，5为主机，6为上位机，21为不锈钢针头，22为环状电极23为螺旋帽；31为注射器，32为注射器动力机构，311为注射针筒，312为注射活塞，51为滤波器，52为放大器，53为数模转换器，54为数字信号微型处理器，55为微型控制器，56为Wi-Fi通信模块，57为USB通信模块，58为智能定量给药发生器，581为选择开关，582为隔离放大器，583为数模转换器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备作具体阐述。
<实施例>
本实施例对基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备100的结构及原理做具体阐述。
图1是本发明的实施例中的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备的结构示意图。
如图1所示，基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备(以下简称智能定量给药电针注射设备)100用于定量对肌肉组织1注射药物，包括依次通信连接的电针-注射一体针头2、注射装置3、线缆4、主机5及上位机6。
电针-注射一体针头2与注射装置3螺旋连接，注射装置3通过线缆4与主机5插拔式通信连接，主机5与上位机6通信连接。
图2是本发明的实施例中的电针-注射一体针头的结构示意图。
如图2所示，电针-注射一体针头2用于刺入肌肉组织进行肌电信号的采集和药物注射，也就是进行侵入式肌电信号的采集和药物注射。
电针-注射一体针头2包括不锈钢针头21、绝缘层、环状电极22及螺旋帽23。
不锈钢针头21位于螺旋帽23的前端，与螺旋帽23连接并连通，用于侵入肌肉组织1。不锈钢针头21位于最内层，外侧涂有绝缘层，绝缘层外侧包裹有3个环状电极22。3个环状电极22依次沿不锈钢针头21的延伸方向包裹在不锈钢针头21的最外侧。
不同位置的环状电极22用于采集不同位置的肌电信号。环状电极21数目包括但不限于图2所示的3个。
图3是本发明的实施例中的注射装置的结构示意图。
如图3所示，注射装置3包括注射器31和注射器动力机构32。
注射器31包括注射针筒311及一端位于注射针筒311内且与注射针筒311滑动连接的注射活塞312。
注射针筒311用于存纳注射药物，与螺旋帽23螺纹连接并连通，使得电针-注射一体针头2与注射器31的前端螺旋连接并连通。
注射器针筒311的内层为聚氯乙烯，外层为绝缘层，绝缘层外有导线贴壁走行。
注射器动力机构32为微型电机，与注射活塞312可拆卸连接在一起。
注射器动力机构32通过线缆4与主机5通信连接。
电针-注射一体针头2与注射装置3螺旋连接时，二者形成电连接，当线缆4将注射装置3与主机5连接起来时，电针-注射一体针头2侵入肌肉组织1时产生的肌电信号实时传输给主机5。
图4是本发明的实施例中的主机电路结构的示意图；图5是本发明的实施例中的定量给药发生器的电路结构示意图；图6是本发明的实施例中的微型控制器与DSP处理器协作示意图。
如图4～6所示，主机5接受肌电信号，根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号。然后注射器动力机构32接受定量给药信号，并根据定量给药信号推动注射活塞312输出定量药物从而实现定量给药。
上位机6为微型计算机，存储有实时分析算法，与主机5之间有两种连接方式，分别为通过Wi-Fi无线连接及通过USB有线连接。
主机5包括多个滤波器51、多个放大器52、多个模数转换器53、数字信号微型处理器54、微型控制器55、Wi-Fi通信模块56、USB通信模块57、定量给药发生器58。
滤波器51、放大器52和模数转换器53以及环状电极21的数目相等。
滤波器51对肌电信号进行1Hz-500Hz的带通滤波，放大器52与滤波器51相连，对经过滤波器51的肌电信号进行放大，此时肌电信号为模拟信号。
模数转换器53与放大器53相连，将经过滤波器51的肌电信号转化成数字信号。
数字信号微型处理器54为DSP处理器，作为运算处理器，利用实时分析算法，根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号。
微型控制器55与滤波器51、多个放大器52、多个模数转换器53、数字信号微型处理器54、Wi-Fi通信模块56、USB通信模块57、定量给药发生器58相连，作为主机中央控制器控制与其相连的上述各模块的运行。
Wi-Fi通信模块56与上位机6通过Wi-Fi无线连接，将原始的肌电信号，也就是环状电极22采集到的肌电信号发送给上位机用于显示与记录。USB通信模块57与上位机6通过USB有线连接，从上位机6上下载实时分析算法和反馈控制策略并存储起来。
定量给药发生器58用于控制注射器动力机构32的开启和关闭，包括选择开关581、隔离放大器582和高速数模转换器583。其中高速数模转换器583与高性能的微型控制器55相连，用于将肌电信号进行隔离放大；定量给药发生器58中的选择开关581是电源开关的控制装置，用来控制注射器动力机构32的开启和关闭，从而实现定量给药。
参见图1，使用时需将注射设备3与电针-注射一体针头2连接，将注射设备3与延长线4连接，延长线4分别与主机5连接，上位机6与主机5通过Wi-Fi连接或USB有线连接。在使用时，将电针-注射一体针头2插入皮下肌肉1，可以进行侵入式肌电电生理监测，采集针头附近肌电电生理信号(即肌电信号)。并按照事先设置好的电生理信号实时分析算法和定量注射。同时采集到的肌电电生理信号会通过Wi-Fi发送给上位机6显示与记录。
参见图6，微型控制器55从DSP处理器54获取初始化参数后，进行初始化设置，之后微型控制器55将采集到的肌电信号按照固定信号窗长传输给DSP处理器54，DSP处理器54上运行肌电信号实时分析算法和反馈控制策略得到控制参数，控制定量注射的剂量。初始化参数包括采集肌电信号的环状电极的选择、固定信号窗长和采样率。初始化参数由运行在DSP处理器54上的肌电信号实时分析算法和反馈控制策略所决定。
实时分析算法可以根据需要自定义，本实施例中为将上位机6通过USB与主机5相连，利用上位机6的运行软件，将自定义的实时分析算法下载到主机5中。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，电针-注射一体针头刺入肌肉组织进行肌电信号的采集，主机接受肌电信号，并根据肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号，注射器动力机构接受定量给药信号，并根据定量给药信号推动注射器输出定量药物从而实现定量给药。
另外，电针-注射一体针头与注射针筒的前端螺旋连接，使得连接稳定，便于装拆。
此外，注射器针筒的内层为聚氯乙烯，外层为绝缘层，绝缘层外有导线贴壁走行，使得信号安全传导，减少注射噪声，提高信号的信噪比。
另外，注射器动力机构为微型电机，与注射活塞可拆卸连接，使得一次性注射耗材方便更换。
不锈钢针头上有3个环状电极，可以测到不同深度的肌电信号。
因此，本实施例提供的设备为基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，可以采集肌电电生理信息的同时完成药物注射，并且根据肌电电生理信息分析与计算，实现智能闭环定量给药注射；能够有效防止由于医生主观因素和患者个体差异带来的治疗风险，提高治疗效果，减少副作用，实现精准治疗同时减轻患者痛苦，可应用于科学研究和定量注射精准治疗领域。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于，包括：
电针-注射一体针头，用于刺入肌肉组织进行肌电信号的采集和药物注射；
主机，与电针-注射一体针头通信连接，用于接受所述肌电信号，根据所述肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号；
注射器，与所述电针-注射一体针头连接，用于存纳注射药物；
注射器动力机构，与所述主机通信连接，用于接受所述定量给药信号，并根据所述定量给药信号推动所述注射器输出定量药物从而实现定量给药。
2.根据权利要求1所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述注射器包括注射针筒及一端位于所述注射针筒内且与所述注射针筒滑动连接的注射活塞，
所述电针-注射一体针头与所述注射针筒的前端螺旋连接并连通。
3.根据权利要求2所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述注射器针筒的内层为聚氯乙烯，外层为绝缘层，所述绝缘层外有导线贴壁走行。
4.根据权利要求2所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述注射器动力机构为微型电机，与所述注射活塞可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述电针-注射一体针头包括螺旋帽、不锈钢针头、绝缘层与环状电极，
所述螺旋帽与所述注射针筒的底端螺旋连接并连通，
所述不锈钢针头位于所述螺旋帽的前端，所述不锈钢针头的外侧涂有绝缘层，所述绝缘层的外侧包裹有至少一个环状电极。
6.根据权利要求5所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述主机包括滤波器、放大器、模数转换器、数字信号微型处理器、定量给药发生器以及微型控制器。
7.根据权利要求6所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述滤波器用于对所述肌电信号进行带通滤波，
所述放大器与所述滤波器相连，用于对经过所述滤波器的所述肌电信号进行放大，
所述模数转换器与所述放大器相连，用于将经过所述滤波器的所述肌电信号转化成数字信号，
所述数字信号微型处理器用于根据所述肌电信号进行实时运算并实时给出定量给药信号；
所述定量给药发生器用于控制注射器动力机构的开启和关闭；
所述微型控制器用于控制所述滤波器、所述放大器、所述模数转换器、所述数字信号微型处理器及所述定量给药发生器。
8.根据权利要求6所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述滤波器、所述放大器和所述模数转换器以及所述环状电极的数目相等。
9.根据权利要求6所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于，还包括：
上位机，存储有实时分析算法，
其中，所述主机还包括Wi-Fi通信模块及USB通信模块，所述Wi-Fi通信模块用于将所述肌电信号发送给所述上位机，所述USB通信模块用于从所述上位机上下载所述实时分析算法。
10.根据权利要求所述的基于肌电信号反馈的智能定量给药电针注射设备，其特征在于：
其中，所述注射器动力机构与所述主机通过线缆插拔连接。
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