CN114949599A - 一种颈动脉窦刺激装置以及水凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颈动脉窦刺激装置以及水凝胶的制备方法，包括微控制器、RTC时钟芯片、交互模块、刺激信号发生电路、MOS驱动电路、阻抗检测模块和表面电极，其特征在于：所述交互模块包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示设置的参数以及运行状态，通过微控制器的IO口进行连接，所述按键用于实现用户参数的输入和调节，通过微控制器的串口进行控制本发明的有益效果：通过在体表放置表面电极，通过预制水凝胶降低电极皮肤接触阻抗，进而输出不同参数的刺激电流，从而实现心血管自主神经功能的无创调控，不需要有创植入电极或药物进行干预，还可以检测刺激电极的有效阻抗，从而实现刺激参数的自动调节，以避免不同的使用个体的皮肤状态差异。

Description

一种颈动脉窦刺激装置以及水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体是一种颈动脉窦刺激装置以及水凝胶的制备方法。

背景技术

心血管疾病(CVD)占全球死亡病例的32.1％。2015年，1790万人死于心血管疾病。一些心血管疾病可表现出有症状的心脏自主神经功能改变，表现为交感神经和迷走神经支配的紊乱或结构损伤。这些症状可发展为心律失常和其他疾病，如胃肠神经症和过度换气综合征。例如，交感神经和副交感神经系统的双重激活是心房颤动最常见的诱因。在缺血性心脏病患者中，交感神经活性升高会引起室性心律失常。因此，如果利用神经调节技术进行心血管自主神经功能的实时调节对病患的疾病控制以及预后意义重大。

迷走神经是一种复杂的颅神经，通过与大脑、颈部、心脏、肺和腹部的连接，调节体内的自主神经张力。传出的迷走神经投射与周围器官相连，介导自主神经、内分泌和行为反应。电刺激迷走神经对炎症、精神和心血管疾病有良好的治疗效果。现有的迷走神经刺激技术通常是有创的，通过植入皮下颈动脉窦应用微电流激活压力感受器，诱导压力反射系统发生变化，帮助人体恢复心血管调节的自然机制，以治疗慢性心力衰竭和高血压等相关疾病。但是这种有创的方法，对人体的创伤较大，容易引起其他不良反应。另一种无创的刺激方法包括经皮刺激耳部或颈部。无创迷走神经刺激技术与植入的技术具有相似的治疗效果，同时避免了手术的需要。这些非侵入性技术在日常家庭使用的康复和情绪方面具有巨大的潜力。

目前经皮神经电刺激技术被广泛应用于各种治疗与康复领域，但是市场上现有电刺激仪直接应用于心血管自主神经功能的调节场景仍存在一定局限性。首先，电刺激设备的刺激参数通常是固定的，或者可根据某几档的档位进行调节的，由于电极与不同使用者皮肤接触产生的不同接触阻抗的存在，相同刺激参数对于不同使用者的实际刺激效果很难通过刺激仪本身的刺激参数来体现；其次，由于使用者皮肤表皮的阻抗不同，使得电极与皮肤接触不佳的使用者在选择刺激模式时会调高实际的刺激参数，例如刺激频率以及功率等，更高的刺激电流和强度会进一步增加使用者发生危险的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颈动脉窦刺激装置以及水凝胶的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种颈动脉窦刺激装置，包括微控制器、RTC时钟芯片、交互模块、刺激信号发生电路、MOS驱动电路、阻抗检测模块和表面电极，所述交互模块包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示设置的参数以及运行状态，通过微控制器的IO口进行连接，所述按键用于实现用户参数的输入和调节，通过微控制器的串口进行控制；

所述刺激信号发生电路包括功率放大电路以及数字电位器，所述微控制器通过RTC时钟芯片中断改变两个输出引脚的电位，从而获取脉冲信号，所述微控制器与功率放大电路的数字电位器相连，通过调节数字电位器输出阻值的大小，从而控制输出电压的大小；

所述MOS驱动电路包括MOS管和变压器，所述MOS驱动电路的输入端连接刺激信号发生电路的输出端，当脉冲电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管开启，所述变压器的初级线圈与MOS管组成回路导通，电流经过初级线圈放大并得到输出电流，输入电流则与表面电极相连；

所述阻抗检测模块包括阻抗检测芯片和通道选择电路，所述阻抗检测芯片用于测量两个表面电极之间的阻抗，所述通道选择电路用于选择通道，所检测到的电极阻抗输出至微控制器，并通过计算输出电流与阻抗相互关系实现自适应调节：

所述表面电极通过预制水凝胶与人体皮肤接触。

作为本发明进一步的方案：所述脉冲信号具体为脉冲宽度可调节的脉冲，其脉冲宽度由定时器决定，所述脉冲信号可通过功率放大电路进行放大。

作为本发明进一步的方案：所述MOS管电路连接变压器的初级线圈的流出端，用于控制初级线圈两端的电压变化，并经过初级线圈放大电压后形成脉冲波形。

作为本发明进一步的方案：所述微控制器通过分析设置的刺激参数以及实际的阻值来实时的调节刺激电流，刺激电流输出至表面电极，所述表面电极通过预制的水凝胶来降低皮肤电极阻抗，从而降低风险。

一种导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP溶于水或缓冲液；

步骤二：向步骤一所得液体中加入导电组分并分散均匀，所述导电组分至少包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、聚吡咯pPy、氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO、碳纳米管CNT中的一种；

步骤三：向步骤二所得液体中加入聚醚F127二丙烯酸酯F127DA并溶解；

步骤四：向步骤三所得液体中加入盐酸多巴胺，避光搅拌均匀；

步骤五：将步骤四中的液体通过预设的波长光照射成胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过在体表放置表面电极，通过预制水凝胶降低电极皮肤接触阻抗，进而输出不同参数的刺激电流，从而实现心血管自主神经功能的无创调控，不需要有创植入电极或药物进行干预；

2、还可以检测刺激电极的有效阻抗，从而实现刺激参数的自动调节，以避免不同的使用个体的皮肤状态差异；

3、基于穿戴式设计，便于心血管自主神经功能需要连续调节的使用场景，从而实现心血管功能的及时调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明系统结构框图；

图2为本发明阻抗检测模块的电路连接图；

图3为本发明结构示意图。

图中：1、微控制器；2、RTC时钟芯片；3、交互模块；4、刺激信号发生电路；5、MOS驱动电路；6、阻抗检测模块；7、表面电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种颈动脉窦刺激装置，包括微控制器、RTC时钟芯片、交互模块、刺激信号发生电路、MOS驱动电路、阻抗检测模块和表面电极，所述交互模块包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示设置的参数以及运行状态，通过微控制器的IO口进行连接，所述按键用于实现用户参数的输入和调节，通过微控制器的串口进行控制；

所述刺激信号发生电路包括功率放大电路以及数字电位器，所述微控制器通过RTC时钟芯片中断改变两个输出引脚的电位，从而获取脉冲信号，所述微控制器与功率放大电路的数字电位器相连，通过调节数字电位器输出阻值的大小，从而控制输出电压的大小；

所述MOS驱动电路包括MOS管和变压器，所述MOS驱动电路的输入端连接刺激信号发生电路的输出端，当脉冲电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管开启，所述变压器的初级线圈与MOS管组成回路导通，电流经过初级线圈放大并得到输出电流，输入电流则与表面电极相连；

所述阻抗检测模块包括阻抗检测芯片和通道选择电路，所述阻抗检测芯片用于测量两个表面电极之间的阻抗，所述通道选择电路用于选择通道，所检测到的电极阻抗输出至微控制器，并通过计算输出电流与阻抗相互关系实现自适应调节：

所述表面电极通过预制水凝胶与人体皮肤接触。

微控制器通过控制外部的RTC时钟芯片的定时中断来产生一个固定的脉冲，且脉冲的宽度可以通过定时器的定时时长来进行调节，其形成的脉冲经过功率放大电路被放大，并且作为MOS管电路的驱动波形，以此来控制MOS管的开关以及开启的程度；MOS管电路连接着变压器的初级线圈上的流出端，与此同时，采集表面电极和皮肤的阻抗值，并传递给微控制器，微控制器在分析设置好的刺激参数以及实时的阻抗值后对刺激电流进行实时的调节，调节好的刺激电流输出至表面电极上，表面电极通过预制的水凝胶来降低皮肤电极的阻抗，从而降低电路所需要的刺激电流，这样就可以降低因刺激电流过大而造成的风险；

所述交互模式可以在使用中，根据用户需要来调节设定不同的刺激参数，以获取合适的刺激程度；

刺激信号发生电路包括功率放大电路以及数字电位器组成，微控制器通过定时器中断改变两个输出引脚的电位，以此来得到一个脉冲信号，在定时器开始工作到它中断前的这段时间，两个输出引脚—直输出高电平，因此有输出电压；当定时器中断时，两个引脚变为低电平，相当于短路，输出电压为0，即进入脉冲间隔期；脉冲宽度由定时器定时时间决定；输出信号与功率放大电路相连，微控制器与功率放大电路中的数字电位器相连，通过调节数字电位计输出阻值的大小，从而控制输出电压的大小，进一步实现对输出功率的控制；

当产生的脉冲电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管开启，其开启的程度取决于前端电压的大小，此时MOS管相当于一个阻值可变的电阻，其阻值的大小与开启的程度有关。

一种导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP溶于水或缓冲液；

步骤二：向步骤一所得液体中加入导电组分并分散均匀，所述导电组分至少包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、聚吡咯pPy、氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO、碳纳米管CNT中的一种；

步骤三：向步骤二所得液体中加入聚醚F127二丙烯酸酯F127DA并溶解；

步骤四：向步骤三所得液体中加入盐酸多巴胺，避光搅拌均匀；

步骤五：将步骤四中的液体通过预设的波长光照射成胶。

如图3所示，本系统可设计呈耳机式的主体，其表面电极附着于人体颈部，通过阈值导电水凝胶的形式连接表面电极和人体皮肤，从而形成穿戴式连续调控；其中微控制器、RTC时钟芯片、刺激信号发生电路、MOS驱动电路和阻抗检测模块均设置于图3所示的装置主体内部，所述交互模块设置于主体的外部用于设定参数和显示作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种颈动脉窦刺激装置，包括微控制器、RTC时钟芯片、交互模块、刺激信号发生电路、MOS驱动电路、阻抗检测模块和表面电极，其特征在于：所述交互模块包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示设置的参数以及运行状态，通过微控制器的IO口进行连接，所述按键用于实现用户参数的输入和调节，通过微控制器的串口进行控制；

所述刺激信号发生电路包括功率放大电路以及数字电位器，所述微控制器通过RTC时钟芯片中断改变两个输出引脚的电位，从而获取脉冲信号，所述微控制器与功率放大电路的数字电位器相连，通过调节数字电位器输出阻值的大小，从而控制输出电压的大小；

所述MOS驱动电路包括MOS管和变压器，所述MOS驱动电路的输入端连接刺激信号发生电路的输出端，当脉冲电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管开启，所述变压器的初级线圈与MOS管组成回路导通，电流经过初级线圈放大并得到输出电流，输入电流则与表面电极相连；

所述阻抗检测模块包括阻抗检测芯片和通道选择电路，所述阻抗检测芯片用于测量两个表面电极之间的阻抗，所述通道选择电路用于选择通道，所检测到的电极阻抗输出至微控制器，并通过计算输出电流与阻抗相互关系实现自适应调节：

所述表面电极通过预制水凝胶与人体皮肤接触。

2.根据权利要求1所述的一种颈动脉窦刺激装置，其特征在于：所述脉冲信号具体为脉冲宽度可调节的脉冲，其脉冲宽度由定时器决定，所述脉冲信号可通过功率放大电路进行放大。

3.根据权利要求1所述的一种颈动脉窦刺激装置，其特征在于：所述MOS管电路连接变压器的初级线圈的流出端，用于控制初级线圈两端的电压变化，并经过初级线圈放大电压后形成脉冲波形。

4.根据权利要求1所述的一种颈动脉窦刺激装置，其特征在于：所述微控制器通过分析设置的刺激参数以及实际的阻值来实时的调节刺激电流，刺激电流输出至表面电极，所述表面电极通过预制的水凝胶来降低皮肤电极阻抗，从而降低风险。

5.一种导电水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP溶于水或缓冲液；

步骤二：向步骤一所得液体中加入导电组分并分散均匀，所述导电组分至少包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、聚吡咯pPy、氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO、碳纳米管CNT中的一种；

步骤三：向步骤二所得液体中加入聚醚F127二丙烯酸酯F127DA并溶解；

步骤四：向步骤三所得液体中加入盐酸多巴胺，避光搅拌均匀；

步骤五：将步骤四中的液体通过预设的波长光照射成胶。

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