CN115068818B - 闭环经皮穴位电刺激设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了闭环经皮穴位电刺激设备及其方法,闭环经皮穴位电刺激方法,包括步骤S1:安装于人体的第一部位的采集电极片对人体的特定部位进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输到电刺激主机。本发明公开的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法,其在发生腹痛等疼痛时自动启动,从而安装于人体第二部位的电刺激主机进行输出电刺激信号,通过电极贴刺激人体,进而缓解腹痛,并且其能够实现便携式实时侦测腹痛并实时输出电刺激。
Description
技术领域
本发明属于电刺激技术领域,具体涉及一种闭环经皮穴位电刺激设备和一种闭环经皮穴位电刺激方法。
背景技术
腹痛是婴幼乃至成人常见的疾病。在临床上造成腹痛的原因众多,当腹痛发生的时候,患者往往需要忍着疼痛经过多次去医院检查、服药才能康复或缓解病情。很多药物往往有副作用,对身体会有不良的后果。腹痛在功能性消化不良和肠易激综合征患者中很常见。与功能性消化不良或肠易激综合征相关的腹痛的治疗更加困难,因为患有功能性消化不良和肠易激综合征的疼痛患者通常存在胃肠动力障碍,而大多数止痛药抑制胃肠动力。因此,迫切需要开发用于治疗腹痛的新疗法。
经皮神经电刺激(TENS)已用于治疗疼痛。在这种方法中,电刺激是通过放置在疼痛区域的体表电极施加。这种方法不能有效治疗与内脏器官相关的疼痛,因为经皮神经电刺激无法影响通过无创表面电极内脏器官。
电针(EA)总体上可以改善疼痛。然而,其对腹痛,尤其是与功能性消化不良和肠易激综合征相关的腹痛的影响有限。电针治疗疼痛的主要问题是
1)它使用针灸针,因此必须由医疗保健专业人员提供治疗;
2)刺激参数和位置没有很好地验证。因此,电针并未广泛用于治疗与功能性消化不良和肠易激综合征相关的腹痛。
此外,TENS和EA都是人工实施的,其刺激强度不会根据疼痛强度自动调整或控制。
因此,针对上述问题,予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供闭环经皮穴位电刺激设备及其方法,其在发生腹痛等疼痛时自动启动,从而安装于人体第二部位的电刺激主机进行输出电刺激信号,通过电极贴刺激人体,进而缓解腹痛,并且其能够实现便携式实时侦测腹部等特定部位的疼痛并实时输出电刺激。
本发明的另一目的在于提供闭环经皮穴位电刺激设备及其方法,其能长时间工作,工作时间可达24小时以上。当腹痛发生的时候迅速产生波形刺激患者进行治疗,肌电记录仪将根据采集到腹痛信号传输到电刺激主机,以使得电刺激主机根据信号特征自动选择刺激强度,并且通过电极贴输出与当前的腹痛信号强度匹配的刺激强度。
为达到以上目的,本发明提供一种闭环经皮穴位电刺激方法,用于输出电刺激,包括以下步骤:
步骤S1:安装于人体的第一部位的采集电极片对人体的特定部位(包括腹部、腰部和背部等)进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输(包括无线和有线的方式)到电刺激主机;
步骤S2:电刺激主机接收来自记录仪主机传输的第一数据,从而在预定的时间段内判断收到的第一数据是否达到触发阈值,如果达到触发阈值则启动和发送电刺激脉冲,并且通过电极贴作用于人体的第二部位(包括周围神经和针灸穴道部位,如足三里穴);
步骤S3:电刺激脉冲的输出强度(STM)依据收到的第一数据,并且利用(P)控制器在刺激强度最大值(STMMAX)和刺激强度最小值(STMMIN)之间调整,从而使得控制器对第一数据(或EMG强度值)设定一个目标范围([IEMG_MIN,IEMG_MAX]),进而控制器根据第一数据距离目标范围的误差值做输出强度(STM)的调整;
步骤S4:刺激时间达到预定的时间(DSTM),自动停止电刺激脉冲。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案,步骤S1中第一数据的生成具体实施为:
记录仪主机通过采集电极片获得肌电信号,并且肌电信号先后依次经过前置放大、带通滤波(截止频率fL和fH)、全波整流和最终放大(总增益:GOA),最后以采样率fs通过模数转换器生成EMG数字信号(vEMG);
记录仪主机以数据周期Td对EMG数字信号做积分,积分窗口w,从而得到EMG强度值(IEMG,t为当前时间),并且将EMG强度值(即第一数据)传输到刺激器主机。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案,步骤S1中传输第一数据的方法是通过无线通讯,包括但不限于蓝牙、Zigbee和Wi-Fi,传输周期(TPkt)范围为1s-20s。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案,步骤S2中预定的时间段(TIskd)用于控制电刺激治疗的频率和间隔,防止过度刺激,具体实施为:
在预定的时间段内允许启动电刺激脉冲,在预定时间段外不允许启动电刺激脉冲,设置预定的时间段的方式为:与上一次的电刺激脉冲的结束之间保持一定的时间间隔。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案,步骤S3中的控制器,是以电刺激强度调节周期(TINTST_ADJ,实施方案:5s–60s)运行的,并且电刺激强度调节周期的时间间隔具体实施为以下步骤:
步骤S3.1:如果EMG强度值(IEMG)超过控制器的目标范围的上限(IEMG_MAX),则根据误差值(e=IEMG–IEMG_MAX)按比例增加电刺激强度(STM,ΔSTM=KP·e),但不超过预定义的电刺激强度最大值(STMMAX);
步骤S3.2:如果EMG强度值(IEMG)低于控制器的目标范围的下限(IEMG_MIN),则根据误差值(e=IEMG–IEMG_MIN)按比例减小刺激强度(STM),但不低于预定义的刺激强度最小值(STMMIN);
步骤S3.3:如果EMG强度值落P控制器目标范围中(即IEMG_MIN≤IEMG≤IEMG_MAX),则维持电刺激强度(STM)不变。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案,步骤S4中的预定的时间,是一次刺激持续的时间(DSTM)。
为达到以上目的,本发明还提供一种闭环经皮穴位电刺激设备,应用于所述的一种闭环经皮穴位电刺激方法,包括电刺激主机、电极贴和肌电记录仪,所述肌电记录仪包括记录仪主机和采集电极贴片,其中:
安装于人体的第一部位的采集电极片对人体的特定部位(包括腹部、腰部和背部等)进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输(包括无线和有线的方式)到电刺激主机;
电刺激主机接收来自记录仪主机传输的第一数据,从而在预定的时间段内判断收到的第一数据是否达到触发阈值,如果达到触发阈值则启动和发送电刺激脉冲,并且通过电极贴作用于人体的第二部位(包括周围神经和针灸穴道部位);
电刺激脉冲的输出强度(STM)依据收到的第一数据,并且利用(P)控制器在刺激强度最大值(STMMAX)和刺激强度最小值(STMMIN)之间调整,从而使得控制器对第一数据(或EMG强度值)设定一个目标范围([IEMG_MIN,IEMG_MAX]),进而控制器根据第一数据距离目标范围的误差值做输出强度(STM)的调整;
刺激时间达到预定的时间(DSTM),自动停止电刺激脉冲。
本发明的优点在于:
1、24小时实时侦测腹痛信号,一旦侦测到腹痛信号能及时产生治疗波形治疗患者;
2、根据EMG信号自动调整刺激强度;
3、贴片肌电记录仪和贴片经皮神经电刺激主机的特殊设计和功能。
附图说明
图1是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的安装示意图。
图2是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的电刺激主机和电极贴的结构示意图。
图3A是本发明型的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的电刺激主机的仰视图。
图3B是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的电极贴的仰视图。
图4是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的充电图。
图5是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的记录仪主机的流程图。
图6是本发明的闭环经皮穴位电刺激设备及其方法的电刺激主机的流程图。
附图标记包括:100、电刺激主机;110、外壳;111、扣位;120、开关控制键;130、强度调节键;131、增强键;132、减弱键;140、指示灯;150、第一刺激信号连接器;200、电极贴;210、第二刺激信号连接器;220、无纺布衬底;230、电极;240、医用粘胶区;250、主机卡座;300、肌电记录仪;310、记录仪主机;320、采集电极贴片;400、充电盒。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中,本领域技术人员应注意,本发明所涉及的人体、EMG等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种闭环经皮穴位电刺激方法,用于输出电刺激,包括以下步骤:
步骤S1:安装于人体的第一部位的采集电极片对人体的特定部位(包括腹部、腰部和背部等)进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输(包括无线和有线的方式)到电刺激主机;
步骤S2:电刺激主机接收来自记录仪主机传输的第一数据,从而在预定的时间段内判断收到的第一数据是否达到触发阈值,如果达到触发阈值则启动和发送电刺激脉冲,并且通过电极贴作用于人体的第二部位(包括周围神经和针灸穴道部位,如足三里穴);
步骤S3:电刺激脉冲的输出强度(STM)依据收到的第一数据,并且利用(P)控制器在刺激强度最大值(STMMAX)和刺激强度最小值(STMMIN)之间调整,从而使得控制器对第一数据(或EMG强度值)设定一个目标范围([IEMG_MIN,IEMG_MAX]),进而控制器根据第一数据距离目标范围的误差值做输出强度(STM)的调整;
步骤S4:刺激时间达到预定的时间(DSTM),自动停止电刺激脉冲。
具体的是,步骤S1中第一数据的生成具体实施为:
记录仪主机通过采集电极片获得肌电信号,并且肌电信号先后依次经过前置放大、带通滤波(截止频率fL和fH)、全波整流和最终放大(总增益:GOA),最后以采样率fs通过模数转换器生成EMG数字信号(vEMG);
记录仪主机以数据周期Td对EMG数字信号做积分,积分窗口w,从而得到EMG强度值(IEMG,t为当前时间),并且将EMG强度值(即第一数据)传输到刺激器主机。可用于实施该过程的参数为:fL=10Hz,fH=1000Hz,GOA=2000,fs=5000Hz,w:30s–60s,Td:1s-20s(或数据率fd:0.05Hz–1Hz)。
更具体的是,步骤S1中传输第一数据的方法是通过无线通讯,包括但不限于蓝牙、Zigbee和Wi-Fi,传输周期(TPkt)范围为1s-20s。
优选地,步骤S2中预定的时间段(TIskd)用于控制电刺激治疗的频率和间隔,防止过度刺激,具体实施为:
在预定的时间段内允许启动电刺激脉冲,在预定时间段外不允许启动电刺激脉冲,设置预定的时间段的方式为:与上一次的电刺激脉冲的结束之间保持一定的时间间隔。
优选地,步骤S3中的控制器,是以电刺激强度调节周期(TINTST_ADJ,实施方案:5s–60s)运行的,并且电刺激强度调节周期的时间间隔具体实施为以下步骤:
步骤S3.1:如果EMG强度值(IEMG)超过控制器的目标范围的上限(IEMG_MAX),则根据误差值(e=IEMG–IEMG_MAX)按比例增加电刺激强度(STM,ΔSTM=KP·e),但不超过预定义的电刺激强度最大值(STMMAX);
步骤S3.2:如果EMG强度值(IEMG)低于控制器的目标范围的下限(IEMG_MIN),则根据误差值(e=IEMG–IEMG_MIN)按比例减小刺激强度(STM),但不低于预定义的刺激强度最小值(STMMIN);
步骤S3.3:如果EMG强度值落P控制器目标范围中(即IEMG_MIN≤IEMG≤IEMG_MAX),则维持电刺激强度(STM)不变。
优选地,步骤S4中的预定的时间,是一次刺激持续的时间(DSTM)。
优选地,如图6所示的电刺激主机(刺激器主机)的流程示意图。步骤S2中,电刺激主机首先接收来自记录仪主机的EMG强度值后判断是否刺激已开始(即是否为第一次电刺激),如果是则判断EMG强度值是否在P控制器的目标范围中(进而执行步骤S3进行调整);
否则判断是否在允许治疗的时间段,其中:
如果刺激在允许治疗的时间段,则判断EMG强度值是否达到触发阈值,如果达到则启动电刺激,进行首次刺激;
如果不在允许治疗的时间短,则执行结束步骤。
优选地,设置时间控制和变化幅度控制,其中:
对于时间控制,设置一个时间窗口,以使得记录仪主机在对肌电信号进行积分时进行时间控制,进而使得刺激依据最近的疼痛情况进行调整;
对于变化幅度控制,设置每次积分的增加最大值和减小最大值,以使得记录仪主机对肌电信号的变化幅度进行控制,进而减小干扰对刺激调整的影响。
本发明还公开了一种闭环经皮穴位电刺激设备,包括电刺激主机100、电极贴200和肌电记录仪300,所述肌电记录仪300包括记录仪主机310和采集电极贴片320,其中:
安装于人体的第一部位的采集电极片对人体的特定部位(包括腹部、腰部和背部等)进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输(包括无线和有线的方式)到电刺激主机;
电刺激主机接收来自记录仪主机传输的第一数据,从而在预定的时间段内判断收到的第一数据是否达到触发阈值,如果达到触发阈值则启动和发送电刺激脉冲,并且通过电极贴作用于人体的第二部位(包括周围神经和针灸穴道部位);
电刺激脉冲的输出强度(STM)依据收到的第一数据,并且利用(P)控制器在刺激强度最大值(STMMAX)和刺激强度最小值(STMMIN)之间调整,从而使得控制器对第一数据(或EMG强度值)设定一个目标范围([IEMG_MIN,IEMG_MAX]),进而控制器根据第一数据距离目标范围的误差值做输出强度(STM)的调整;
刺激时间达到预定的时间(DSTM),自动停止电刺激脉冲。
所述电极贴200的一侧贴于人体(优选为足三里穴位)并且所述电极贴200远离人体的一侧安装有所述电刺激主机100,其中:
所述电刺激主机100包括外壳110、开关控制键120、强度调节键130、指示灯140和第一刺激信号连接器150(公),所述开关控制键120、所述强度调节键130和所述指示灯140安装于所述外壳110的一侧并且所述第一刺激信号连接器150安装于所述外壳110的另一侧(远离所述指示灯的一侧);
所述电极贴200包括第二刺激信号连接器210(母)、无纺布衬底220、电极230、医用粘胶区240和主机卡座250,所述电极230安装于所述医用粘胶区240并且所述医用粘胶区240贴于人体(优选为足三里穴位),所述医用粘胶区240远离人体的一侧设有所述无纺布衬底220和主机卡座250,所述主机卡座250的中间设有所述第二刺激信号连接器210,所述第二刺激信号连接器210与所述第一刺激信号连接器150电性连接。
具体的是,所述强度调节键130包括增强键131和减弱键132,所述开关控制键120和所述指示灯140均位于所述增强键131和所述减弱键132之间。
更具体的是,所述外壳110设有扣位111,所述扣位111安装于所述主机卡座250(以使得电刺激主机固定安装于电极贴,从而使得所述第二刺激信号连接器与所述第一刺激信号连接器电性连接)。
进一步的是,闭环经皮穴位电刺激设备还包括肌电记录仪300,所述肌电记录仪300包括记录仪主机310和采集电极贴片320,所述采集电极贴片320贴于人体(优选为腹部)并且所述采集电极贴片320远离人体的一侧安装有所述记录仪主机310。
更进一步的是,所述记录仪主机与所述电刺激主机有线连接。
优选地,所述记录仪主机与所述电刺激主机无线连接,所述记录仪主机设有第一蓝牙收发器并且所述电刺激主机设有第二蓝牙收发器,所述第一蓝牙收发器和所述第二蓝牙收发器无线连接。
优选地,闭环经皮穴位电刺激设备还包括充电盒400,所述充电盒400和所述电刺激主机电性连接(便携式充电)。
值得一提的是,本发明专利申请涉及的人体、EMG等技术特征应被视为现有技术,这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可,不应被视为本发明专利的发明点所在,本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言,依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种闭环经皮穴位电刺激设备,其特征在于,包括电刺激主机、电极贴和肌电记录仪,所述肌电记录仪包括记录仪主机和采集电极贴片,其中:
安装于人体的第一部位的采集电极片对人体进行肌电信号采集并且将获得的采集数据传输到肌电记录仪的记录仪主机,以使得记录仪主机对采集数据进行处理后生成第一数据,并且将第一数据传输到电刺激主机,第一部位是与疼痛相关的部位;
电刺激主机接收来自记录仪主机传输的第一数据,从而在预定的时间段内判断收到的第一数据是否达到触发阈值,如果达到触发阈值则启动和发送电刺激脉冲,并且通过电极贴作用于人体的第二部位;
电刺激脉冲的输出强度依据收到的第一数据,并且利用控制器在刺激强度最大值和刺激强度最小值之间调整,从而使得控制器对第一数据设定一个目标范围,进而控制器根据第一数据距离目标范围的误差值做输出强度的调整;
刺激时间达到预定的时间,自动停止电刺激脉冲;
第一数据的生成具体实施为:
记录仪主机通过采集电极片获得肌电信号,并且肌电信号先后依次经过前置放大、带通滤波、全波整流和最终放大,最后以采样率fs通过模数转换器生成EMG数字信号;
记录仪主机以数据周期Td对EMG数字信号做积分,积分窗口w,从而得到EMG强度值,并且将EMG强度值传输到刺激器主机;
控制器是以电刺激强度调节周期运行的,并且电刺激强度调节周期的时间间隔具体实施为:
如果EMG强度值超过控制器的目标范围的上限,则根据误差值按比例增加电刺激强度,但不超过预定义的电刺激强度最大值;
如果EMG强度值低于控制器的目标范围的下限,则根据误差值按比例减小刺激强度,但不低于预定义的刺激强度最小值;
如果EMG强度值落控制器目标范围中,则维持电刺激强度不变;
设置时间控制和变化幅度控制,其中:
对于时间控制,设置一个时间窗口,以使得记录仪主机在对肌电信号进行积分时进行时间控制,进而使得刺激依据最近的疼痛情况进行调整;
对于变化幅度控制,设置每次积分的增加最大值和减小最大值,以使得记录仪主机对肌电信号的变化幅度进行控制,进而减小干扰对刺激调整的影响。
2.根据权利要求1所述的一种闭环经皮穴位电刺激设备,其特征在于,传输第一数据的方法是通过无线通讯,传输周期范围为1s-20s。
3.根据权利要求2所述的一种闭环经皮穴位电刺激设备,其特征在于,预定的时间段用于控制电刺激治疗的频率和间隔,防止过度刺激,具体实施为:
在预定的时间段内允许启动电刺激脉冲,在预定时间段外不允许启动电刺激脉冲,设置预定的时间段的方式为:与上一次的电刺激脉冲的结束之间保持一定的时间间隔。
4.根据权利要求1所述的一种闭环经皮穴位电刺激设备,其特征在于,预定的时间,是一次刺激持续的时间。
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