CN117752944A - 一种基于电刺激的疼痛缓解装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电刺激的疼痛缓解装置及方法。在该装置中，电极模块用于采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；近红外模块用于采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；超声模块用于通过发射和接收超声信号来获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；疼痛分析模块用于基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；电刺激模块用于根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数并传递至电极模块；同步控制模块用于协同控制各模块的工作状态。本发明能够实现疼痛的精准缓解，改善疼痛的治疗和康复效果。

Description

一种基于电刺激的疼痛缓解装置及方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，更具体地，涉及一种基于电刺激的疼痛缓解装置及方法。

背景技术

疼痛是人体受到损害或疾病侵袭的预警性信号，是一种常见临床症状，而慢性疼痛作为一种由于组织器官受损或神经重交联等引起的慢性病，具有精准治疗困难、疼痛发作反复、伴有情绪困扰或功能障碍等特点。而且慢性疼痛长久不愈，反复发作，需长期康复治疗，严重影响患者的正常生活和工作，给家庭和社会带来长期的负担。

目前，常见的疼痛诊断与缓解，多以病人主诉与医生经验判断为主，例如，医生根据病人的疼痛病状或需求来选择对应方法进行疼痛缓解治疗，较少依据客观的疼痛状态和精准的疼痛位置进行疼痛的对症缓解。缓解疼痛的方法包括药物治疗、神经阻滞、物理治疗等。药物疗法会带来一定的药物副作用。神经阻滞疗法通过穿刺针注射局麻药来阻滞神经干、丛、节，通过阻滞痛觉传导通路，调制神经传导功能，从而达到缓解疼痛的效果，但该疗法以有创方式进行，会引起其他不良症状。物理疗法采用经皮电刺激、光/磁/冷热刺激等方式来缓解疼痛，但该疗法无法确定疼痛的具体位置，较难实现疼痛的精准缓解。

在现有技术中，专利申请号US11066817提出了刺激外周神经以治疗疼痛的系统和方法(System and method for stimulating peripheral nerves to treat pain)。该方案采用植入式电极进行有创电刺激，在没有进行疼痛状态检测的情况下用于胸部疼痛缓解，而且只是通过人工方式标记疼痛区域，但无法自动确定疼痛位置，因而无法达到精准地疼痛缓解。专利申请CN201180021500.8公开了具有电极矩阵的经皮电刺激装置。该方案主要设计了一种电极阵列，将电极划分为刺激电极集群，但也只是通过人工来标记疼痛区域，没有利用疼痛状态信息来自动实施精准电刺激疼痛缓解。

经研究，人体组织受到一定程度的物理、化学、生物因素刺激时，所损部位的组织释放出乙酰胆碱、组胺、缓激肽等致痛物质，刺激位于皮肤和其他组织内游离神经末梢的痛觉感受器产生神经冲动，经脊髓后根沿脊髓丘脑侧束进入内囊并传至大脑皮质痛觉感觉区，从而引起痛觉。根据起始部位及传导途径不同，疼痛可分为皮肤痛、躯体痛、内脏痛、牵涉痛、假性痛、神经痛等六种。其中，除皮肤痛、内脏痛是由皮肤、内脏等组织器官损伤引起的外，其他类型疼痛均是由组织内肌肉、肌腱或神经等部位引起的。目前缓解疼痛的方式包括药物、按摩热敷等物理方式镇痛、电刺激镇痛等。电刺激镇痛是一种利用电刺激阻断痛觉神经传递的非药物止痛方式。常见的电刺激镇痛，使用电极在疼痛部位以有创或无创的方式施加刺激电流来缓解疼痛。但在实际的临床应用中，常见的疼痛缓解方法、药物或装置无法根据疼痛具体部位、疼痛状态等信息进行精准的电刺激疼痛缓解。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于电刺激的疼痛缓解装置及方法

根据本发明的第一方面，提供一种基于电刺激的疼痛缓解装置。该装置包括电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块、电刺激模块和同步控制模块，其中：

电极模块包含电极和第一控制单元，用于采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；

近红外模块包含近红外探头和第二控制单元，用于采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；

超声模块包含超声探头和第三控制单元，用于通过发射和接收超声信号来获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；

疼痛分析模块用于基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；

电刺激模块用于根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数并传递至电极模块；

同步控制模块用于协同控制电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块的工作状态。

根据本发明的第二方面，提供一种基于电刺激的疼痛缓解方法。该方法包括以下步骤：

采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；

采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；

通过超声信号获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；

基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；

根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数，并基于该电刺激参数对目标部位实施电刺激。

与现有技术相比，本发明的优点在于，所提供的基于电刺激的疼痛缓解装置，将由肌电、肌氧等生理信息中获取到的疼痛信息与人体神经位置信息相结合，因而能够在对应疼痛部位施加刺激强度合适的电刺激，而在非疼痛部位则不施加电刺激，从而实现疼痛的精准缓解，改善疼痛的治疗和康复效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的基于电刺激的疼痛缓解装置的总体框架图；

图2是根据本发明一个实施例的电极-近红外-超声传感结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的疼痛分析模块的工作过程示意图；

图4是根据本发明一个实施例的电刺激模块的工作过程示意图；

图5是根据本发明一个实施例的疼痛缓解装置的单一工作模式示意图；

图6是根据本发明一个实施例的疼痛缓解装置的交替工作模式示意图；

图7是根据本发明一个实施例的疼痛缓解装置的重复工作模式示意图；

图8是根据本发明一个实施例的电极切换工作状态的硬件结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的疼痛缓解装置的硬件结构框图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明通过将疼痛的状态信息、位置信息与电刺激结合，以实现基于电刺激的疼痛精准缓解。参见图1所示，所提供的基于电刺激的疼痛缓解装置总体上包括电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块、电刺激模块和同步控制模块等。电极模块采集疼痛区域的肌电信息，并经由电刺激模块来对疼痛部位实施电刺激。近红外模块采集疼痛部位的肌氧信息。超声模块通过发生超声信号来获取疼痛区域神经分布位置信息。疼痛分析模块综合肌电、肌氧、神经分布位置等信息获取准确的疼痛位置信息和疼痛状态信息。电刺激模块根据疼痛位置信息和疼痛状态信息对疼痛部位的神经实施刺激强度合适的电刺激，以实现疼痛的精准缓解。同步控制模块发送同步信号，以同步控制电极模块、超声模块等各模块的工作状态。

在一个实施例中，电极模块设有电极和电极控制单元等。电极可以是刚性或柔性的单个电极或阵列电极等，如微针阵列电极、凝胶电极等。电极模块用于采集疼痛部位的肌电信息，并根据电刺激模块传输的刺激电流实施电刺激。

近红外模块设有近红外探头和近红外控制单元等。近红外探头可以是单个或多个近红外探头。

超声模块用于发射和接收超声波，以获得疼痛部位的神经位置信息。例如，超声模块设有超声探头和超声控制单元。超声探头可以是刚性或柔性材料制备。

疼痛分析模块用于综合肌电信息、肌氧信息、神经位置信息而获得疼痛相关信息，该信息包括但不限于疼痛区域的疼痛类型、疼痛程度、疼痛具体位置等参数。另外，电极模块所采集的信息中除了肌电信息还包括电极位置信息。近红外模块所采集的信息中除了肌氧信息还包括近红外探头位置信息。超声模块所采集的信息中除了神经位置信息还包括超声探头位置信息。

电刺激模块用于根据疼痛相关信息获得电刺激参数，该参数包括但不限于刺激位置、刺激频率、刺激时长、电流强度等，从而输出对应的刺激电流到电极模块中。

同步控制模块，通过将同步信号发送到电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块等，控制各模块的同步工作状态。

在一个实施例中，电极模块中的电极、近红外模块中的近红外探头和超声模块中的超声探头，可集成在一体化的电极-近红外-超声传感结构中。例如，参见图2所示，电极、近红外探头、超声探头相互交替排成阵列，嵌入在该传感结构的衬底层中。具体地，电极与近红外探头直接相邻，即每个电极的上下左右四个方位都有一个近红外探头；超声探头与近红外探头直接相邻，即每个超声探头的上下左右四个方位都有一个近红外探头；电极与超声探头不直接相邻，从而避免作用于肌肉组织的超声信号对肌电信号的采集产生直接影响。衬底层为具有一定厚度的柔性材料，可以贴合人体表面。电极、近红外探头、超声探头包括但不限于其中一种、两种或全部为刚性或柔性的，三者按一定间距分布排列在衬底层中。电极、近红外探头、超声探头中用于信号采集/传递的一端不可埋在衬底层中，使之与人体肌肉接触时进行信号采集或信号传递。电极、近红外探头、超声探头的形状可结合自身结构特性设为圆形或方形。电极-近红外-超声传感结构内各电极、近红外探头和超声探头的尺寸可根据各自形状特征进行适当设置，如电极、近红外探头为圆形，超声探头为方形。在该电极-近红外-超声传感结构中，电极、近红外探头、超声探头根据各自位置设置位置序号，这样各电极、近红外探头、超声探头所采集或传递的信号能根据位置序号加入位置编码信息。

对于电极模块，电极控制单元用于控制电极功能的切换，包括采集肌电信号的功能和传递电刺激信号的功能。例如，根据同步控制模块的同步信号，使电极处于肌电信号采集的工作状态，或处于电刺激信号传递的工作状态。

对于近红外模块，近红外控制单元用于控制近红外探头的发射和接收状态。例如，以近红外模块中两个近红外探头为一组，记为A探头和B探头，近红外控制单元根据同步控制模块的同步信号，控制A探头为发射状态、B探头为接收状态，或者控制B探头为发射状态、A探头为接收状态，通过切换近红外探头的发射和接收模式，可实时检测到不同肌肉位置的肌氧等生理信息。由于基于近红外传感技术的血流信息探测点位于相邻近红外探头(发射和接收探头)之间，探测的是相邻探头中间位置之下皮层处的血氧代谢变化，而正常体型人的皮下脂肪厚度一般不超过1cm，因此，设置3cm的探测距离，可以检测到肌肉中的血氧变化。而近红外探头的空间分布采用阵列分布结构，既能检测到神经肌肉组织深部血氧信息，又能保证较高空间分辨率。

对于超声模块，超声控制单元用于控制超声探头的发射和接收状态。例如，以两个超声探头为一组，记为C探头和D探头，超声控制单元根据同步控制模块的同步信号，控制C探头为发射状态、D探头为接收状态，或者控制D探头为发射状态、C探头为接收状态，通过切换超声探头的发射和接收模式，可实时检测肌肉中的神经分布位置。

图3是疼痛分析模块的工作流程图，首先，根据肌电信息和肌氧信息，分析获得疼痛状态信息，如疼痛状态、疼痛类型等，并结合电极位置信息、近红外探头位置信息来获取疼痛分布区域位置信息；随后，根据神经位置信息，并结合电极位置信息、近红外探头位置信息和超声探头位置信息来获得各神经位置对应的电极位置信息；最后，综合疼痛信息、疼痛分布区域位置信息和神经位置对应的电极位置信息，获得疼痛对应的状态、类型、神经位置、电极位置等精准信息，从而实现对疼痛信息与位置的自动跟踪与校准，而无需过多人力进行疼痛诊断。

图4是电刺激模块的工作过程图，电刺激模块根据所接收到的精准疼痛信息生成能缓解疼痛的电刺激参数，并根据所生成的电刺激参数输出刺激电流。由于疼痛分析模块所输出的精准疼痛信息是以电压信号进行传输的，因此电刺激模块在接收到包含精准疼痛信息的电压信号后，会依次进行刺激特征获取、电压电流转换等两个环节，然后输出能缓解疼痛的刺激电流。具体地，首先，根据精准疼痛信息电压信号中的疼痛状态、疼痛类型、神经位置、电极位置等特征，采用线性分类、模式识别或深度学习(或统称为分类模型)等信号处理算法，获得对应的刺激波形、刺激频率、刺激时长、刺激幅度等电场刺激参数，从而实现对刺激特征的获取；随后，电刺激模块根据电刺激参数生成电刺激控制信号和刺激激活信号(这两种信号都是电压信号)，其中电刺激控制信号经恒流源转换电路后转换为刺激电流信号，刺激激活信号用激活精准疼痛部位的电极位置，以使刺激电流只作用于疼痛部位；然后，电极模块中的电极控制单元根据刺激激活信号，激活疼痛位置的电极通路，使得刺激电流信号经该电路通路传输到电极上，从而达到对疼痛部位的精准电刺激。

同步控制模块用于协同电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块的工作状态。由于电极模块中的电极无法同时实现信号采集和信号传递，而近红外模块/超声模块均需要一对近红外探头/超声探头来实现近红外/超声的发射与接收，因此需要同步控制模块来协调控制电极模块、近红外模块等各模块的工作状态。同步控制模块通过一定频率的时钟信号来实现对电极模块、近红外模块等各模块工作状态的调控。例如，在同步信号的调控下，当电刺激模块的刺激激活信号传递到电极模块后，电极模块根据疼痛部位与神经位置精确激活疼痛缓解效果最优的电极，并且停止肌电采集功能而开始电刺激功能。

在本发明实施例中，疼痛缓解装置在其内部同步控制模块的调控下，可设置为三种工作模式，分别称为单一工作模式、交替工作模式和重复工作模式。

图5是单一工作模式示意图，具体包括以下步骤：

步骤S11：疼痛缓解装置上电后，启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始进行肌电和肌氧信息的采集，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

步骤S12：电极模块和近红外模块运行一段时间后，疼痛部位的肌电和肌氧信息均已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

步骤S13：超声模块工作一段时间后，神经位置信息已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入传递电刺激信号的工作状态；

步骤S14：电刺激模块和电极模块持续工作，使得电刺激按初始检测到的精准疼痛信息持续作用于疼痛部位。

图6是交替工作模式示意图，具体包括以下步骤：

步骤S21：疼痛精准缓解装置上电后，会启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始进行肌电和肌氧信息的采集，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

步骤S22：电极模块和近红外模块运行一段时间后，疼痛部位的肌电和肌氧信息均已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

步骤S23：超声模块工作一段时间后，神经位置信息已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入传递电刺激信号的工作状态；

步骤S24：等电刺激模块和电极模块工作一段时间后，停止电刺激模块的运行，让电极模块进入肌电信息采集的工作状态，并同时启动近红外模块，此时电极模块和近红外模块开始重新采集疼痛部位肌电信息和肌氧信息，以获得经电刺激缓解后的最新疼痛信息；

步骤S25：等电极模块和近红外模块工作一段时间后，停止近红外模块的运行，启动电刺激模块，并让电极模块进入电刺激信号传递的工作状态，使得由最新疼痛信息调整后的刺激电流重新作用于疼痛部位；

步骤S26：重复步骤S24到S25，交替进行疼痛检测和电刺激作用，使得刺激电流参数根据疼痛缓解效果而进行实时调整。

图7是重复工作模式示意图，具体包括以下步骤：

步骤S31：疼痛精准缓解装置上电后，启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始进行肌电和肌氧信息的采集，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

步骤S32：电极模块和近红外模块运行一段时间后，疼痛部位的肌电和肌氧信息均已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

步骤S33：超声模块工作一段时间后，神经位置信息已采集完并发送给疼痛分析模块，此时停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入电刺激信号传递的工作状态，开始对疼痛部位进行电刺激缓解；

步骤S34：等电刺激模块和电极模块工作一段时间后，停止电刺激模块的运行，让电极模块进入肌电信息采集的工作状态，并同时启动近红外模块，此时电极模块和近红外模块开始重新采集疼痛部位肌电信息和肌氧信息，以获得经电刺激缓解后的最新疼痛信息；

步骤S35：等电极模块和近红外模块工作一段时间后，停止电极模块和近红外模块的运行，启动超声模块，此时超声模块重新检测疼痛部位的神经位置信息，以校正最新的疼痛信息；

步骤S36：等超声模块工作一段时间后，停止超声模块的运动，启动电刺激模块，让电极模块进入电刺激信号传递的工作状态，重新开始对疼痛部位进行电刺激缓解；

步骤S37：重复步骤S34到S36，重新疼痛检测和电刺激缓解，使得刺激电流参数根据疼痛缓解效果以及精确神经位置而进行实时调整。

需要说明的是，在上述各种工作模式下，各模块的工作时长或状态切换时机等均可由同步控制模块精确计算后得到。

进一步地，为了验证本发明的效果，进行了具体实施。例如，电极模块中的电极、近红外模块中的近红外探头和超声模块中的超声探头集成为一体的电极-近红外-超声传感结构，其衬底层的形状规格为长宽均为30cm、厚度为1cm的方形，所用材料为无毒、表面张力小等特点的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。电极为微针电极，尺寸规格为最大长宽不超过1cm×1cm的方形。近红外探头尺寸规格为最大直径不超过1cm的圆形。超声探头尺寸规格为最大直径不超过1cm的圆形。电极、近红外探头、超声探头之间的间距为0.5-0.7cm。在该电极-近红外-超声传感结构中，电极共64个，近红外探头共144个，超声探头共81个。电极-近红外-超声传感结构中各微针电极、近红外探头和超声探头的位置分布可根据该结构尺寸规格以坐标的方式来确定。

电极模块中电极采集肌电信号或传递电刺激信号的工作状态切换，可由电极控制单元控制多路复用开关芯片来实现，如图8所示，即当电极控制单元控制微针电极与采集肌电信号的通路连接时，微针电极与传递电刺激信号的通路会断开。当电极控制单元控制微针电极与传递电刺激信号的通路连接时，微针电极与采集肌电信号的通路会断开。微针电极与传递电刺激信号的通路，是多路复用开关芯片与电刺激模块之间的连接通路，多路复用开关芯片与电刺激模块之间有1个信号隔离器件，用于防止肌电信号干扰电刺激模块的正常工作。微针电极与采集肌电信号的通路，是多路复用开关芯片与电极控制单元之间的连接通路，多路复用开关芯片与电极控制单元之间有1个信号隔离器件，用于防止电刺激信号干扰电极控制模块的正常工作。另外，电极控制单元中还包括多通道模数转换功能，当微针电极为采集肌电信号的工作状态时，电极控制单元会将所采集的模拟肌电信号转换为数字肌电信号。电极控制单元由多个模数转换芯片和1个STM32F767微控制器芯片模块组成，以实现肌电信号模数转换、肌电信号发送、同步信号接收等功能。

近红外模块中的近红外控制单元包括近红外发射与接收芯片、STM32F767微控制器芯片，以实现近红外信号发射与接收、近红外信号采集与发送、同步信号接收等功能。超声模块中的超声控制单元由超声发射与接收芯片、STM32F767微控制器芯片组成，以实现超声信号发射与接收、超声信号采集与发送、同步信号接收等功能。疼痛分析模块和同步控制模块，一起由1个STM32P157微控制器芯片和相应的数据存储芯片、通信芯片等组成，以实现肌电/近红外/超声数据的接收与处理、疼痛状态分类与识别、精准疼痛信息发送、同步信号生成等功能。电刺激模块由电刺激控制信号生成电路、电压电流转换电路组成，以实现依据精准疼痛信息生成刺激电流信号。图9是疼痛缓解装置的组成框图，此外还包括对各模块进行供电的电源模块(未示出)。

相应地，本发明还提供一种基于电刺激的疼痛缓解方法，可采用上述装置、其他变型或改进装置实现。例如，该方法包括：采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；通过超声信号获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数，并基于该电刺激参数对目标部位实施电刺激。

综上所述，本发明所提供的基于电刺激的疼痛精准缓解装置具有以下优势：没有传统疼痛缓解带来的药物副作用、神经阻滞的穿刺针带来的额外创伤等缺点；所用的电刺激为无创电刺激，而传统的电刺激镇痛是将电极以有创的方式作用于体内；通过疼痛情况来实时调整电刺激参数，从而可避免刺激电流过大或过小而引起新的疼痛或疼痛缓解效果不佳，提升了疼痛缓解的准确性；只在疼痛部位施加刺激强度合适的电刺激，而在非疼痛部位则不施加电刺激；综合神经位置信息和电极等位置信息，可实现电刺激对疼痛位置的自动跟踪与校准，从而无需过多人力进行疼痛诊断，提升了疼痛缓解的便捷性。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++、Python等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于电刺激的疼痛缓解装置，包括电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块、电刺激模块和同步控制模块，其中：

电极模块包含电极和第一控制单元，用于采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；

近红外模块包含近红外探头和第二控制单元，用于采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；

超声模块包含超声探头和第三控制单元，用于通过发射和接收超声信号来获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；

疼痛分析模块用于基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；

电刺激模块用于根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数并传递至电极模块；

同步控制模块用于协同控制电极模块、近红外模块、超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块的工作状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极、所述近红外探头和所述超声探头按照设定的间距相互交替排成阵列，并嵌入在一体化的传感结构的衬底层，其中，所述衬底层是柔性材料；所述电极与所述近红外探头直接相邻；所述近红外探头与所述超声探头直接相邻，且所述电极与所述超声探头不直接相邻；所述电极、所述近红外探头和所述超声探头根据各自位置设置位置序号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述疼痛分析模块用于执行：

根据所述肌电信息和所述肌氧信息，获得所述疼痛状态信息，该疼痛状态信息包括疼痛状态和疼痛类型；

根据所述电极位置信息、所述近红外探头位置信息，获得疼痛分布区域位置信息；

根据所述电极位置信息、所述近红外探头位置信息、所述超声探头位置信息和所述神经分布位置信息，获得神经位置对应的电极位置信息；

基于所述疼痛状态信息、所述疼痛分布区域位置信息和所述神经位置对应的电极位置信息，获得对应的疼痛状态、疼痛类型、神经位置和电极位置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极采用刚性或柔性材料制备，且所述电极是单个电极或阵列电极，所述近红外探头设置为一个或多个，所述超声探头采用刚性或柔性材料制备，且数量设置为一个或多个。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一控制单元用于根据所述同步控制模块的同步信号来控制电极工作在采集肌电信号状态或实施电刺激状态；所述第二控制单元用于根据所述同步控制模块的同步信号来控制近红外探头的发射和接收状态；所述第三控制单元用于根据所述同步控制模块的同步信号来控制超声探头的发射和接收状态。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述同步控制模块的协调控制模式包括单一工作模式、交替工作模式或重复工作模式，其中：

所述单一工作模式包括：

启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始采集肌电信息和肌氧信息，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

电极模块和近红外模块运行设定时间后，停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

超声模块工作设定时间后，停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入实施电刺激的工作状态；

电刺激模块和电极模块持续工作，使得电刺激按检测到的信息持续作用于目标部位；

所述交替工作模式包括：

启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始进行采集肌电信号和肌氧信息，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

电极模块和近红外模块运行设定时间后，停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

超声模块工作设定时间后，停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入实施电刺激的工作状态；

在电刺激模块和电极模块工作设定时间后，停止电刺激模块的运行，使电极模块进入采集肌电信息的工作状态，并同时启动近红外模块，此时电极模块和近红外模块开始重新采集肌电信息和肌氧信息；

在电极模块和近红外模块工作设定时间后，停止近红外模块的运行，启动电刺激模块，并使电极模块进入实施电刺激的工作状态；

所述重复工作模式包括：

启动同步控制模块和疼痛分析模块，同时电极模块和近红外模块开始采集肌电信号和肌氧信息，此时超声模块、疼痛分析模块和电刺激模块处于停止工作状态；

电极模块和近红外模块运行设定时间后，停止电极模块和近红外模块的运行，开始启动超声模块；

超声模块工作设定时间后，停止超声模块的运行，开始启动电刺激模块和电极模块，使电极模块进入实施电刺激的工作状态；

在电刺激模块和电极模块工作设定时间后，停止电刺激模块的运行，使电极模块进入采集肌电信息的工作状态，并同时启动近红外模块，此时电极模块和近红外模块开始重新采集肌电信息和肌氧信息；

在电极模块和近红外模块工作设定时间后，停止电极模块和近红外模块的运行，启动超声模块，此时超声模块重新检测神经位置信息；

在超声模块工作设定时间后，停止超声模块的运行，启动电刺激模块，使电极模块进入实施电刺激的工作状态。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一控制单元连接多路复用开关，该多路复用开关与所述电刺激模块之间设有第一信号隔离器件，且该多路复用开关与第一控制单元之间设有第二信号隔离器件；第一控制单元包含多通道模数转换器和微控制器，当电极处于采集肌电信号的工作状态时，第一控制单元将所采集的模拟肌电信号转换为数字肌电信号。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电刺激参数利用经训练的分类模型获得，该分类模型反映疼痛状态、疼痛类型、神经位置、电极位置与所述电刺激参数之间的对应关系，所述电刺激参数包括刺激波形、刺激频率、刺激时长、刺激幅度。

9.一种基于电刺激的疼痛缓解方法，包括以下步骤：

采集目标区域的肌电信息和电极位置信息，并根据电刺激模块传递的电刺激参数对目标部位实施电刺激；

采集目标区域的肌氧信息和近红外探头位置信息；

通过超声信号获取目标区域神经分布位置信息和超声探头位置信息；

基于所述肌电信息、所述肌氧信息和所述神经分布位置信息，分析疼痛位置信息和疼痛状态信息；

根据所述疼痛位置信息和所述疼痛状态信息，确定对应的电刺激参数，并基于该电刺激参数对目标部位实施电刺激。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求9所述的方法的步骤。