CN117883701A - 一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器及方法，属于医学设备技术领域，包括电致形变绑带、电刺激电极及监测电极、处理单元、压力反馈装置、卡扣及滑槽。其中，以电致形变材料作为绑带基体，实现电刺激治疗与机械刺激相融合；监测电极的引入使该刺激器具备了反馈调节功能，可实现电刺激参数的自适应调节，以确保电刺激的安全性和有效性；与此同时，压力反馈装置用于监测绑带与皮肤之间的压力信号，并结合卡扣滑槽的固定机制，可以在一定范围内自动调节压力，保证电极与皮肤之间的贴合效果，以满足不同用户的个性化需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器及方法，属于医学设备技术领域。
背景技术
深静脉血栓是一种严重的血管疾病，其特点是静脉中的血液在非正常情况下聚集和凝结，通常形成于人体组织深部的静脉中。深静脉血栓的临床诊断和治疗存在一定的困难，因为血栓随时有脱落并进入循环系统的风险，可能引起肺栓塞、脑梗塞、静脉曲张、水肿以及疼痛等多种严重的并发症。
电刺激是一种有效预防深静脉血栓形成的辅助治疗方法，通过刺激神经引起肌肉收缩，促进肌肉运动，从而增强血液流动，降低血栓形成的风险。近年来，传统的用于预防深静脉血栓的电刺激器在电参数调节方面存在一些不足，通常，电刺激器的电参数主要根据患者自身感受主动调整，难以实时得到最优的刺激参数设置；此外，电极通常采用的水凝胶粘贴固定于皮肤表面，使用后电极脱落会有损坏皮肤的风险，而采用绑带固定的方式，电极与皮肤之间的贴合度无法进行定量评估，电刺激的有效性无法得到保障。
综上所述，需要开发更先进的用于预防深静脉血栓的电刺激器，以实现更精确和自动化的电参数调整，同时确保电极的固定，以提高电刺激治疗在深静脉血栓预防中的效果。
发明内容
本发明的目的是设计一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器。
本发明的技术方案如下：
一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器，包括以下部分：电致形变绑带，包括：绑带基体以及设置在所述绑带基体内外两侧上的用于电致形变的电极；
分布在所述电致形变绑带内侧的用于电刺激的电极；
与所述用于电致形变的电极和用于电刺激的电极连接的处理单元；
分布在所述电致形变绑带内侧的压力反馈装置，所述压力反馈装置与所述处理单元连接，所述压力反馈装置将获得的压力信号传输给所述处理单元，所述处理单元根据所述压力反馈装置的压力信号输出控制信号给所述用于电致形变的电极和所述用于电刺激的电极。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的绑带的材料为柔性可形变材料，进一步，选用电致形变材料，优选介电弹性体材料，进一步，材料可选自聚偏二氟乙烯、橡胶、聚苯乙烯、丙烯酸和聚氨酯，优选聚偏二氟乙烯。介电弹性体作为电致形变材料，具有良好的柔韧性和耐疲劳性，可通过电信号精确控制其形变和位移，而有规律的机械运动对肢体进行按摩，能够促进血液循环，促进肌肉收缩，放松神经等作用，与电刺激相结合在预防深静脉血栓方面具有积极作用。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的电极包括分布于绑带内侧的用于电刺激的正电极、负电极和参考电极，用于监测的正电极、负电极和参考电极；以及分布于绑带内外两侧的用于介电弹性体形变的电极。监测电极用于接收和记录施加在人体组织上的电信号，以确保电刺激的安全性和有效性。绑带内外两侧形变电极通电导致介电弹性体材料发生形变。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：绑带内外两侧形变电极表面通过真空气相沉积法镀一层Parylene绝缘层，厚度为1～4μm，优选2μm。由于引起绑带形变所需的电参数与治疗所需电刺激参数不同，为避免对组织的损伤，需要采用绝缘材料覆盖于形变电极上。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的处理单元输出双向平衡波形，双向平衡波形既能保证电刺激的有效性，又能保证其安全性，避免电荷在组织中累积，对组织带来伤害，同时还能有效保护电极，降低电极氧化带来的损耗。
由于人体肌肉层的弛豫时间为200ms左右，为了保证每一次刺激的电化学稳定性以及肌肉充分收缩的有效性，因此，电刺激的静息时间Tq应大于200ms，由公式
可得到频率的范围应小于5Hz，因此，频率范围为0.1～5Hz，D为占空比，刺激间隙时间按需选择。正向脉冲电荷剂量为100～500μC/s，优选200～500μC/s，正向脉冲电压大小为20～70V，正向脉冲宽度为100～500ms，优选200ms，反向脉冲电压的大小为正向脉冲电压的十分之一，脉冲宽度为正向脉冲电压的十倍，每次治疗时间为20～40min，优选30min。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的压力反馈装置，设置绑带与皮肤之间压力范围为1～40Pa。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的卡扣两端各有一个滚珠，卡扣通过挤压固定于滑槽中，滑槽设有4个档位，按需选择，滑槽具有一定长度，起到限位限压的作用，避免压力过大引起的危害或压力过小引起的无效。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，其中：所述的电刺激器采用无线充电方式。
作为本发明所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器的一种优选方案，所述的电刺激器工作模式分为以下4种：
1)单一刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激或电刺激模式，启动单一机械刺激时，使得绑带与皮肤之间的压力在不同程度之间往复调整，从而实现物理按摩的效果；启动单一电刺激模式时，通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间有效接触的情况下维持恒定压力，以避免电刺激引起的肌肉收缩可能导致的无效接触刺激；通过设置适当的力电刺激参数，使得电刺激有效应用于预防深静脉血栓的发生。
2)同时刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激同时运行模式，在通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间可以有效接触的情况下，同时启动机械刺激和电刺激模式，在同时刺激模式时，两种刺激的频率被设计为互为整数倍，通过力电刺激协同作用，以最大化刺激效果，促进对深静脉血栓的预防。
3)交替刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激交替运行模式，通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间可以有效接触的情况下，启动电刺激模式/机械刺激，并在预设的刺激时间结束后切换至另一刺激模式，这两种刺激模式循环交替通过不同的刺激方式引发不同的体感及生理效应，从而更有效地预防深静脉血栓的形成。
4)外接控制刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的自定义刺激模式，该模式可以为以上三种模式的任意组合，并实现任意循环交替工作，该模式下，力电刺激模式的选择与切换可根据按患者的个体需求进行设计与调整，以患者可接受的刺激方式循序渐进，缓解刺激引起的不适，最大程度提高患者的接受度，以达到最佳的深静脉血栓预防效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)以电致形变材料作为绑带的基质，结合电刺激的技术，以同时及同步实现有效的电极-皮肤贴合以及机械压力的提供，此设计旨在综合电生理刺激与机械刺激，以促进局部血液循环。
(2)电刺激与机械刺激之间存在多种联动治疗方式，这两种刺激手段在体感和刺激效果方面表现出差异，因而需要根据患者可接受治疗的个体差异来优化治疗策略，以最大程度地实现预防深静脉血栓的效果。
(3)压力反馈装置用于监测施加于皮肤的力学信号，并结合卡扣滑槽的固定机制，在一定范围内实现自动压力调节，以实现针对不同用户的个体差异性需求，以避免过高的压力可能导致的生理危害，同时确保足够的压力以确保有效的电刺激及按摩功能的实现。
(4)引入监测电极使该刺激器具有反馈调节功能，以实现自适应的电刺激参数调节，保证电刺激的安全性及有效性，满足不同患者的个体化需求。
附图说明
图1为绑带内侧电刺激器；
图2为绑带外侧电刺激器；
图1，图2中，1绑带基体、11绑带内侧形变电极、12绑带外侧形变电极、2电刺激正电极、21电刺激负电极、22电刺激参考电极、3监测正电极、31监测负电极、32监测参考电极、4处理单元、5压力反馈装置、6卡扣、61滚珠、7滑槽。
图3为电刺激曲线；
图4为频率范围曲线；
图5为电刺激参数窗口；
图6为电刺激器的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器，如图1，图2，包括以下部分：
电致形变绑带，包括：绑带基体1，设置在所述绑带基体内侧上的用于电致形变的电极11，设置在所述绑带基体内侧上的用于电致形变的电极12；
分布在所述电致形变绑带内侧的用于电刺激的电刺激正电极2，电刺激负电极21，电刺激参考电极22；用于监测的监测正电极3、监测负电极31和监测参考电极32；
与用于电致形变的电极和用于电刺激的电极连接的处理单元4；
分布在所述电致形变绑带内侧的压力反馈装置5，压力反馈装置5与处理单元4连接，压力反馈装置5将获得的压力信号传输给处理单元4，处理单元4根据压力反馈装置5的压力信号输出控制信号给用于电致形变的电极和用于电刺激的电极。
绑带基体1以介电弹性体材料作为基材，材料可选自聚偏二氟乙烯、橡胶、聚苯乙烯、丙烯酸和聚氨酯，优选聚偏二氟乙烯材料。
绑带内侧形变电极11和绑带外侧形变电极12表面通过真空气相沉积法镀2微米厚的Parylene绝缘层。
处理单元4输出双向平衡波形，如图3所示。图4为频率范围曲线；频率为0.1～5Hz，刺激间隙时间按需选择。图5为电刺激参数窗口，在此窗口中可以保证电刺激的安全性及有效性。正相脉冲电荷剂量为100～500μC/s，优选200～500μC/s，正相脉冲电压大小为20～70V，正相脉冲脉冲宽度为100～500ms，优选200ms，反向脉冲电压的大小为正相脉冲电压的十分之一，脉冲宽度为刺激电压的十倍，每次治疗时间为20～40min，优选30min。
压力反馈装置5，设置绑带1与皮肤之间压力范围为1～40Pa。
卡扣6两端各有一个滚珠61，卡扣6通过挤压固定于滑槽7中，滑槽7设有4个档位。电刺激器采用无线充电方式。
电刺激器的控制原理图如图6，电刺激器核心系统由嵌入式单片机控制，该单片机通过集成的无线传输模块与上位机进行通信，接收并执行上位机下达的指令，并将治疗过程中获取的数据上传至上位机，由上位机进行分析与处理。单片机负责解析接收到的指令，以控制电刺激和压力反馈装置的运行。此系统中，指示灯1用于显示电刺激的运行状态，指示灯2则用于表示压力反馈装置的工作状态。正常运行时，这些指示灯保持常亮，而闪烁则指示系统故障，需要进行检修。
电刺激器工作模式分为以下4种：
1)单一刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激或电刺激模式，启动单一机械刺激时，使得绑带与皮肤之间的压力在不同程度之间往复调整，从而实现物理按摩的效果；启动单一电刺激模式时，通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间有效接触的情况下维持恒定压力，以避免电刺激引起的肌肉收缩可能导致的无效接触刺激；通过设置适当的力电刺激参数，使得电刺激有效应用于预防深静脉血栓的发生。
2)同时刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激同时运行模式，在通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间可以有效接触的情况下，同时启动机械刺激和电刺激模式，在同时刺激模式时，两种刺激的频率被设计为互为整数倍，通过力电刺激协同作用，以最大化刺激效果，促进对深静脉血栓的预防。
3)交替刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激交替运行模式，通过压力反馈装置确保绑带与皮肤之间可以有效接触的情况下，启动电刺激模式/机械刺激，并在预设的刺激时间结束后切换至另一刺激模式，这两种刺激模式循环交替通过不同的刺激方式引发不同的体感及生理效应，从而更有效地预防深静脉血栓的形成。
4)外接控制刺激模式，即电刺激器通过无线传输模块接收上位机传达的自定义刺激模式，该模式可以为以上三种模式的任意组合，并实现任意循环交替工作，该模式下，力电刺激模式的选择与切换可根据按患者的个体需求进行设计与调整，以患者可接受的刺激方式循序渐进，缓解刺激引起的不适，最大程度提高患者的接受度，以达到最佳的深静脉血栓预防效果。
本发明的使用流程如下：将刺激电极面的绑带1贴附于小腿的腓总神经处，通过按压卡扣6，使得卡扣6两端的滚珠61固定于滑槽7的两边。打开压力反馈装置5，设置初始压力为5Pa，开始进行电刺激，刺激电压为40V，脉冲宽度为200ms，反向平衡电压为4V，脉冲宽度为2s，频率为1Hz，治疗时间为30min；同时，设置压力在5Pa至30Pa之间进行循环，频率为1Hz，与电刺激参数相匹配。治疗结束后，关掉电源，将绑带1取下即可。直接将不接触绑带1的处理单元4的一面放在无线充电器上即可进行充电。
Claims (8)
1.一种预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，包括：
电致形变绑带，包括：绑带基体以及设置在所述绑带基体内外两侧上的用于电致形变的电极；
分布在所述电致形变绑带内侧的用于电刺激的电极；
与所述用于电致形变的电极和用于电刺激的电极连接的处理单元；
分布在所述电致形变绑带内侧的压力反馈装置，所述压力反馈装置与所述处理单元连接，所述压力反馈装置将获得的压力信号传输给所述处理单元，所述处理单元根据所述压力反馈装置的压力信号输出控制信号给所述用于电致形变的电极和所述用于电刺激的电极。
2.根据权利要求1所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，所述用于电刺激的电极包括：正电极、负电极和参考电极。
3.根据权利要求1所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，在所述电致形变绑带内侧设置有用于监测的电极，所述用于监测的电极包括：正电极、负电极和参考电极。
4.根据权利要求1所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，在所述电致形变绑带外侧固定有相互配合的卡扣和滑槽。
5.根据权利要求1所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，所述卡扣两端各有一个滚珠，所述卡扣上的滚珠通过挤压固定于所述滑槽中，所述滑槽为4个。
6.根据权利要求1所述的预防深静脉血栓的自适应电刺激器，其特征在于，所述用于电致形变的电极覆盖有绝缘层。
7.一种预防深静脉血栓的自适应电刺激方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述预防深静脉血栓的自适应电刺激器，包括以下步骤：
1)通过卡扣和滑槽的配合将电致形变绑带固定；
2)处理单元通过压力反馈装置和用于电致形变的电极控制设置电致形变绑带的压力范围为1～40Pa；
3)用于电刺激的电极的工作条件为：正向脉冲电荷剂量为100～500μC/s，正向脉冲电压大小为20～70V，正向脉冲宽度为100～500ms，反向脉冲电压的大小为正向脉冲电压的十分之一，脉冲宽度为正向脉冲电压的十倍，频率为0.1～5Hz。
8.一种预防深静脉血栓的自适应电刺激方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述预防深静脉血栓的自适应电刺激器，包括以下四种刺激模式：
1)单一刺激模式，即处理单元通过无线传输模块接收上位机传达的单一机械刺激模式或单一电刺激模式的控制信号，
单一机械刺激模式：启动用于电致形变的电极，使得压力在不同程度之间往复调整；
单一电刺激模式：启动用于电刺激的电极，通过压力反馈装置确保恒定压力的前提下输出电刺激参数；
2)同时刺激模式，即处理单元通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激同时运行模式，在通过压力反馈装置确保压力输出的情况下，同时启动用于电致形变的电极和用于电刺激的电极，在同时刺激模式时，两种刺激的频率被设计为互为整数倍；
3)交替刺激模式，即处理单元通过无线传输模块接收上位机传达的机械刺激和电刺激交替运行模式，在通过压力反馈装置确保压力输出的情况下，启动用于电刺激的电极/用于电致形变的电极，并在预设的刺激时间结束后切换至另一刺激模式，这两种刺激模式循环交替运行；
4)外接控制刺激模式，即处理单元通过无线传输模块接收上位机传达的自定义刺激模式，自定义刺激模式为单一刺激模式、同时刺激模式、交替刺激模式三种模式的任意组合。
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