CN202909297U - 一种临时膈肌刺激器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种临时膈肌刺激器，包括壳体、电源、控制器、按键电路、刺激脉冲产生电路和生理电极，电源、控制器和刺激脉冲产生电路均封装在壳体内，其中按键电路与控制器连接，控制器与刺激脉冲产生电路连接，生理电极通过设置在外壳上的接口与脉冲刺激产生电路连接，控制器产生两路参数可调节的脉冲，两路脉冲被输送给刺激脉冲产生电路，激脉冲产生电路将两路脉冲调制为一路刺激脉冲输送给生理电极。本实用新型的特点是采用电流控制方式，不会引起膈神经损伤，而且使用方便，能耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种膈肌功能恢复仪器，具体说是一种将电极经颈静脉伸入人体内刺激膈神经的膈肌刺激器。
背景技术
对于长期借助呼吸机进行呼吸的重病病人来说，脱离呼吸机自主呼吸往往是一件非常困难的事情。撤机失败通常是由于呼吸肌肉能力和呼吸负荷之间的失衡，任何使呼吸肌肉收缩能力下降和使呼吸负荷增加的因素都能够导致撤机失败，所以恢复膈肌功能防止膈肌萎缩在临床上具有非常重要的意义。电刺激膈神经是一项非常有用和重要的防止膈肌萎缩辅助膈肌功能康复的方法，其使用的前提是并不引起相应的膈肌疲劳或者相应肌肉的功能损害。
目前膈肌起搏器主要包括体内刺激和体外刺激两种技术，体外膈肌起搏器经过多年的验证，在临床上并没有真正普遍应用，其原因就在于其电极定位不够精准，往往引起臂丛神经的协同刺激，干扰治疗效果，其次体表刺激往往所需的刺激电压过大，达到40-120V，这种疼痛病人难以忍受，加之治疗效果差异很大，所以造成体外膈肌起搏器在临床上很难得到推广应用。中国专利“植入式膈肌起搏器（专利号：ZL200420072438.2，公开日：2006年2月8日）”是国内目前公开的唯一一种体内膈肌刺激技术，但专利申请公开后却未见任何有关临床研究的报道。
实用新型内容
本实用新型的任务是要针对上述技术问题，提供一种不引起膈神经损伤，而且使用方便的膈神经刺激器。
技术手段：本实用新型公开了一种临时膈肌刺激器，包括壳体、电源、基于计算机的控制器、按键电路、刺激脉冲产生电路和生理电极，电源、控制器和刺激脉冲产生电路均封装在壳体内，其中按键电路与控制器连接，控制器与刺激脉冲产生电路连接，生理电极通过设置在外壳上的接口与脉冲刺激产生电路连接，生理电极的另一端通过颈静脉伸入人体内；
控制器设有两组脉冲信号发生器，其中一组脉冲信号发生器产生用于控制呼吸频率和吸气时间的脉冲，另一组脉冲信号发生器产生模拟膈神经自然放电的脉冲序列，两路脉冲被输送给刺激脉冲产生电路，刺激脉冲产生电路将两路脉冲调制为一路刺激脉冲输送给生理电极。
刺激脉冲产生电路包括复合刺激脉冲生成电路、D/A输出电路、脉冲调制控制电路、恒流放大电路和刺激供电电路，脉冲调制控制电路包含有两个输入端和一个输出端，其中由所述控制器的两组脉冲信号发生器输出的两路脉冲经复合刺激脉冲生成电路调制为一路脉冲，该脉冲被输入脉冲调制控制电路的其中一个输入端，脉冲调制控制电路的另一个输入端与D/A输出电路的输出端连接，脉冲调制控制电路的输出端输出模拟正常呼吸的包络信号，包络信号经恒流放大电路放大后输出刺激脉冲给生理电极；刺激供电电路与恒流放大电路连接。
刺激脉冲产生电路包括第一与非门、第二与非门、第一限流电阻、第二限流电阻、脉冲调制控制电路、D/A输出电路和恒流放大电路，脉冲调制控制电路为光电耦合器，该光电耦合器的输入端为发光二极管，输出端为光电三极管，其中第一与非门的两个输入端分别与所述控制器的两组脉冲信号发生器连接，其输出端分别与第二与非门的两输入端连接；第二与非门的输出端经第一限流电阻与光电耦合器的控制输入端连接；D/A输出电路的输入端与所述控制器连接，其输出端经第二限流电阻与光电耦合器的集电极连接；光电耦合器的射极与恒流放大电路连接。
该临时膈肌刺激器还包括设置在壳体上的LCD显示屏，以及封装在壳体内且与控制器连接的存储器，控制器为嵌入式计算机，具体可以为TMS320LF2407A数字信号处理器，所用生理电极为心脏起搏器用电极，电源为干电池或内置充电电池。
该临时膈肌刺激器产生的刺激脉冲的宽度为10-1000μs,频率为1-100Hz，电流为0-5mA，电压为0-10V。
有益效果：1、生理电极通过微创手术经颈静脉伸入人体内，创伤小，易操作，而且刺激效果好；2、刺激脉冲信号模拟人体呼吸过程，可避免膈肌疲劳以及肌肉损伤；3、生理电极采用心脏起搏器用电极，大大减少了安全问题；4、本刺激仪可对脉冲的参数进行设定，选择最优化的参数组合进行膈肌刺激；5、采用恒流放大电路，精确控制电流，保证刺激强度稳定可控，而且可保证仪器安全工作；6、采用控制能力强的数字信号处理器作为控制核心，减少外围电路，使得仪器整体体积小，便于携带，而且能耗小，采用内置充电电池或干电池作为电源即可；7、设置了存储器，可对设置的输出脉冲参数进行记录，方便不同病人多次使用；8、配置显示屏，可直观的看到设置的参数情况以及模拟的正常呼吸的包络情况。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电路结构示意图；
图3为脉冲恒流放大电路原理图；
图4为刺激供电电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了一种临时膈肌刺激器，包括壳体、电源2、基于计算机的控制器1、按键电路3、LCD显示屏4、存储器5、刺激脉冲产生电路6和生理电极7，基于计算机的控制器1为嵌入式单片机（下简称为“控制器”），电源2、控制器1、按键电路3、存储器5和刺激脉冲产生电路6均封装在壳体内，其中按键电路3与控制器1连接，并在壳体上设有相应的按键，控制器1与刺激脉冲产生电路6连接，LCD显示屏4设置在壳体上，存储器5与控制器1连接，生理电极7通过设置在外壳上的接口与脉冲刺激产生电路6连接，生理电极7的另一端通过颈静脉伸入人体内间接刺激膈神经，该生理电极7为心脏起搏器用生理电极。刺激脉冲产生电路包括复合刺激脉冲生成电路、D/A输出电路、脉冲调制控制电路、恒流放大电路和刺激供电电路。
如图2所示，脉冲调制控制电路为光电耦合器TLP521，该光电耦合器的输入端为发光二极管，输出端为光电三极管。控制器产生两路脉宽、周期可调的脉冲，其中一路脉冲S1用于控制呼吸频率和吸气时间，另一路脉冲S2模拟膈神经自然放电，两路脉冲被输入复合刺激脉冲生成电路，复合刺激脉冲生成电路包括第一与非门U1和第二与非门U2，两路脉冲经两次与非运算后输出，使信号得到了加强且调制在一起形成一路脉冲，该脉冲经第一限流电阻R101输送到光电耦合器的控制输入端S3；D/A输出电路选用芯片TLV5620，D/A输出电路与控制器连接，其输出端经第二限流电阻R102连接到光电耦合器的集电极端S4；经调制后，模拟正常呼吸的包络信号由光电耦合器的射极S5输出给恒流放大电路。通常在用电刺激膈肌神经中的电刺激强度是由刺激脉冲的宽度和电流强度共同决定的，刺激脉冲的宽度失控和电流强度的失控，都有可能损伤生命体组织，而且不同电压下肌肉电是变化的，因此采用控制电流可保证电刺激强度稳定可控。如图3所示，为恒流放大电路示意图，包络信号输入恒流放大电路的基极用于控制刺激脉冲的强度。刺激供电电路与恒流放大电路连接，并为其提供0-10V的刺激电压，刺激供电电路示意图如图4所示。该临时膈肌刺激器产生的刺激脉冲参数可随实际需要调节，具体参数为：脉冲宽度为10-1000μs,频率为1-100Hz，电流为0-5mA，电压为0-10V。
控制器选用TMS320LF2407A数字信号处理器，该处理器的特点是功耗小，处理及控制能力较强。电源采用内置充电电池或干电池。在复合刺激脉冲生成电路、D/A输出电路以及恒流放大电路之间设置光电耦合器TLP521的目的是将输入的脉冲信号利用光为媒介传向输出端，TLP521的优点是具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
开机后，按照初始的刺激参数自动产生刺激输出，初始参数设定为：大部分正常人呼吸时的状态，呼吸周期呼气时间为1.8秒，吸气时间为1.2秒，刺激脉冲幅度的峰值为100μA；高频脉冲的初值为1毫秒，终值为10毫秒。用户可以自己进行参数的调整，可调整的参数包括脉冲周期，脉冲宽度，吸气时间，呼气时间，呼吸频率，呼吸比，峰值电流，电流启动点，等。在调整过程中，刺激按原来设定的参数进行工作，设置完成后立即按新设定的参数执行，并且可以将设定的参数存入存储其中，以便再次使用。
Claims (9)
1.一种临时膈肌刺激器，其特征在于：所述临时膈肌刺激器包括壳体、电源、基于计算机的控制器、按键电路、刺激脉冲产生电路和生理电极，电源、控制器和刺激脉冲产生电路均封装在壳体内，其中按键电路与控制器连接，控制器与刺激脉冲产生电路连接，生理电极通过设置在外壳上的接口与脉冲刺激产生电路连接，生理电极的另一端通过颈静脉伸入人体内；
所述控制器设有两组脉冲信号发生器，其中一组脉冲信号发生器产生用于控制呼吸频率和吸气时间的脉冲，另一组脉冲信号发生器产生模拟膈神经自然放电的脉冲序列，两路脉冲被输送给刺激脉冲产生电路，刺激脉冲产生电路将两路脉冲调制为一路刺激脉冲输送给生理电极。
2.根据权利要求1所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述刺激脉冲产生电路包括复合刺激脉冲生成电路、D/A输出电路、脉冲调制控制电路、恒流放大电路和刺激供电电路，脉冲调制控制电路包含有两个输入端和一个输出端，其中由所述控制器的两组脉冲信号发生器输出的两路脉冲经复合刺激脉冲生成电路调制为一路脉冲，该脉冲被输入脉冲调制控制电路的其中一个输入端，脉冲调制控制电路的另一个输入端与D/A输出电路的输出端连接，脉冲调制控制电路的输出端输出模拟正常呼吸的包络信号，包络信号经恒流放大电路放大后输出刺激脉冲给生理电极；刺激供电电路与恒流放大电路连接。
3.根据权利要求2所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述刺激脉冲产生电路包括第一与非门、第二与非门、第一限流电阻、第二限流电阻、脉冲调制控制电路、D/A输出电路和恒流放大电路，脉冲调制控制电路为光电耦合器，该光电耦合器的输入端为发光二极管，输出端为光电三极管，其中第一与非门的两个输入端分别与所述控制器的两组脉冲信号发生器连接，其输出端分别与第二与非门的两输入端连接；第二与非门的输出端经第一限流电阻与光电耦合器的控制输入端连接；D/A输出电路的输入端与所述控制器连接，其输出端经第二限流电阻与光电耦合器的集电极连接；光电耦合器的射极与恒流放大电路连接。
4.根据权利要求1所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述临时膈肌刺激器包括一设置在壳体上的LCD显示屏。
5.根据权利要求1所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述临时膈肌刺激器包括一存储器，该存储器封装在所述壳体内且与所述控制器连接。
6.根据权利要求1所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述生理电极为心脏起搏器用电极。
7.根据权利要求1所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述电源为干电池或内置充电电池。
8.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述临时膈肌刺激器产生的刺激脉冲的宽度为10-1000μs,频率为1-100Hz，电流为0-5mA，电压为0-10V，所述基于计算机的控制器为嵌入式单片机。
9.根据权利要求8所述的临时膈肌刺激器，其特征在于：所述嵌入式单片机为TMS320LF2407A数字信号处理器。
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|---|---|---|---|---|
| CN103142400A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-06-12 | 张栋 | 一种膈肌康复刺激信号的产生方法及一种膈肌功能康复器 |
| CN103933648A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-23 | 北京雅果科技有限公司 | 一种膈肌刺激吸排气系统 |
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