CN203507439U - 基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置 - Google Patents

基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，包括采集盆底肌电信号的生理信号采集系统；以及，与所述生理信号采集系统连接、对所述盆底肌电信号进行分析与记录，并与受训者进行交互的肌电信号反馈系统。其中，所述生理信号采集系统包括阴道电极棒、仪表运算放大器、多通道滤波电路、二级放大电路和模数转换电路；所述肌电信号反馈系统包括主控制器、显示屏和语音输出模块。本实用新型提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，基于生物反馈技术，采用视觉信号展示当前受训者盆底肌肉的实时肌电活动状态，并通过语音提示受训者进行盆底肌肉锻炼，通过人机交互实现对女性尿失禁患者的无创伤性的治疗。

Description

基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置。
背景技术
尿失禁（Urinary Incontinence，UI）是由于膀胱括约肌损伤或神经功能障碍而丧失排尿自控能力，使尿液不自主地流出的状态。尿失禁患者在咳嗽、跳动时就会不自主溢尿，而急迫性尿失禁患者在听到水声的时候也会发生不自主溢尿现象。尿失禁可以发生在任何年龄及性别，尤其是女性及老年人。尿失禁除了令人身体不适，更重要的是，它会长期影响患者的生活质量，严重影响着患者的心理健康，被称为“不致命的社交癌”。
国际流行病学研究显示，女性尿失禁己成为威胁妇女身心健康的5种主要慢性疾病之一，其医疗费用已超过乳腺癌、骨质疏松和忧郁症等，给社会和家庭带来巨大的经济负担。目前，尿失禁治疗的基本目的是恢复尿道括约肌的力量和膀胱尿道的正常解剖位置。
近年来，随着无张力阴道吊带手术的开展和日益成熟，UI的手术治疗取得很大进步，但存在创伤性、花费较高，且常伴有术后并发症与后遗症等缺点，不能纠正潜在的括约肌功能障碍。其长期疗效不肯定，仅适用于中重度UI患者，而对于发生率较高轻度女性UI患者，治疗效果尚不理想。。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，通过采集盆底肌肉的微弱电信号，采用视觉信号展示当前受训者盆底肌肉的实时的肌电活动状态，并通过语音提示受训者以相应的姿势进行盆底肌肉锻炼，通过人机交互实现对尿失禁患者的无创伤性的治疗，以达到康复效果。
为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，包括：
采集盆底肌电信号的生理信号采集系统；以及，与所述生理信号采集系统连接、对所述盆底肌电信号进行分析与记录，并与受训者进行交互的肌电信号反馈系统；
所述生理信号采集系统包括：提取盆底肌肉表面微弱电压信号的阴道电极棒；与所述阴道电极棒连接、对所述微弱电压信号进行前置放大的仪表运算放大器；与所述仪表运算放大器连接、对前置放大后的电压信号进行滤波的多通道滤波电路；与所述多通道滤波电路连接、对滤波后的电压信号进行二次放大的二级放大电路；以及，与所述二级放大电路连接，将二次放大后的电压信号进行模数转换，并将获得的盆底肌肉数字信号传输到所述肌电信号反馈系统的模数转换电路；
所述肌电信号反馈系统包括：
内置有训练模型、对所述盆底肌肉数字信号进行分析，并根据分析结果发出人机交互信息的主控制器；连接在所述主控制器上、将所述盆底肌肉数字信号形成的肌电图与所述人机交互信息进行输出显示的显示屏；以及，连接在所述主控制器上、提示受训者对盆底肌肉进行锻炼的语音输出模块。
在一种可实现方式中，所述阴道电极棒设置有三点式差动输入电极；其中一个是参考电极，另外两个均为用于输出刺激电信号和采集肌电信号的电极。
优选地，所述多通道滤波电路包括依次连接的截止频率为10赫兹的高通滤波电路、50赫兹的工频陷波电路、以及截止频率为500赫兹的低通滤波电路。
进一步地，所述肌电信号反馈系统还包括与所述主控制器连接、用于记录受试者的监测信息的存储器。
在一种可实现方式中，所述生理信号采集系统通过USB接口与所述肌电信号反馈系统连接。
在另一种实现方式中，所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，生理信号采集系统通过串行接口与所述肌电信号反馈系统连接。
本实用新型实施例提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，具有以下有益效果：
通过阴道电极棒女性受训者盆底肌肉进行刺激，并收集盆底肌肉反馈的微弱肌电信号，经生理信号采集系统对该肌电信号进行放大、滤波等处理后将肌电信号传送给肌电信号反馈系统；肌电信号反馈系统采用视觉信号展示当前受训者盆底肌肉的实时的肌电活动状态，并通过语音提示受训者以相应的姿势进行盆底肌肉锻炼，通过人机交互实现对尿失禁患者的无创伤性的治疗，使患者获得了较佳的康复效果。
附图说明
图1是本实用新型提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置的一个实施例的结构示意图；
图2是生理信号采集系统的结构示意图；
图3是肌电信号反馈系统的结构示意图；
图4是本实用新型提供的仪表运算放大器的电路原理图；
图5是本实用新型实施例提供的二级放大电路的一种电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，是本实用新型提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置的第一实施例的结构示意图。
在本实施例中，所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，包括：
采集盆底肌电信号的生理信号采集系统100；以及，与所述生理信号采集系统100连接、对所述盆底肌电信号进行分析与记录，并与受训者进行交互的肌电信号反馈系统200。
在一种可实现方式中，所述生理信号采集系统100通过USB接口与所述肌电信号反馈系统200连接。
在另一种实现方式中，所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，生理信号采集系统100通过串行接口与所述肌电信号反馈系统200连接。
参看图2，是生理信号采集系统的结构示意图。
在本实施例中，所述生理信号采集系统100包括：提取盆底肌肉表面微弱电压信号的阴道电极棒101；与所述阴道电极棒101连接、对所述微弱电压信号进行前置放大的仪表运算放大器102；与所述仪表运算放大器102连接、对前置放大后的电压信号进行滤波的多通道滤波电路103；与所述多通道滤波电路103连接、对滤波后的电压信号进行二次放大的二级放大电路104；以及，与所述二级放大电路104连接，将二次放大后的电压信号进行模数转换，并将获得的盆底肌肉数字信号传输到所述肌电信号反馈系统的模数转换电路105。
参看图3，是肌电信号反馈系统的结构示意图。
在本实施例中，所述肌电信号反馈系统200包括：
内置有训练模型、对所述盆底肌肉数字信号进行分析，并根据分析结果发出人机交互信息的主控制器201；连接在所述主控制器201上、将所述盆底肌肉数字信号形成的肌电图与所述人机交互信息进行输出显示的显示屏202；以及，连接在所述主控制器201上、提示受训者对盆底肌肉进行锻炼的语音输出模块203。
在一种可实现方式中，所述阴道电极棒101设置有三点式差动输入电极；其中一个是参考电极P，另外两个均为用于输出刺激电信号和采集肌电信号的电极，包括电极A和电极B。具体地，作为信号输出端，电极A与电极B均可用于输出刺激电信号；作为信号输入端，电极A与电极B均可对盆底肌肉的生理信号，即肌电信号进行采集。
由于盆底肌肉的幅度值范围为1-1000μV（微伏），频率在20-500Hz（赫兹）之间，属于差模信号；而市电50Hz工频干扰信号在不同的环境下有所不同，但大多在mV（毫伏）数量级，属于共模信号。电极与皮肤接触的极化电势在10-100mV之间，接触电阻在1~10kΩ之间。因此前置放大电路需要具有很高的共模抑制比和很高的输入阻抗，才能从50Hz的工频共模干扰中提取盆底肌电信号的差模信号，并且减少共模干扰转变为差模干扰。
在本实施例中，仪表运算放大器102是一种精密差分电压放大器，具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等优点。
参看图4，是本实用新型提供的仪表运算放大器的电路原理图。
仪表运算放大器102把关键元件集成在放大器内部，具有差分输入（两个输入端Vin）和相对参考端的单端输出Vout。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表运算放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。图4所示的仪表运算放大器的电路增益为：G=（1+2R1/Rg）Rf/R3，其中R1=R2，R3=R4，Rf=R5。通过改变电阻Rg的阻值实现电路增益G的调节。在设计放大通道时，由于肌电信号的个体差异性，其放大倍数在2000~50000之间，可通过生理信号采集系统100的微处理器调节，微处理器通过调节电路中的数字电位器来调节电路的增益。
在本实施例中，优选地，所述多通道滤波电路103包括依次连接的截止频率为10赫兹的高通滤波电路、50赫兹的工频陷波电路、以及截止频率为500赫兹的低通滤波电路。由于盆底肌肉的电信号频率在20-500Hz之间，市电工频信号为50Hz，因此对高通滤波电路、工频陷波电路以及低通滤波电路的截止频率进行限制。具体地，在仪表运算放大器102对采集得到肌电信号进行前置放大后，滤除50Hz工频干扰，获得处于20-500Hz频段的肌电信号。
二级放大电路104为主要放大部分，目的在于把前置放大后的肌电信号再次放大，方便模数转换电路105对尚为模拟状态的肌电信号进行数模转换。具体地，二级放大电路104采用高精度运算放大器以及相应的外围电阻构成一个反馈电路。
参看图5，是本实用新型实施例提供的二级放大电路的一种电路原理图。具体地，在通频带内，图5所示的二级放大电路的放大倍数或增益为：K=（R6+R7）/R6。
由于盆底肌肉的电信号的频率在20Hz-500Hz之间，所以根据奈奎斯特原理，模数转换电路105对阴道电极棒101采集并放大滤波后的模拟肌电信号进行采样时，采样频率fs应该大于肌电信号最大频率fh的两倍，才能保留完整的原始模拟肌电信号，即fs≥2×fh，同时采样频率不宜太大，因此本系统选择最佳采样频率为1kHz（千赫兹）。
在本实施例中，肌电信号反馈系统200中的主控制器201实时接收来自生理信号采集系统100的盆底肌肉数字信号。
肌电信号反馈系统200根据盆底肌肉数字信号建立训练模型，以达到与受训者交互的目的。具体地，该训练模型为一个软件操作平台，通过记录患者的病历号、姓名、性别、年龄、诊断、病史、训练部位、原始数据、备注等信息，并允许根据患者的信息查看以往治疗、评估情况。主控制器201对盆底肌肉数字信号进行处理，形成肌电图与人机交互信息，并将其输出至显示屏202中进行显示；主控制器201智能地判断出受试者当前的盆底肌肉的运动情况，并根据肌电信号与训练模型的标准信号进行比较，实时控制语音输出模块203向受训者发出语音提示。受训者只需按照显示屏202与语音输出模块203实时输出的信息进行姿势调整即可。训练结束后，主控制器201可对受训者的盆底肌肉锻炼情况进行评估和记录。
进一步地，所述肌电信号反馈系统200还包括与所述主控制器201连接、用于记录受试者的监测信息的存储器204。
本实用新型实施例提供的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，通过阴道电极棒女性受训者盆底肌肉进行刺激，并收集盆底肌肉反馈的微弱肌电信号，经生理信号采集系统对该肌电信号进行放大、滤波等处理后将肌电信号传送给肌电信号反馈系统；肌电信号反馈系统采用视觉信号展示当前受训者盆底肌肉的实时的肌电活动状态，并通过语音提示受训者以相应的姿势进行盆底肌肉锻炼，通过人机交互实现对尿失禁患者的无创伤性的治疗，使患者获得了较佳的康复效果。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，包括：
采集盆底肌电信号的生理信号采集系统；以及，与所述生理信号采集系统连接、对所述盆底肌电信号进行分析与记录，并与受训者进行交互的肌电信号反馈系统；
所述生理信号采集系统包括：提取盆底肌肉表面微弱电压信号的阴道电极棒；
与所述阴道电极棒连接、对所述微弱电压信号进行前置放大的仪表运算放大器；
与所述仪表运算放大器连接、对前置放大后的电压信号进行滤波的多通道滤波电路；
与所述多通道滤波电路连接、对滤波后的电压信号进行二次放大的二级放大电路；
以及，与所述二级放大电路连接，将二次放大后的电压信号进行模数转换，并将获得的盆底肌肉数字信号传输到所述肌电信号反馈系统的模数转换电路；
所述肌电信号反馈系统包括：
内置有训练模型、对所述盆底肌肉数字信号进行分析，并根据分析结果发出人机交互信息的主控制器；
连接在所述主控制器上、将所述盆底肌肉数字信号形成的肌电图与所述人机交互信息进行输出显示的显示屏；
以及，连接在所述主控制器上、提示受训者对盆底肌肉进行锻炼的语音输出模块。
2.如权利要求1所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，所述阴道电极棒设置有三点式差动输入电极；其中一个是参考电极，另外两个均为用于输出刺激电信号和采集肌电信号的电极。
3.如权利要求1所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，所述多通道滤波电路包括依次连接的截止频率为10赫兹的高通滤波电路、50赫兹的工频陷波电路、以及截止频率为500赫兹的低通滤波电路。
4.如权利要求1所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，所述肌电信号反馈系统还包括与所述主控制器连接、用于记录受试者的监测信息的存储器。
5.如权利要求1~4任一项所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，所述生理信号采集系统通过USB接口与所述肌电信号反馈系统连接。
6.如权利要求1~4任一项所述的基于生物反馈技术的交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，生理信号采集系统通过串行接口与所述肌电信号反馈系统连接。
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