CN218106583U - 与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，包括采集电极贴、设备主机、数字经皮神经电刺激器和输出电极贴，所述采集电极贴用于安装在人体的第一部位并且所述输出电极贴用于安装在人体的第二部位，所述设备主机包括放大器单元，所述放大器单元包括前置放大电路、高通滤波电路、第一低通滤波电路、信号放大电路、第二低通滤波电路和模数转换电路。本实用新型公开的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其通过无创对周围神经和/或针灸穴位进行电刺激，并且电刺激与胃或小肠的内在起搏活动同步，这种同步的非侵入性神经刺激在增强胃或小肠运动方面比现有的不同步的神经电刺激更有效。

Description

与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备

技术领域

本实用新型属于胃肠电刺激技术领域，具体涉及一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备。

背景技术

功能性胃肠道疾病与胃肠动力障碍有关，如胃轻瘫、功能性消化不良、小肠假性梗阻、小肠细菌过度生长等。胃肠动力由称为慢波的内在电起搏活动控制。慢波在人体胃中的频率为每分钟3次(cpm)，在人体小肠中的频率为9-12cpm。胃和小肠慢波异常与功能性消化不良、胃轻瘫和小肠运动疾病有关。

胃和小肠起搏是治疗胃和小肠运动障碍的有效方法，类似于心脏起搏治疗心律失常。目前，胃肠起搏是通过长期植入的电极和可植入的脉冲发生器将电流直接输送到胃或小肠的平滑肌来完成的。这种方法是侵入性的，因为需要外科手术来放置刺激电极和脉冲发生器。

另一种改善胃肠动力的方法是通过电刺激周围神经或针灸穴位。刺激可以通过体表电极或针灸针传递。这些现有方法的主要问题是电刺激与胃或小肠的内在起搏活动无关联，其治疗效果有限。

因此，针对上述问题，予以进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其通过无创对周围神经和/或针灸穴位进行电刺激，并且电刺激与胃或小肠的内在起搏活动(慢波)同步，这种同步的非侵入性神经刺激在增强胃或小肠运动方面比现有的不同步的神经电刺激更有效。

本实用新型的另一目的在于提供与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其为胃电图(EGG)或肠电图(EIG)的非侵入性方案，使用胃肠慢波分析单元从放大器单元(对第一部位，胃肠等)处理获得的胃电图或肠电图中在线检测每个慢波的峰值；将通过放置在周围神经或针灸穴位(第二部位)的电极或针灸针(输出电极贴)在检测到每个慢波峰时数字经皮神经电刺激器发出一个脉冲或一系列脉冲的电刺激。

为达到以上目的，本实用新型提供一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，用于输出与胃肠起搏同步的电刺激，包括采集电极贴、设备主机、数字经皮神经电刺激器和输出电极贴，其中：

所述采集电极贴用于安装在人体的第一部位并且所述输出电极贴用于安装在人体的第二部位；

所述设备主机包括放大器单元，所述放大器单元包括前置放大电路、高通滤波电路、第一低通滤波电路、信号放大电路、第二低通滤波电路和模数转换电路，其中：

所述前置放大电路的输入端与所述采集电极贴电性连接并且所述前置放大电路的输出端与所述高通滤波电路的输入端电性连接，所述高通滤波电路的输出端与所述第一低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第一低通滤波电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与所述第二低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第二低通滤波电路的输出端与所述模数转换电路的输入端电性连接；

所述数字经皮神经电刺激器的输入端与所述设备主机的输出端电性连接并且所述数字经皮神经电刺激器的输出端与所述输出电极贴电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述前置放大电路包括仪表放大器U1，其中：

所述仪表放大器U1的正极输入端依次通过电容C1、电阻R7和电阻R3与采集电极贴的第一端E1电性连接并且所述仪表放大器U1的负极输入端依次通过电容C2、电阻R8和电阻R4与采集电极贴的第二端E2电性连接；

所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间连接有电阻R1，所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间还连接有电阻R2和电阻R5并且所述电阻R2和所述电阻R5的共接端通过电阻R6接地；

所述电阻R3和所述电阻R7的共接端依次通过二极管D1和二极管D2与所述电阻R4和所述电阻R8的共接端电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述高通滤波电路包括运放器U2，所述运放器U2的正极输入端通过电容C3与所述仪表放大器U1的输出端电性连接并且所述运放器U2的正极输入端还通过电阻R9接地，所述运放器U2的负极输入端和输出端连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一低通滤波电路包括运放器U3和运放器U4，所述运放器U3的正极输入端通过电阻R10与所述运放器U2的输出端电性连接，所述运放器U3的负极输入端和输出端连接并且所述电阻R10远离所述运放器U3的一端与所述运放器U3的输出端电性连接；

所述运放器U4的正极输入端依次通过电阻R12和电阻R11与所述运放器U3的输出端电性连接，所述电阻R11和所述电阻R12的共接端通过电容C7与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的负极输入端和输出端连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述信号放大电路包括运放器U5，其中：

所述运放器U5的正极输入端与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的输出端依次通过电阻R14和电阻R13接地，所述电阻R14和所述电阻R13的共接端与所述运放器U5的负极输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第二低通滤波电路包括运放器U6，所述运放器U6的负极输入端依次通过电阻R16和电阻R17与所述运放器U5的输出端电性连接，所述电阻R16和所述电阻R17的共接端通过电阻R15与所述运放器U6的输出端电性连接并且所述运放器U6的负极输入端和输出端之间连接有电容C8，所述运放器U6的输出端与模数转换电路的输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述设备主机还包括胃肠慢波分析单元，所述胃肠慢波分析单元的输入端与所述模数转换电路的输出端电性连接并且所述胃肠慢波分析单元的输出端与所述数字经皮神经电刺激器的输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述数字经皮神经电刺激器包括脉冲发生电路，所述脉冲发生电路包括H桥驱动电路、压控电流源(提供刺激电流)和数模转换器(DAC，将输出强度的信号转为模拟信号后输入到压控电流源，从而输出相应强度的电刺激)，其中：

所述H桥驱动电路包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q5，所述三极管Q2的基极依次通过电阻R41、三极管Q1和电阻R81连接输入端PS2，所述三极管Q4的基极通过电阻R61连接输入端NS2，所述三极管Q5的基极依次通过电阻R71、三极管Q6和电阻R51连接输入端PS1，所述三极管Q3的基极通过电阻R91连接输入端NS1，所述三极管Q5的集电极和所述三极管Q3的集电极电性连接并且所述三极管Q5的集电极与所述输出电极贴的第一连接端连接(OUT1)，所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q4的集电极电性连接并且所述三极管Q2的集电极与所述输出电极贴的第二连接端连接(OUT2)，所述三极管Q3的发射极和所述三极管Q4的发射极电性连接；

所述压控电流源包括运放器U11和场效应管M1，所述场效应管M1的漏极与所述三极管Q3的发射极电性连接并且所述场效应管M1的栅极与所述仪表放大器U11的输出端电性连接，所述运放器U11的负极输入端和所述场效应管M1的源极电性连接，所述运放器U11的正极输入端通过电阻R21与所述数模转换器电性连接并且所述运放器U11的正极输入端通过电阻R31接地。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，设备主机和数字经皮神经电刺激器之间通过有线或者无线连接。

附图说明

图1是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的放大器单元的结构示意图。

图2A是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的安装示意图(有线连接)。

图2B是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的结构示意图(有线连接)。

图3A是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的安装示意图(无线连接)。

图3B是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的结构示意图(无线连接)。

图4是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的与胃或小肠起搏活动同步的经皮神经电刺激图。

图5是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的放大器单元的电路图。

图6是本实用新型的与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备的数字经皮神经电刺激器的脉冲发生电路图。

附图标记包括：1、第一部位；2、采集电极贴；3、第一传输线缆；4、设备主机；41、放大器单元；42、胃肠慢波分析单元；43、数字经皮神经电刺激器；5、输出电极贴；6、第二传输线缆；11、慢波；12、波峰；13、与慢波波峰同步发出的电刺激脉冲。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。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实用新型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实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本实用新型公开了与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。

在本实用新型的施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的第一部位、第二部位等可被视为现有技术。

值得一提的是，本实用新型涉及的“接地”并不是真正的接大地，而是代表等电位，可以理解为连接电源的负极。

优选实施例。

本实用新型公开了一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，用于输出与胃肠起搏同步的电刺激，包括采集电极贴2、设备主机4、数字经皮神经电刺激器43和输出电极贴5，其中：

所述采集电极贴2用于安装在人体的第一部位1(优选为腹部胃的位置)并且所述输出电极贴5用于安装在人体的第二部位(优选为足三里穴位，如图2A和3A所示)；

如图1所述，所述设备主机4包括放大器单元41，所述放大器单元41包括前置放大电路(增益为100，频率为0.016Hz)、高通滤波电路(增益为1，频率为0.016Hz)、第一低通滤波电路(增益为1，频率为5Hz)、信号放大电路(二级放大，增益为20)、第二低通滤波电路(增益为1，频率为5Hz)和模数转换电路(ADC，(采样率fs＝20Hz))，其中：

所述前置放大电路的输入端与所述采集电极贴电性连接并且所述前置放大电路的输出端与所述高通滤波电路的输入端电性连接，所述高通滤波电路的输出端与所述第一低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第一低通滤波电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与所述第二低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第二低通滤波电路的输出端与所述模数转换电路的输入端电性连接；

所述数字经皮神经电刺激器43的输入端与所述设备主机4的输出端电性连接并且所述数字经皮神经电刺激器43的输出端与所述输出电极贴5电性连接。

如图5所示，具体的是，所述前置放大电路包括仪表放大器U1，其中：

所述仪表放大器U1的正极输入端依次通过电容C1、电阻R7和电阻R3与采集电极贴的第一端E1电性连接并且所述仪表放大器U1的负极输入端依次通过电容C2、电阻R8和电阻R4与采集电极贴的第二端E2电性连接；

所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间连接有电阻R1，所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间还连接有电阻R2和电阻R5并且所述电阻R2和所述电阻R5的共接端通过电阻R6接地；

所述电阻R3和所述电阻R7的共接端依次通过二极管D1和二极管D2与所述电阻R4和所述电阻R8的共接端电性连接。

值得一提的是，电容C1、电阻R2、电阻R5和电容C2组成一个(高通)滤波器，作用是滤掉DC成分。

更具体的是，所述高通滤波电路包括运放器U2，所述运放器U2的正极输入端通过电容C3与所述仪表放大器U1的输出端电性连接并且所述运放器U2的正极输入端还通过电阻R9接地，所述运放器U2的负极输入端和输出端连接。

进一步的是，所述第一低通滤波电路包括运放器U3和运放器U4，所述运放器U3的正极输入端通过电阻R10与所述运放器U2的输出端电性连接，所述运放器U3的负极输入端和输出端连接并且所述电阻R10远离所述运放器U3的一端与所述运放器U3的输出端电性连接；

所述运放器U4的正极输入端依次通过电阻R12和电阻R11与所述运放器U3的输出端电性连接，所述电阻R11和所述电阻R12的共接端通过电容C7与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的负极输入端和输出端连接。

更进一步的是，所述信号放大电路包括运放器U5，其中：

所述运放器U5的正极输入端与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的输出端依次通过电阻R14和电阻R13接地，所述电阻R14和所述电阻R13的共接端与所述运放器U5的负极输入端电性连接。

优选地，所述第二低通滤波电路包括运放器U6，所述运放器U6的负极输入端依次通过电阻R16和电阻R17与所述运放器U5的输出端电性连接，所述电阻R16和所述电阻R17的共接端通过电阻R15与所述运放器U6的输出端电性连接并且所述运放器U6的负极输入端和输出端之间连接有电容C8，所述运放器U6的输出端与模数转换电路的输入端电性连接。

优选地，所述设备主机4还包括胃肠慢波分析单元42，所述胃肠慢波分析单元42的输入端与所述模数转换电路的输出端电性连接并且所述胃肠慢波分析单元42的输出端与所述数字经皮神经电刺激器43的输入端电性连接。

优选地，如图6所示，所述数字经皮神经电刺激器包括脉冲发生电路，所述脉冲发生电路包括H桥驱动电路、压控电流源(提供刺激电流)和数模转换器(DAC，将输出强度的信号转为模拟信号后输入到压控电流源，从而输出相应强度的电刺激)，其中：

所述H桥驱动电路包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q5，所述三极管Q2的基极依次通过电阻R41、三极管Q1和电阻R81连接输入端PS2，所述三极管Q4的基极通过电阻R61连接输入端NS2，所述三极管Q5的基极依次通过电阻R71、三极管Q6和电阻R51连接输入端PS1，所述三极管Q3的基极通过电阻R91连接输入端NS1，所述三极管Q5的集电极和所述三极管Q3的集电极电性连接并且所述三极管Q5的集电极与所述输出电极贴的第一连接端连接(OUT1)，所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q4的集电极电性连接并且所述三极管Q2的集电极与所述输出电极贴的第二连接端连接(OUT2)，所述三极管Q3的发射极和所述三极管Q4的发射极电性连接；

所述压控电流源包括运放器U11和场效应管M1，所述场效应管M1的漏极与所述三极管Q3的发射极电性连接并且所述场效应管M1的栅极与所述运放器U11的输出端电性连接，所述运放器U11的负极输入端和所述场效应管M1的源极电性连接，所述运放器U11的正极输入端通过电阻R21与所述数模转换器电性连接并且所述运放器U11的正极输入端通过电阻R31接地。

优选地，安装于第二部位的数字经皮神经电刺激器还包括单片机(优选为STM32系列)和DC-DC升压电路，脉冲发生电路包括H桥驱动电路、压控电流源和数模转换器(DAC器件)，并由单片机管理产生频率范围在1Hz-150Hz，脉冲宽度介于50μs-1000μs之间的单向或双向的脉冲或脉冲串(单片机接收来自设备主机传输的指令，然后通过数模转换器转为模拟信号传输到压控电流源，以将产生的电流刺激通过H桥驱动电路输出到输出电极贴，以对第二部位进行电刺激，连接端PS1/PS2/NS1/NS2，用于控制电流方向)。

优选地，设备主机和数字经皮神经电刺激器之间通过有线或者无线连接(如图2A和图2B为有线连接，通过第一传输线缆3和第二传输线缆6进行连接诶，如图3A和图3B为无线连接，优选为蓝牙)。

优选地，本实用新型的原理为：

采集电极贴将采集的第一部位的信号传输到设备主机的放大器单元(总增益G_OA＝2000)，以使得对信号进行滤波、放大和模数转换等处理，然后通过胃肠慢波分析单元对采集到的胃肠电信号进行在线处理，并实时检测慢波11的波峰12的出现，在波峰出现时立即向数字经皮神经电刺激器发出指令，以使得经皮神经电刺激器的脉冲发生电路通过输出电极贴输出治疗脉冲或脉冲串(与慢波波峰同步发出的电刺激脉冲13，如图4所示)。

值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的第一部位、第二部位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，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，用于输出与胃肠起搏同步的电刺激，其特征在于，包括采集电极贴、设备主机、数字经皮神经电刺激器和输出电极贴，其中：

所述采集电极贴用于安装在人体的第一部位并且所述输出电极贴用于安装在人体的第二部位；

所述设备主机包括放大器单元，所述放大器单元包括前置放大电路、高通滤波电路、第一低通滤波电路、信号放大电路、第二低通滤波电路和模数转换电路，其中：

所述前置放大电路的输入端与所述采集电极贴电性连接并且所述前置放大电路的输出端与所述高通滤波电路的输入端电性连接，所述高通滤波电路的输出端与所述第一低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第一低通滤波电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与所述第二低通滤波电路的输入端电性连接并且所述第二低通滤波电路的输出端与所述模数转换电路的输入端电性连接；

所述数字经皮神经电刺激器的输入端与所述设备主机的输出端电性连接并且所述数字经皮神经电刺激器的输出端与所述输出电极贴电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述前置放大电路包括仪表放大器U1，其中：

所述仪表放大器U1的正极输入端依次通过电容C1、电阻R7和电阻R3与采集电极贴的第一端E1电性连接并且所述仪表放大器U1的负极输入端依次通过电容C2、电阻R8和电阻R4与采集电极贴的第二端E2电性连接；

所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间连接有电阻R1，所述仪表放大器U1的正极输入端和负极输入端之间还连接有电阻R2和电阻R5并且所述电阻R2和所述电阻R5的共接端通过电阻R6接地；

所述电阻R3和所述电阻R7的共接端依次通过二极管D1和二极管D2与所述电阻R4和所述电阻R8的共接端电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述高通滤波电路包括运放器U2，所述运放器U2的正极输入端通过电容C3与所述仪表放大器U1的输出端电性连接并且所述运放器U2的正极输入端还通过电阻R9接地，所述运放器U2的负极输入端和输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述第一低通滤波电路包括运放器U3和运放器U4，所述运放器U3的正极输入端通过电阻R10与所述运放器U2的输出端电性连接，所述运放器U3的负极输入端和输出端连接并且所述电阻R10远离所述运放器U3的一端与所述运放器U3的输出端电性连接；

所述运放器U4的正极输入端依次通过电阻R12和电阻R11与所述运放器U3的输出端电性连接，所述电阻R11和所述电阻R12的共接端通过电容C7与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的负极输入端和输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述信号放大电路包括运放器U5，其中：

所述运放器U5的正极输入端与所述运放器U4的输出端电性连接并且所述运放器U4的输出端依次通过电阻R14和电阻R13接地，所述电阻R14和所述电阻R13的共接端与所述运放器U5的负极输入端电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述第二低通滤波电路包括运放器U6，所述运放器U6的负极输入端依次通过电阻R16和电阻R17与所述运放器U5的输出端电性连接，所述电阻R16和所述电阻R17的共接端通过电阻R15与所述运放器U6的输出端电性连接并且所述运放器U6的负极输入端和输出端之间连接有电容C8，所述运放器U6的输出端与模数转换电路的输入端电性连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述设备主机还包括胃肠慢波分析单元，所述胃肠慢波分析单元的输入端与所述模数转换电路的输出端电性连接并且所述胃肠慢波分析单元的输出端与所述数字经皮神经电刺激器的输入端电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，所述数字经皮神经电刺激器包括脉冲发生电路，所述脉冲发生电路包括H桥驱动电路、压控电流源和数模转换器，其中：

所述H桥驱动电路包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q5，所述三极管Q2的基极依次通过电阻R41、三极管Q1和电阻R81连接输入端PS2，所述三极管Q4的基极通过电阻R61连接输入端NS2，所述三极管Q5的基极依次通过电阻R71、三极管Q6和电阻R51连接输入端PS1，所述三极管Q3的基极通过电阻R91连接输入端NS1，所述三极管Q5的集电极和所述三极管Q3的集电极电性连接并且所述三极管Q5的集电极与所述输出电极贴的第一连接端连接，所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q4的集电极电性连接并且所述三极管Q2的集电极与所述输出电极贴的第二连接端连接，所述三极管Q3的发射极和所述三极管Q4的发射极电性连接；

所述压控电流源包括运放器U11和场效应管M1，所述场效应管M1的漏极与所述三极管Q3的发射极电性连接并且所述场效应管M1的栅极与所述运放器U11的输出端电性连接，所述运放器U11的负极输入端和所述场效应管M1的源极电性连接，所述运放器U11的正极输入端通过电阻R21与所述数模转换器电性连接并且所述运放器U11的正极输入端通过电阻R31接地。

9.根据权利要求8所述的一种与胃肠电同步的经皮神经电刺激设备，其特征在于，设备主机和数字经皮神经电刺激器之间通过有线或者无线连接。

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