專利名稱：治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于恢復(fù)刺激對象喉部肌肉功能的起搏器裝置及其起搏方法。
背景技術(shù)：
雙側(cè)喉返神經(jīng)麻痹會導(dǎo)致患者呼吸、發(fā)聲、吞咽功能受到損害，嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致呼吸困難而危及生命，一直以來都沒有很好的解決方法。手術(shù)治療雖然能在一定程度上改善呼吸，保持發(fā)音，但療效尚難肯定。功能性神經(jīng)肌肉刺激在動物實驗方面發(fā)現(xiàn)能阻止肌肉的萎縮和纖維化，恢復(fù)患者受到損害的功能，是一種有效的治療方法。美國西北大學(xué)的kalear和Dedo最先將功能性電刺激治療運動肌肉麻痹的概念引入耳鼻喉科。后來，Bergmarm利用胸壁的壓力感受器產(chǎn)生的起搏電流同步觸發(fā)了功能性電刺激使聲門開大。此后，還有人嘗試使用呼吸時膈肌變化、氣管伸長和氣管內(nèi)溫度變化等方法進(jìn)行觸發(fā)，但是都有其局限性。如呼吸信號不充分、非呼吸信號干擾等。本發(fā)明由呼吸傳感器獲取呼吸波形，通過判斷呼吸波形的趨勢和檢測呼吸波形的極點，確定呼吸所處階段，給出相應(yīng)的刺激脈沖。因此能準(zhǔn)確跟蹤呼吸波形，產(chǎn)生脈寬、幅度可調(diào)的刺激脈沖，有效的解決了雙側(cè)喉返神經(jīng)麻痹這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決喉部肌肉麻痹而導(dǎo)致的不能正常發(fā)聲、吞咽動作和呼吸的問題，提供治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)及其運行方法，具體技術(shù)方案如下。治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)，包括順次連接的呼吸傳感器、信號處理電路、微控制器、刺激脈沖產(chǎn)生電路和刺激輸出電極，電源管理電路為上述各組成部分供電；所述微控制器通過自帶ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換)采樣信號處理電路輸出信號，并通過自帶DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換) 產(chǎn)生控制信號控制刺激脈沖產(chǎn)生電路；所述呼吸傳感器用來獲取呼吸信號，信號處理電路對呼吸信號進(jìn)行放大濾波處理，并將信號調(diào)整到微控制器的ADC的采樣范圍之內(nèi)，由微控制器的ADC采樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，形成觸發(fā)信號控制刺激脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生刺激脈沖， 刺激脈沖通過刺激電極輸出。上述的治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)中，所述刺激產(chǎn)生電路包括加法電路和恒流輸出電路；所述加法電路將微控制器的DAC輸出與微控制器的一個2. 5V引腳(Vref+腳) 輸出的參考電壓相加產(chǎn)生雙極性控制信號，控制恒流電路產(chǎn)生雙極性恒流刺激脈沖；刺激脈沖的脈寬通過微控制器的定時器設(shè)定，脈沖幅度通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。上述的治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)中，加法電路由第一運算放大器Al與第一電阻R1、第二電阻R2構(gòu)成；恒流電路由第二運算放大器放A2、第三運算放大器A3與第三電阻R3、第四電阻R4、第六電阻R6、第七電阻R7與可調(diào)電阻R5構(gòu)成；所述第一運算放大器Al的同相端連接微控制器的一個引腳(DAC0引腳)，第一電阻Rl的一端連接微控制器的 2. 5V引腳(Vref+腳)，另一端連接第一運算放大器Al的反相端和第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端連接第一運算放大器Al的輸出端和第三電阻R3的一端；第三電阻R3 的另一端連接第二運算放大器A2的反相端和第四電阻R4 —端，第四電阻R4的另一端連接可變電阻R5的一端和第二運算放大器A2的輸出端；第二運算放大器A2的同相端連接第六電阻R6的一端和第七電阻R7的一端；第六電阻R6的另一端接地，第七電阻R7另一端連接第三運算放大器A3的輸出端；運算放大器A3的同相端連接可調(diào)電阻R5的另一端，反相端連接到輸出端。上述的治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)的運行方法，包括對采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)生刺激脈沖，所述對采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理包括如下步驟(1)數(shù)據(jù)采樣和存儲將微控制器的ADC采樣到的數(shù)據(jù)每四個分為一組求平均后作為一個存儲數(shù)據(jù)，為前后相鄰的兩個存儲數(shù)據(jù)之間的差值設(shè)定上限和下限，差值不在此上限和下限范圍內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)被認(rèn)為無效而丟棄，未被丟棄的數(shù)據(jù)存入一個長度可變的數(shù)據(jù)隊列中；每次采樣過程更新數(shù)據(jù)隊列的最后一個數(shù)據(jù)；(2)趨勢判斷統(tǒng)計步驟(1)所述數(shù)據(jù)隊列中各數(shù)據(jù)間的差值經(jīng)符號函數(shù)作用后的結(jié)果，方程如下
權(quán)利要求
1.治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)，其特征在于，包括順次連接的呼吸傳感器、信號處理電路、微控制器、刺激脈沖產(chǎn)生電路和刺激輸出電極，電源管理電路為上述各組成部分供電；所述微控制器通過自帶ADC采樣信號處理電路輸出信號，并通過自帶DAC產(chǎn)生控制信號控制刺激脈沖產(chǎn)生電路；所述呼吸傳感器用來獲取呼吸信號，信號處理電路對呼吸信號進(jìn)行放大濾波處理，并將信號調(diào)整到微控制器的ADC的采樣范圍之內(nèi)，由微控制器的ADC采樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，形成觸發(fā)信號控制刺激脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生刺激脈沖，刺激脈沖通過刺激電極輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)，其特征在于所述刺激產(chǎn)生電路包括加法電路和恒流輸出電路；所述加法電路將微控制器的DAC輸出與微控制器的一個 2. 5V引腳的參考電壓相加產(chǎn)生雙極性控制信號，控制恒流電路產(chǎn)生雙極性恒流刺激脈沖； 刺激脈沖的脈寬通過微控制器的定時器設(shè)定，脈沖幅度通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)，其特征在于加法電路由第一運算放大器與第一電阻、第二電阻構(gòu)成；恒流電路由第二運算放大器放、第三運算放大器與第三電阻、第四電阻、第六電阻、第七電阻與可調(diào)電阻構(gòu)成；所述第一運算放大器的同相端連接微控制器的一個引腳，第一電阻的一端連接微控制器的另一個腳，另一端連接第一運算放大器的反相端和第二電阻的一端，第二電阻的另一端連接第一運算放大器的輸出端和第三電阻的一端；第三電阻的另一端連接第二運算放大器的反相端和第四電阻一端，第四電阻的另一端連接可變電阻的一端和第二運算放大器的輸出端；第二運算放大器的同相端連接第六電阻的一端和第七電阻的一端；第六電阻R6的另一端接地，第七電阻另一端連接第三運算放大器的輸出端；運算放大器A3的同相端連接可調(diào)電阻的另一端，反相端連接到輸出端。
4.權(quán)利要求1所述治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)的運行方法，其特征在于包括對采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)生刺激脈沖，所述對采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理包括如下步驟(1)數(shù)據(jù)采樣和存儲將微控制器的ADC采樣到的數(shù)據(jù)每四個分為一組求平均后作為一個存儲數(shù)據(jù)，為前后相鄰的兩個存儲數(shù)據(jù)之間的差值設(shè)定上限和下限，差值不在此上限和下限范圍內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)被認(rèn)為無效而丟棄，未被丟棄的數(shù)據(jù)存入一個長度可變的數(shù)據(jù)隊列中；每次采樣過程更新數(shù)據(jù)隊列的最后一個數(shù)據(jù)；(2)趨勢判斷統(tǒng)計步驟(1)所述數(shù)據(jù)隊列中各數(shù)據(jù)間的差值經(jīng)符號函數(shù)作用后的結(jié)果，方程如下
5.如權(quán)利要求4所述的運行方法，其特征在于所述刺激脈沖產(chǎn)生步驟包括經(jīng)所述步驟(1)、(2), (3)后得到呼吸波形的極值點；若檢測到呼吸波形的極小值，呼吸波形將進(jìn)入上升階段，微控制器產(chǎn)生高電平通過電源管理電路開關(guān)引腳開啟刺激脈沖產(chǎn)生模塊，同時， 微控制器的DAC產(chǎn)生2. 5V電壓輸出到刺激脈沖產(chǎn)生模塊，使刺激電極輸出正刺激脈沖，脈寬由微控制器的定時器設(shè)定的定時時間確定；定時時間到后，微控制器關(guān)閉電源管理電路， 電極輸出OV電壓，關(guān)閉的時間長度由微控制器的定時器設(shè)定；關(guān)閉定時時間到后，微控制器再開啟刺激產(chǎn)生模塊，同時，DAC產(chǎn)生OV電壓，使刺激電極輸出負(fù)刺激脈沖，脈寬由定時器設(shè)定；只要是呼吸波形處于上升階段，就依照上述順序控制電源管理電路的開啟與關(guān)閉和微控制器的DAC輸出電壓，三部分的持續(xù)時間都由微控制器的定時器設(shè)置；這樣就能產(chǎn)生脈寬和占空比可調(diào)的雙極性刺激脈沖；若檢測到呼吸波形的極大值，呼吸波形將進(jìn)入下降階段，此時關(guān)閉電源管理電路，關(guān)閉
全文摘要
本發(fā)明涉及治療喉部肌肉麻痹的起搏器系統(tǒng)及其運行方法，系統(tǒng)包括呼吸傳感器、信號調(diào)理電路、微處理器、刺激脈沖產(chǎn)生電路、刺激電極和電源管理電路。運行時，采用呼吸傳感器進(jìn)行呼吸信號檢測，再由信號調(diào)理電路對呼吸信號進(jìn)行放大、濾波等處理。微處理器對信號調(diào)理電路輸出信號采樣并對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過檢測呼吸波形的極值點和變化趨勢，控制刺激脈沖產(chǎn)生電路，產(chǎn)生一定波形的刺激脈沖。脈沖由刺激輸出電極輸出，刺激喉部肌肉從而使麻痹的喉部肌肉得以恢復(fù)功能。本發(fā)明能有效的根據(jù)生理特性，進(jìn)行巧妙的電路設(shè)計，實現(xiàn)方法簡單新穎，能很好的解決喉部肌肉麻痹的問題，同時還具有成本低、實時性好、魯棒性高、精確度高的特點。
文檔編號A61N1/36GK102512759SQ201110458230
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者張思毅, 秦華標(biāo), 葛平江, 鐘建 申請人:華南理工大學(xué), 廣東省人民醫(yī)院