专利名称：体外反搏装置及体外反搏信号控制方法
体外反搏装置及体外反搏信号控制方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗装置及方法，尤其涉及一种体外反搏装置及体外反搏信号控 制方法。
背景技术：
目前，影响人类健康的疾病很多，在众多疾病种类后中心衰竭、冠心病、心绞痛、脑 中风等心脑血管疾病是人类的主要杀手，占总病死亡率63.5%。随着人口老龄化趋势的加 剧，心脑血管疾病易感人群急剧增加，预防和治疗心脑血管疾病已经成为重要课题。根据我 国卫生部发布的2000 2006《中国卫生统计年鉴》的统计数据，心脑血管疾病是导致我国 人口死亡的主要原因之一，一直处于前三位；不仅致残率高，死亡率也很高。目前针对此类疾病的主要治疗方法有药物治疗、血管再造、动脉搭桥以及血管内 置气囊等。尽管此类方法效果比较显著，但或存在药物反应、耐药性等问题，或因为介入性 创伤手术存在大出血、感染以及其他后遗症风险。在1953年哈佛大学教授Kantrowitz提出反搏理论，经过纽约州立大学Soroff教 授以及中山医科大学郑振声教授等不懈努力，体外反搏装置在五十多年的发展和改进，在 治疗心脑血管疾病领域开创了一种非介入、安全有效、无副作用的新途径。其工作原理为 在心脏舒张期，对包裹于小腿、大腿和臀部的气囊以大约0. 03MPa的压强进行挤压或者序 贯挤压，增加血液回流，改善血液循环。在动脉瓣关闭之前，快速完全地释放压力，不影响心 脏收缩期的正常血流。近来年，在世界范围内陆续开展了以美国哈佛大学、哥伦比亚大学、耶鲁大学、纽 约州立大学等组成的体外反搏中心研究和体外反搏治疗充血性心衰竭的前瞻性实验等。结 果表明，体外反搏能有效减轻心绞痛，治疗慢性心衰竭、冠心病等多种疾病，并且被证明为 能有效保护心脏功能，提高生命质量。而当前的体外反搏装置都采用流体或者液压作为动力源，都是压缩机、储气罐或 者储油罐、电磁阀组及各种管路件、气囊等组成的。这类外反搏装置有体积大、高能耗的缺 陷。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种体积小、能耗低的体外反搏装置及体外反搏信号的控 制方法。本发明提供一种体外反搏装置，至少包括依次连接的采集模块、脉冲控制模块和 刺激电极；所述采集模块采集人体信号并传输至脉冲控制模块；所述脉冲控制模块对接收 的人体信号进行处理并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定与所述反搏刺激脉冲信号相关联 的时间延迟，并把所述反搏刺激脉冲信号传输至刺激电极；所述刺激电极设置在与人体肌 肉外部皮肤贴合处，并按反搏刺激脉冲信号执行反搏动作。优选地，所述刺激电极包括多个刺激电极组，每个所述刺激电极组设置在相对应的所述人体肌肉外部皮肤贴合处并刺激电极组按所述反搏刺激脉冲信号相关联的时间延 迟执行反搏动作。 优选地，所述多个刺激电极组分别贴合在小腿的腓肠肌、大腿的半腱肌和臀部的 臀大肌两侧中的至少一处。 优选地，所述采集模块至少包括心电采集单元，采集心电信号。优选地，所述采集模块包括指脉采集单元，采集指脉信号。优选地，所述脉冲控制模块至少包括依次连接的接口单元、处理单元以及输出单 元；所述接口单元用于接收采集模块传输的人体信号；所述处理单元把接收的人体信号进 行处理，生成控制信号并传输至输出单元；所述输出单元按控制信号产生反搏刺激脉冲信 号。优选地，所述输出单元包括数控恒流源和脉冲变压器，所述数控恒流源包括DA转 换芯片和功率三极管；所述DA转换器按照处理单元的控制信号控制所述功率三极管的基 极电压，所述功率三极管的集电极和发射极回路产生控制电流并控制所述脉冲变压器的原 边输入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号。优选地，所述数控恒流源还包括模拟开关，所述模拟开关按照处理单元的控制信 号选择所述功率三极管的电流工作状态，根据所述功率三极管的电流工作状态改变所述脉 冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺激脉冲信号。优选地，所述功率三极管设有与之串联的限流电阻，调整所述功率三极管基极电 压。优选地，所述脉冲控制模块还包括与处理单元连接的显示单元，用于显示处理单 元的处理结果，所述显示单元采用LED或OLED显示屏幕。优选地，所述脉冲控制模块还包括与处理单元连接的输入单元，所述输入单元向 处理单元输入选择信号。优选地，所述选择信号为电压选择、反搏刺激脉冲频率选择、反搏时间选择、反搏 次数选择或暂停\开始选择。优选地，所述脉冲控制模块包括电源，用于为接口单元、处理单元、显示单元以及 输出单元提供电能；所述电源为镍氢或者锂电池。本发明还提供一种体外反搏信号控制方法，包括如下步骤步骤Si，采集人体信 号；步骤S2，处理人体信号并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定所述反搏刺激脉冲信号相 关联的时间延迟；步骤S3，传输与所述设定时间延迟相关联的反搏刺激脉冲信号。优选地，所述人体信号为心电信号和/或指脉信号。优选地，所述步骤S2依次包括如下步骤S21，提供接口单元，用于接收人体信号； S22，提供处理单元，用于把接收的人体信号进行处理，生成控制信号并传输至输出单元； S23，提供输出单元，用于按控制信号产生反搏刺激脉冲信号，同时设定所述反搏刺激脉冲 信号相关联的时间延迟。优选地，所述步骤S23还包括提供数控恒流源和脉冲变压器，所述提供数控恒流 源包括DA转换芯片和功率三极管；所述提供的DA转换器按照处理单元的控制信号控制所 述提供的功率三极管的基极电压，则所述功率三极管的集电极和发射极回路产生控制电流 并控制所述脉冲变压器的原边输入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号。
优选地，所述提供的数控恒流源还包括模拟开关，所述模拟开关按照处理单元的 控制信号选择所述功率三极管的电流工作状态，根据所述功率三极管的电流工作状态改变 所述脉冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺激脉冲信号。优选地，所述提供的功率三极管设有与之串联的限流电阻，控制所述功率三极管 基极电压。优选地，所述步骤S2还包括S24，提供输入单元，用于向处理单元输入选择信号； S25，提供显示单元，用于显示处理单元的处理结果；S^，提供电源，用于为接口单元、处理 单元、显示单元以及输出单元提供电能；所述选择信号为电压选择、反搏刺激脉冲频率选 择、反搏时间选择、反搏次数选择或暂停\开始选择。由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果如下本发明新型的基于肌肉电刺激的体外反搏装置，通过采用刺激电极执行反搏动 作，具有体积小、省电、能耗低的优点；每个刺激电极组依次滞后执行反搏动作，使得每个刺激电极组依次滞后，达到更 佳的反搏效果；通过该采集模块实施监控反搏的效果，相应的通过脉冲控制模块优化并生 成最佳的滞后时间值的反搏刺激脉冲信号，更进一步达到更佳的反搏效果。该刺激电极包括刺激电极组并分别设置在小腿的腓肠肌、大腿的半腱肌和臀部的 臀大肌的两侧，使得更易达到使肌肉强直收缩的目的；该采集模块至少包括心电采集单元、指脉采集单元，为本发明提供了更多的人体 信号，获得更多的人体信息；该输出单元包括数控恒流源和脉冲变压器，该数控恒流源包括DA转换芯片、功率 三极管和模拟开关，能够生成双向、可控的反搏刺激脉冲信号，提高易用性；通过在功率三极管设有与之串联的限流电阻，可以扩展一定电流输出范围内功率 三极管基极电压的变化范围，达到对本发明体外反搏装置的精细控制，同时还能限制脉冲 变压器原边最大输入电流，保证脉冲变压器最大输出电流略大于要求的最大输出；该模拟开关按控制信号选择所述功率三极管的电流工作状态，根据所述功率三极 管的电流工作状态改变所述脉冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺激脉冲信号，避免 由于流过人体的净电荷量不为零而对人体组织造成的伤害，安全可靠；脉冲变压器将大电 流、低电压的信号转换成小电流、高电压的刺激信号，避免了直流高电压直接作用人体，更 进一步安全可靠；该输入单元通过按键选择电压、反搏刺激脉冲频率、反搏时间选择、反搏次数选择 和暂停\开始等功能，提高了易用性；该输入单元通过采用LED或OLED显示屏幕的显示单元，具有形象、具体的了解当 前反搏装置的工作状态，提高了易用性；同时该显示单元为LED或OLED显示屏幕，节省电 能；该电源为镍氢或者锂电池，可以随时随地的使用本发明的体外反搏装置；通过外 接电源接入并作为供电电源，进而提高了本发明的体外反搏装置的易用性，易于在家庭广 泛推广和使用；本发明采用通用的刺激电极以及采集单元，具有成本低；通过电信号的控制该刺 激电极具有效率高的优点。
为更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的附图，然而 所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。图1为本发明的体外反搏装置的原理框图；图2为本发明的体外反搏信号控制方法的流程图。
具体实施方式下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案 及其他有益效果显而易见。本发明通过采集模块所采集的人体信号传输至脉冲控制模块并生成反搏刺激脉 冲信号，同时设定相关联的时间延迟，该刺激电极设置在与人体肌肉外部皮肤贴合处按反 搏刺激脉冲信号执行反搏动作。参见图1，本发明的体外反搏装置至少包括依次连接的采集模块、脉冲控制模块和 刺激电极；采集模块用于采集人体信号，该采集模块包括心电采集单元和指脉采集单元；该 心电采集单元设有三个，分别设置于人体的前胸、左腹部和右腹部三个部位，通过将心电采 集单元的电极贴身，并固定置于在背心中；心电采集单元采集到的人体表面电位经过隔离 电路进行隔离后，经过运算及放大电路转换为0-5伏特之间的II导联或者III导联的心电 信号；该指脉采集单元主要是利用红外无创血氧传感器采集人手指的实时血氧含量，利用 血氧含量与血流量的正比性获取指脉信号，并经过A/D变换后生成指脉信号。脉冲控制模块用于按接收的人体信号生成反搏刺激脉冲信号，同时设定与反搏刺 激脉冲信号相关联的时间延迟。该脉冲控制模块还包括依次连接的接口单元、处理单元以 及输出单元；该接口单元用于接收采集模块传输的人体信号，该人体信号包括心电信号和 指脉信号；在另一实施例中，若采集模块所采集的人体信号频率与脉冲控制模块所处理的 频率不匹配时，则该接口单元可以根据采集模块的人体信号进行重采样，达到与脉冲控制 模块相同的处理频率；处理单元用于把接收的人体信号进行处理，生成控制信号并传输至输出单元；该 处理单元对接收到的人体信号分析(例如心电信号R波峰值，每次搏动的指脉舒张波振幅 与收缩波振幅之比D/S值)；对整个体外反搏装置进行协调控制，实现对接口单元、输出单 元等其他单元的逻辑控制和信号处理，同时生成控制信号；该处理单元为单片机、数字处理 器或其它通用处理器，具有通用性。输出单元用于按控制信号产生反搏刺激脉冲信号；该输出单元包括数控恒流源和 脉冲变压器，该数控恒流源包括DA转换芯片和功率三极管；该DA转换器按照处理单元的 控制信号控制该功率三极管的基极电压，则功率三极管的集电极和发射极回路产生控制电 流并控制脉冲变压器的原边输入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号；该功率三极管设有 与之串联的限流电阻，可以扩展一定电流输出范围内功率三极管基极电压的变化范围，又 能限制脉冲变压器原边最大输入电流，保证脉冲变压器最大输出电流略大于要求的最大输 出，实现对本发明的体外反搏装置的精细控制；在另一实施例中，该输出单元还包括模拟开关，该模拟开关按照处理单元的控制信号(例如时序信号)选择所述功率三极管的电流工 作状态，根据功率三极管的电流工作状态改变脉冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺 激脉冲信号，避免由于流过人体的净电荷量不为零而对人体组织造成的伤害，安全可靠；脉 冲变压器将大电流、低电压的信号转换成小电流、高电压的刺激信号，避免了直流高电压直 接作用人体，更加安全可靠。在另一实施例中脉冲控制模块还包括与处理单元连接的输入单元和显示单元；该 输入单元向处理单元输入选择信号，该选择信号包括电压选择(例如0 28V)、反搏刺激 脉冲频率选择(例如0 100HZ)、反搏时间选择(例如0 2小时)、反搏次数的选择(例 如1 1000次)和暂停\开始选择；当选择完成后，处理单元根据选择信号进行处理并发 送至显示单元；该显示单元显示输入单元的选择状态或者是显示当前体外反搏装置的工作 状态；该显示单元采用LED或者OLED为显示屏，可以达到省电，节省能耗的功效。刺激电极包括多个刺激电极组，本发明优选地为3个刺激电极组，每个刺激电极 组设有4个刺激子电极。该3个刺激电极组分别设置在小腿的腓肠肌、大腿的半腱肌和臀 部的臀大肌的两侧；当刺激电极接收到反搏刺激脉冲信号则执行反搏动作，达到使肌肉强 直收缩的目的；同时该刺激电极可以根据与设定时间延迟相关联的反搏刺激脉冲信号，使 得每个刺激电极组依次滞后执行反搏动作，达到更佳的效果。本发明的体外反搏装置，通过采集模块实施监控反搏的效果，并相应的通过脉冲 控制模块优化并生成最佳的滞后时间值，同时生成最佳时间延迟的反搏刺激脉冲信号，进 而达到更佳的反搏效果。本发明还提供了一种体外反搏信号控制方法，包括如下步骤步骤Si，采集人体信号，该人体信号为心电采集单元所采集的心电信号和指脉采 集单元所采集的指脉信号；步骤S2，处理人体信号并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定该反搏刺激脉冲信号 相关联的时间延迟；步骤S3，传输与该设定时间延迟相关联的反搏刺激脉冲信号。步骤S2依次包括S21，提供接口单元，用于接收人体信号；S22，提供处理单元，用于把接收的人体信号进行处理，生成控制信号并传输至输 出单元；该处理单元对接收到的人体信号分析(例如心电信号R波峰值，每次搏动的指脉舒 张波振幅与收缩波振幅之比D/S值)，对整个体外反搏装置进行协调控制；S23，提供输出单元，用于按控制信号产生反搏刺激脉冲信号，同时设定该反搏刺 激脉冲信号相关联的时间延迟；同时还提供数控恒流源和脉冲变压器，提供数控恒流源包 括DA转换芯片和功率三极管；提供的DA转换器按照处理单元的控制信号控制提供的功率 三极管的基极电压，则功率三极管的集电极和发射极回路产生控制电流并控制脉冲变压器 的原边输入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号；进一步数控恒流源还提供包括模拟开关， 模拟开关按照处理单元的控制信号选择功率三极管的电流工作状态，根据功率三极管的电 流工作状态改变脉冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺激脉冲信号；进一步还提供的 功率三极管设有与之串联的限流电阻，控制功率三极管基极电压。S24，提供输入单元，用于向处理单元输入选择信号，该选择信号包括电压选择(例如0 28V)、反搏刺激脉冲频率选择(例如0 100HZ)、反搏时间选择(例如0 2小 时)、反搏次数的选择(例如1 1000次)和暂停\开始选择；S25，提供显示单元，用于显示处理单元的处理结果；S26，提供电源，用于为接口单元、处理单元、显示单元以及输出单元提供电能；以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范 围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种体外反搏装置，其特征在于，至少包括依次连接的采集模块、脉冲控制模块和 刺激电极；所述采集模块采集人体信号并传输至脉冲控制模块；所述脉冲控制模块对接收 的人体信号进行处理并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定与所述反搏刺激脉冲信号相关联 的时间延迟，并把所述反搏刺激脉冲信号传输至刺激电极；所述刺激电极设置在与人体肌 肉外部皮肤贴合处，并按反搏刺激脉冲信号执行反搏动作。
2.根据权利要求1所述的体外反搏装置，其特征在于，所述刺激电极包括多个刺激电 极组，每个所述刺激电极组设置在相对应的所述人体肌肉外部皮肤贴合处并刺激电极组按 所述反搏刺激脉冲信号相关联的时间延迟执行反搏动作。
3.根据权利要求1或2所述的体外反搏装置，其特征在于，所述多个刺激电极组分别贴 合在小腿的腓肠肌、大腿的半腱肌和臀部的臀大肌两侧中的至少一处。
4.根据权利要求1或2所述的体外反搏装置，其特征在于，所述采集模块至少包括心电 采集单元，采集心电信号。
5.根据权利要求1或2所述的体外反搏装置，其特征在于，所述采集模块包括指脉采集 单元，采集指脉信号。
6.根据权利要求1所述的体外反搏装置，其特征在于，所述脉冲控制模块至少包括依 次连接的接口单元、处理单元以及输出单元；所述接口单元用于接收采集模块传输的人体 信号；所述处理单元把接收的人体信号进行处理，生成控制信号并传输至输出单元；所述 输出单元按控制信号产生反搏刺激脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的体外反搏装置，其特征在于，所述输出单元包括数控恒流源 和脉冲变压器，所述数控恒流源包括DA转换芯片和功率三极管；所述DA转换器按照处理单 元的控制信号控制所述功率三极管的基极电压，所述功率三极管的集电极和发射极回路产 生控制电流并控制所述脉冲变压器的原边输入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号。
8.根据权利要求7所述的体外反搏装置，其特征在于，所述数控恒流源还包括模拟开 关，所述模拟开关按照处理单元的控制信号选择所述功率三极管的电流工作状态，根据所 述功率三极管的电流工作状态改变所述脉冲变压器的电流方向，生成双向的反搏刺激脉冲 信号。
9.根据权利要求7或8所述的体外反搏装置，其特征在于，所述功率三极管设有与之串 联的限流电阻，调整所述功率三极管基极电压。
10.根据权利要求6所述的体外反搏装置，其特征在于，所述脉冲控制模块还包括与处 理单元连接的显示单元，用于显示处理单元的处理结果，所述显示单元采用LED或OLED显 示屏幕。
11.根据权利要求6所述的体外反搏装置，其特征在于，所述脉冲控制模块还包括与处 理单元连接的输入单元，所述输入单元向处理单元输入选择信号。
12.根据权利要求11所述的体外反搏装置，其特征在于，所述选择信号为电压选择、 反搏刺激脉冲频率选择、反搏时间选择、反搏次数选择或暂停\开始选择。
13.根据权利要求6所述的体外反搏装置，其特征在于，所述脉冲控制模块包括电源， 用于为接口单元、处理单元、显示单元以及输出单元提供电能；所述电源为镍氢或者锂电 池。
14.一种体外反搏信号控制方法，包括如下步骤步骤Si，采集人体信号；步骤S2，处理人体信号并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定所述反搏刺激脉冲信号相 关联的时间延迟；步骤S3，传输与所述设定时间延迟相关联的反搏刺激脉冲信号。
15.根据权利要求14所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述人体信号为心 电信号和/或指脉信号。
16.根据权利要求14所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述步骤S2依次包 括如下步骤S21，提供接口单元，用于接收人体信号；S22，提供处理单元，用于把接收的人体信号进行处理，生成控制信号并传输至输出单元；S23，提供输出单元，用于按控制信号产生反搏刺激脉冲信号，同时设定所述反搏刺激 脉冲信号相关联的时间延迟。
17.根据权利要求16所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述步骤S23还包 括提供数控恒流源和脉冲变压器，所述提供数控恒流源包括DA转换芯片和功率三极管； 所述提供的DA转换器按照处理单元的控制信号控制所述提供的功率三极管的基极电压， 则所述功率三极管的集电极和发射极回路产生控制电流并控制所述脉冲变压器的原边输 入电流，生成可控的反搏刺激脉冲信号。
18.根据权利要求17所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述提供的数控恒 流源还包括模拟开关，所述模拟开关按照处理单元的控制信号选择所述功率三极管的电流 工作状态，根据所述功率三极管的电流工作状态改变所述脉冲变压器的电流方向，生成双 向的反搏刺激脉冲信号。
19.根据权利要求17或18所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述提供的功 率三极管设有与之串联的限流电阻，控制所述功率三极管基极电压。
20.根据权利要求14所述的体外反搏信号控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括S24，提供输入单元，用于向处理单元输入选择信号； S25，提供显示单元，用于显示处理单元的处理结果；S26，提供电源，用于为接口单元、处理单元、显示单元以及输出单元提供电能； 所述选择信号为电压选择、反搏刺激脉冲频率选择、反搏时间选择、反搏次数选择或 暂停\开始选择。
全文摘要
一种体外反搏装置以及体外反搏信号的控制方法，至少包括依次连接的采集模块、脉冲控制模块和刺激电极；所述采集模块采集人体信号并传输至脉冲控制模块；所述脉冲控制模块对接收的人体信号进行处理并生成反搏刺激脉冲信号，同时设定与所述反搏刺激脉冲信号相关联的时间延迟，并把所述反搏刺激脉冲信号传输至刺激电极；所述刺激电极设置在与人体肌肉外部皮肤贴合处，并按反搏刺激脉冲信号执行反搏动作。该体外反搏装置通过采用刺激电极执行反搏动作，具有体积小、省电、能耗低的优点。
文档编号A61N1/36GK102145204SQ20101011312
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者刘嘉, 刘小畅, 吴新宇, 张攀登, 徐扬生, 阎镜予 申请人:深圳先进技术研究院