专利名称：交互式的盆底肌肉康复装置的制作方法
技术领域：
本发明设计的是一种医疗仪器技术领域的装置，具体是一种交互式的盆底肌肉康
复装置。
背景技术：
随着医学科学技术及电子工业技术的飞速发展，先进的医疗设备已经得到广泛的应用。但是，对于盆底功能障碍疾病，国内还没有自主研制的功能比较齐全的系统。目前45%的已婚已育的女性有不同程度的因盆底肌肉收缩乏力，产生尿失禁、盆腔器脏下垂等疾患。中老年男性亦有此类问题。欧美及日韩等发达国家和地区已经普及了盆底肌肉的电刺激和生物反馈训练，而我国还在起步发展阶段，目前国内大多数医院都是引进国外的仪器，还没有国产相当功能的治疗仪器。本发明是一种交互式的盆底肌肉康复装置，通过不同频率的电流刺激损伤的盆底肌肉做有节律的收缩使之得到被动锻炼，强化整个骨盆底肌群，进而增加肌力，还可兴奋阴部神经，改善肌肉血液循环和营养以保持其正常代谢功能，促进肌纤维代偿性增生和终末运动单位增加，并且促进神经兴奋和传导功能的恢复，从而使盆底神经活动正常化，起到治疗作用。对于男性而言，治疗部位在直肠，对于女性而言，可根据治疗环境进行视情况而定，可以在直肠，也可以在阴道。经过对现有技术的检索发现，在中华人民共和国国家知识产权局专利检索网页，检索题目为“盆底肌肉or盆底肌肉刺激or盆底肌肉刺激治疗仪or盆底肌肉康复装置or盆底肌肉刺激康复装置”，摘要为“一种医疗仪器技术领域的交互式盆底肌肉康复装置”，没有检测到相关的同类型的发明设计。
发明内容本发明针对上述盆底功能障碍给人们带来的痛苦以及国内目前还没有相关的针对性的治疗仪器，提出了一种交互式的盆底肌肉康复装置，利用高性能处理器芯片控制肌电信号采集并且分析相关的肌电图，然后处理器通过GPIO 口控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置刺激电流的大小，通过不同频率的电流刺激损伤的盆底肌肉做有节律的收缩使之得到被动锻炼，强化整个骨盆底肌群，进而增加肌力，还可兴奋阴部神经，改善肌肉血液循环和营养以保持其正常代谢功能，促进肌纤维代偿性增生和终末运动单位增加，并且促进神经兴奋和传导功能的恢复，从而使盆底神经活动正常化，起到治疗作用。整个系统集成度非常高，功率消耗很小，体积小，便于操作。本发明的技术方案如下，本发明包括电源电路、肌电信号采集电路、刺激电路、复位电路以及通讯电路。其中电源电路由隔离电源和电源管理两部分组成，分别用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源；肌电信号采集电路由输入防护、肌电缓冲\接口转换及信号处理几部分组成，输入防护模块用于放大电路的保护、采集信号的缓冲和输入/输出信号与电极之间的连接，信号处理电路首先经过多通道的电极对盆底肌肉进行信号采集，然后肌电信号经缓冲后通过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波等信号处理后由12位ADC采集，经SPI传送到处理器，得到盆底肌肉的肌电图，接着处理器将根据肌电图控制刺激电路产生模拟肌电；刺激电路由四个开关及电流调节为主组成，处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置刺激电流的大小，输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护；复位电路及通信电路分别完成对系统的复位和通信工作。所述的电源电路包括隔离电源和电源管理两部分，其中隔离电源首先将220VAC电源隔离成为一定的电压值，然后将这一电压值再分别隔离变换为刺激电路、肌电模拟电路、RS232隔离电路所需的电源，电源管理部分用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源。所述的肌电信号采集电路包括输入防护电路、肌电缓冲和接口转换及信号处理几部分。其中输入防护用于保护肌电放大电路，以确保不会出现突然性的过大电压损坏元 件；肌电缓冲用于平衡输入电平和供电电源电平，转换接口是为了完成将输入/输出信号与电极之间的连接；信号处理部分首先经过多通道的电极对盆底肌肉进行信号采集，然后肌电信号经缓冲后通过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波等信号处理后送往12位ADC转换为数字信号，经SPI传送到处理器，得到盆底肌肉的肌电图，接着处理器将根据肌电图控制刺激电路产生模拟肌电。所述的刺激电路采用运算放大器加场效应管进行设计，并且结合处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置刺激电流的大小，输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护。所述的复位电路及通讯电路分别完成对系统的复位和通信工作，其中串行通讯电路使用两个UART串口通信通过电压隔离后与PC机实现通讯，处理器发出的信号经过电平转换电路和电压隔离之后通过RS232与上位机建立连接，利用modbus通讯协议设置上位机控制下位机的帧，上位机可以设置下位机的各项参数指标并且接收下位机传输的数据。本发明适用于具有盆底功能障碍的患者，特别是具有盆底功能障碍的妇女，该发明通过对盆底肌肉施加以特定脉宽的脉冲微电流刺激，促进肌肉收缩力度的恢复，以达到治疗妇女尿道肌肉松弛等疾病的目的。
图1是的本发明结构示意图；图2是本发明刺激电路原理图；图3是本发明的肌电采集和肌电刺激的相关示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括电源电路、肌电信号采集电路、刺激电路、复位电路、RS232通信电路。其中电源电路由隔离电源和电源管理两部分组成，分别用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源；肌电信号采集电路由输入防护、肌电缓冲和转换接口及信号处理几部分组成，输入防护用于保护肌电放大电路，肌电缓冲和转换接口用于输入/输出信号与电极之间的连接，肌电信号经缓冲后通过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波等信号处理后由12位ADC转换为数字信号，经SPI传送到处理器；刺激电路采用运算放大器加场效应管进行设计，并且结合处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置刺激电流的大小，输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护；处理器将根据采集模块得到的肌电图控制刺激电路产生模拟肌电,模拟肌电刺激盆底肌肉从而恢复盆底肌肉收缩力度，以达到治疗妇女盆底肌肉松弛等疾病的目的。所述的电源电路模块包括隔离电源和电源管理，其中隔离电源模块首先将 220VAC电源隔离成为一定电压值，然后将这一电压值再分别隔离变换为刺激电路、肌电模拟电路、RS232隔离电路所需的电源，电源管理模块用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源。所述的肌电信号采集电路包括输入防护电路、肌电缓冲和转换接口及信号处理部分。其中输入防护用于保护肌电放大电路，以确保不会出现突然性的过大电压损坏元件，肌电缓冲部分是用于平衡输入电平和供电电源电平，转换接口是为了完成将输入、输出信号与电极之间的连接，信号处理模块首先经过多通道的电极对盆底肌肉进行信号采集，然后肌电信号经缓冲后通过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波等信号处理后由12位ADC转换为数字信号，经SPI传送到处理器，得到盆底肌肉的肌电图，接着处理器将根据肌电图控制刺激电路产生模拟肌电。刺激电路采用运算放大器加场效应管进行设计，并且结合处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，刺激电路原理图如图2所示，根据运算放大器的计算规则可知，Vin-=Vin+,则流过负载(刺激通路)的电流I=Vin-Rs。Rs为采样电阻，可见刺激电流大小只由控制电压Vin+和采样电阻Rs决定，而与负载大小无关；处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，从而实现正向刺激、反向刺激以及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置DAC的输出，即刺激电流的大小，输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护。所述的处理器是高性能的DSP芯片，具有强大的运算能力和控制能力，并且具有丰富的片内资源，可以同时采集和处理多路信号，完成对肌电信号的多路采集和对盆底肌肉的双向刺激。所述的复位电路及通讯电路是为了完成对系统的复位和通信工作，其中通讯电路使用两个UART串口通信通过电压隔离后与PC机实现通讯，处理器发出的信号经过电平转换电路和电压隔离之后通过RS232与上位机建立连接，利用modbus通讯协议设置上位机控制下位机的帧，上位机可以设置下位机的各项参数指标并且接收下位机传输的数据。如图3所示，本实施例工作示意图如下所述的肌电缓冲和转换接口是基于一个运算放大器而设计的，肌电信号经过肌电缓冲和转换接口后进行前置放大。所述的信号处理部分由前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波及ADC模块组成，其中前置放大电路是用仪用放大器而设计的，紧接着是无源高通滤波，然后利用高性能运放而设计主放大电路，随后通过无源低通滤波处理送入ADC模块进行模数转换，最后将数字信号通过SPI 口送入处理器。如图3所示，处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置DAC的输出，即刺激电流的大小，由SPI输出的数字信号首先经过一块锁存器，然后经光电耦合之后送至DAC芯片进行数模转换，而后进入电流调节电路控制输出电流，经过异常保护电路之后将信号送至电极输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护。本实施例装置具有体积小，低功耗等特点，可以 对盆低肌肉施加以特定脉宽的脉冲微电流刺激，具有单向和双向两种刺激方式，促进肌肉收缩力度的恢复，以达到治疗盆底功能障碍、分娩后的尿潴留等疾病的目的。
权利要求1.一种交互式盆底肌肉康复装置，其特征在于，包括电源电路、肌电信号采集电路、刺激电路、复位电路以及通讯电路，其中电源电路由隔离电源和电源管理两部分组成，用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源，肌电信号采集电路由输入防护、肌电缓冲、接口转换及信号处理几部分组成，用于放大电路的保护、采集信号的缓冲、输入/输出信号与电极之间的连接，肌电信号经缓冲后经过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波处理后由12位ADC转换为数字信号，经SPI传送到处理器，刺激电路采用运算放大器加场效应管，结合处理器的IO 口形成的信号控制四个开关的通断，电流强度由电流调节电路控制，具备异常保护功能，通讯电路采用两个UART串口通信通过电压隔离后与PC机实现通讯，处理器发出的信号经过电平转换电路和电压隔离之后通过RS232与上位机建立连接，上位机可以设置下位机的各项参数指标并且接收下位机传输的数据，复位电路和通讯电路分别完成对系统的复位和通讯工作。
2.根据权利要求1所述的交互式盆底肌肉康复装置，其特征是，所述的电源电路包括隔离电源和电源管理，其中隔离电源将220VAC电源隔离成为系统所需的各种电压分别用于刺激电路、肌电模拟电路以及RS232隔离电路；电源管理用于形成刺激电路的各种辅助电源和肌电模拟电路及数字电路的各种电源。
3.根据权利要求1所述的交互式盆底肌肉康复装置，其特征是，所述的肌电信号采集电路由输入防护、肌电缓冲和转换接口及信号处理几部分组成，输入防护部分用于保护肌电放大电路，肌电缓冲和转换接口模块用于输入信号和输出信号与电极之间的连接，信号处理部分首先通过多路采集肌电信号，肌电信号经缓冲后通过前置放大、高通滤波、主放大、低通滤波处理后，由12位ADC转换为数字信号，经SPI传送到主处理器，得到肌电信号的肌电图，处理器将根据肌电图控制刺激电路产生模拟肌电去刺激盆底肌肉。
4.根据权利要求1所述的交互式盆底肌肉康复装置，其特征是，所述的刺激电路采用运算放大器加场效应管进行设计，并且结合处理器的IO 口形成的开关控制信号控制四个开关的通断，产生正向刺激、反向刺激及双向刺激，刺激电流由电流调节电路控制，处理器通过SPI总线设置刺激电流的大小，输出异常保护用于在刺激输出异常时对患者及系统进行保护。
5.根据权利要求1所述的交互式盆底肌肉康复装置，其特征是，所述的通讯电路使用两个UART串口通信通过电压隔离后与PC机实现通讯，处理器发出的信号经过电平转换电路和电压隔离之后通过RS232与上位机建立连接，利用modbus通讯协议设置上位机控制下位机的帧，上位机可以设置下位机的各项参数指标并且接收下位机传输的数据。
专利摘要一种医疗仪器技术领域的交互式盆底肌肉康复装置，包括肌电信号采集电路、刺激电路、电源电路、复位电路、通讯电路；本实用新型是以DSP芯片为核心而设计的交互式多通道医疗设备，能够采集肌电信号，提供诊断信息，也能够通过不同强度、不同频率和不同波形的电流刺激盆底肌肉，改善神经肌肉的功能，促进传导功能的恢复，从而使盆底神经活动正常化。对于提高妇女产后生活质量及预防和治疗产后尿失禁、盆腔脏器脱垂等具有重要意义，不仅可以有效地诊断盆底肌肉功能障碍，也可以进行康复治疗。
文档编号A61N1/36GK202822489SQ20122006144
公开日2013年3月27日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者牛金海, 郭腾飞, 萧翔麟, 江汀 申请人:江苏赛达医疗科技有限公司