用于音乐电胃肠起搏的刺激系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，包括体表电极、信号提取模块、音频放大器、单片机控制系统、液晶模块，音频放大器用于将接收的音乐信号放大后传递给单片机控制系统，信号提取模块用于将体表电极提取的胃慢波信号进行处理后传递给单片机控制系统，单片机控制系统用于将接受的胃慢波信号和音乐信号进行叠加后输出数字复合信号经D/A转换器、功率放大器后输出到用于作用于人体的电极片。该系统通过人体体表电极反馈胃电信号，将音乐信号与胃电信号叠加，产生一种有效的、不产生适应性、与胃肠基波同步变化的并有—定的选择性的自主式数字化音乐电起搏电流作用于人体，旨在临床上实现个体化、特异性的有效治疗。
【专利说明】用于音乐电胃肠起搏的刺激系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于音乐电胃肠起搏的刺激系统。
【背景技术】
[0002] 功能性胃肠病（Functional Gastrointestinal Disorder, FGID)是指具有慢性和 复发性的消化道症状，但缺乏解剖、生化和病理学变化证据的临床症候群。胃肠动力障碍性 疾病（Disorders of Gastrointestinal Motility,DGIM)是指以胃肠运动功能异常为主要 原因的一类疾病。FGID/DGM是临床常见病、多发病，其人群患病率为10%?30%，就诊病 人占消化科专科门诊的40%?60%。但迄今为止，FGID/DGM尚无特效治疗方法，其治疗 方法主要依赖促胃肠动力、抑酸药、调节内脏感觉、抗焦虑抑郁的药物及心理认知治疗等， 但有的药物副作用大，有的不能获得满意的疗效，且停药后易复发，疗效易受其他因素的影 响。
[0003] 不同的音乐可以对人的生理产生不同的反应，如心率和脉搏的速度、血压、皮肤电 位反应、肌肉电位和运动反应、内分泌和体内生化物质（肾上腺素、去甲肾上腺素、内啡肽、 免疫球蛋白）以及脑电波等等。音乐的节奏可以明显地影响人的行为节奏和生理节奏，例 如呼吸速度、胃肠运动速度节奏、心率。另外，不同的音乐可以引起各种非常不同的情绪反 应。同时音乐也是一种独特的交流形式，对于音乐而言，最重要的交流意义是非语言的。音 乐的这一交流特点对于临床治疗来说是关键的重要因素，特别是当语言的努力归于失败 时，首乐可以帮助建立起良好的医患关系，而这一关系正是治疗成功的基本动力。另外，由 于音乐是一种存在于时间里和由物理结构（空气分子的震动）形成的一种现实存在，因此 音乐可以成为一个有效的媒介来帮助那些从现实和社会中退缩出来的病人从新回到现实 世界中，建立起与外部现实世界的联系。总之，音乐的运用一是能多方面刺激大脑皮层，使 病人对外界的感觉减弱；二是能唤起病人的愉快的思想联系和情感，暂时忘却置身的环境； 三是音乐对中枢神经有直接的抑制作用。另外，音乐的魅力和愉悦性也会吸引那些社会性 退缩的人们参与到音乐的社会活动中去，从而改变其自我封闭状态。
[0004] 目前，北美、南美、欧洲、澳大利亚及近年亚洲的一些国家都开展了各种形式的音 乐治疗。近年来，随着电子技术以及计算机控制技术的发展，新型音乐电治疗仪不断推出。 法国爱夫尔国际有限公司现在音乐电疗仪器研制方面走在了世界的前列，其公司主打产品 音乐美胸护理仪融合当代音乐治疗学、心理干预技术、中西医学、电子工程学、自动化控制 等多种边缘学科最新科研成果，在国际上，首次将音乐的心理作用及声场生理作用、音乐电 的独特物理治疗作用等治疗方法，综合应用于女性乳房的保健、护理。在我国，音乐治疗作 为现代的学科是以音乐电疗法的创立为标志的，研制了海神99-A音乐电治疗仪、YP-I音乐 电治疗仪、音电同步理疗机等。我国医务工作者还将音乐疗法、电刺激疗法与我国传统经络 理论相结合，创造了"音乐电疗法"，使祖国的传统医学又向前发展了一步。音乐电疗虽有 几十年的历史，音乐电疗与音乐电针疗法广泛地应用于肌肉扭损伤、坐骨神经痛、面神经麻 痹、神经衰弱、初期高血压、脑中风后遗症、肾结石的碎石等，但均为单纯的物理疗法或音乐 调制。胃肠起搏领域的研究首先起源于国外，最初以经皮内窥镜粘膜吸附电极或腹腔镜浆 膜置入电极短暂脉冲刺激急性实验为主，起搏方向有逆向起搏和正向起搏，并探索它对胃 肠动力的影响。这些实验研究证明了胃肠起搏系统的存在。随后开展的临床应用研究也证 明胃肠起搏刺激对糖尿病胃轻瘫、胃食管反流病、功能性消化不良、胃下垂及外科术后胃肠 功能恢复均有明显疗效。目前国外胃肠起搏的焦点集中在"起搏的最佳参数"及"起搏方式" 的研究。但国外研究以植入式胃肠起搏方案为主，强调直接作用于胃起搏区。尽管它具有 定位准确的优点，但创伤大，电极容易脱落，非常不便于临床和家庭使用。
[0005] 国内有关胃肠起搏的研究较晚，目前国内相关领域的研究主要是探讨体外胃肠起 搏和电针治疗胃肠动力紊乱性疾病的作用及其机制，已经取得了一定进展。与国外相比，国 内胃肠起搏治疗方案主要立足于体表电刺激起搏和针刺穴位，避免了外科手术的介入，大 大降低使用风险，更有可能适合临床和家庭的长时间使用。但其缺点是胃肠起搏波形及频 率单一、起搏参数相对固定，选择性刺激作用较弱，易产生适应性，起搏的疗效单一且不持 久，不能满足临床个体化精细治疗的需要。故探索安全有效、无副作用、选择性刺激作用而 不产生适应性、使用方便的新方法有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于音乐电胃肠起搏的 刺激系统，该系统通过人体体表电极反馈胃电信号，将音乐信号与胃电信号叠加，产生一种 有效的、不产生适应性、与胃肠基波同步变化的并有一定的选择性的自主式数字化音乐电 起搏电流作用于人体，旨在临床上实现个体化、特异性的有效治疗。
[0007] 本实用新型的目的是这样实现的：一种用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，包括体 表电极、信号提取模块、音频放大器、单片机控制系统、液晶模块、D/A转换器，所述音频放大 器用于将接收的音乐信号放大后传递给单片机控制系统，所述体表电极用于将提取胃慢波 信号传递给信号提取模块，所述信号提取模块用于将体表电极提取的胃慢波信号进行处理 后传递给单片机控制系统，所述单片机控制系统与液晶模块电连接，所述单片机控制系统 用于接收液晶模块的命令，将接受的胃慢波信号和音乐信号进行叠加后输出数字复合信号 给D/A转换器，同时单片机控制系统用于将实时信号输出给液晶模块进行显示，所述D/A转 换器用于将接收的数字复合信号转换为模拟复合信号后输出给功率放大器，所述功率放大 器用于将接收的模拟复合信号进行功率放大后输出到用于作用于人体的电极片。
[0008] 所述信号提取模块包括前置放大器模块、滤波器、跟随器模块、后级放大器模块， 所述前置放大器模块的输入端与体表电极电连接，前置放大器模块的输出端与滤波器的输 入端电连接，滤波器的输出端与跟随器模块的输入端电连接，跟随器模块的输出端与后级 放大器模块的输入端电连接，后级放大器模块的输出端与单片机控制系统的第一 A/D输入 端。
[0009] 所述前置放大器模块包括型号为AD623的集成单电源仪表放大器Ul以及第一电 阻R1，集成单电源仪表放大器Ul的第1、8引脚分别与第一电阻Rl的两端连接，集成单电源 仪表放大器Ul的第2、3引脚分别与体表电极连接，集成单电源仪表放大器Ul的第4引脚 连接-5V电压，集成单电源仪表放大器Ul的第7引脚连接+5V电压，集成单电源仪表放大 器Ul的第5引脚接地，集成单电源仪表放大器Ul的第6引脚与滤波器的输入端连接。
[0010] 所述滤波器包括型号为LM258的运放U2以及若干电阻、电容，第一电容Cl的一端 与前置放大器模块的输出端连接，第一电容Cl的另一端分别与第二电阻R2的一端、第三电 阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端分别与第三电容C3的 一端、第四电阻R4的一端连接，第三电容C3的另一端与运放U2的第1引脚，第四电阻R4 的另一端分别与第二电容C2的一端、运放U2的第3引脚连接，第二电容C2的另一端接地， 运放U2的第2引脚分别与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另 一端接地，第六电阻R6的另一端与运放U2的第1引脚，运放U2的第1引脚与运放U2的第 5引脚连接，运放U2的第6引脚分别于第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第七 电阻R7的另一端接地，第八电阻R8的另一端与运放U2的第7引脚连接，运放U2的第7引 脚与跟随器模块的输入端连接，运放U2的第8、4引脚分别与+16V、-16V电压连接。
[0011] 所述跟随器模块采用型号为0PA690的运放U3。
[0012] 所述后级放大器模块包括电位器R13、运放U4以及若干电阻，运放U4的同相输入 端与第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端与跟随器模块的输出端连接，运 放U4的反相输入端分别与电位器R13的一固定端、第十四电阻R14的一端、第十五电阻R15 的一端连接，电位器R13的活动端、另一固定端均连接16V电压，第十四电阻R14的另一端 接地，第十五电阻R15的另一端与运放U4的输出端连接。
[0013] 所述单片机控制系统采用型号为STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
[0014] 采用了上述方案，使本实用新型具有以下优点：由于本系统通过体表电极反馈胃 电信号，将音乐信号与胃电信号叠加，产生一种有效的、不产生适应性、与胃肠基波同步变 化的并有一定的选择性的自主式数字化音乐电起搏电流作用于人体胃起搏点部位，对胃部 进行电刺激，达到治疗的效果，旨在临床上实现个体化、特异性的有效治疗。
[0015] 且使用通过体表电极反馈的人体的实时胃电信号作为音乐数字信号的负载信号， 可以适应每个人不同的胃肠基波频率，可以进行起搏参数的自主式适应调整，选择性刺激 作用强，不易产生适应性，疗效持久，治疗效果好。且通过本方法产生的刺激电流不仅能够 自主式驱动胃肠起搏点产生跟随-谐振效应，且该刺激电流不产生适应性，与胃肠基波同 步变化，并有一定的选择性的自主式数字化音乐电起搏电流，旨在临床上实现个体化、特异 性的有效治疗。
[0016] 通过本系统产生的刺激电流能自主式驱动胃肠起搏点产生跟随-谐振效应，调控 胃肠动力及内脏感觉及其相关穴位、胃肠神经的功能，并可通过视觉和听觉，作用于大脑边 缘系统和中枢网状结构，并协调脑干网状结构与大脑皮质各部分功能间的关系，对内脏和 躯体功能起到良好的调节作用，可改善神经、体液和内分泌功能，调控情绪状态，使胃肠各 个细胞都在做微小和谐的振动，激发能量；并迫使胃肠起搏点跟随正常的蠕动规律，触发胃 电慢波，恢复正常的胃电节律和波幅，达到恢复或协调胃肠动力功能活动。
[0017] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的原理框图；
[0019] 图2为本实用新型的前置放大器模块的电路图；
[0020] 图3为本实用新型的滤波器的电路图；
[0021] 图4为本实用新型的跟随器模块的电路图；
[0022] 图5为本实用新型的后级放大器模块的电路图；
[0023] 图6为本实用新型的音频放大器的电路图；
[0024] 图7为本实用新型的D/A转换器的电路图；
[0025] 图8为本实用新型的功率放大器的电路图。
【具体实施方式】
[0026] 参见图1，一种用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，包括体表电极、信号提取模块、 音频放大器、单片机控制系统、液晶模块、D/A转换器，所述音频放大器用于将接收的音乐信 号放大后传递给单片机控制系统，所述体表电极用于将提取胃慢波信号传递给信号提取模 块，所述信号提取模块用于将体表电极提取的胃慢波信号进行处理后传递给单片机控制系 统，所述单片机控制系统与液晶模块电连接，所述单片机控制系统用于接收液晶模块的命 令，将接受的胃慢波信号和音乐信号进行叠加后输出数字复合信号给D/A转换器，同时单 片机控制系统用于将实时信号输出给液晶模块进行显示，所述D/A转换器用于将接收的数 字复合信号转换为模拟复合信号后输出给功率放大器，所述功率放大器用于将接收的模拟 复合信号进行功率放大后输出到用于作用于人体的电极片。
[0027] 体表电极选用非极性Ag/AgCl电极，体表电极起传感器的作用，将胃的生物电信 号转化为电信号，体表电极为两个电极，其电极1和电极2,采用差分方式提取胃的生物电 信号，送入生物信号放大器，差分方式提取信号能够有效地抑制干扰。治疗时电极放置在胃 窦附近。
[0028] 所述信号提取模块包括前置放大器模块、滤波器、跟随器模块、后级放大器模块， 所述前置放大器模块的输入端与体表电极电连接，前置放大器模块的输出端与滤波器的输 入端电连接，滤波器的输出端与跟随器模块的输入端电连接，跟随器模块的输出端与后级 放大器模块的输入端电连接，后级放大器模块的输出端与单片机控制系统的第一 A/D输入 端。
[0029] 前置放大器模块使用了 AD公司的AD623。AD623是一个集成单电源仪表放大器。 AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比而保持最小的误差，线路噪声 及谐波将由于共模抑制比在高达200Hz时仍保持恒定而受到抑制。由AD623构成的前置放 大器模块如图2所示。
[0030] 在图中，胃电慢波信号以差分方式进入到AD623的两个输入端，这样可以保证着 整个放大器模块拥有较高的共模抑制比。前置放大器模块的增益可以用下面的公式来表 示：
[0031]
【权利要求】
1. 一种用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：包括体表电极、信号提取模块、 音频放大器、单片机控制系统、液晶模块、D/A转换器和功率放大器，所述音频放大器用于将 接收的音乐信号放大后传递给单片机控制系统，所述体表电极用于将提取胃慢波信号传递 给信号提取模块，所述信号提取模块用于将体表电极提取的胃慢波信号进行处理后传递给 单片机控制系统，所述单片机控制系统与液晶模块电连接，所述单片机控制系统用于接收 液晶模块的命令，将接受的胃慢波信号和音乐信号进行叠加后输出数字复合信号给D/A转 换器，同时单片机控制系统用于将实时信号输出给液晶模块进行显示，所述D/A转换器用 于将接收的数字复合信号转换为模拟复合信号后输出给功率放大器，所述功率放大器用于 将接收的模拟复合信号进行功率放大后输出到用于作用于人体的电极片。
2. 根据权利要求1所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述信号提 取模块包括前置放大器模块、滤波器、跟随器模块、后级放大器模块，所述前置放大器模块 的输入端与体表电极电连接，前置放大器模块的输出端与滤波器的输入端电连接，滤波器 的输出端与跟随器模块的输入端电连接，跟随器模块的输出端与后级放大器模块的输入端 电连接，后级放大器模块的输出端与单片机控制系统的第一 A/D输入端。
3. 根据权利要求2所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述前置放 大器模块包括型号为AD623的集成单电源仪表放大器（U1)以及第一电阻（R1)，集成单电源 仪表放大器（U1)的第1、8引脚分别与第一电阻（R1)的两端连接，集成单电源仪表放大器 (U1)的第2、3引脚分别与体表电极连接，集成单电源仪表放大器（U1)的第4引脚连接-5V 电压，集成单电源仪表放大器（U1)的第7引脚连接+5V电压，集成单电源仪表放大器（U1) 的第5引脚接地，集成单电源仪表放大器（U1)的第6引脚与滤波器的输入端连接。
4. 根据权利要求2所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述滤波器 包括型号为LM258的运放（U2)以及若干电阻、电容，第一电容（C1)的一端与前置放大器 模块的输出端连接，第一电容（C1)的另一端分别与第二电阻（R2)的一端、第三电阻R3的 一端连接，第二电阻（R2)的另一端接地，第三电阻（R3)的另一端分别与第三电容（C3)的 一端、第四电阻（R4)的一端连接，第三电容（C3)的另一端与运放（U2)的第1引脚，第四电 阻（R4)的另一端分别与第二电容（C2)的一端、运放（U2)的第3引脚连接，第二电容（C2) 的另一端接地，运放（U2)的第2引脚分别与第五电阻（R5)的一端、第六电阻（R6)的一端 连接，第五电阻（R5)的另一端接地，第六电阻（R6)的另一端与运放（U2)的第1引脚，运放 (U2)的第1引脚与运放（U2)的第5引脚连接，运放（U2)的第6引脚分别于第七电阻（R7) 的一端、第八电阻（R8)的一端连接，第七电阻（R7)的另一端接地，第八电阻（R8)的另一端 与运放（U2)的第7引脚连接，运放（U2)的第7引脚与跟随器模块的输入端连接，运放（U2) 的第8、4引脚分别与+16V、-16V电压连接。
5. 根据权利要求2所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述跟随器 模块采用型号为0PA690的运放（U3)。
6. 根据权利要求2所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述后级放 大器模块包括电位器（R13)、运放（U4)以及若干电阻，运放（U4)的同相输入端与第十二电 阻（R12)的一端连接，第十二电阻（R12)的另一端与跟随器模块的输出端连接，运放（U4) 的反相输入端分别与电位器（R13)的一固定端、第十四电阻（R14)的一端、第十五电阻 (R15)的一端连接，电位器（R13)的活动端、另一固定端均连接16V电压，第十四电阻（R14) 的另一端接地，第十五电阻（R15)的另一端与运放U4的输出端连接。
7.根据权利要求1所述的用于音乐电胃肠起搏的刺激系统，其特征在于：所述单片机 控制系统采用型号为STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
【文档编号】A61N1/36GK204134045SQ201420590416
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】杨敏, 杨林, 黄智勇, 何雨芩, 郎秀琼, 陈东风, 陈强, 林玲, 冉亚梅 申请人:中国人民解放军第三军医大学第三附属医院