一种交互式的盆底肌肉康复装置的制作方法

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。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，还没有自主研制的功能比较齐全的系统。

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。

技术实现要素：

本发明针对上述盆底功能障碍给人们带来的痛苦，提出了一种交互式的盆底肌肉康复装置。其腔内探头和表皮电极片根据仪器程序的指令，由继电器切换，既能从人体采集肌电信号又能够向人体传送脉冲电流能量。当腔内探头采集的肌电信号时，仪器提供生物反馈信息，指导病人主动锻炼盆底肌肉群；当腔内探头向病人传送脉冲电流能量时，盆底肌肉群受到电流刺激，得到被动性的锻炼；当仪器提供生物反馈信息，同时预先设定肌电信号强度阈值，如果某时刻采集到的肌电信号低于这个阈值，则仪器发出一定时间和强度的电流，形成条件电刺激。仪器脉冲电流有周期、脉宽、波形和电流刺激前等待时间、电流强度增加时间、电流强度保持时间、电流强度下降时间和休息时间等8个参数，均可由用户设定。通过不同模式的电流刺激，盆底肌肉产生节律性的收缩，使之得到被动锻炼，强化整个骨盆底肌群，还可兴奋阴部神经，改善肌肉血液循环和代谢功能，促进神经兴奋和传导功能的恢复，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。该装置利用高性能处理器芯片控制产生指定模式的脉冲电流或者从患病部位采集肌电信号，继而根据一定的数学模型分析该信号。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。

本发明的技术方案如下，本发明包括：电源电路模块、肌电采集模块、刺激电路模块、以及通信模块，其中：电源电路模块由隔离电源模块和电源管理模块两部分组成，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；肌电信号采集模块由输入防护模块、肌电缓冲和转换接口模块及信号处理模块组成，输入防护模块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模块完成对系统的复位和通信工作。

所述的电源电路模块包括：隔离电源模块和电源管理模块，其中：隔离电源模块首先将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模块包括：输入防护电路、电极缓冲和转换接口模块及信号处理模块。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；电极缓冲模块是用于平横输入电平和供电电源电平，转换接口模块是为了完成将输入、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采集肌电信号，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模块是为了完成对系统的复位和通信工作，其中通讯电路模块使用两个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。

附图说明

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：电源电路模块、肌电信号采集模块、刺激电路模块、复位电路模块、rs232通信模块。其中：电源电路模块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；肌电信号采集模块由输入防护、肌电缓冲和转换接口及信号处理组成，输入防护模块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、输出信号与电极之间的连接，肌电信号经缓冲后进入前置放大、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；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，以达到治疗妇女尿道肌肉松弛等疾病的目的。

所述的电源电路模块包括：隔离电源模块和电源管理模块，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模块包括：输入防护电路、电极缓冲和转换接口模块及信号处理模块。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，电极缓冲模块是用于平横输入电平和供电电源电平，转换接口模块是为了完成将输入、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采集肌电信号，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名为采样电阻，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模块是为了完成对系统的复位和通信工作，其中通讯电路模块使用两个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模块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。

所述的信号处理模块由前置放大、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。

采用运算放大器加场效应管进行设计，其中：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。