专利名称：治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统及其运行方法
技术领域：
本发明属于医疗仪器技术领域，涉及一种用于恢复刺激对象喉部肌肉功能的起搏器装置及其起搏方法。
背景技术：
双侧喉返神经麻痹会导致患者呼吸、发声、吞咽功能受到损害，严重的情况下会导致呼吸困难而危及生命，一直以来都没有很好的解决方法。手术治疗虽然能在一定程度上改善呼吸，保持发音，但疗效尚难肯定。功能性神经肌肉刺激在动物实验方面发现能阻止肌肉的萎缩和纤维化，恢复患者受到损害的功能，是一种有效的治疗方法。美国西北大学的kalear和Dedo最先将功能性电刺激治疗运动肌肉麻痹的概念引入耳鼻喉科。后来，Bergmarm利用胸壁的压力感受器产生的起搏电流同步触发了功能性电刺激使声门开大。此后，还有人尝试使用呼吸时膈肌变化、气管伸长和气管内温度变化等方法进行触发，但是都有其局限性。如呼吸信号不充分、非呼吸信号干扰等。本发明由呼吸传感器获取呼吸波形，通过判断呼吸波形的趋势和检测呼吸波形的极点，确定呼吸所处阶段，给出相应的刺激脉冲。因此能准确跟踪呼吸波形，产生脉宽、幅度可调的刺激脉冲，有效的解决了双侧喉返神经麻痹这一问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决喉部肌肉麻痹而导致的不能正常发声、吞咽动作和呼吸的问题，提供治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统及其运行方法，具体技术方案如下。治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统，包括顺次连接的呼吸传感器、信号处理电路、微控制器、刺激脉冲产生电路和刺激输出电极，电源管理电路为上述各组成部分供电；所述微控制器通过自带ADC (模数转换)采样信号处理电路输出信号，并通过自带DAC (数模转换) 产生控制信号控制刺激脉冲产生电路；所述呼吸传感器用来获取呼吸信号，信号处理电路对呼吸信号进行放大滤波处理，并将信号调整到微控制器的ADC的采样范围之内，由微控制器的ADC采样并进行数据处理后，形成触发信号控制刺激脉冲产生电路产生刺激脉冲， 刺激脉冲通过刺激电极输出。上述的治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统中，所述刺激产生电路包括加法电路和恒流输出电路；所述加法电路将微控制器的DAC输出与微控制器的一个2. 5V引脚(Vref+脚) 输出的参考电压相加产生双极性控制信号，控制恒流电路产生双极性恒流刺激脉冲；刺激脉冲的脉宽通过微控制器的定时器设定，脉冲幅度通过可调电阻调节。上述的治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统中，加法电路由第一运算放大器Al与第一电阻R1、第二电阻R2构成；恒流电路由第二运算放大器放A2、第三运算放大器A3与第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7与可调电阻R5构成；所述第一运算放大器Al的同相端连接微控制器的一个引脚(DAC0引脚)，第一电阻Rl的一端连接微控制器的 2. 5V引脚(Vref+脚)，另一端连接第一运算放大器Al的反相端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一运算放大器Al的输出端和第三电阻R3的一端；第三电阻R3 的另一端连接第二运算放大器A2的反相端和第四电阻R4 —端，第四电阻R4的另一端连接可变电阻R5的一端和第二运算放大器A2的输出端；第二运算放大器A2的同相端连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端；第六电阻R6的另一端接地，第七电阻R7另一端连接第三运算放大器A3的输出端；运算放大器A3的同相端连接可调电阻R5的另一端，反相端连接到输出端。上述的治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统的运行方法，包括对采集进行数据处理和产生刺激脉冲，所述对采集进行数据处理包括如下步骤(1)数据采样和存储将微控制器的ADC采样到的数据每四个分为一组求平均后作为一个存储数据，为前后相邻的两个存储数据之间的差值设定上限和下限，差值不在此上限和下限范围内的存储数据被认为无效而丢弃，未被丢弃的数据存入一个长度可变的数据队列中；每次采样过程更新数据队列的最后一个数据；(2)趋势判断统计步骤(1)所述数据队列中各数据间的差值经符号函数作用后的结果，方程如下
权利要求
1.治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统，其特征在于，包括顺次连接的呼吸传感器、信号处理电路、微控制器、刺激脉冲产生电路和刺激输出电极，电源管理电路为上述各组成部分供电；所述微控制器通过自带ADC采样信号处理电路输出信号，并通过自带DAC产生控制信号控制刺激脉冲产生电路；所述呼吸传感器用来获取呼吸信号，信号处理电路对呼吸信号进行放大滤波处理，并将信号调整到微控制器的ADC的采样范围之内，由微控制器的ADC采样并进行数据处理后，形成触发信号控制刺激脉冲产生电路产生刺激脉冲，刺激脉冲通过刺激电极输出。
2.如权利要求1所述的治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统，其特征在于所述刺激产生电路包括加法电路和恒流输出电路；所述加法电路将微控制器的DAC输出与微控制器的一个 2. 5V引脚的参考电压相加产生双极性控制信号，控制恒流电路产生双极性恒流刺激脉冲； 刺激脉冲的脉宽通过微控制器的定时器设定，脉冲幅度通过可调电阻调节。
3.如权利要求2所述的治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统，其特征在于加法电路由第一运算放大器与第一电阻、第二电阻构成；恒流电路由第二运算放大器放、第三运算放大器与第三电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻与可调电阻构成；所述第一运算放大器的同相端连接微控制器的一个引脚，第一电阻的一端连接微控制器的另一个脚，另一端连接第一运算放大器的反相端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端和第三电阻的一端；第三电阻的另一端连接第二运算放大器的反相端和第四电阻一端，第四电阻的另一端连接可变电阻的一端和第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的同相端连接第六电阻的一端和第七电阻的一端；第六电阻R6的另一端接地，第七电阻另一端连接第三运算放大器的输出端；运算放大器A3的同相端连接可调电阻的另一端，反相端连接到输出端。
4.权利要求1所述治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统的运行方法，其特征在于包括对采集进行数据处理和产生刺激脉冲，所述对采集进行数据处理包括如下步骤(1)数据采样和存储将微控制器的ADC采样到的数据每四个分为一组求平均后作为一个存储数据，为前后相邻的两个存储数据之间的差值设定上限和下限，差值不在此上限和下限范围内的存储数据被认为无效而丢弃，未被丢弃的数据存入一个长度可变的数据队列中；每次采样过程更新数据队列的最后一个数据；(2)趋势判断统计步骤(1)所述数据队列中各数据间的差值经符号函数作用后的结果，方程如下
5.如权利要求4所述的运行方法，其特征在于所述刺激脉冲产生步骤包括经所述步骤(1)、(2), (3)后得到呼吸波形的极值点；若检测到呼吸波形的极小值，呼吸波形将进入上升阶段，微控制器产生高电平通过电源管理电路开关引脚开启刺激脉冲产生模块，同时， 微控制器的DAC产生2. 5V电压输出到刺激脉冲产生模块，使刺激电极输出正刺激脉冲，脉宽由微控制器的定时器设定的定时时间确定；定时时间到后，微控制器关闭电源管理电路， 电极输出OV电压，关闭的时间长度由微控制器的定时器设定；关闭定时时间到后，微控制器再开启刺激产生模块，同时，DAC产生OV电压，使刺激电极输出负刺激脉冲，脉宽由定时器设定；只要是呼吸波形处于上升阶段，就依照上述顺序控制电源管理电路的开启与关闭和微控制器的DAC输出电压，三部分的持续时间都由微控制器的定时器设置；这样就能产生脉宽和占空比可调的双极性刺激脉冲；若检测到呼吸波形的极大值，呼吸波形将进入下降阶段，此时关闭电源管理电路，关闭
全文摘要
本发明涉及治疗喉部肌肉麻痹的起搏器系统及其运行方法，系统包括呼吸传感器、信号调理电路、微处理器、刺激脉冲产生电路、刺激电极和电源管理电路。运行时，采用呼吸传感器进行呼吸信号检测，再由信号调理电路对呼吸信号进行放大、滤波等处理。微处理器对信号调理电路输出信号采样并对采样数据进行处理，通过检测呼吸波形的极值点和变化趋势，控制刺激脉冲产生电路，产生一定波形的刺激脉冲。脉冲由刺激输出电极输出，刺激喉部肌肉从而使麻痹的喉部肌肉得以恢复功能。本发明能有效的根据生理特性，进行巧妙的电路设计，实现方法简单新颖，能很好的解决喉部肌肉麻痹的问题，同时还具有成本低、实时性好、鲁棒性高、精确度高的特点。
文档编号A61N1/36GK102512759SQ201110458230
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张思毅, 秦华标, 葛平江, 钟建 申请人:华南理工大学, 广东省人民医院