智能型胃肠理疗装置的制作方法

本发明涉及生物医疗电子设备领域，尤其涉及一种智能型胃肠理疗装置。

背景技术：

胃肠的蠕动必然伴随着胃肠的生物电活动，通常称之为“胃电和肠电”。随着人们对胃电特性研究的深入，生物传感技术和电子技术被广泛应用于医用仪器中，并且得到迅速发展。现有技术中，已经可以将人体表的微弱的、频率甚低的胃肠电信号导引出来，并排除干扰因素，以记录胃肠电图，再根据所记录的胃肠电图，制定和生成特定的治疗方案，例如胃肠起搏点的电活动可通过外加电流刺激对其进行驱动，促使紊乱的胃肠电产生“跟随-谐振效应”，从而达到恢复或改变胃肠功能活动，以达到消除或减轻胃肠功能性疾病的目的。

现有技术中，市场上已经出现了多种针对胃肠电信息进行检测和治疗的电子医疗设备，通常情况下，一类产品需要借助医生根据检测到的胃肠电信息制定理疗方案，进而对患者实施治疗；另一类产品虽不需要医生的介入，但是仅包含几种固定的治疗方案。上述产品存在以下弊端：1、医生的介入增加了治疗的成本，且医生的经验有限；2、几种固定的治疗方案无法满足对不同患者的不同胃肠病症的治疗需要。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何在减少医生干预的情况下生成有针对性的、可实现良好理疗效果的理疗方案。

解决方案

本发明提出了一种智能型胃肠理疗装置，所述装置包括：采集单元，采集对象在接受阶段性理疗前的胃肠电参数，所述胃肠电参数包括胃电参数和/或肠电参数；理疗参数生成单元，采用多组权重系数序列对所述胃肠电参数加权求和以生成相应的多个中间值net_p，p＝1,...,N，N为理疗参数中的参数个数，并基于每一中间值net_p生成相应的理疗参数u_p；电刺激信号生成单元，基于理疗参数u₁,…,u_N生成电刺激信号。

在一种可能的实现方式中，各个中间值net_p均可以基于相同的映射规则映射生成相应的u_p。

在一种可能的实现方式中，每一中间值net_p与相应的理疗参数u_p间可以是单调递增的。

在一种可能的实现方式中，每一个中间值net_p与相应的理疗参数u_p间的关系可以为下列中的一者：u_p＝f(net_p)＝λ_a·net_p+b，其中，λ_a为预定义的大于零的常数，b为预定义常数；其中，λ_b为预定义的大于零的常数。

在一种可能的实现方式中，所述胃肠电参数可以包括下列中的部分或全部：主频率、主功率、餐前餐后功率比、主频不稳定系数；和/或所述理疗参数可以包括下列中的部分或全部：信号波频率、信号波占空比、载波频率、载波幅值和载波波形形状。

在一种可能的实现方式中，所述胃肠电参数还可以包括二次谐波的频率和/或二次谐波的功率。

在一种可能的实现方式中，所述装置还可以包括：权重系数调整单元，在满足预设的权重调整条件的情况下，基于所采集的所述胃肠电参数调整所述多组权重系数序列中的部分或全部以用于后续的理疗参数生成。

在一种可能的实现方式中，所述装置还可以包括：判断单元，基于已完成的多次阶段性理疗中理疗效果未达到预定期望的次数和理疗效果达到预定期望的次数，来判断是否对上述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整；权重系数调整单元，在判断单元判断对上述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整的情况下，对上述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整以用于后续的理疗参数生成。

在一种可能的实现方式中，在所述判断单元中，在判断对所述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整情况下，可以重新开始统计理疗效果未达到预定期望的次数和理疗效果达到预定期望的次数。

在一种可能的实现方式中，针对每一次阶段性理疗，如果e_bef≤γe_after，则认为该次阶段性理疗未达到预定期望；如果e_pre＞γe_after，则认为该次阶段性理疗达到预定期望；其中，v_{i_opt}为编号为i的胃肠电参数的理想值；v_{i_bef}为在该次阶段性理疗前所述采集单元采集的编号为i的胃肠电参数的值；v_{i_after}为在该次阶段性理疗后所述采集单元采集的编号为i的胃肠电参数的值；γ是大于等于1的预定义常数；M为所述胃肠电参数中的参数个数。

在一种可能的实现方式中，在所述判断单元中，所述判断可以包括：

初始化w₁＝Z,w₂＝0，Z为预设值；

每完成所述多次阶段性理疗中的一次阶段性理疗后，如果该次阶段性理疗的理疗效果未达到预定期望，对w₁,w₂进行如下调整：如果该次阶段性理疗的理疗效果达到预定期望，对w₁,w₂进行如下调整：w₁＝w₁-1,w₂＝w₂+1；

在w₁≥w₂的情况下，可以判断不对权重系数序列进行调整；如果w₁＜w₂，可以判断对所述多组权重系数序列中的部分或者全部进行调整。

在一种可能的实现方式中，在所述权重系数调整单元中，所述调整可以包括：基于下式得到调整后的其中，为在最近一次阶段性理疗中、在生成中间值net_p时对应于编号为i的胃肠电参数的权重系数；为调整后的、在生成中间值net_p时对应于编号为i的胃肠电参数的权重系数；v_{i_pre}为在进行最近一次阶段性理疗前采集的编号为i的胃肠电参数的值；v_{i_opt}为编号为i的胃肠电参数的理想值；η为预定义常数参数。

在一种可能的实现方式中，在电刺激信号生成单元中，基于理疗参数u_p，u₁,…,u_N生成电刺激信号可以包括：根据d_j＝R_j·G_j·A_j生成所述电刺激信号，其中，j为电刺激波形的离散抽样的序列号；R_j描述生成的所述电刺激信号的其中，f_s为抽样频率，u₁为理疗参数中的信号波频率，u₂为理疗参数中的信号波占空比；G_j为表示生成的所述电刺激信号的载波频率和载波波形形状的函数，G_j是基于理疗参数中的载波频率和载波波形形状确定的；A_j为描述生成的所述电刺激信号的幅值的函数，A_j是基于理疗参数中的载波幅值确定的。

在一种可能的实现方式中，电刺激信号的所述载波波形形状可以选自：正弦波、锯齿波、脉冲波和指数波。

有益效果

通过采集对象的胃肠电参数，并将胃肠电参数的加权和作为关键中间值，根据该关键中间值生成理疗参数，以施加针对性的理疗治疗。上述过程基本无需医生介入，可以有效降低治疗成本，并能生成针对性地理疗方案。而且经大量验证证明，应用根据本发明生成的理疗参数对患者实施针对性地理疗，能够获得良好的理疗效果。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出根据本发明一实施例的一个示例的智能型胃肠理疗装置的结构图。

图2示出根据胃肠电参数生成理疗参数这一过程的示意图。

图3a示出根据本发明一实施例的一个示例的映射规则示意图。

图3b示出根据本发明一实施例的另一示例的映射规则示意图。

图4示出根据本发明一实施例的一个示例的电刺激信号的波形示意图。

图5示出根据本发明一实施例的一个应用示例的基于胃肠电参数对权重系数进行调整的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。本发明中的“·”如没有特殊说明，均表示数值的乘法运算。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出根据本发明一实施例的一个示例的智能型胃肠理疗装置的结构图。如图1所示，该装置主要包括：采集单元101，采集对象在接受阶段性理疗前的胃肠电参数，所述胃肠电参数包括胃电参数和/或肠电参数；理疗参数生成单元102，采用多组权重系数序列对所述胃肠电参数加权求和以生成相应的多个中间值net_p，p＝1,...,N，N为理疗参数中的参数个数，并基于每一中间值net_p生成相应的理疗参数u_p；电刺激信号生成单元103，基于理疗参数u₁,…,u_N生成电刺激信号。

本示例中，通过采集对象的胃肠电参数，并采用多组权重系数序列对采集到的胃肠电参数加权求和以生成相应的多个关键中间值，再基于每一关键中间值生成相应的理疗参数，进而生成电刺激信号，以便施加针对性的理疗治疗。上述过程基本无需医生介入，可以有效降低治疗成本，且不受医生经验的限制。此外，由于是根据采集到的胃肠电参数自动生成用于治疗的电刺激信号，避免了以往治疗的盲目性，使得治疗更加具有针对性。而且经大量验证证明，应用根据本发明生成的理疗参数对患者实施针对性地理疗，能够获得良好的理疗效果。

采集单元101

本实施例中，对象在接受阶段性理疗前，采集单元101可以采集对象的胃肠电参数，并将该胃肠电参数传递给理疗参数生成单元102，以便于生成用于理疗的电刺激信号。其中，所述胃肠电参数可以包括胃电参数和/或肠电参数。在一种可能的实现方式中，通常情况下，理疗参数可以根据胃肠电检测标准来进行选择，例如，胃肠电参数可以包括下列中的部分或全部：主频率、主功率、餐前餐后功率比、主频不稳定系数等。在另一种可能的实现方式中，为了使生成的电刺激信号更加精准，所述胃肠电参数还可以包括二次谐波的频率和/或二次谐波的功率，该参数可以反映电参数波形特征的非常细节的特征，以便于理疗效果更佳。

采集单元101可以是本领域技术人员已知的任何可以对对象的胃肠电参数进行采集的部件，可以是现有市场提供的能够采集对象的胃肠电参数的部件，也可以由本领域技术人员根据实际需要将多个实现不同功能的模块组合，从而实现对对象的胃肠电参数进行采集。本实施例对此不作限制。

理疗参数生成单元102

在一种可能的实现方式中，理疗参数生成单元102可以接收来自采集单元101的胃肠电参数，并采用多组权重系数序列对所述胃肠电参数加权求和以生成相应的多个中间值，并基于每一中间值生成相应的理疗参数。举例来说，理疗参数生成单元102可以接收来自采集单元101的多个胃肠电参数，例如，v₁,...v_q,..v_M，q＝1,...,M，M是采集单元101采集的胃肠电参数中的参数个数，v_q为第q个胃肠电参数(胃电参数或肠电参数)。针对每一理疗参数u_p，都存在与其相应的权重系数序列可以通过先得到关键的中间值net_p，再基于该关键的中间值net_p生成相应的理疗参数u_p。权重系数序列可以是本领域技术人员根据以往的经验预定义，其中每一权重值通常可以为大于等于0的常数。图2示出根据胃肠电参数生成理疗参数这一过程的示意图。本示例中，针对每一个理疗参数u_p，在生成其中间值net_p时，考虑了采集到的所有胃肠电参数(即中每一者可以均不为0)。

在一种可能的实现方式中，理疗参数可以根据准备采用的理疗方法的需要来进行选择，例如，如果准备采用中频理疗方法，理疗参数可以包括下列中的部分或全部：信号波频率、信号波占空比、载波频率、载波幅值和载波波形形状等。

在一种可能的实现方式中，各个中间值net_p可以均基于相同的映射规则生成相应的u_p。本示例中，由于各个net_p与u_p间采用相同的映射规则，有利于简化算法复杂度，并且其生成的理疗参数彼此间具有较好的配合度。

在一种可能的实现方式中，每一中间值net_p与相应的理疗参数u_p间可以是单调递增的。例如在一个示例中，每一中间值net_p与相应的理疗参数u_p间的关系，即映射规则，可以是u_p＝f(net_p)＝λ_anet_p+b，其中，λ_a为预定义的大于零的常数，b为预定义的常数，如图3a所示。在另一个示例中，所述映射规则也可以是其中，λ_b为预定义的大于零的常数，如图3b所示。在另一个示例中，所述映射规则还可以是根据临床阶段的经验结果拟合得到的其他规则。

理疗参数生成单元102可以通过通用处理器结合逻辑指令来实现，也可以通过专用硬件电路来实现。本领域技术人员还可以采用任意适用的技术手段得到理疗参数生成单元102。

电刺激信号生成单元103

本示例中，电刺激信号生成单元103可以基于来自理疗参数生成单元102的理疗参数u₁,…,u_N生成电刺激信号。在一种可能的实现方式中，可以根据d_j＝R_j·G_j·A_j生成所述电刺激信号，其中，j为电刺激波形的离散抽样的序列号；其中，f_s为抽样频率，u₁为理疗参数中的信号波频率；u₂为理疗参数中的信号波占空比；mod表示取模运算；[x]表示取整运算，即取小于等于x的最大整数；G_j为表示生成的所述电刺激信号的载波频率和载波波形形状的函数，G_j是基于理疗参数中的载波频率和载波波形形状确定的；A_j为表示生成的所述电刺激信号的幅值的函数，A_j是基于理疗参数中的载波幅值确定的。

本示例中，电刺激信号的所述载波波形形状可以包括以下中的部分或者全部：正弦波、锯齿波、脉冲波和指数波。

在一个具体的应用示例中，以准备采用中频理疗方法为例，一般情况下，为了保证获得较高的电刺激信号的精度，可以设定f_s≥10u₁。

图4为屏幕显示图像，其示出了某一包括正弦波、锯齿波、脉冲波和指数波的示例性的电刺激信号的波形图。可以理解的是，受分辨率限制，图4中的部分字符无法清晰显示，但这些不清晰的字符不影响本领域技术人员理解本发明的技术方案和技术效果。

电刺激信号生成单元103可以通过通用处理器结合逻辑指令来实现，也可以通过专用硬件电路来实现。本领域技术人员还可以采用任意适用的技术手段得到理疗参数生成单元103。

在一种可能的实现方式中，该装置还包括权重系数调整单元，在满足预设的权重调整条件的情况下，可以基于所采集的所述胃肠电参数调整所述多组权重系数序列中的部分或全部以用于后续的理疗参数生成。本领域技术人员可根据需要设置合适的权重调整条件，并根据需要设置对多组权重系数序列中的哪些权重系数进行调整，例如，可以对所有权重系数序列中的所有权重系数均进行调整，也可以是对部分权重系数序列中的所有权重系数进行调整，也可以是对每个权重系数序列中的部分权重系数进行调整，也可以是对部分权重系数序列中的部分权重系数进行调整。利用权重系数调整单元，可以不断优化权重系数序列使其趋于最优值，以利于生成针对每个患者的最优理疗电信号，得到最理想的理疗效果。该最优值很难在仪器出厂时确定，通过权重系数调整单元，能够实现根据本发明的胃肠理疗装置的智能学习和进化。

在一种可能的实施方式中，该装置还可以包括判断单元和权重系数调整单元。判断单元可以基于已完成的多次阶段性理疗中理疗效果未达到预定期望的次数和理疗效果达到预定期望的次数，来判断是否对所述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整，从而既可及时对不适当的权重系数进行调整，又可避免调整过于频繁而导致效率低下，还可避免因某次的偶然性错误测量而导致对权重系数进行错误的调整。在判断单元判断对所述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整的情况下，权重系数调整单元可以对所述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整。本领域技术人员可采用任何认为适用的手段进行权重系数调整。

在一个示例中，在判断单元中，在判断对所述多组权重系数序列中的部分或全部进行调整的情况下，可以重新开始统计理疗效果未达到预定期望的次数和理疗效果达到预定期望的次数。

在一个示例中，针对每一次阶段性理疗，如果e_bef≤γe_after，则可以认为该次阶段性理疗未达到预定期望，理疗效果不佳；如果e_pre＞γe_after，则可以认为该次阶段性理疗达到预定期望，理疗效果较好。其中，v_{i_opt}可以为编号为i的胃肠电参数的理想值；v_{i_bef}可以为在该次阶段性理疗前所述采集单元采集的编号为i的胃肠电参数的值；v_{i_after}可以为在该次阶段性理疗后所述采集单元采集的编号为i的胃肠电参数的值；γ可以是大于等于1的预定义常数；M可以为所述胃肠电参数中的参数个数。

例如，在判断单元中，可以初始化w₁＝Z,w₂＝0，Z为预设值；每完成一次阶段性理疗后，如果判断该次阶段性理疗的理疗效果未达到预定期望，可以对w₁,w₂进行如下调整：如果判断该次阶段性理疗的理疗效果达到预定期望，可以对w₁,w₂进行如下调整：w₁＝w₁-1,w₂＝w₂+1。在w₁≥w₂的情况下，则可以认为理疗时间尚短或者理疗效果尚可，可以判断暂不对权重系数序列进行调整；在w₁＜w₂，的情况下，则可以认为这一段时间的理疗效果不能令人满意，可以判断需要对多组权重系数序列中的部分或者全部进行调整。在w₁＜w₂的情况下，可以再次初始化w₁＝Z,w₂＝0，开始下一轮统计。

在上述实施方式中，所述权重调整单元均可采用下列梯度下降学习过程进行所述调整。可以基于下式得到调整后的其中，为在最近一次阶段性理疗中、在生成中间值net_p时对应于编号为i的胃肠电参数的权重系数；为调整后的、在生成中间值net_p时对应于编号为i的胃肠电参数的权重系数，在后续理疗中，可以用替代以生成net_p进而生成相应理疗参数u_p；v_{i_pre}为在进行最近一次阶段性理疗前采集的编号为i的胃肠电参数的值；v_{i_opt}为编号为i的胃肠电参数的理想值，换言之，可以是对象在健康的状况下的胃肠电参数；η为预定义常数参数，可以称之为学习率，也可以理解为理疗参数u_p＝f(net_p)沿梯度方向的步长大小；为求偏导运算，例如，在的情况下，图5示出根据本发明一实施例的一个应用示例的基于胃肠电参数对权重系数进行调整的示意图。在本示例中，当确认调整时，例如满足预设的权重调整条件或经判断单元判断需要进行调整时，权重系数调整单元可以采用上述梯度下降学习过程对所有权重参数进行调整。

判断单元和/或权重系数调整单元通过通用处理器结合逻辑指令来实现，也可以通过专用硬件电路来实现。本领域技术人员也可以通过其他任何适用的技术手段实现判断单元和/或权重系数调整单元。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。