一种用于呼吸康复的磁刺激装置及方法与流程

1.本发明属于呼吸康复技术领域，特别涉及一种用于呼吸康复的磁刺激装置及方法。


背景技术：

2.呼吸肌肉功能障碍是呼吸科常见症状，需要对呼吸肌肉进行康复锻炼。目前临床上最常用的呼吸治疗装置之一为体外膈肌起搏器，通过电刺激引起膈肌收缩，从而增加用户吸气潮气量，增强膈肌的运动强度，可锻炼膈肌。但由于电刺激定位较难，而且由于局部电流密度较大使得用户有疼痛感而不容易接受。随着磁刺激技术的发展与研究，磁刺激以其简便、舒适、重复性好、无创、无痛、安全、完全非接触的特点广泛用于神经科学和临床疾病的诊断和治疗。
3.呼吸是一个复杂的系统过程，涉及的肌肉不仅仅是膈肌，让吸气肌和呼气肌都得到锻炼将更有利于呼吸康复效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于呼吸康复的磁刺激装置及方法。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种用于呼吸康复的磁刺激装置，包含第一磁场生成模块、第二磁场生成模块、脉冲电流输出模块、控制及交互模块，所述第一磁场生成模块，其凭借施加在第一组线圈的电流生成脉冲形态的磁场，该脉冲磁场刺激用户的包含膈神经的预设区域；所述第二磁场生成模块，其凭借施加在第二组线圈的电流生成脉冲形态的磁场，该脉冲磁场刺激用户的包含腹肌神经的预设区域；所述脉冲电流输出模块为所述第一组线圈和/或所述第二组线圈施加脉冲形态电流；所述控制及交互模块，接受外部命令并控制施加在所述第一组线圈和/或所述第二组线圈的磁场峰值强度、脉冲磁场串间隔、脉冲磁场串数量，在用户吸气时间段，所述第一磁场输出模块输出脉冲磁场串，刺激用户膈神经并帮助膈肌收缩；在用户呼气时间段，所述第二磁场输出模块输出脉冲磁场串，刺激用户腹部神经并帮助腹肌收缩，锻炼用户呼吸肌肉，达到呼吸康复目的。
7.利用所述第一磁场生成模块与所述用户的膈神经之间的距离、对应于所述患者膈神经对刺激耐受程度设定所述第一组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户膈神经的脉冲磁场强度和膈肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定。
8.利用所述第二磁场生成模块与所述用户的腹肌神经之间的距离、对应于所述患者腹肌神经对刺激耐受程度设定所述第二组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户腹肌神经的脉冲磁场强度和腹肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定。
9.所述脉冲磁场的脉冲宽度是20～2000微秒。
10.所述脉冲磁场的脉冲重复频率是1～100赫兹。
11.所述脉冲磁场的磁场峰值强度是0.06～6特斯拉。
12.一种用于呼吸康复的磁刺激方法，包括如下步骤：
13.(1)把第一组线圈放置在用户的包含膈神经的预设区域内的步骤；
14.(2)把第二组线圈放置在用户的包含腹肌神经的预设区域内的步骤；
15.(3)为第一组线圈和/或第二组线圈施加电流生成对目标区域进行刺激的脉冲形态的磁场的步骤；
16.(4)根据用户感受调整所述第一组线圈和/或第二组线圈的脉冲磁场峰值强度，对用户预设区域进行磁刺激直至达到预设时间，使得用户呼吸肌肉得到锻炼，达到呼吸康复效果。
17.与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)由于本发明采用磁刺激方式刺激呼吸肌肉及神经，避免了电刺激方式由于电流密度大引起用户疼痛感；(2)本发明对吸气肌和呼气肌都进行锻炼使得用户呼吸肌肉康复更全面，呼吸康复效果更好。
附图说明
18.图1为本发明的系统组成框图；
19.图2为本发明第一组线圈对用户膈神经进行磁刺激位置示意图；
20.图3为本发明第二组线圈对用户腹肌神经进行磁刺激位置示意图；
21.图4为本发明呼吸生理信号检测电路示意图；
22.图5为本发明脉冲电流输出模块的脉冲磁场输出电路示意图。
具体实施方式
23.下面结合说明书实施例和说明书附图对本发明进行进一步说明。
24.在此给出本发明的一个实施例的组成框图，如图1所示，磁刺激装置包含第一磁场生成模块101、第二磁场生成模块102、脉冲电流输出模块103、控制及交互模块104。
25.第一磁场生成模块凭借施加于第一组线圈的电流生成脉冲磁场刺激用户的包含膈神经的预设区域，其可以是电感器。更具体地说，第一磁场生成模块可以由线圈及磁芯组成，磁芯可以为铁基非晶或纳米晶软磁材料，也可以直接由空芯线圈实现。本发明的一个实施例中，第一磁场生成模块由两个空芯线圈串联组成，每个空芯线圈外径取50mm，匝数取15匝，由多股漆包线绕制而成，每个线圈用环氧树脂封装，线圈固定方式可为绑带或固定支架，便于放置在膈神经接近体表处的用户颈部两侧胸锁乳突肌外缘1/2～1/3处，如图2所示，解剖学上该位置为膈神经离体表最近的投影处之一，便于对用户膈神经进行刺激而不影响周围其它神经。
26.第二磁场生成模块凭借施加于第二组线圈的电流生成脉冲磁场刺激用户的包含腹肌神经的预设区域，其可以是电感器。更具体地说，第二磁场生成模块可以由线圈及磁芯组成，磁芯可以为铁基非晶或纳米晶软磁材料，也可以直接由空芯线圈实现。本发明的一个实施例中，第二磁场生成模块由两个空芯线圈并联组成，每个空芯线圈近似梯形形状，便于尽量覆盖用户腹部大部分区域，每个线圈匝数取12匝，由多股漆包线绕制而成，线圈用环氧树脂封装，线圈固定方式可为绑带或固定支架，便于放置在用户腹部，如图3所示，用于对用户腹部肌肉及神经进行刺激。
27.呼吸动作包括吸气和呼气，膈肌是最主要的吸气肌，受膈神经支配，磁脉冲可以刺
激膈神经，使得膈肌动作，让用户做出吸气动作，呼气时，用脉冲磁场刺激腹肌神经，可使用户腹肌收缩，便于呼气。
28.呼吸过程，是一个近似周期过程，具有相关时间参数，可以包含第一次吸气开始时刻、吸气时间、吸气末暂停时间、第一次呼气开始时刻、呼气时间、呼气末暂停时间、下一次吸气开始时刻、下一次呼气开始时刻、本次吸气结束时刻、本次呼气结束时刻，以及用户呼吸过程呈周期变化时的呼吸周期、呼吸频率等参数的任意一项或多项。
29.作为一种用户呼吸过程的时间参数可以来自于预先配置的具体示例，具体工作过程可以包括下述步骤：将用户呼吸过程按周期性的呼吸过程预先配置，获得其时间参数，具体包括：吸气时间(1～6秒)、吸气末暂停时间(0～3秒)、呼气时间(1～6秒)、呼气末暂停时间(0～3秒)呼吸频率(2～20次/分钟)、磁刺激康复时间(1～30分钟)、启动时刻(收到开始命令启动)。上述步骤具体包括下述过程：收到开始命令后，控制及交互模块控制脉冲电流输出模块向所述第一组线圈发送脉冲磁场串，其具体参数可在脉冲磁场的脉冲宽度20～2000微秒、脉冲重复频率1～100赫兹、磁场峰值强度0.06～6特斯拉范围内预先配置。启动后经过一个吸气时间(1～6秒)的时间长度后，停止向所述第一组线圈发送脉冲磁场串。再经过一个吸气末暂停时间(0～3秒)的时间长度后，控制及交互模块控制所述脉冲电流输出模块向第二组线圈发送脉冲磁场串，其具体参数可在脉冲磁场的脉冲宽度20～2000微秒、脉冲重复频率1～100赫兹、磁场峰值强度0.06～6特斯拉范围内预先配置，并持续一个呼气时间(1～6秒)的时间长度后停止。再经过一个呼气末暂停时间(0～3秒)后，开始在下一个呼吸周期中向膈神经刺激区域和腹肌刺激区域发送脉冲磁场串的过程，依次类推，直到达到磁刺激康复时间(1～30分钟)的时间长度或有停止命令才结束。可以看出，基于预先设置的参数，可以实现用户配置下的呼吸康复，用户通过控制及交互模块配置数据，并使用该配置数据来进行磁刺激呼吸康复过程。
30.作为用户呼吸过程的时间参数可以部分或全部来自用户呼吸过程中采集到的检测信号。控制及交互模块可以接受来自用户呼吸过程中采集到的检测信号，结合预设的部分呼吸时间参数，对呼吸过程磁刺激进行更匹配的节奏管理。作为本发明示出的一个实施例，这里给出了一种采用以微型热敏电阻作为传感器，通过检测用户鼻口处气流温度的方式来判断用户呼吸状态的方式，采用如图4所示的桥式电路。当用户吸气时，气流经鼻孔进入人体，由于通常空气温度低于鼻腔温度，传感器401温度下降，桥式电路将此变化放大输出，经滤波和信号处理将可提取出用户吸气相关时间信号，比如吸气开始时刻及吸气时间；当用户呼气时，气流经鼻孔呼出体外，由于通常空气温度低于鼻腔温度，传感器401温度上升，桥式电路将此变化放大并输出，经滤波和信号处理将可提取出比如呼气开始时刻及呼气时间的用户呼气相关时间信号。微型热敏电阻传感器宜选用热时间常数小的器件，一个优选实施例为采用te公司的热时间常数为0.2s的小型热敏电阻传感器。
31.当用户吸气时，所述控制及交互模块104控制所述脉冲电流输出模块103向所述第一组线圈发送脉冲磁场串，一个优选实施例为发送频率为50hz、持续1.2s的脉冲磁场串。在该脉冲磁场串作用下，用户膈肌收缩，膈肌下移。在膈肌作用下，用户胸腔体积增大，肺内压降低，空气自然进入肺部，实现了对用户吸气增强并锻炼膈肌的效果。
32.当用户呼气时，所述控制及交互模块104控制所述脉冲电流输出模块103向所述第二组线圈发送脉冲磁场串，一个优选实施例为发送频率为50hz、持续2s的脉冲磁场串。在该
脉冲磁场串作用下，受试者腹肌进一步收缩，腹腔压力增大，便于膈肌回复上移，压缩胸腔体积，肺内压显著增大，肺部气体自然呼出体外，实现了对用户呼气增强并锻炼腹肌的效果。
33.脉冲磁场对用户神经刺激强度随磁场强度增大而增大，太小的脉冲磁场起不到刺激神经作用，太大的脉冲磁场会让用户产生刺疼感觉甚至难以耐受，要达到呼吸肌康复锻炼效果，强度选择要在用户最大耐受范围内。
34.利用所述第一磁场生成模块与所述用户的膈神经之间的距离、对应于所述患者膈神经对刺激耐受程度设定所述第一组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户膈神经的脉冲磁场强度和膈肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定。
35.利用所述第二磁场生成模块与所述用户的腹肌神经之间的距离、对应于所述患者腹肌神经对刺激耐受程度设定所述第二组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户腹肌神经的脉冲磁场强度和腹肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定。
36.脉冲电流输出模块采用给储能电容充电电路和晶闸管及二极管来实现，图5给出了一种双路磁刺激脉冲电流输出电路示意图，当需要某路输出磁刺激脉冲，直流电源先对该路储能电容充到目标电压，然后控制该路晶闸管导通，则该路电容和对应的磁场生成模块的线圈构成振荡电路，由于晶闸管及二极管特性，线圈中只会出现单周期阻尼正弦波磁场，称为一个磁刺激脉冲，脉冲宽度主要由储能电容和线圈的参数决定，优选的一个实施例中脉冲宽度为20～2000微秒。优选的，一个实施例中，储能电容取120微法拉。若该路需要连续输出磁刺激脉冲，称为连续磁刺激脉冲。直流电源可分别对各路储能电容充电，按此模式可以将双路输出扩展为多路输出，各路磁刺激电流输出受控制及交互模块控制。
37.控制及交互模块为含有cpu、fpga等芯片的电路及触摸屏，可进行人机交互操作并对多路磁刺激电流输出模块进行控制。
38.一次呼吸康复过程可以包括下述步骤：
39.(1)把第一磁场生成模块的线圈放置在用户的包含膈神经的预设区域内的步骤，本发明提供的一个实施例优选地将所述第一磁场生成模块的两个线圈通过绑带或支架放置在用户颈部两侧胸锁乳突肌外缘1/2～1/3处；
40.(2)把第二磁场生成模块的线圈放置在用户的包含腹肌神经的预设区域内的步骤，本发明提供的一个实施例优选地将所述第二磁场生成模块的线圈通过绑带或支架放置在用户腹部位置；
41.(3)由低到高逐步增强第一组线圈的脉冲磁场强度的设定值，结合所述第一磁场生成模块与所述用户的膈神经之间的距离、对应于所述用户膈神经对刺激耐受程度，确定对用户设定所述第一组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户膈神经的脉冲磁场强度和膈肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定；
42.(4)由低到高逐步增强第二组线圈的脉冲磁场强度的设定值，结合所述第二磁场生成模块与所述用户的腹肌神经之间的距离、对应于所述用户腹肌神经对刺激耐受程度，确定对用户设定所述第二组线圈的脉冲磁场峰值强度，让抵达用户腹肌神经的脉冲磁场强度和腹肌在磁刺激下的动作幅度相应地予以设定；
43.(5)结合用户呼吸节奏设置好磁刺激的时间参数、强度参数、总刺激数量等序列参数，确定好输出到第一组线圈和第二组线圈的脉冲串时间序列及总康复时间；
44.(6)第一组线圈和第二组线圈分别向用户膈神经所在区域和腹肌神经区域发送预设的脉冲磁场串序列，对用户膈肌和腹肌进行磁刺激，直到设定总康复时间结束。
45.康复过程中，用户感受刺激过强或者感觉刺激不够时可以暂停并对刺激强度设定值进行调整，呼吸康复是个长期逐渐的过程，一般可以单次康复时间半小时，每周2～4次，持续6～8周可有明显效果。
46.以上仅为本发明优选的具体实施方式，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，可想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。