用于呼吸检测的植入式神经刺激系统及方法、神经刺激器

本发明涉及植入式医疗仪器，具体涉及一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统及方法、神经刺激器。

背景技术：

1、植入式神经刺激已经成为睡眠呼吸障碍疾病的有效疗法，如植入式舌下神经刺激可以有效治疗中度至重度阻塞性睡眠呼吸暂停，膈神经刺激可以有效治疗中枢性睡眠呼吸暂停，无论是舌下神经刺激还是膈神经刺激，大都需要检测人体睡眠信号时的呼吸信号。现有技术中植入式神经刺激器设备测量呼吸的主要方式有两种，一是通过将压力传感器埋入肋间肌，来检测呼吸过程中的肋间肌挤压传感器带来的压力变化，二是通过两个放置于胸两侧的导线持续放电，测量呼吸过程的胸部阻抗变化，这两种方式都需要在体内额外放置呼吸检测导线，即刺激器需要外接两根电极，一根电极用于刺激相关神经，另一根电极用于检测呼吸信号。

2、因此，如何优化植入式神经刺激器设备的结构成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述的问题，本发明提供了一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统及方法、神经刺激器，利用放置在神经刺激器内部的三轴加速度计检测呼吸，不再需要额外的呼吸检测电极，只有一根刺激电极，优化了设备结构。

2、为实现上述的技术目的，本发明能够提供一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，该系统包括刺激电极和刺激器电路。

3、刺激器电路包括三轴加速度计、微控制器及刺激模块。

4、三轴加速度计，用于采集加速度数据，并用于将加速度数据发送至微控制器。

5、微控制器，与三轴加速度计、刺激模块分别连接；微控制器用于根据接收到的加速度数据生成呼吸波形，以及用于根据呼吸波形向刺激模块发出控制信号。

6、刺激模块，与刺激电极连接；刺激模块用于根据接收到的控制信号驱动刺激电极产生电刺激。

7、本发明提供的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，利用放置在神经刺激器内部的三轴加速度计测量呼吸，不再需要额外的呼吸检测电极，只有一根刺激电极，简化了系统结构，避免了呼吸传感器导线带来的额外手术创伤。

8、可选地，微控制器，还用于对接收到的加速度数据进行滤波处理；微控制器，用于根据滤波处理之后的加速度数据形成呼吸波形。

9、本发明通过对接收到的加速度数据进行滤波处理，去除了运算过程中的中高频杂波、低频杂波与直流量，使呼吸波形的形成更加准确。

10、可选地，加速度数据包括x轴加速度数据，y轴加速度数据及z轴加速度数据，微控制器，还用于根据x轴加速度数据确定x轴方向上波形的第一幅值均值、根据y轴加速度数据确定y轴方向上波形的第二幅值均值以及根据z轴加速度数据确定z轴方向上波形的第三幅值均值；微控制器，还用于从第一幅值均值、第二幅值均值及第三幅值均值中选择最大值，并确定最大值对应的波形作为呼吸波形。

11、本发明通过选取平均值幅值最大的波形作为呼吸波形，可以在筛选出平均值最大的轴即最优轴后停止对另外两轴进行滤波，节约时间并且降低功耗。

12、可选地，加速度数据包括x轴加速度数据，y轴加速度数据及z轴加速度数据，微控制器，还用于确定加速度数据分布最密集的目标方向，将x轴加速度数据、y轴加速度数据以及z轴加速度数据均投影至目标方向；微控制器，用于根据投影至目标方向的所有加速度数据形成呼吸波形。

13、本发明可以有效地将三维的呼吸数据降至一维，得到呼吸波形，适应性强。

14、可选地，加速度数据包括重力加速度方向的矢量数据，微控制器，还用于在预设时长内检测所述重力加速度方向的矢量数据对应的方向与预设参考轴之间的夹角变化，并根据所述夹角变化生成呼吸波形。

15、本发明可以通过观察到呼吸过程中重力加速度的运动情况，能够实时计算相对角度，从而得到呼吸状态。

16、可选地，微控制器，还用于对呼吸波形进行波形相位修正处理，并用于根据波形相位修正处理之后的呼吸波形向刺激模块发出控制信号。

17、本发明通过将呼吸波形进行修正，使检测出的呼吸波形与实际的呼吸波形同相位，这样可以使计算结果与实际的呼吸情况匹配。

18、可选地，微控制器，还用于截取呼吸波形中的一个预设周期内的完整波形，并用于测量截取的完整波形内波谷到波峰的时长t1以及波峰到波谷的时长t2；微控制器，用于根据t1/t2的比值大于1，通过翻转呼吸波形的方式进行波形相位修正。

19、本发明通过对一个预设周期内的完整波形进行波峰波谷的时长检测，通过比较波谷到波峰的时长与波峰到波谷的时长的比值，来确定呼吸波形是否需要修正，简单方便。

20、可选地，微控制器，还用于采集预设数量周期内的完整波形；微控制器，用于根据偏度值小于0的完整波形的数量大于阈值，通过翻转波形的方式进行波形相位修正。

21、本发明通过计算预设数量周期的完整波形的偏度值，来判断是否进行呼吸波形的翻转进行修正，只需要看数据分布，具有正偏离就证明波形相位正确，计算简单，操作方便。

22、可选地，一种植入式神经刺激器，包括本发明实施例中的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统。

23、可选地，一种用于呼吸检测的植入式神经刺激的方法，应用于本发明实施例中的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，方法包括通过三轴加速度计采集呼吸过程中的加速度数据，以及将加速度数据发送至微控制器；通过微控制器根据接收到的加速度数据生成呼吸波形，以及根据呼吸波形向刺激模块发出控制信号；利用刺激模块根据接收到的控制信号驱动刺激电极产生电刺激。

24、本发明的有益效果为：

25、本发明提供的一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统及方法、神经刺激器，利用放置在神经刺激器内部的三轴加速度计检测呼吸，有效利用神经刺激器内部的空间，不使用呼吸检测电极，简化系统结构，降低成本，减少呼吸传感器导线带来的额外手术创伤，进一步降低了患者手术风险和术后恢复压力，也降低了患者炎症和排斥反应的发生率。

技术特征：

1.一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，其特征在于，所述系统包括刺激电极和刺激器电路；

2.根据权利要求1所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，所述加速度数据包括x轴加速度数据，y轴加速度数据及z轴加速度数据，其特征在于，

4.根据权利要求1或2所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，所述加速度数据包括x轴加速度数据，y轴加速度数据及z轴加速度数据，其特征在于，

5.根据权利要求1或2所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，所述加速度数据包括重力加速度方向的矢量数据，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，其特征在于，包括：

9.一种植入式神经刺激器，其特征在于，包括权利要求1至8中任一权利要求所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统。

10.一种用于呼吸检测的植入式神经刺激的方法，其特征在于，应用于权利要求1至8中任一权利要求所述的用于呼吸检测的植入式神经刺激系统，所述方法包括：

技术总结
本发明提供了一种用于呼吸检测的植入式神经刺激系统及方法、神经刺激器，具体涉及植入式医疗仪器技术领域，系统包括刺激电极和刺激器电路；刺激器电路包括三轴加速度计、微控制器及刺激模块；三轴加速度计，用于采集加速度数据，并用于将加速度数据发送至微控制器；微控制器，与三轴加速度计、刺激模块分别连接；微控制器用于根据接收到的加速度数据生成呼吸波形，以及用于根据呼吸波形向刺激模块发出控制信号；刺激模块，与刺激电极连接；刺激模块用于根据接收到的控制信号驱动刺激电极产生电刺激。本发明利用放置在神经刺激器内部的三轴加速度计检测呼吸，有效利用了神经刺激器内部的空间，不使用呼吸检测电极，简化了系统结构组成。

技术研发人员：郝红伟,马伯志,艾力亚尔·艾合麦提,李路明
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13