用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法及裝置制造方法

用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法及裝置，本發(fā)明通過體表電極實時提取人體的胃電信息，利用提取的胃電信號與音樂信號通過信號調(diào)理算法進行處理，使音樂信號與胃電信號達到最優(yōu)化疊加，獲得復合信號，通過本方法及裝置產(chǎn)生的復合信號能夠自主式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟隨-諧振效應，且該刺激電流不產(chǎn)生適應性，與胃腸基波同步變化，并有—定的選擇性的自主式數(shù)字化音樂電起搏電流，旨在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性的有效治療。
【專利說明】用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法及裝置

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療【技術(shù)領域】，特別涉及一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流 的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 功能性胃腸?。‵unctional Gastrointestinal Disorder, FGID)是指具有慢性和 復發(fā)性的消化道癥狀，但缺乏解剖、生化和病理學變化證據(jù)的臨床癥候群。胃腸動力障礙性 疾病（Disorders of Gastrointestinal Motility,DGIM)是指以胃腸運動功能異常為主要 原因的一類疾病。FGID/DGM是臨床常見病、多發(fā)病，其人群患病率為10%?30%，就診病 人占消化科?？崎T診的40%?60%。但迄今為止，F(xiàn)GID/DGM尚無特效治療方法，其治療 方法主要依賴促胃腸動力、抑酸藥、調(diào)節(jié)內(nèi)臟感覺、抗焦慮抑郁的藥物及心理認知治療等， 但有的藥物副作用大，有的不能獲得滿意的療效，且停藥后易復發(fā)，療效易受其他因素的影 響。
[0003] 不同的音樂可以對人的生理產(chǎn)生不同的反應，如心率和脈搏的速度、血壓、皮膚電 位反應、肌肉電位和運動反應、內(nèi)分泌和體內(nèi)生化物質(zhì)（腎上腺素、去甲腎上腺素、內(nèi)啡肽、 免疫球蛋白）以及腦電波等等。音樂的節(jié)奏可以明顯地影響人的行為節(jié)奏和生理節(jié)奏，例 如呼吸速度、胃腸運動速度節(jié)奏、心率。另外，不同的音樂可以引起各種非常不同的情緒反 應。同時音樂也是一種獨特的交流形式，對于音樂而言，最重要的交流意義是非語言的。音 樂的這一交流特點對于臨床治療來說是關鍵的重要因素，特別是當語言的努力歸于失敗 時，首樂可以幫助建立起良好的醫(yī)患關系，而這一關系正是治療成功的基本動力。另外，由 于音樂是一種存在于時間里和由物理結(jié)構(gòu)（空氣分子的震動）形成的一種現(xiàn)實存在，因此 音樂可以成為一個有效的媒介來幫助那些從現(xiàn)實和社會中退縮出來的病人從新回到現(xiàn)實 世界中，建立起與外部現(xiàn)實世界的聯(lián)系?？傊魳返倪\用一是能多方面刺激大腦皮層，使 病人對外界的感覺減弱；二是能喚起病人的愉快的思想聯(lián)系和情感，暫時忘卻置身的環(huán)境； 三是音樂對中樞神經(jīng)有直接的抑制作用。另外，音樂的魅力和愉悅性也會吸引那些社會性 退縮的人們參與到音樂的社會活動中去，從而改變其自我封閉狀態(tài)。
[0004] 目前，北美、南美、歐洲、澳大利亞及近年亞洲的一些國家都開展了各種形式的音 樂治療。近年來，隨著電子技術(shù)以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，新型音樂電治療儀不斷推出。 法國愛夫爾國際有限公司現(xiàn)在音樂電療儀器研制方面走在了世界的前列，其公司主打產(chǎn)品 音樂美胸護理儀融合當代音樂治療學、心理干預技術(shù)、中西醫(yī)學、電子工程學、自動化控制 等多種邊緣學科最新科研成果，在國際上，首次將音樂的心理作用及聲場生理作用、音樂電 的獨特物理治療作用等治療方法，綜合應用于女性乳房的保健、護理。在我國，音樂治療作 為現(xiàn)代的學科是以音樂電療法的創(chuàng)立為標志的，研制了海神99-A音樂電治療儀、YP-I音樂 電治療儀、音電同步理療機等。我國醫(yī)務工作者還將音樂療法、電刺激療法與我國傳統(tǒng)經(jīng)絡 理論相結(jié)合，創(chuàng)造了"音樂電療法"，使祖國的傳統(tǒng)醫(yī)學又向前發(fā)展了一步。音樂電療雖有 幾十年的歷史，音樂電療與音樂電針療法廣泛地應用于肌肉扭損傷、坐骨神經(jīng)痛、面神經(jīng)麻 痹、神經(jīng)衰弱、初期高血壓、腦中風后遺癥、腎結(jié)石的碎石等，但均為單純的物理療法或音樂 調(diào)制。胃腸起搏領域的研究首先起源于國外，最初以經(jīng)皮內(nèi)窺鏡粘膜吸附電極或腹腔鏡漿 膜置入電極短暫脈沖刺激急性實驗為主，起搏方向有逆向起搏和正向起搏，并探索它對胃 腸動力的影響。這些實驗研究證明了胃腸起搏系統(tǒng)的存在。隨后開展的臨床應用研究也證 明胃腸起搏刺激對糖尿病胃輕癱、胃食管反流病、功能性消化不良、胃下垂及外科術(shù)后胃腸 功能恢復均有明顯療效。目前國外胃腸起搏的焦點集中在"起搏的最佳參數(shù)"及"起搏方式" 的研究。但國外研究以植入式胃腸起搏方案為主，強調(diào)直接作用于胃起搏區(qū)。盡管它具有 定位準確的優(yōu)點，但創(chuàng)傷大，電極容易脫落，非常不便于臨床和家庭使用。
[0005] 國內(nèi)有關胃腸起搏的研究較晚，目前國內(nèi)相關領域的研究主要是探討體外胃腸起 搏和電針治療胃腸動力紊亂性疾病的作用及其機制，已經(jīng)取得了一定進展。與國外相比，國 內(nèi)胃腸起搏治療方案主要立足于體表電刺激起搏和針刺穴位，避免了外科手術(shù)的介入，大 大降低使用風險，更有可能適合臨床和家庭的長時間使用。但其缺點是胃腸起搏電流波形 及頻率單一、起搏參數(shù)相對固定，選擇性刺激作用較弱，易產(chǎn)生適應性，起搏的療效單一且 不持久，不能滿足臨床個體化精細治療的需要。故探索一種有效的、不產(chǎn)生適應性、與胃腸 基波同步變化的并有一定的選擇性的自主式數(shù)字化音樂電起搏裝置有十分重要的意義，旨 在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性的有效治療。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法及裝置， 通過本方法及裝置產(chǎn)生的刺激電流能夠自主式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟隨-諧振效應，且該 刺激電流不產(chǎn)生適應性，與胃腸基波同步變化，并有一定的選擇性的自主式數(shù)字化音樂電 起搏電流，旨在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性的有效治療。
[0007] 具體的技術(shù)方案是：一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法，包括以 下步驟：
[0008] 1)將體表電極提取的實時胃電信號進行放大、過濾后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，將 獲取的實時音樂信號進行放大后傳遞給單片機控制系統(tǒng)；
[0009] 2)單片機控制系統(tǒng)分別接受經(jīng)過放大處理后的音樂信號和胃電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換變成數(shù)字信號，通過信號調(diào)理算法進行處理，將兩路數(shù)字信號合成一路復合信號輸出，輸 出的復合信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬復合信號即為用于驅(qū)動胃腸起搏點的刺激電流。
[0010] 步驟2)中所述信號調(diào)理算法的實現(xiàn)步驟為：
[0011] 1)對胃電數(shù)字信號進行平滑濾波；
[0012] 2)對平滑后的胃電數(shù)字信號進行基線漂移校正；
[0013] 3)采用基于形態(tài)特征識別算法對基線漂移校正后的波形進行波峰提取，智能搜索 全局峰值點；
[0014] 4)以搜索到的全局峰值點為中心截取實時音樂信號，音樂信號截取的時間長度為 Le，再將截取的音樂數(shù)字信號幅值與胃電數(shù)字信號相疊加獲得復合信號。
[0015] 通過將胃電數(shù)字信號進行快速傅立葉變換，將頻率低于0. 5cpm的信號濾除，實現(xiàn) 胃電數(shù)字信號的基線漂移校正。
[0016] 基于形態(tài)特征識別算法描述如下：
[0017] 1)確定一個波峰檢測窗口尺度N，在時間窗口內(nèi)依次采樣，i代表檢測窗口內(nèi)采集 至IJ的第i點，P i代表第i點的實時斜率，Ai代表第i點的峰值；
[0018] 2)峰值搜索：對每個采樣點i的實時斜率Pi進行判斷，當采樣點i的實時斜率P i 為〇時，則定義該采樣點i為峰值點，當采樣點i的實時斜率滿足-a〈Pi〈a時，a為一個無限 接近于0的常數(shù)，則定義該采樣點i為峰值點，在檢測窗口內(nèi)搜索峰值點。
[0019] 3)形態(tài)搜索：采用形態(tài)判斷的方法來濾除步驟2)中搜索到的峰值點中的干擾峰 值點，形態(tài)判斷的方法描述為：以峰值點i為中心，通過判斷該峰值點i前后η個采樣點的 斜率和幅值，依次計算A i-A^1, A^1-Ah2…Ai^1-Ahn，并判斷A i-A^1, A^1-Ah2…Ai-Jrt-A^n中大 于0的個數(shù)，定義為cl ;再依次計算Ai-Ait^Aw-Ait2…Ait 1-Aitn，并判斷Ai-Ait^Aw-A it2… Ai+Iri-Ai+n中大于0的個數(shù)，定義為c2 ;當滿足cl、c2同時大于n-2時，保留該峰值點i，定 義為局部峰值點i，否則作為干擾峰值點去除；
[0020] 4)濾波搜索：將保留的局部峰值點進行依次濾波，將局部峰值點的幅值相加再取 平均值得到X,將局部峰值點幅值依次與X相比較，大于X則保留，小于X則去掉，保 留的峰值點定義為全局峰值點。
[0021] 所述實時胃電信號通過體表電極實時采集。
[0022] 所述實時音樂信號通過音樂播放器產(chǎn)生。
[0023] -種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的裝置，該裝置用于實現(xiàn)上述方法， 該裝置包括體表電極、信號提取模塊、音頻放大器、單片機控制系統(tǒng)、液晶模塊、D/A轉(zhuǎn)換器 和功率放大器，所述音頻放大器用于將接收的音樂信號放大后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，所 述體表電極用于將提取胃慢波信號傳遞給信號提取模塊，所述信號提取模塊用于將體表電 極提取的胃慢波信號進行放大、濾波處理后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng) 與液晶模塊電連接，所述單片機控制系統(tǒng)用于接收液晶模塊的命令，將接受的胃慢波信號 和音樂信號進行疊加后輸出數(shù)字復合信號給D/A轉(zhuǎn)換器，同時單片機控制系統(tǒng)用于將實時 信號輸出給液晶模塊進行顯示，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于將接收的數(shù)字復合信號轉(zhuǎn)換為模擬復 合信號后輸出給功率放大器，所述功率放大器用于將接收的模擬復合信號進行功率放大后 輸出到用于作用于人體的電極片。
[0024] 所述單片機控制系統(tǒng)采用型號為STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
[0025] 電生理研究證明，0. 045-0. 333Hz超低頻類正弦電流可興奮胃腸起搏點，IOOHz以 下的低頻脈沖電流刺激神經(jīng)，可引起肌肉運動。對感覺神經(jīng)，50Hz脈沖電流，可引起肌肉 明顯的顫動，10-200HZ，尤其是IOOHz左右的脈沖電流，可產(chǎn)生鎮(zhèn)痛與鎮(zhèn)靜作用。對植物神 經(jīng)，4-20Hz的脈沖電流，可興奮交感神經(jīng)，100-250HZ脈沖電流，可抑制交感神經(jīng)。對血管， 50-lOOHz可引起血管擴張。10-40HZ脈沖電流，可興奮迷走神經(jīng)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過體表電極實時提取人體的胃電信息，利用提取的 胃電信號與音樂信號通過信號調(diào)理算法進行處理，使音樂信號與胃電信號達到最優(yōu)化疊 力口，獲得復合信號。當將通過本發(fā)明產(chǎn)生的復合信號通過體表電極反饋作用于胃起搏點區(qū) 域時，可以觸發(fā)胃電慢波，改善胃電參數(shù)，糾正異常胃電節(jié)律，改善胃腸動力及功能活動， 從而達到治療的效果。且利用胃電信號作為載波信號與音樂信號相疊加，結(jié)合了音樂電和 胃起搏的優(yōu)勢。由于使用人體的實時胃電信號作為音樂數(shù)字信號的負載信號，產(chǎn)生復合信 號，該復合信號可以適應每個人不同的胃腸基波頻率，可以進行起搏參數(shù)的自適應調(diào)整，使 得通過本發(fā)明產(chǎn)生的復合信號即刺激電流選擇性刺激作用強，加上音樂本身的頻率是變化 的，不易產(chǎn)生適應性，療效持久，治療效果好。且通過本方法產(chǎn)生的刺激電流不僅能夠自主 式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟隨-諧振效應，且該刺激電流不產(chǎn)生適應性，與胃腸基波同步變 化，并有一定的選擇性的自主式數(shù)字化音樂電起搏電流，可以在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性 的有效治療。本裝置通過體表電極的自主反饋可以進行適應調(diào)整參數(shù)。
[0027] 通過本方法產(chǎn)生的復合信號即刺激電流能自主式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟隨-諧 振效應，調(diào)控胃腸動力與內(nèi)臟感覺及其相關穴位、胃腸神經(jīng)的功能，并可通過視覺和聽覺， 作用于大腦邊緣系統(tǒng)和中樞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并協(xié)調(diào)腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與大腦皮質(zhì)各部分功能間的關 系,對內(nèi)臟和軀體功能起到良好的調(diào)節(jié)作用，可改善神經(jīng)、體液和內(nèi)分泌功能,調(diào)控情緒狀 態(tài)，使胃腸各個細胞都在做微小和諧的振動，激發(fā)能量；并迫使胃腸起搏點跟隨正常的蠕動 規(guī)律，觸發(fā)胃電慢波，恢復正常的胃電節(jié)律和波幅，達到恢復或協(xié)調(diào)胃腸動力功能活動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明的前置放大器模塊的電路圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明的濾波器的電路圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明的跟隨器模塊的電路圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明的后級放大器模塊的電路圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明的音頻放大器的電路圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明的D/A轉(zhuǎn)換器的電路圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明的功率放大器的電路圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明的單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0037] 圖10為本發(fā)明的復合信號合成流程圖；
[0038] 圖11為本發(fā)明的復合信號合成仿真圖。

【具體實施方式】
[0039] 參見圖1至圖11，一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法，包括以下 步驟：
[0040] 1)將體表電極提取的實時胃電信號進行放大、過濾后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，將 獲取的實時音樂信號進行放大后傳遞給單片機控制系統(tǒng)。所述實時音樂信號通過音樂播放 器產(chǎn)生。
[0041] 2)單片機控制系統(tǒng)分別接受經(jīng)過放大處理后的音樂信號和胃電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換變成數(shù)字信號，通過信號調(diào)理算法進行處理，將兩路數(shù)字信號合成一路復合信號輸出，使 音樂信號與胃電信號達到最優(yōu)化疊加，達到最優(yōu)化疊加后對自主式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟 隨-諧振效應，且該刺激電流不產(chǎn)生適應性，與胃腸基波同步變化，并有一定的選擇性的自 主式數(shù)字化音樂電起搏電流，旨在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性的有效治療。輸出的復合信號 經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬復合信號即為用于驅(qū)動胃腸起搏點的刺激電流。
[0042] 使用人體的實時胃電信號作為音樂數(shù)字信號的負載信號，可以適應每個人不同的 胃腸基波頻率，可以進行起搏參數(shù)（起搏參數(shù)包括胃腸基波的主頻和幅值、疊加音樂的時 間長度和幅值、復合信號幅值）的自適應調(diào)整，選擇性刺激作用強，不易產(chǎn)生適應性，療效 持久，治療效果好。且通過本方法產(chǎn)生的刺激電流不僅能夠自主式驅(qū)動胃腸起搏點產(chǎn)生跟 隨-諧振效應，且該刺激電流不產(chǎn)生適應性，與胃腸基波同步變化，并有一定的選擇性的自 主式數(shù)字化音樂電起搏電流，旨在臨床上實現(xiàn)個體化、特異性的有效治療。
[0043] 參見圖9至圖11，所述信號調(diào)理算法的實現(xiàn)步驟為：
[0044] (1)對胃電數(shù)字信號進行平滑濾波。
[0045] 考慮到數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中會收到一些干擾，如信道噪聲，A/D量化誤差等因素， 在進行信號處理前需要將原始的胃電信號即慢波信號進行濾波處理，用中值平滑濾波方式 實現(xiàn)一個低通濾波器，濾波器的通帶寬度與濾波器的階數(shù)選擇有關，階數(shù)越大，通帶越窄， 下面公式以η階進行中值平滑濾波 ：
[0046] yy(i) = (y(i-(n_l)/2)+…+y(i)+…+y(i+(n_l)/n))
[0047] y⑴代表第i點信號采樣的幅值，yy⑴代表濾波以后的幅值。
[0048] (2)對平滑后的胃電數(shù)字信號進行基線漂移校正。
[0049] 將數(shù)據(jù)濾波以后，需要對平滑后的波形進行波峰提取，波峰提取存在的問題在于： 胃電波形漂移比較嚴重，漂移基線通常頻率較低，通常小于lcpm，采用硬件的方法設計高通 濾波器難以實現(xiàn)，所以采用了軟件濾波實現(xiàn)，通過將采樣的數(shù)字信號進行快速傅立葉變換， 將頻率低于〇. 5cpm的信號濾除，實現(xiàn)基線的漂移校正。
[0050] (3)采用基于形態(tài)特征識別算法對基線漂移校正后的慢波波形進行波峰提取，智 能搜索全局峰值點。
[0051] 基于形態(tài)特征識別算法描述如下：
[0052] ①確定一個波峰檢測窗口尺度N，通常設置為1分鐘，在時間窗口內(nèi)依次采樣點，i 代表檢測窗口內(nèi)采集到的第i點，Pi代表第i點的實時斜率，Ai代表第i點的峰值。
[0053] ②峰值搜索：對于每個采樣點的實時斜率進行判斷，當斜率為0的時候，則代表檢 測到一個峰值點，由于采樣的精度影響，可能峰值點的斜率為〇附近的一個值，所以檢測算 法設置常數(shù)a為一個無限接近于0的常數(shù)，當實時斜率滿足-aKP^a時，定義該點為局部峰 值點，在檢測窗口內(nèi)會檢測到多個局部峰值點。具體步驟描述如下：
[0054] 對每個采樣點i的實時斜率Pi進行判斷，當采樣點i的實時斜率Pi為0時，則定 義該采樣點i為峰值點，當采樣點i的實時斜率滿足時，a為一個無限接近于0的 常數(shù)，則定義該采樣點i為峰值點，在檢測窗口內(nèi)搜索峰值點。
[0055] ③形態(tài)搜索：經(jīng)過峰值搜索出的局部峰值點可能包含了多個非慢波峰值點，采用 形態(tài)判斷的方法來濾除干擾峰值點。由于慢波為類正弦波形態(tài)，所以，可以以峰值為中心， 通過判斷前后η個采樣點的斜率和幅值的判斷峰值波形的形態(tài)，從而去掉由于干擾信號而 產(chǎn)生的局部峰值。本算法擬幅值判斷為依據(jù)實現(xiàn)，依次計算m = Ai-A^1, m = Ap1-AiVm =Ai^-Apn，分別判斷當m>0,則計數(shù)參數(shù)c加1，否則c保持不變；再計算m = Ai-Aw, m =Α?+1-Α?+2···ηι = Aitlri-Aitn，分別判斷當m>0,則計數(shù)參數(shù)c加1,否則c保持不變；最后判 斷c>n-2 (考慮到干擾可能會引起采樣值誤差，判斷閾值點設置為n-2)，則局部峰值點i保 留，否則作為干擾點去除。具體步驟描述如下：
[0056] 采用形態(tài)判斷的方法來濾除步驟2)中搜索到的峰值點中的干擾峰值點，形態(tài)判 斷的方法描述為：以峰值點i為中心，通過判斷該峰值點i前后η個采樣點的斜率和幅值， 定義為 cl ;再依次計算 Ai-Aw, Ai+1_Ai+2…Aitlri-Aitn，并判斷 Ai-Aw, Aw-AwAi^1-Aitn 中大 于〇的個數(shù)，定義為c2 ;判斷cl、c2是否均大于n-2,若是則保留該峰值點i，定義為局部 峰值點i，否則作為干擾峰值點去除。
[0057] ④濾波搜索：為了進一步提高檢測精度，將保留的局部峰值點進行依次濾波，將局 部峰值點的幅值相加再取平均值得到X,將局部峰值點幅值依次與X相比較，大于X 則保留，小于X則去掉。保留的峰值點即可定義為全局峰值點，即慢波峰值點。具體步驟 描述如下：
[0058] 將保留的局部峰值點進行依次濾波，將局部峰值點的幅值相加再取平均值得到 將局部峰值點幅值依次與I相比較，大于X則保留，小于X則去掉，保留的峰值點 定義為全局峰值點。
[0059] (4)以搜索到的全局峰值點為中心截取實時音樂信號，根據(jù)"胃腸起搏"和"驅(qū) 動-跟隨-諧振"效應調(diào)整音樂信號截取的時間長度Le，再將截取的音樂數(shù)字信號幅值與 胃電數(shù)字信號相疊加獲得復合信號。截取的時間長度Le可以通過與單片機控制系統(tǒng)相連 的液晶顯示器進行設置、調(diào)節(jié)。
[0060] 參見圖1至圖8,一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的裝置，該裝置用于 實現(xiàn)上述方法，該裝置包括體表電極、信號提取模塊、音頻放大器、單片機控制系統(tǒng)、液晶模 塊、D/A轉(zhuǎn)換器和功率放大器，所述音頻放大器用于將接收的音樂信號放大后傳遞給單片機 控制系統(tǒng)，所述體表電極用于將提取胃慢波信號傳遞給信號提取模塊，所述信號提取模塊 用于將體表電極提取的胃慢波信號進行放大、濾波處理后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，所述單 片機控制系統(tǒng)與液晶模塊電連接，所述單片機控制系統(tǒng)用于接收液晶模塊的命令，將接受 的胃慢波信號和音樂信號進行疊加后輸出數(shù)字復合信號給D/A轉(zhuǎn)換器，同時單片機控制系 統(tǒng)用于將實時信號輸出給液晶模塊進行顯示，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于將接收的數(shù)字復合信號 轉(zhuǎn)換為模擬復合信號后輸出給功率放大器，所述功率放大器用于將接收的模擬復合信號進 行功率放大后輸出到用于作用于人體的電極片。所述信號提取模塊包括生物放大器、低通 濾波器。
[0061] 體表電極選用非極性Ag/AgCl電極，體表電極起傳感器的作用，將胃的生物電信 號轉(zhuǎn)化為電信號，體表電極為兩個電極，其第一電極和第二電極，采用差分方式提取胃的生 物電信號，送入生物信號放大器，差分方式提取信號能夠有效地抑制干擾。治療時電極放置 在胃竇附近。
[0062] 生物放大器是將體表電極提取的胃電信號放大，放大后的信號進入A/D轉(zhuǎn)換器。 由于胃電信號及其微弱，通常只是μ V級，且很容易被其他生物電信號掩蓋，且頻率及低， 所以生物放大器的設計需要綜合考慮放大倍數(shù)和抗干擾能力。
[0063] 低通濾波器將胃電慢波信號中疊加的高頻干擾濾除，人體的的正常胃電信號頻率 較低，一般在2. 4cpm-3. 7cpm之間，所有設計截止頻率較低的低通濾波器可以將大多數(shù)干 擾信號濾除。
[0064] 音頻放大器用于實現(xiàn)外接音樂信號的放大，音樂信號由MP3產(chǎn)生，MP3產(chǎn)生的音樂 信號送入音頻放大器，音頻放大器應該具有較高的輸出功率，同時要保證輸出音樂信號較 低的失真度。音頻放大器輸出的信號通過兩路輸出，一路通過耳機輸出，一路送入A/D轉(zhuǎn)換 器。
[0065] 單片機控制系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路和D/A轉(zhuǎn)換電路組成，其中A/D轉(zhuǎn) 換電路和信號調(diào)理電路集成在單片機中，通過單片機編程實現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的胃電 模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠處理的數(shù)字信號，送入信號調(diào)理電路。A/D轉(zhuǎn)換電路分為兩路， 分別接受經(jīng)過放大處理后的音樂信號和胃電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號，信號 調(diào)理電路同時接收兩路A/D轉(zhuǎn)換器送入的信號（胃電信號和音頻信號），通過信號調(diào)理算 法將兩路信號合成一路復合信號輸出；輸出的復合信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為模擬復合 信號。
[0066] 單片機控制系統(tǒng)以意法半導體公司嵌入式芯片STM32F103VBT6為核心，對這個電 路進行控制，具體完成功能如下：與液晶顯示器實現(xiàn)通信，接受用戶發(fā)送的指令，同時將實 時數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶顯示；分別接受胃慢波信號和音樂信號，利用單片機內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換 器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再根據(jù)用戶發(fā)送的指令實現(xiàn)胃慢波和音樂信號的疊加，生 成復合信號以數(shù)字的方式輸出。
[0067] 功率放大器實現(xiàn)對于輸出的復合信號的功率放大，由于D/A轉(zhuǎn)換器輸出的信號范 圍在-5V到+5V之間，輸出功率較小，作用于人體不能達到人體的感知電流閾值，需要進行 功率提升，功率放大器將復合信號功率放大以后，通過體表電極反饋作用于胃竇，對胃部進 行電刺激，達到治療的效果。
[0068] 具體電路如下：所述信號提取模塊包括前置放大器模塊、濾波器、跟隨器模塊、后 級放大器模塊，所述前置放大器模塊的輸入端與體表電極電連接，前置放大器模塊的輸出 端與濾波器的輸入端電連接，濾波器的輸出端與跟隨器模塊的輸入端電連接，跟隨器模塊 的輸出端與后級放大器模塊的輸入端電連接，后級放大器模塊的輸出端與單片機控制系統(tǒng) 的第一 A/D輸入端。
[0069] 前置放大器模塊使用了 AD公司的AD623。AD623是一個集成單電源儀表放大器。 AD623通過提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比而保持最小的誤差，線路噪聲 及諧波將由于共模抑制比在高達200Hz時仍保持恒定而受到抑制。由AD623構(gòu)成的前置放 大器模塊如圖2所示。
[0070] 在圖中，胃電慢波信號以差分方式進入到AD623的兩個輸入端，這樣可以保證著 整個放大器模塊擁有較高的共模抑制比。前置放大器模塊的增益可以用下面的公式來表 示：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將體表電極提取的實時胃電信號進行放大、過濾后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，將獲取 的實時音樂信號進行放大后傳遞給單片機控制系統(tǒng)； 2) 單片機控制系統(tǒng)分別接受經(jīng)過放大處理后的音樂信號和胃電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變 成數(shù)字信號，通過信號調(diào)理算法進行處理，將兩路數(shù)字信號合成一路復合信號輸出，輸出的 復合信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬復合信號即為用于驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)中所述信號調(diào)理算法的實現(xiàn)步驟 為： 1) 對胃電數(shù)字信號進行平滑濾波； 2) 對平滑后的胃電數(shù)字信號進行基線漂移校正； 3) 采用基于形態(tài)特征識別算法對基線漂移校正后的波形進行波峰提取，智能搜索全局 峰值點； 4) 以搜索到的全局峰值點為中心截取實時音樂信號，根據(jù)"胃腸起搏"和"驅(qū)動-跟 隨-諧振"效應調(diào)整音樂信號截取的時間長度Le，再將截取的音樂數(shù)字信號幅值與胃電數(shù) 字信號相疊加獲得復合信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：通過將胃電數(shù)字信號進行快速傅立葉變 換，將頻率低于〇. 5cpm的信號濾除，實現(xiàn)胃電數(shù)字信號的基線漂移校正。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：基于形態(tài)特征識別算法描述如下： 1) 確定一個波峰檢測窗口尺度N，在時間窗口內(nèi)依次米樣，i代表檢測窗口內(nèi)米集到的 第i點，Pi代表第i點的實時斜率，Ai代表第i點的峰值； 2) 峰值搜索：對每個采樣點i的實時斜率Pi進行判斷，當采樣點i的實時斜率Pi為0 時，則定義該采樣點i為峰值點，當采樣點i的實時斜率滿足時，a為一個無限接近 于0的常數(shù)，則定義該采樣點i為峰值點，在檢測窗口內(nèi)搜索峰值點； 3) 形態(tài)搜索：采用形態(tài)判斷的方法來濾除步驟2)中搜索到的峰值點中的干擾峰值點， 形態(tài)判斷的方法描述為：以峰值點i為中心，通過判斷該峰值點i前后η個采樣點的斜率和 數(shù)，定義為cl;再依次計算Ai-Aw,Aw-AwAi^1-Aitn，并判斷Ai-Aw,Aw-AwAitlri-Aitn 中大于〇的個數(shù)，定義為c2 ;當滿足cl、c2同時大于n-2時，保留該峰值點i，定義為局部 峰值點i，否則作為干擾峰值點去除； 4) 濾波搜索：將保留的局部峰值點進行依次濾波，將局部峰值點的幅值相加再取平均 值得到X，將局部峰值點幅值依次與X相比較，大于X則保留，小于X則去掉，保留的 峰值點定義為全局峰值點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述實時胃電信號通過體表電極實時采 集。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述實時音樂信號通過音樂播放器產(chǎn)生。
7. -種用于產(chǎn)生驅(qū)動胃腸起搏系統(tǒng)的刺激電流的裝置，其特征在于：包括體表電極、 信號提取模塊、音頻放大器、單片機控制系統(tǒng)、液晶模塊、D/A轉(zhuǎn)換器和功率放大器，所述音 頻放大器用于將接收的音樂信號放大后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，所述體表電極用于將提取 胃慢波信號傳遞給信號提取模塊，所述信號提取模塊用于將體表電極提取的胃慢波信號進 行放大、濾波處理后傳遞給單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)與液晶模塊電連接，所述 單片機控制系統(tǒng)用于接收液晶模塊的命令，將接受的胃慢波信號和音樂信號進行疊加后輸 出數(shù)字復合信號給D/A轉(zhuǎn)換器，同時單片機控制系統(tǒng)用于將實時信號輸出給液晶模塊進行 顯示，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于將接收的數(shù)字復合信號轉(zhuǎn)換為模擬復合信號后輸出給功率放大 器，所述功率放大器用于將接收的模擬復合信號進行功率放大后輸出到用于作用于人體的 電極片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：所述單片機控制系統(tǒng)采用型號為STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
【文檔編號】A61N1/36GK104307101SQ201410538147
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】楊敏, 楊林, 黃智勇, 何雨芩, 郎秀瓊, 陳東風, 陳強, 林玲, 冉亞梅 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院