【技术实现步骤摘要】
本技术涉及脑卒中患者运动康复，具体涉及一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪。
技术介绍
1、脑卒中是一大类具有高致死率、致残率的脑血管疾病。老龄化大背景下，脑卒中导致的运动和认知功能障碍的精准治疗与康复是国家十四五健康规划的重要内容。传统康复手段存在耗时长、效果差、成本高的问题。近年来，研究者提出经皮耳迷走神经电刺激通过刺激迷走神经的耳廓分支，与康复训练配合，可作为一种新型神经调控技术改善缺血性卒中后运动功能。
2、迷走神经刺激对不同脑部疾病患者的显示出良好效果，表现出临床症状的实质性改善。2021年发表于lancet研究表明与康复训练配合的迷走神经刺激有助于长期改善中风后的上肢运动功能障碍。但迷走神经刺激属于植入式神经调控手段，存在一定手术和术后后遗症的风险。由于迷走神经在耳廓存在丰富的分支，研究者们尝试通过经皮耳迷走神经电刺激，一种非侵入式的电刺激方式实现对迷走神经的电刺激。经皮耳迷走神经电刺激可以实现类似迷走神经刺激对于大脑功能的神经调控作用，对运动有积极的功能改善效果。与植入式迷走神经刺激相比，经皮耳迷走神经电刺激的技术手段避免了手术和术后后遗症的风险，是一个低成本、低风险、易操作的替代技术手段。
3、然而，目前经皮耳迷走神经电刺激设备无实时精准同步动作的触发系统，经皮耳迷走神经电刺激的触发依赖于人为触发或者仪器设定好的序列进行触发，与运动康复训练动作无法实现精准同步，在一定基础上影响刺激效果；此外现有设备无实时同步心率监测，心率的分析依赖于离线分析，导致电刺激信号为开环输出，不能有效地跟
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本技术的目的是提供一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，通过设置主控模块、肌电模块以及心电模块，通过对实时采集的肌电信号进行在线分析以触发刺激指令的生成，再通过对实时采集的心电信号进行在线分析以调整刺激指令的强度，从而实现精准触发和闭环调整输出至受试者的电刺激信号，提高了刺激效果。
2、为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案是：提供一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，所述经皮耳迷走神经刺激仪主要包括主控模块、心电模块、肌电模块以及经皮耳迷走神经刺激模块；
3、所述肌电模块用于将肌电信号采集电极实时采集的肌电信号传送至所述主控模块；所述心电模块用于将心电信号采集电极实时采集的心电信号传送至所述主控模块；所述主控模块用于将接收到的所述肌电信号与肌电阈值进行比较，以触发生成刺激指令，所述主控模块还用于将接收到的所述心电信号与心率阈值进行比较以对所述刺激指令的强度进行调整，并将调整后的所述刺激指令输出至所述经皮耳迷走神经刺激模块；所述经皮耳迷走神经刺激模块用于对所述刺激指令进行解析，以生成刺激频率、刺激强度、刺激波形、刺激时间可调的电刺激信号，所述电刺激信号通过经皮耳迷走神经刺激电极输出至受试者的耳廓迷走神经分支皮肤端；
4、所述主控模块分别与所述心电模块、所述肌电模块、所述经皮耳迷走神经刺激模块电性相连；所述心电模块通过信号线与心电信号采集电极相连接，所述肌电模块通过信号线与肌电信号采集电极相连接，所述经皮耳迷走神经刺激通过信号线与经皮耳迷走神经刺激电极相连接。
5、所述经皮耳迷走神经刺激仪的工作原理如下所述：
6、首先，根据受试者的训练动作类型，确定上肢肌肉位置，对皮肤表面进行清洁，将肌电信号采集电极贴于上肢皮肤表面；根据心电监测要求，对皮肤表面进行清洁，将心电信号采集电极贴于胸腔皮肤表面；对使用者左耳进行清洁，佩戴经皮耳迷走神经刺激电极，确定电极与皮肤接触良好；
7、然后，在主控模块中参照受试者动作肌电信号初始强度和基线心率以及临床标准设置肌电阈值、心率阈值并对根据受试者耐受度对刺激指令的强度进行初始设置；
8、受试者开始运动，产生肌电信号，肌电信号采集电极将实时采集的肌电信号经过所述肌电模块传送至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的肌电信号与预先设置的肌电阈值进行比较后，触发生成刺激指令，所述心电模块将心电信号实时采集的心电信号传送至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的心电信号与预先设置的心率阈值进行比较后，对刺激指令初始设置的强度进行调整，并将调整后的刺激指令输出至所述经皮耳迷走神经刺激模块，所述经皮耳迷走神经刺激模块对接收到的刺激指令进行解析后生成刺激频率、刺激强度、刺激波形、刺激时间可调的电刺激信号，并将所述电刺激信号通过经皮耳迷走神经刺激电极输出至受试者的耳廓迷走神经分支皮肤端；
9、受试者不断运动，不断产生肌电信号，所述主控模块根据不断接收到的肌电信号不断触发生成刺激指令，所述心电模块不断将心电信号实时采集的心电信号传送至所述主控模块，所述主控模块根据不断接收到的心电信号对刺激指令的强度进行调整，并将调整后的刺激指令不断输出至所述经皮耳迷走神经刺激模块，所述经皮耳迷走神经刺激模块根据不断接收到的刺激指令不断生成相应的电刺激信号，并不断将所述电刺激信号通过经皮耳迷走神经刺激电极输出至受试者的耳廓迷走神经分支皮肤端；这样就实现了精准触发和闭环调整输出至受试者的电刺激信号，从而提高了刺激效果。
10、进一步地，所述主控模块主要包括微控制器单元；所述微控制器单元的型号为stm32f103vet6，是32位高密度高性能线路微控制器单元，具有512kb闪存。
11、进一步地，所述心电模块主要包括第一模数转换芯片和放大器，所述第一模数转换芯片用于检测所述心电信号，所述放大器用于对所述心电信号进行放大和滤波处理。
12、进一步地，所述肌电模块主要包括第二模数转换芯片，所述第二模数转换芯片用于检测所述肌电信号。
13、进一步地，所述经皮耳迷走神经刺激模块主要包括多个光电耦合隔离器、多个场效应管以及多个放大器；所述光电耦合隔离器用于所述刺激信号隔离，所述场效应管用于所述刺激信号的脉冲调制器或开关稳压控制器，所述放大器用于所述刺激信号放大和滤波。
14、进一步地，所述第一模数转换芯片和所述第二模数转换芯片的型号为ads1292irsmt，具有内置的可编程增益放大器、内部基准和板载振荡器。
15、进一步地，所述光电耦合隔离器的型号为tlp109，所述场效应管的型号为2n7002kdw。
16、与现有技术相比，本技术提供的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，主要包括主控模块、心电模块、肌电模块以及经皮耳迷走神经刺激模块；肌电信号采集电极将实时采集的肌电信号经过肌电模块传送至主控模块，主控模块将肌电信号与肌电阈值进行比较后，触发生成刺激指令，主控模块将心电模块传送的心电信号采集电极实时采集的心电信号与心率阈值进行比较以对刺激指令的强度进行调整，调整后的刺激指令输出至经皮耳迷走神经刺激模块以生成相应的电刺激信号，通过经皮耳迷走神经刺激电极输出至受试者；这样就实现了精准触发和闭环调整输出至受试者的电刺激信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述经皮耳迷走神经刺激仪主要包括主控模块、心电模块、肌电模块以及经皮耳迷走神经刺激模块；
2.根据权利要求1所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述主控模块包括微控制器单元U7、晶振Y1、电容C22、电容C24、电阻R23、电阻R28、电阻R29、电阻R30、发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8；微控制器单元U7的型号为STM32F103VET6，是32位高密度高性能线路微控制器单元，具有512kB闪存；晶振Y1用于为微控制器单元U7提供外部时钟；
3.根据权利要求2所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述心电模块主要包括模数转换芯片U26、放大器U25、晶振Y2；模数转换芯片U26用于检测所述心电信号，放大器U25用于对所述心电信号进行放大和滤波处理，晶振Y2用于为模数转换芯片U26提供外部时钟；
4.根据权利要求3所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述肌电模块主要包括模数转换芯片U10
5.根据权利要求4所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述经皮耳迷走神经刺激模块主要包括光电耦合隔离器U12、光电耦合隔离器U13、场效应管Q4、场效应管Q5、放大器U8A、放大器U8B；光电耦合隔离器U12和光电耦合隔离器U13用于所述刺激信号隔离，场效应管Q4和场效应管Q5用于所述刺激信号的脉冲调制器或开关稳压控制器，放大器U8A和放大器U8B用于所述刺激信号放大和滤波；
6.根据权利要求5所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，光电耦合隔离器U13的引脚1经过电阻R97连接PWM2端，光电耦合隔离器U13的引脚3接地，光电耦合隔离器U13的引脚4接模拟地，光电耦合隔离器U13的引脚5分别连接电阻R109的一端、电阻R36的一端以及电阻R38的一端，光电耦合隔离器U13的引脚6分别连接电阻R109的另一端和模拟电压3.3V；场效应管Q5的引脚1接模拟地，场效应管Q5的引脚2连接电阻R36的另一端，场效应管Q5的引脚3连接电阻R42的一端，场效应管Q5的引脚4接模拟地，场效应管Q5的引脚5连接电阻R38的另一端，场效应管Q5的引脚6连接电阻R40的一端；电阻R40的另一端分别连接三极管Q6的基极和电阻R34的一端，电阻R34的另一端依次经过电容C34的一端、三极管Q6的发射极后连接电压25V，电容C34的另一端接模拟地，三极管Q6的集电极分别连接电阻R44的一端和双稳压二极管DC10的一端，双稳压二极管DC10的一端还连接端子CHA2，端子CHA2经过信号线连接经皮耳迷走神经刺激电极的负极，双稳压二极管DC10的另一端接模拟地，电阻R44的另一端连接三极管Q9的集电极，三极管Q9的发射极分别连接电阻R54的一端和电阻R56的一端，电阻R56的另一端接模拟地，三极管Q9的基极分别连接电容C39的一端和电阻R50的一端，电容C39的另一端接模拟地，电阻R50的另一端分别连接电容C56的一端和放大器U8B的输出端，电容C56的另一端分别连接电阻R54的另一端和放大器U8B的反相输入端，放大器U8B的同相输入端经过电阻R47分别连接电阻R42的另一端、电阻R52的一端、电阻R48的一端以及电容C37的一端，电容C37的另一端接模拟地，电阻R52的另一端接模拟地，电阻R48的另一端接端子DAC1S。
7.根据权利要求4所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，模数转换芯片U26和模数转换芯片U10的型号为ADS1292IRSMT，具有内置的可编程增益放大器、内部基准和板载振荡器。
8.根据权利要求4所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，放大器U25的型号为GS8551-TR，放大器U8A和放大器U8B的型号为GS8552-SR。
9.根据权利要求5所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，光电耦合隔离器U12和光电耦合隔离器U13的型号为TLP109，场效应管Q4和场效应管Q5的型号为2N7002KDW。
10.根据权利要求6所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，三极管Q7和三极管Q6为PNP型三极管，三极管Q8和三极管Q9为NPN型三极管。
...【技术特征摘要】
1.一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述经皮耳迷走神经刺激仪主要包括主控模块、心电模块、肌电模块以及经皮耳迷走神经刺激模块；
2.根据权利要求1所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述主控模块包括微控制器单元u7、晶振y1、电容c22、电容c24、电阻r23、电阻r28、电阻r29、电阻r30、发光二极管d6、发光二极管d7、发光二极管d8；微控制器单元u7的型号为stm32f103vet6，是32位高密度高性能线路微控制器单元，具有512kb闪存；晶振y1用于为微控制器单元u7提供外部时钟；
3.根据权利要求2所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述心电模块主要包括模数转换芯片u26、放大器u25、晶振y2；模数转换芯片u26用于检测所述心电信号，放大器u25用于对所述心电信号进行放大和滤波处理，晶振y2用于为模数转换芯片u26提供外部时钟；
4.根据权利要求3所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述肌电模块主要包括模数转换芯片u10、晶振y3；模数转换芯片u10用于检测所述肌电信号，晶振y3用于为模数转换芯片u10提供外部时钟；
5.根据权利要求4所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，所述经皮耳迷走神经刺激模块主要包括光电耦合隔离器u12、光电耦合隔离器u13、场效应管q4、场效应管q5、放大器u8a、放大器u8b；光电耦合隔离器u12和光电耦合隔离器u13用于所述刺激信号隔离，场效应管q4和场效应管q5用于所述刺激信号的脉冲调制器或开关稳压控制器，放大器u8a和放大器u8b用于所述刺激信号放大和滤波；
6.根据权利要求5所述的一种肌电触发和心电闭环的经皮耳迷走神经刺激仪，其特征在于，光电耦合隔离器u13的引脚1经过电阻r97连接pwm2端，光电耦合隔离器u13的引脚3接地，光电耦合隔离器u13的引脚4接模拟地，光电耦合隔离器u13的引脚5分别连接电阻r109的一端、电阻r36的一端以及电阻r38的一端，光电耦合隔离器u13的引脚6分别连接电阻r109的另一端和模拟电压3.3v；场效应管q5的引脚1接模拟地，场效应管q...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖雪珍，张明，
申请(专利权)人：深圳未来脑律科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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