專利名稱：一種臨時膈肌刺激器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種膈肌功能恢復(fù)儀器，具體說是一種將電極經(jīng)頸靜脈伸入人體內(nèi)刺激膈神經(jīng)的膈肌刺激器。
背景技術(shù)：
對于長期借助呼吸機(jī)進(jìn)行呼吸的重病病人來說，脫離呼吸機(jī)自主呼吸往往是一件非常困難的事情。撤機(jī)失敗通常是由于呼吸肌肉能力和呼吸負(fù)荷之間的失衡，任何使呼吸肌肉收縮能力下降和使呼吸負(fù)荷增加的因素都能夠?qū)е鲁窓C(jī)失敗，所以恢復(fù)膈肌功能防止膈肌萎縮在臨床上具有非常重要的意義。電刺激膈神經(jīng)是一項(xiàng)非常有用和重要的防止膈肌萎縮輔助膈肌功能康復(fù)的方法，其使用的前提是并不引起相應(yīng)的膈肌疲勞或者相應(yīng)肌肉的功能損害。目前膈肌起搏器主要包括體內(nèi)刺激和體外刺激兩種技術(shù)，體外膈肌起搏器經(jīng)過多年的驗(yàn)證，在臨床上并沒有真正普遍應(yīng)用，其原因就在于其電極定位不夠精準(zhǔn)，往往引起臂叢神經(jīng)的協(xié)同刺激,干擾治療效果,其次體表刺激往往所需的刺激電壓過大,達(dá)到40-120V，這種疼痛病人難以忍受，加之治療效果差異很大，所以造成體外膈肌起搏器在臨床上很難得到推廣應(yīng)用。中國專利“植入式膈肌起搏器(專利號:ZL200420072438.2，
公開日:2006年2月8日)”是國內(nèi)目前公開的唯一一種體內(nèi)膈肌刺激技術(shù)，但專利申請公開后卻未見任何有關(guān)臨床研究的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的任務(wù)是要針對上述技術(shù)問題，提供一種不引起膈神經(jīng)損傷，而且使用方便的膈神經(jīng)刺激器。 技術(shù)手段:本實(shí)用新型公開了一種臨時膈肌刺激器，包括殼體、電源、基于計(jì)算機(jī)的控制器、按鍵電路、刺激脈沖產(chǎn)生電路和生理電極，電源、控制器和刺激脈沖產(chǎn)生電路均封裝在殼體內(nèi)，其中按鍵電路與控制器連接，控制器與刺激脈沖產(chǎn)生電路連接，生理電極通過設(shè)置在外殼上的接口與脈沖刺激產(chǎn)生電路連接，生理電極的另一端通過頸靜脈伸入人體內(nèi)；控制器設(shè)有兩組脈沖信號發(fā)生器，其中一組脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生用于控制呼吸頻率和吸氣時間的脈沖，另一組脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生模擬膈神經(jīng)自然放電的脈沖序列，兩路脈沖被輸送給刺激脈沖產(chǎn)生電路，刺激脈沖產(chǎn)生電路將兩路脈沖調(diào)制為一路刺激脈沖輸送給生理電極。刺激脈沖產(chǎn)生電路包括復(fù)合刺激脈沖生成電路、D/Α輸出電路、脈沖調(diào)制控制電路、恒流放大電路和刺激供電電路，脈沖調(diào)制控制電路包含有兩個輸入端和一個輸出端，其中由所述控制器的兩組脈沖信號發(fā)生器輸出的兩路脈沖經(jīng)復(fù)合刺激脈沖生成電路調(diào)制為一路脈沖，該脈沖被輸入脈沖調(diào)制控制電路的其中一個輸入端，脈沖調(diào)制控制電路的另一個輸入端與D/Α輸出電路的輸出端連接，脈沖調(diào)制控制電路的輸出端輸出模擬正常呼吸的包絡(luò)信號，包絡(luò)信號經(jīng)恒流放大電路放大后輸出刺激脈沖給生理電極；刺激供電電路與恒流放大電路連接。刺激脈沖產(chǎn)生電路包括第一與非門、第二與非門、第一限流電阻、第二限流電阻、脈沖調(diào)制控制電路、D/Α輸出電路和恒流放大電路，脈沖調(diào)制控制電路為光電耦合器，該光電率禹合器的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光電三極管，其中第一與非門的兩個輸入端分別與所述控制器的兩組脈沖信號發(fā)生器連接，其輸出端分別與第二與非門的兩輸入端連接；第二與非門的輸出端經(jīng)第一限流電阻與光電耦合器的控制輸入端連接；D/A輸出電路的輸入端與所述控制器連接，其輸出端經(jīng)第二限流電阻與光電耦合器的集電極連接；光電耦合器的射極與恒流放大電路連接。該臨時膈肌刺激器還包括設(shè)置在殼體上的IXD顯示屏，以及封裝在殼體內(nèi)且與控制器連接的存儲器，控制器為嵌入式計(jì)算機(jī)，具體可以為TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器，所用生理電極為心臟起搏器用電極，電源為干電池或內(nèi)置充電電池。該臨時膈肌刺激器產(chǎn)生的刺激脈沖的寬度為10-1000 μ S，頻率為1-ΙΟΟΗζ，電流為0-5mA，電壓為0-10V。有益效果:1、生理電極通過微創(chuàng)手術(shù)經(jīng)頸靜脈伸入人體內(nèi)，創(chuàng)傷小，易操作，而且刺激效果好；2、刺激脈沖信號模擬人體呼吸過程，可避免膈肌疲勞以及肌肉損傷；3、生理電極采用心臟起搏器用電極，大大減少了安全問題；4、本刺激儀可對脈沖的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，選擇最優(yōu)化的參數(shù)組合進(jìn)行膈肌刺激；5、采用恒流放大電路，精確控制電流，保證刺激強(qiáng)度穩(wěn)定可控，而且可保證儀器安全工作；6、采用控制能力強(qiáng)的數(shù)字信號處理器作為控制核心，減少外圍電路，使得儀器整體體積小，便于攜帶，而且能耗小，采用內(nèi)置充電電池或干電池作為電源即可；7、設(shè)置了存儲器，可對設(shè)置的輸出脈沖參數(shù)進(jìn)行記錄，方便不同病人多次使用；8、配置顯示屏，可直觀的看到設(shè)置的參數(shù)情況以及模擬的正常呼吸的包絡(luò)情況。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為脈沖恒流放大電路原理圖；圖4為刺激供電電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種臨時膈肌刺激器，包括殼體、電源2、基于計(jì)算機(jī)的控制器1、按鍵電路3、IXD顯示屏4、存儲器5、刺激脈沖產(chǎn)生電路6和生理電極7，基于計(jì)算機(jī)的控制器I為嵌入式單片機(jī)(下簡稱為“控制器”)，電源2、控制器1、按鍵電路3、存儲器5和刺激脈沖產(chǎn)生電路6均封裝在殼體內(nèi)，其中按鍵電路3與控制器I連接，并在殼體上設(shè)有相應(yīng)的按鍵，控制器I與刺激脈沖產(chǎn)生電路6連接，IXD顯示屏4設(shè)置在殼體上，存儲器5與控制器I連接，生理電極7通過設(shè)置在外殼上的接口與脈沖刺激產(chǎn)生電路6連接，生理電極7的另一端通過頸靜脈伸入人體內(nèi)間接刺激膈神經(jīng)，該生理電極7為心臟起搏器用生理電極。刺激脈沖產(chǎn)生電 路包括復(fù)合刺激脈沖生成電路、D/Α輸出電路、脈沖調(diào)制控制電路、恒流放大電路和刺激供電電路。[0017]如圖2所示，脈沖調(diào)制控制電路為光電耦合器TLP521，該光電耦合器的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光電三極管?？刂破鳟a(chǎn)生兩路脈寬、周期可調(diào)的脈沖，其中一路脈沖SI用于控制呼吸頻率和吸氣時間，另一路脈沖S2模擬膈神經(jīng)自然放電，兩路脈沖被輸入復(fù)合刺激脈沖生成電路，復(fù)合刺激脈沖生成電路包括第一與非門Ul和第二與非門U2，兩路脈沖經(jīng)兩次與非運(yùn)算后輸出，使信號得到了加強(qiáng)且調(diào)制在一起形成一路脈沖，該脈沖經(jīng)第一限流電阻RlOl輸送到光電耦合器的控制輸入端S3 ；D/A輸出電路選用芯片TLV5620，D/A輸出電路與控制器連接，其輸出端經(jīng)第二限流電阻R102連接到光電耦合器的集電極端S4 ；經(jīng)調(diào)制后，模擬正常呼吸的包絡(luò)信號由光電耦合器的射極S5輸出給恒流放大電路。通常在用電刺激膈肌神經(jīng)中的電刺激強(qiáng)度是由刺激脈沖的寬度和電流強(qiáng)度共同決定的，刺激脈沖的寬度失控和電流強(qiáng)度的失控，都有可能損傷生命體組織，而且不同電壓下肌肉電是變化的，因此采用控制電流可保證電刺激強(qiáng)度穩(wěn)定可控。如圖3所示，為恒流放大電路示意圖，包絡(luò)信號輸入恒流放大電路的基極用于控制刺激脈沖的強(qiáng)度。刺激供電電路與恒流放大電路連接，并為其提供0-10V的刺激電壓，刺激供電電路示意圖如圖4所示。該臨時膈肌刺激器產(chǎn)生的刺激脈沖參數(shù)可隨實(shí)際需要調(diào)節(jié)，具體參數(shù)為:脈沖寬度為10-1000 μ S，頻率為1-1OOHz,電流為 0-5mA，電壓為 0-10V?？刂破鬟x用TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器，該處理器的特點(diǎn)是功耗小，處理及控制能力較強(qiáng)。電源采用內(nèi)置充電電池或干電池。在復(fù)合刺激脈沖生成電路、D/Α輸出電路以及恒流放大電路之間設(shè)置光電耦合器TLP521的目的是將輸入的脈沖信號利用光為媒介傳向輸出端，TLP521的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。開機(jī)后，按照初始的刺激參數(shù)自動產(chǎn)生刺激輸出，初始參數(shù)設(shè)定為:大部分正常人呼吸時的狀態(tài)，呼吸周期呼氣時間為1.8秒，吸氣時間為1.2秒，刺激脈沖幅度的峰值為100 μ A ;高頻脈沖的初值為I毫秒，終值為10毫秒。用戶可以自己進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，可調(diào)整的參數(shù)包括脈沖周期，脈沖寬度，吸氣時間，呼氣時間，呼吸頻率，呼吸比，峰值電流，電流啟動點(diǎn)，等。在調(diào)整過程中，刺激按原來設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行工作，設(shè)置完成后立即按新設(shè)定的參數(shù)執(zhí)行，并且可以將設(shè)定 的參數(shù)存入存儲其中，以便再次使用。
權(quán)利要求1.一種臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述臨時膈肌刺激器包括殼體、電源、基于計(jì)算機(jī)的控制器、按鍵電路、刺激脈沖產(chǎn)生電路和生理電極，電源、控制器和刺激脈沖產(chǎn)生電路均封裝在殼體內(nèi)，其中按鍵電路與控制器連接，控制器與刺激脈沖產(chǎn)生電路連接，生理電極通過設(shè)置在外殼上的接口與脈沖刺激產(chǎn)生電路連接，生理電極的另一端通過頸靜脈伸入人體內(nèi)； 所述控制器設(shè)有兩組脈沖信號發(fā)生器，其中一組脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生用于控制呼吸頻率和吸氣時間的脈沖，另一組脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生模擬膈神經(jīng)自然放電的脈沖序列，兩路脈沖被輸送給刺激脈沖產(chǎn)生電路，刺激脈沖產(chǎn)生電路將兩路脈沖調(diào)制為一路刺激脈沖輸送給生理電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述刺激脈沖產(chǎn)生電路包括復(fù)合刺激脈沖生成電路、D/Α輸出電路、脈沖調(diào)制控制電路、恒流放大電路和刺激供電電路，脈沖調(diào)制控制電路包含有兩個輸入端和一個輸出端，其中由所述控制器的兩組脈沖信號發(fā)生器輸出的兩路脈沖經(jīng)復(fù)合刺激脈沖生成電路調(diào)制為一路脈沖，該脈沖被輸入脈沖調(diào)制控制電路的其中一個輸入端，脈沖調(diào)制控制電路的另一個輸入端與D/Α輸出電路的輸出端連接，脈沖調(diào)制控制電路的輸出端輸出模擬正常呼吸的包絡(luò)信號，包絡(luò)信號經(jīng)恒流放大電路放大后輸出刺激脈沖給生理電極；刺激供電電路與恒流放大電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述刺激脈沖產(chǎn)生電路包括第一與非門、第二與非門、第一限流電阻、第二限流電阻、脈沖調(diào)制控制電路、D/Α輸出電路和恒流放大電路，脈沖調(diào)制控制電路為光電耦合器，該光電耦合器的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光電三極管，其中第一與非門的兩個輸入端分別與所述控制器的兩組脈沖信號發(fā)生器連接，其輸出端分別與第二與非門的兩輸入端連接；第二與非門的輸出端經(jīng)第一限流電阻與光電耦合器的控制輸入端連接；D/A輸出電路的輸入端與所述控制器連接，其輸出端經(jīng)第二限流電阻與光電耦合器的集電極連接；光電耦合器的射極與恒流放大電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述臨時膈肌刺激器包括一設(shè)置在殼體上的IXD顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述臨時膈肌刺激器包括一存儲器，該存儲器封裝在所述殼體內(nèi)且與所述控制器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述生理電極為心臟起搏器用電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述電源為干電池或內(nèi)置充電電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述臨時膈肌刺激器產(chǎn)生的刺激脈沖的寬度為10-1000 μ S，頻率為1-ΙΟΟΗζ，電流為0_5mA，電壓為0-10V，所述基于計(jì)算機(jī)的控制器為嵌入式單片機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的臨時膈肌刺激器，其特征在于:所述嵌入式單片機(jī)為TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種臨時膈肌刺激器，包括殼體、電源、控制器、按鍵電路、刺激脈沖產(chǎn)生電路和生理電極，電源、控制器和刺激脈沖產(chǎn)生電路均封裝在殼體內(nèi)，其中按鍵電路與控制器連接，控制器與刺激脈沖產(chǎn)生電路連接，生理電極通過設(shè)置在外殼上的接口與脈沖刺激產(chǎn)生電路連接，控制器產(chǎn)生兩路參數(shù)可調(diào)節(jié)的脈沖，兩路脈沖被輸送給刺激脈沖產(chǎn)生電路，激脈沖產(chǎn)生電路將兩路脈沖調(diào)制為一路刺激脈沖輸送給生理電極。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是采用電流控制方式，不會引起膈神經(jīng)損傷，而且使用方便，能耗低。
文檔編號A61N1/36GK202909297SQ20122052070
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者郝文延, 周晉陽, 毛永紅 申請人:郝文延