基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，公開了一種基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)，并首次闡述了該系統(tǒng)的原理和設(shè)計方案。
【背景技術(shù)】
[0002]帕金森病(簡稱PD)又稱震顫麻痹，是最常見的神經(jīng)退行性疾病之一，老年人多見。其臨床表現(xiàn)主要有運動障礙、肌肉強直、靜息性震顫、姿勢以及步態(tài)異常等。帕金森病人的靜息性震顫是由于上肢多對拮抗肌的交替收縮運動所產(chǎn)生的，震顫頻率一般在3-9Hz之間，震顫信號源位于大腦皮層的神經(jīng)元活動網(wǎng)絡(luò)。
[0003]目前對帕金森病的主要治療方式是藥物治療和外科手術(shù)。在疾病的早期，藥物可以很好地改善癥狀，但局限在于必須長期服用，一旦停止治療，病情則會反復(fù)，并且在長期服用以后，藥物的有效時間將會逐漸縮短，藥物的副作用也使得藥物治療的方法受到了極大的限制。外科治療主要是對腦內(nèi)特定核團(tuán)靶點進(jìn)行刺激或者損毀，對于高齡患者來說往往會伴有并發(fā)癥。
[0004]研宄表明，從大腦皮層產(chǎn)生的單倍和雙倍震顫頻率的信號共同作用引起了帕金森病人的靜息性震顫，位于C3-C4的脊髓固有神經(jīng)元在將大腦皮層震顫信號傳導(dǎo)至外圍肌肉的通路中起到了重要的作用，這些固有神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)將大腦皮層產(chǎn)生的單倍和雙倍頻率的命令信號進(jìn)行進(jìn)一步加工后，產(chǎn)生了伸肌和屈肌的交替性運動，從而產(chǎn)生靜息性震顫。仿真結(jié)果表明，單倍和雙倍頻率的信號在經(jīng)過脊髓固有神經(jīng)元(簡稱PN)加工后產(chǎn)生的在前臂肌肉的震顫與帕金森病人的實際靜息性震顫相似，而不經(jīng)過神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)加工的信號在前臂肌肉處不能形成與帕金森病人實際震顫情況相似的震顫。此外，對橈神經(jīng)通過處進(jìn)行電刺激，可以通過傳入神經(jīng)抑制PN的活性，從而使得由大腦皮層產(chǎn)生的震顫信號不能被PN所加工，也就抑制了靜息性震顫的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實時、有效的抑制帕金森病人的靜息性震顫，本發(fā)明提供了一種便攜式醫(yī)療設(shè)備，即基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)。本發(fā)明實時獲取病人的表面肌電信號，分析運算后如果認(rèn)為病人處于靜息性震顫狀態(tài)，則會對橈神經(jīng)通過處輸出電刺激治療方案，通過該傳入神經(jīng)抑制PN活性，從而抑制震顫。本發(fā)明的目的是提供一種基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)，實時獲取病人的表面肌電信號，做出運算分析后利用肌電刺激器輸出治療方案。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明公開的一種基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的肌電信號采集模塊、肌電信號預(yù)處理模塊、信號分析與控制模塊、肌電刺激器模塊和刺激電極模塊。
[0008]進(jìn)一步地，所述肌電信號預(yù)處理模塊包括濾波電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述濾波電路的一端與所述肌電信號采集模塊相連，所述濾波電路的另一端經(jīng)所述放大電路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端與所述信號分析與控制模塊相連。
[0009]進(jìn)一步地，所述濾波電路由高通濾波器和低通濾波器組成，所述放大電路具有高共模抑制比，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸出給所述信號分析與控制模塊。
[0010]進(jìn)一步地，所述信號分析與控制模塊包括信號處理單元、特征值單元、控制單元、顯示單元和手動調(diào)整單元，所述特征值單元分別連接所述信號處理單元、所述控制單元、所述顯示單元和所述手動調(diào)整單元。其中所述信號處理單元的另一端與所述肌電信號預(yù)處理模塊相連，具體的是與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端相連；所述控制單元的另一端與所述肌電刺激器模塊相連。
[0011]進(jìn)一步地，所述信號處理單元對所輸入的數(shù)字信號進(jìn)行浮點運算，得出特征值與所述特征值單元中的帕金森靜息性震顫的特征的特征值相比較，根據(jù)比較結(jié)果所述控制單元控制所述肌電刺激器模塊輸出電刺激治療方案，所述顯示單元顯示計算所得的特征值以及治療方案，所述手動調(diào)整單元為用戶提供修改參數(shù)及治療方案的途徑。
[0012]進(jìn)一步地，所述肌電刺激器模塊為單通道專用輸出電路，接收所述控制單元提供的控制信號，轉(zhuǎn)化為電刺激信號傳遞給所述刺激電極模塊，實現(xiàn)實時的電刺激輸出治療方案。
[0013]進(jìn)一步地，所述肌電信號采集模塊包括由正電極片和負(fù)電極片組成的記錄電極，以及參考電極，其中所述記錄電極和所述參考電極均與所述肌電信號預(yù)處理模塊相連。
[0014]本發(fā)明將提供一種基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)的應(yīng)用方法，其特征在于:使用時，將所述的正負(fù)記錄電極片平行于肌纖維的排列方向，貼于人體前臂表面與震顫相關(guān)的肌肉肌腹處，所述參考電極貼于人體的距離上肢較遠(yuǎn)且震顫時不會產(chǎn)生電位變化的皮膚上；所述刺激電極貼于手背橈神經(jīng)經(jīng)過處。具體的是刺激電極貼于手背橈神經(jīng)經(jīng)過處，盡量避開肌肉。記錄電極與刺激電極均為表面電極片，是無創(chuàng)傷器件。
[0015]本發(fā)明的核心理念是基于皮膚反射對脊髓運動通路中的脊髓固有神經(jīng)元(簡稱PN)具有強烈抑制作用的原理，通過貼在前臂肌肉皮膚表面的電極片實時監(jiān)測肌肉的發(fā)放信號，信號分析與控制模塊對所采集的肌電信號進(jìn)行運算分析，一旦檢測到肌電信號的特征值超出預(yù)設(shè)的具有帕金森靜息性震顫的特征的特征值，通過所述信號分析與控制模塊驅(qū)動肌電刺激器模塊及時給予病人電刺激治療方案。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)特征補充及有益效果:
[0017]1、本發(fā)明為便攜式可穿戴的一種基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)，實時性強，對肌電信號進(jìn)行實時的無創(chuàng)采集、特征值提取，與預(yù)設(shè)的特征值進(jìn)行比較，根據(jù)不同的比較結(jié)果，控制所述肌電刺激器模塊輸出不同的治療方案，從而實現(xiàn)治療的自動化與智能化。
[0018]2、本發(fā)明設(shè)計為按鍵式人機交互方式，可預(yù)設(shè)固定的治療方案以及自由編程模式。輸出的治療方案電流值將在所述顯示單元上顯示，醫(yī)生或病人自己可以根據(jù)實際情況按鍵式調(diào)整電流大小，控制精度高、靈活性好。同時所述顯示單元帶有液晶顯示屏，所述液晶顯示屏上將顯示預(yù)設(shè)的特征值參數(shù)以及所采集到的實時肌電信號分析而得到的特征值參數(shù)，使病人對自己的靜息性震顫程度有一種直觀的認(rèn)識。
[0019]3、本發(fā)明的所述信號分析與控制模塊將治療方案以及刺激電流顯示在所述液晶顯示屏上，若因病人操作失誤導(dǎo)致刺激電流過大，可通過所述刺激電極模塊切斷所述肌電刺激器模塊輸出的刺激電流，并發(fā)出警報，自動關(guān)機，從而提高了安全性和可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明在人體上的應(yīng)用示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0022]圖3是本發(fā)明使用時的記錄電極和參考電極的位置示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的肌電信號預(yù)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明的信號分析與控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0026]如圖1所示，為本發(fā)明在人體上的應(yīng)用示意圖。本發(fā)明的基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)I包括記錄電極2和刺激電極4。記錄電極2貼于前臂的肌肉10的肌腹表面，肌肉10可以是腕伸肌或腕屈肌，記錄電極2實時記錄肌肉10因為靜息性震顫而產(chǎn)生的肌電信號3。刺激電極模塊4貼于手背的橈神經(jīng)11經(jīng)過處，且應(yīng)盡量避開手背肌肉，將基于皮膚反射原理的抑制帕金森靜息性震顫的電刺激系統(tǒng)I發(fā)出的電刺激脈沖5傳遞給橈神經(jīng)11。通過對橈神經(jīng)11進(jìn)行電刺激而抑制脊髓固有神經(jīng)元(簡稱PN) 7的活性