用于音樂電胃腸起搏的刺激系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，包括體表電極、信號提取模塊、音頻放大器、單片機控制系統、液晶模塊，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，信號提取模塊用于將體表電極提取的胃慢波信號進行處理后傳遞給單片機控制系統，單片機控制系統用于將接受的胃慢波信號和音樂信號進行疊加后輸出數字復合信號經D/A轉換器、功率放大器后輸出到用于作用于人體的電極片。該系統通過人體體表電極反饋胃電信號，將音樂信號與胃電信號疊加，產生一種有效的、不產生適應性、與胃腸基波同步變化的并有—定的選擇性的自主式數字化音樂電起搏電流作用于人體，旨在臨床上實現個體化、特異性的有效治療。
【專利說明】用于音樂電胃腸起搏的刺激系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及醫療器械領域，特別涉及一種用于音樂電胃腸起搏的刺激系統。

【背景技術】
[0002] 功能性胃腸病（Functional Gastrointestinal Disorder, FGID)是指具有慢性和 復發性的消化道癥狀，但缺乏解剖、生化和病理學變化證據的臨床癥候群。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、多發病，其人群患病率為10%?30%，就診病 人占消化科專科門診的40%?60%。但迄今為止，FGID/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、調節內臟感覺、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，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、內分泌和體內生化物質（腎上腺素、去甲腎上腺素、內啡肽、 免疫球蛋白）以及腦電波等等。音樂的節奏可以明顯地影響人的行為節奏和生理節奏，例 如呼吸速度、胃腸運動速度節奏、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構（空氣分子的震動）形成的一種現實存在，因此 音樂可以成為一個有效的媒介來幫助那些從現實和社會中退縮出來的病人從新回到現實 世界中，建立起與外部現實世界的聯系。總之，音樂的運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系和情感，暫時忘卻置身的環境； 三是音樂對中樞神經有直接的抑制作用。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。
[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，隨著電子技術以及計算機控制技術的發展，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，其公司主打產品 音樂美胸護理儀融合當代音樂治療學、心理干預技術、中西醫學、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 為現代的學科是以音樂電療法的創立為標志的，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。我國醫務工作者還將音樂療法、電刺激療法與我國傳統經絡 理論相結合，創造了"音樂電療法"，使祖國的傳統醫學又向前發展了一步。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、坐骨神經痛、面神經麻 痹、神經衰弱、初期高血壓、腦中風后遺癥、腎結石的碎石等，但均為單純的物理療法或音樂 調制。胃腸起搏領域的研究首先起源于國外，最初以經皮內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"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，強調直接作用于胃起搏區。盡管它具有 定位準確的優點，但創傷大，電極容易脫落，非常不便于臨床和家庭使用。
[0005] 國內有關胃腸起搏的研究較晚，目前國內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，已經取得了一定進展。與國外相比，國 內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波形及頻 率單一、起搏參數相對固定，選擇性刺激作用較弱，易產生適應性，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。故探索安全有效、無副作用、選擇性刺激作用而 不產生適應性、使用方便的新方法有十分重要的意義。


【發明內容】

[0006] 本實用新型的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種用于音樂電胃腸起搏的 刺激系統，該系統通過人體體表電極反饋胃電信號，將音樂信號與胃電信號疊加，產生一種 有效的、不產生適應性、與胃腸基波同步變化的并有一定的選擇性的自主式數字化音樂電 起搏電流作用于人體，旨在臨床上實現個體化、特異性的有效治療。
[0007] 本實用新型的目的是這樣實現的：一種用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，包括體 表電極、信號提取模塊、音頻放大器、單片機控制系統、液晶模塊、D/A轉換器，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，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處理 后傳遞給單片機控制系統，所述單片機控制系統與液晶模塊電連接，所述單片機控制系統 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字復合信號 給D/A轉換器，同時單片機控制系統用于將實時信號輸出給液晶模塊進行顯示，所述D/A轉 換器用于將接收的數字復合信號轉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。
[0008] 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的第一 A/D輸入 端。
[0009] 所述前置放大器模塊包括型號為AD623的集成單電源儀表放大器Ul以及第一電 阻R1，集成單電源儀表放大器Ul的第1、8引腳分別與第一電阻Rl的兩端連接，集成單電源 儀表放大器Ul的第2、3引腳分別與體表電極連接，集成單電源儀表放大器Ul的第4引腳 連接-5V電壓，集成單電源儀表放大器Ul的第7引腳連接+5V電壓，集成單電源儀表放大 器Ul的第5引腳接地，集成單電源儀表放大器Ul的第6引腳與濾波器的輸入端連接。
[0010] 所述濾波器包括型號為LM258的運放U2以及若干電阻、電容，第一電容Cl的一端 與前置放大器模塊的輸出端連接，第一電容Cl的另一端分別與第二電阻R2的一端、第三電 阻R3的一端連接，第二電阻R2的另一端接地，第三電阻R3的另一端分別與第三電容C3的 一端、第四電阻R4的一端連接，第三電容C3的另一端與運放U2的第1引腳，第四電阻R4 的另一端分別與第二電容C2的一端、運放U2的第3引腳連接，第二電容C2的另一端接地， 運放U2的第2引腳分別與第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第五電阻R5的另 一端接地，第六電阻R6的另一端與運放U2的第1引腳，運放U2的第1引腳與運放U2的第 5引腳連接，運放U2的第6引腳分別于第七電阻R7的一端、第八電阻R8的一端連接，第七 電阻R7的另一端接地，第八電阻R8的另一端與運放U2的第7引腳連接，運放U2的第7引 腳與跟隨器模塊的輸入端連接，運放U2的第8、4引腳分別與+16V、-16V電壓連接。
[0011] 所述跟隨器模塊采用型號為0PA690的運放U3。
[0012] 所述后級放大器模塊包括電位器R13、運放U4以及若干電阻，運放U4的同相輸入 端與第十二電阻R12的一端連接，第十二電阻R12的另一端與跟隨器模塊的輸出端連接，運 放U4的反相輸入端分別與電位器R13的一固定端、第十四電阻R14的一端、第十五電阻R15 的一端連接，電位器R13的活動端、另一固定端均連接16V電壓，第十四電阻R14的另一端 接地，第十五電阻R15的另一端與運放U4的輸出端連接。
[0013] 所述單片機控制系統采用型號為STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
[0014] 采用了上述方案，使本實用新型具有以下優點：由于本系統通過體表電極反饋胃 電信號，將音樂信號與胃電信號疊加，產生一種有效的、不產生適應性、與胃腸基波同步變 化的并有一定的選擇性的自主式數字化音樂電起搏電流作用于人體胃起搏點部位，對胃部 進行電刺激，達到治療的效果，旨在臨床上實現個體化、特異性的有效治療。
[0015] 且使用通過體表電極反饋的人體的實時胃電信號作為音樂數字信號的負載信號， 可以適應每個人不同的胃腸基波頻率，可以進行起搏參數的自主式適應調整，選擇性刺激 作用強，不易產生適應性，療效持久，治療效果好。且通過本方法產生的刺激電流不僅能夠 自主式驅動胃腸起搏點產生跟隨-諧振效應，且該刺激電流不產生適應性，與胃腸基波同 步變化，并有一定的選擇性的自主式數字化音樂電起搏電流，旨在臨床上實現個體化、特異 性的有效治療。
[0016] 通過本系統產生的刺激電流能自主式驅動胃腸起搏點產生跟隨-諧振效應，調控 胃腸動力及內臟感覺及其相關穴位、胃腸神經的功能，并可通過視覺和聽覺，作用于大腦邊 緣系統和中樞網狀結構，并協調腦干網狀結構與大腦皮質各部分功能間的關系，對內臟和 軀體功能起到良好的調節作用，可改善神經、體液和內分泌功能，調控情緒狀態，使胃腸各 個細胞都在做微小和諧的振動，激發能量；并迫使胃腸起搏點跟隨正常的蠕動規律，觸發胃 電慢波，恢復正常的胃電節律和波幅，達到恢復或協調胃腸動力功能活動。
[0017] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的原理框圖；
[0019] 圖2為本實用新型的前置放大器模塊的電路圖；
[0020] 圖3為本實用新型的濾波器的電路圖；
[0021] 圖4為本實用新型的跟隨器模塊的電路圖；
[0022] 圖5為本實用新型的后級放大器模塊的電路圖；
[0023] 圖6為本實用新型的音頻放大器的電路圖；
[0024] 圖7為本實用新型的D/A轉換器的電路圖；
[0025] 圖8為本實用新型的功率放大器的電路圖。

【具體實施方式】
[0026] 參見圖1，一種用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，包括體表電極、信號提取模塊、 音頻放大器、單片機控制系統、液晶模塊、D/A轉換器，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，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處理后傳遞給單片機控制系 統，所述單片機控制系統與液晶模塊電連接，所述單片機控制系統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字復合信號給D/A轉換器，同時單 片機控制系統用于將實時信號輸出給液晶模塊進行顯示，所述D/A轉換器用于將接收的數 字復合信號轉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。
[0027] 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 號轉化為電信號，體表電極為兩個電極，其電極1和電極2,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。
[0028] 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的第一 A/D輸入 端。
[0029] 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構成的前置放 大器模塊如圖2所示。
[0030] 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：
[0031]

【權利要求】
1. 一種用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，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、液晶模塊、D/A轉換器和功率放大器，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，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處理后傳遞給 單片機控制系統，所述單片機控制系統與液晶模塊電連接，所述單片機控制系統用于接收 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字復合信號給D/A轉 換器，同時單片機控制系統用于將實時信號輸出給液晶模塊進行顯示，所述D/A轉換器用 于將接收的數字復合信號轉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。
2. 根據權利要求1所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：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的第一 A/D輸入端。
3. 根據權利要求2所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：所述前置放 大器模塊包括型號為AD623的集成單電源儀表放大器（U1)以及第一電阻（R1)，集成單電源 儀表放大器（U1)的第1、8引腳分別與第一電阻（R1)的兩端連接，集成單電源儀表放大器 (U1)的第2、3引腳分別與體表電極連接，集成單電源儀表放大器（U1)的第4引腳連接-5V 電壓，集成單電源儀表放大器（U1)的第7引腳連接+5V電壓，集成單電源儀表放大器（U1) 的第5引腳接地，集成單電源儀表放大器（U1)的第6引腳與濾波器的輸入端連接。
4. 根據權利要求2所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：所述濾波器 包括型號為LM258的運放（U2)以及若干電阻、電容，第一電容（C1)的一端與前置放大器 模塊的輸出端連接，第一電容（C1)的另一端分別與第二電阻（R2)的一端、第三電阻R3的 一端連接，第二電阻（R2)的另一端接地，第三電阻（R3)的另一端分別與第三電容（C3)的 一端、第四電阻（R4)的一端連接，第三電容（C3)的另一端與運放（U2)的第1引腳，第四電 阻（R4)的另一端分別與第二電容（C2)的一端、運放（U2)的第3引腳連接，第二電容（C2) 的另一端接地，運放（U2)的第2引腳分別與第五電阻（R5)的一端、第六電阻（R6)的一端 連接，第五電阻（R5)的另一端接地，第六電阻（R6)的另一端與運放（U2)的第1引腳，運放 (U2)的第1引腳與運放（U2)的第5引腳連接，運放（U2)的第6引腳分別于第七電阻（R7) 的一端、第八電阻（R8)的一端連接，第七電阻（R7)的另一端接地，第八電阻（R8)的另一端 與運放（U2)的第7引腳連接，運放（U2)的第7引腳與跟隨器模塊的輸入端連接，運放（U2) 的第8、4引腳分別與+16V、-16V電壓連接。
5. 根據權利要求2所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：所述跟隨器 模塊采用型號為0PA690的運放（U3)。
6. 根據權利要求2所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：所述后級放 大器模塊包括電位器（R13)、運放（U4)以及若干電阻，運放（U4)的同相輸入端與第十二電 阻（R12)的一端連接，第十二電阻（R12)的另一端與跟隨器模塊的輸出端連接，運放（U4) 的反相輸入端分別與電位器（R13)的一固定端、第十四電阻（R14)的一端、第十五電阻 (R15)的一端連接，電位器（R13)的活動端、另一固定端均連接16V電壓，第十四電阻（R14) 的另一端接地，第十五電阻（R15)的另一端與運放U4的輸出端連接。
7.根據權利要求1所述的用于音樂電胃腸起搏的刺激系統，其特征在于：所述單片機 控制系統采用型號為STM32F103VBT6的嵌入式芯片。
【文檔編號】A61N1/36GK204134045SQ201420590416
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】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大學第三附屬醫院