一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀的製作方法

2023-12-07 02:31:21

一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，該睡眠監護磁療儀包括：生理參數監護系統採集多項生理數據通過外部擴展接口傳輸到上位機系統中，並實時反饋到下位機系統中，對磁場進行調節；其中，下位機系統包括：單片機控制電路、磁場產生電路和多個線圈，上位機系統將治療方案傳輸至單片機控制電路，單片機控制電路將治療方案轉換為脈衝信號並存儲，通過脈衝信號控制磁場產生電路的充放電，使得線圈產生不同強度、0-40Hz頻率可調的脈衝磁場。治療過程採用磁刺激的方式，磁場模式靈活多變可調節，通過儀器測量患者多項生理數據可以實時反饋到上位機系統來調節磁場變化模式，從而適應當前病人的生理狀態，來達到快速誘導患者進入睡眠狀態。
【專利說明】一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁療儀領域，尤其涉及一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀。
【背景技術】
[0002]睡眠是人類最為重要的生理活動之一，是人類認知、代謝、免疫等功能正常運轉不可或缺的重要生理過程。睡眠不足是對人體健康的一種潛在威脅。失眠的人，由於長期處於睡眠不足狀態，嚴重引起感知方面變化，例如:視野變化、幻視、免疫功能降低、消化功能和性功能減退、記憶力下降、脾氣變得暴躁、性格改變、也會誘發高血壓、冠心病、中風、糖尿病，婦女導致皮膚乾燥、月經失調等疾病。
[0003]現在市場上的以磁場方式促進睡眠的醫療器械很多，但是治療模式單一，多以固定強度和頻率的磁場對患者進行治療，且治療模式為開環模式，即在治療過程中沒有來自患者的生理反饋使儀器自主調節治療過程；對於不同患者的治療採用單一固定治療模式，治療效果欠佳。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，該睡眠監護磁療儀採用多種治療手段共同參與治療失眠症，以達到快速治療失眠症的目的，詳見下文描述:
[0005]一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，包括:上位機系統、下位機系統和生理參數監護系統，所述生理參數監護系統採集多項生理數據通過外部擴展接口傳輸到所述上位機系統中，並實時反饋到所述下位機系統中，對磁場進行調節；其中，所述下位機系統包括:單片機控制電路、磁場產生電路和多個線圈，
[0006]所述上位機系統將治療方案傳輸至所述單片機控制電路，所述單片機控制電路將所述治療方案轉換為脈衝信號並存儲，通過所述脈衝信號控制所述磁場產生電路的充放電，使得所述線圈產生不同強度、0-40Hz頻率可調的脈衝磁場。
[0007]所述生理參數監護系統用於採集脈搏信號、血氧信號、心電信號和腦電信號。
[0008]所述磁場產生電路包括:第一電容，
[0009]所述第一電容外接繼電器，所述繼電器連接所述單片機控制電路，所述單片機控制電路產生脈衝信號直接控制所述繼電器的開關，通過控制所述繼電器的輸出電壓來控制磁場強度；
[0010]所述第一電容分別連接第一二極體的陰極、第二二極體的陽極，所述第二二極體的陰極接所述線圈和第二電容的正極，所述線圈連接可控矽，所述可控矽通過外接的光電隔離電路與所述單片機控制 電路的I/o 口相連來控制磁場頻率。
[0011]本發明提供的技術方案的有益效果是:該睡眠監護磁療儀用於治療由神經心理因素引起的入睡困難、睡眠深度不足、早醒、睡眠時間不足以及睡眠質量差等源發慢性失眠症，治療過程採用磁刺激的方式，磁場模式靈活多變可調節，通過儀器測量患者的多項生理數據可以實時反饋到上位機系統來調節磁場變化模式，從而適應當前病人的生理狀態，來達到快速誘導患者進入睡眠狀態的目的，效果如下:
[0012]I)採用單片機控制產生10種不同強度、0-40HZ之間頻率可調的脈衝磁場，使得本儀器的治療模式靈活多變，適用於由多種原因引起的多種類型失眠症。
[0013]2)線圈設計上，產生的磁場能夠達到理想的穿透深度，為治療提供了有效保證。
[0014]3)儀器所具創新點是:與以往同類儀器相比，實現了實時同步自主調節的功能，通過預留多個外部生理參數檢測儀器擴展接口，本儀器可外接各類不同生理參數檢測儀器，將採集到的生理參數數據通過上位機系統進行處理用作實時控制和後期治療效果評價的數據依據。
[0015]4)作為一款醫療儀器，本儀器創造性的將儀器控制、病歷檔案、數據處理整合到一起，這有利於儀器的治療效果評價、患者的治療反饋、病歷的在線處理和資料庫調用等功能的實現。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀的結構示意圖；
[0017]圖2為磁場實時自調節功能的示意圖；
[0018]圖3為下位機系統的電路原理圖；
[0019]圖4為磁場產生系統的原理圖。
[0020]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0021]1:上位機系統；2:下位機系統；
[0022]3:生理參數監護系統；4:人體；
[0023]21:單片機控制電路；22:磁場產生電路；
[0024]23:線圈；Cl:第一電容；
[0025]UO:AB兩端的電壓；Dl:第一二極體；
[0026]D2:第二二極體；C2:第二電容；
[0027]SCR:可控矽；Ul:第二電容C2兩端的電壓；
[0028]A、B和C:接入端。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0030]大量有關磁場生物效應的實驗已經表明，許多生物體對極低頻調製電磁場表現出明顯的非線性、相干性、協同性和「窗」效應。即外界磁場可以耦合到人的大腦內，並在腦內產生與外磁場同步的感生電流，進而誘導、調節大腦節律，使大腦產生「諧振效應」。應用這一「諧振效應」，本發明用時變的磁場模擬腦電波規律的方式來誘導大腦進入睡眠狀態，以達到治療失眠症目的。
[0031]為了快速治療失眠，本發明實施例提供了一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，該睡眠監護磁療儀採用多種治療手段共同參與治療失眠症，參見圖1、圖2、圖3和圖4，詳見下文描述:
[0032]該睡眠監護磁療儀包括:上位機系統1、下位機系統2和生理參數監護系統3，上位機系統I主要為治療方案控制系統；下位機系統2主要包括單片機控制電路21和磁場產生電路22 ;生理參數監護系統3由多個可選可控的外接生理參數監測設備組成，儀器的整體框圖如圖1所示，上位機系統I和下位機系統2之間採用串口的通訊方式，上位機系統I和生理參數監護系統3之間採用外部擴展接口的通訊方式。
[0033]其中，上位機系統I負責記錄每一個參與治療的病人病歷特徵。醫生可通過上位機系統I為患者制定治療方案，例如:治療方案包括磁場刺激強度、刺激頻率、刺激時間、不同磁場模態下的持續時間、喚醒時間、生理參數採集、記錄與監測反饋以及患者主觀睡眠評價量表等多項內容。
[0034]在治療過程中，睡眠監護磁療儀採集多項生理參數用來反饋調整磁誘導的強度和頻率，使得整個治療過程處於一個實時的動態調整的過程，並在單次治療結束後由睡眠監護磁療儀通過磁場調節的方式喚醒患者，磁場實時自調節功能示意圖如圖2所示。
[0035]下位機系統2:該部分由單片機控制電路21、磁場產生電路22和多個自行繞制的線圈23 (例如:採用混合式繞線方式、線圈匝數為900匝、8股並繞，具體實現時，還可以採用其他的繞制方式，本發明實施例對此不做限制)組成。採用單片機控制電路21產生脈衝信號直接控制繼電器開關的方式，通過隔離變壓器對電容完成充放電過程。參見圖3，該磁場產生電路22的電路包括:第一電容Cl，第一電容Cl外接繼電器，繼電器連接單片機控制電路21，單片機控制電路21產生脈衝信號直接控制繼電器開關，通過控制繼電器的輸出電壓(即A、B兩端的電壓U0)來控制磁場強度；第一電容Cl分別連接第一二極體Dl的陰極、第二二極體D2的陽極，第二二極體D2的陰極接線圈23和第二電容C2的正極，線圈23連接可控矽SCR，可控矽SCR通過外接的光電隔離電路與單片機控制電路21的I/O 口相連來控制磁場頻率。
[0036]即在治療過程中，由單片機控制電路21接收上位機系統I發送的治療方案，轉換成脈衝信號並存儲，通過脈衝信號控制磁場產生電路22中的第二電容C2的充放電，使得線圈23可產生10種不同強度、0-40Hz頻率可調的脈衝磁場。該磁場強度最高200Gs，最低為50Gs,實測有5cm的穿透深度(上述數據均可由示波器以及特斯拉計觀察記錄得到的磁場頻率和強度)，對人腦的磁誘導效果十分顯著。在磁場計算中使用了如下的計算公式:
[0037]B,.'iQ[^S
[0038]其中Bx為線圈中心磁場強度，為自由空間磁導率，I (t)為線圈通電電流，N為匝數，R為線圈平均高半徑。
[0039]在硬體電路的設計上，採用了屏蔽幹擾的技術，有效地將電路中的幹擾去除，利於治療過程中生理參數的採集。磁場產生系統原理圖如圖4所示。
[0040]生理參數監護系統3主要由脈搏血氧、心電腦電監護等多個模塊組成，採集到的多項生理數據可通過外部擴展接口傳輸到上位機系統I進行運算處理(例如:與公認的睡眠過程中心率、腦電波、血氧等多項生理數值進行匹配，區分患者當前所處的睡眠階段)，實時反饋到下位機系統2， 作為實時調節磁場變化的依據(例如:通過採集到的患者心電及腦電信號，計算出當前患者處於睡眠I期或REM (快速動眼)期，上位機系統I將對磁場頻率進行調節，將頻率降低，誘導大腦電波進入睡眠3期，從而進入深度睡眠)。上述所有生理數據都將保存在上位機系統I中，生理特徵為病理研究提供了有效地依據。[0041]具體實現時，整個睡眠監護磁療儀由上位機系統I控制完成所有操作，內容包括患者病歷管理、治療磁場參數設定、外部生理參數檢測設備控制等多個功能。使用過程中，先由醫師通過上位機系統I記錄患者病歷並下達醫囑，設定治療方案；在治療過程中，由上位機系統I根據醫師醫囑所設定的治療方案控制下位機系統2產生特定磁場，控制生理參數監護系統3的使用開關、數據收發等功能。
[0042]實際應用中，整個睡眠監護磁療儀僅需醫生點擊開始按鈕後，就不再需要醫生進行幹預操作，儀器將根據醫生預設好的參數進行治療，並通過生理參數監護系統3檢測人體各項生理參數並反饋到上位機系統1，上位機系統I根據當前患者生理參數對磁場強度、頻率進行自主的微調節，實現實時調節磁誘導強度頻率以適應病人當前睡眠狀態。
[0043]綜上所述，該睡眠監護磁療儀通過醫囑針對病人的病症產生適應於該病人的頻率及強度的磁場來誘導、調節患者的睡眠中樞的電位活動，同時在睡眠過程中，加入了多生理信號檢測，用來實時的調整磁場治療模式和用作後期的治療效果的客觀數據評估。
[0044]本發明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0045]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0046]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，包括:上位機系統(1)、下位機系統(2)和生理參數監護系統(3)，其特徵在於，所述生理參數監護系統(3)採集多項生理數據通過外部擴展接口傳輸到所述上位機系統(1)中，並實時反饋到所述下位機系統(2)中，對磁場進行調節；其中，所述下位機系統(2)包括:單片機控制電路(21)、磁場產生電路(22)和多個線圈(23)， 所述上位機系統(I)將治療方案傳輸至所述單片機控制電路(21 )，所述單片機控制電路(21)將所述治療方案轉換為脈衝信號並存儲，通過所述脈衝信號控制所述磁場產生電路(22)的充放電，使得所述線圈(23)產生不同強度、0-40HZ頻率可調的脈衝磁場。
2.根據權利要求1所述的一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，其特徵在於，所述生理參數監護系統(3)用於採集脈搏信號、血氧信號、心電信號和腦電信號。
3.根據權利要求1所述的一種生物自反饋的睡眠監護磁療儀，其特徵在於，所述磁場產生電路(22)包括:第一電容(Cl)， 所述第一電容(Cl)外接繼電器，所述繼電器連接所述單片機控制電路(21 )，所述單片機控制電路(21)產生脈衝信號直接控制所述繼電器的開關，通過控制所述繼電器的輸出電壓來控制磁場強度； 所述第一電容(Cl)分別連接第一二極體(Dl)的陰極、第二二極體(D2)的陽極，所述第二二極體(D2 )的陰極接所述線圈(23 )和第二電容(C2 )的正極，所述線圈(23 )連接可控矽(SCR)，所述可控矽(SCR)通過外接的光電隔離電路與所述單片機控制電路(21)的I/O 口相連來控制磁場頻率。
【文檔編號】A61B5/0476GK103893915SQ201410095066
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】周鵬, 趙雲龍, 宋鵬, 王玥, 王學民 申請人:天津大學