基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置製造方法
2023-10-07 09:23:54 2
基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，包括採集盆底肌電信號的生理信號採集系統；以及，與所述生理信號採集系統連接、對所述盆底肌電信號進行分析與記錄，並與受訓者進行交互的肌電信號反饋系統。其中，所述生理信號採集系統包括陰道電極棒、儀表運算放大器、多通道濾波電路、二級放大電路和模數轉換電路；所述肌電信號反饋系統包括主控制器、顯示屏和語音輸出模塊。本實用新型提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，基於生物反饋技術，採用視覺信號展示當前受訓者盆底肌肉的實時肌電活動狀態，並通過語音提示受訓者進行盆底肌肉鍛鍊，通過人機互動實現對女性尿失禁患者的無創傷性的治療。
【專利說明】基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫療器械【技術領域】，尤其涉及一種基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置。
【背景技術】
[0002]尿失禁(Urinary Incontinence,UI)是由於膀胱括約肌損傷或神經功能障礙而喪失排尿自控能力，使尿液不自主地流出的狀態。尿失禁患者在咳嗽、跳動時就會不自主溢尿，而急迫性尿失禁患者在聽到水聲的時候也會發生不自主溢尿現象。尿失禁可以發生在任何年齡及性別，尤其是女性及老年人。尿失禁除了令人身體不適，更重要的是，它會長期影響患者的生活質量，嚴重影響著患者的心理健康，被稱為「不致命的社交癌」。
[0003]國際流行病學研究顯示，女性尿失禁己成為威脅婦女身心健康的5種主要慢性疾病之一，其醫療費用已超過乳腺癌、骨質疏鬆和憂鬱症等，給社會和家庭帶來巨大的經濟負擔。目前，尿失禁治療的基本目的是恢復尿道括約肌的力量和膀胱尿道的正常解剖位置。
[0004]近年來，隨著無張力陰道吊帶手術的開展和日益成熟，UI的手術治療取得很大進步，但存在創傷性、花費較高，且常伴有術後併發症與後遺症等缺點，不能糾正潛在的括約肌功能障礙。其長期療效不肯定，僅適用於中重度n患者，而對於發生率較高輕度女性n患者，治療效果尚不理想。。
【發明內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，通過採集盆底肌肉的微弱電信號，採用視覺信號展示當前受訓者盆底肌肉的實時的肌電活動狀態，並通過語音提示受訓者以相應的姿勢進行盆底肌肉鍛鍊，通過人機互動實現對尿失禁患者的無創傷性的治療，以達到康復效果。
[0006]為解決以上技術問題，本實用新型實施例提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，包括:
[0007]採集盆底肌電信號的生理信號採集系統；以及，與所述生理信號採集系統連接、對所述盆底肌電信號進行分析與記錄，並與受訓者進行交互的肌電信號反饋系統；
[0008]所述生理信號採集系統包括:提取盆底肌肉表面微弱電壓信號的陰道電極棒；與所述陰道電極棒連接、對所述微弱電壓信號進行前置放大的儀表運算放大器；與所述儀表運算放大器連接、對前置放大後的電壓信號進行濾波的多通道濾波電路；與所述多通道濾波電路連接、對濾波後的電壓信號進行二次放大的二級放大電路；以及，與所述二級放大電路連接，將二次放大後的電壓信號進行模數轉換，並將獲得的盆底肌肉數位訊號傳輸到所述肌電信號反饋系統的模數轉換電路；
[0009]所述肌電信號反饋系統包括:
[0010]內置有訓練模型、對所述盆底肌肉數位訊號進行分析，並根據分析結果發出人機互動信息的主控制器；連接在所述主控制器上、將所述盆底肌肉數位訊號形成的肌電圖與所述人機互動信息進行輸出顯示的顯示屏；以及，連接在所述主控制器上、提示受訓者對盆底肌肉進行鍛鍊的語音輸出模塊。
[0011]在一種可實現方式中，所述陰道電極棒設置有三點式差動輸入電極；其中一個是參考電極，另外兩個均為用於輸出刺激電信號和採集肌電信號的電極。
[0012]優選地，所述多通道濾波電路包括依次連接的截止頻率為10赫茲的高通濾波電路、50赫茲的工頻陷波電路、以及截止頻率為500赫茲的低通濾波電路。
[0013]進一步地，所述肌電信號反饋系統還包括與所述主控制器連接、用於記錄受試者的監測信息的存儲器。
[0014]在一種可實現方式中，所述生理信號採集系統通過USB接口與所述肌電信號反饋系統連接。
[0015]在另一種實現方式中，所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，生理信號採集系統通過串行接口與所述肌電信號反饋系統連接。
[0016]本實用新型實施例提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，具有以下有益效果:
[0017]通過陰道電極棒女性受訓者盆底肌肉進行刺激，並收集盆底肌肉反饋的微弱肌電信號，經生理信號採集系統對該肌電信號進行放大、濾波等處理後將肌電信號傳送給肌電信號反饋系統；肌電信號反饋系統採用視覺信號展示當前受訓者盆底肌肉的實時的肌電活動狀態，並通過語音提示受訓者以相應的姿勢進行盆底肌肉鍛鍊，通過人機互動實現對尿失禁患者的無創傷性的治療，使患者獲得了較佳的康復效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置的一個實施例的結構示意圖；
[0019]圖2是生理信號採集系統的結構示意圖；
[0020]圖3是肌電信號反饋系統的結構示意圖；
[0021]圖4是本實用新型提供的儀表運算放大器的電路原理圖；
[0022]圖5是本實用新型實施例提供的二級放大電路的一種電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0024]參見圖1，是本實用新型提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置的第一實施例的結構示意圖。
[0025]在本實施例中，所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，包括:
[0026]採集盆底肌電信號的生理信號採集系統100 ;以及，與所述生理信號採集系統100連接、對所述盆底肌電信號進行分析與記錄，並與受訓者進行交互的肌電信號反饋系統200。
[0027]在一種可實現方式中，所述生理信號採集系統100通過USB接口與所述肌電信號反饋系統200連接。[0028]在另一種實現方式中，所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，生理信號採集系統100通過串行接口與所述肌電信號反饋系統200連接。
[0029]參看圖2，是生理信號採集系統的結構示意圖。
[0030]在本實施例中，所述生理信號採集系統100包括:提取盆底肌肉表面微弱電壓信號的陰道電極棒101;與所述陰道電極棒101連接、對所述微弱電壓信號進行前置放大的儀表運算放大器102 ;與所述儀表運算放大器102連接、對前置放大後的電壓信號進行濾波的多通道濾波電路103 ;與所述多通道濾波電路103連接、對濾波後的電壓信號進行二次放大的二級放大電路104 ;以及，與所述二級放大電路104連接，將二次放大後的電壓信號進行模數轉換，並將獲得的盆底肌肉數位訊號傳輸到所述肌電信號反饋系統的模數轉換電路105。
[0031]參看圖3，是肌電信號反饋系統的結構示意圖。
[0032]在本實施例中，所述肌電信號反饋系統200包括:
[0033]內置有訓練模型、對所述盆底肌肉數位訊號進行分析，並根據分析結果發出人機互動信息的主控制器201 ;連接在所述主控制器201上、將所述盆底肌肉數位訊號形成的肌電圖與所述人機互動信息進行輸出顯示的顯示屏202 ;以及，連接在所述主控制器201上、提示受訓者對盆底肌肉進行鍛鍊的語音輸出模塊203。
[0034]在一種可實現方式中，所述陰道電極棒101設置有三點式差動輸入電極；其中一個是參考電極P，另外兩個均為用於輸出刺激電信號和採集肌電信號的電極，包括電極A和電極B。具體地，作為信號輸出端，電極A與電極B均可用於輸出刺激電信號；作為信號輸入端，電極A與電極B均可對盆底肌肉的生理信號，即肌電信號進行採集。
[0035]由於盆底肌肉的幅度值範圍為1-1OOOiiV (微伏)，頻率在20-500HZ (赫茲)之間，屬於差模信號；而市電50Hz工頻幹擾信號在不同的環境下有所不同，但大多在mV (毫伏)數量級，屬於共模信號。電極與皮膚接觸的極化電勢在IO-1OOmV之間，接觸電阻在f IOkQ之間。因此前置放大電路需要具有很高的共模抑制比和很高的輸入阻抗，才能從50Hz的工頻共模幹擾中提取盆底肌電信號的差模信號，並且減少共模幹擾轉變為差模幹擾。
[0036]在本實施例中，儀表運算放大器102是一種精密差分電壓放大器,具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調漂移增益設置靈活和使用方便等優點。
[0037]參看圖4，是本實用新型提供的儀表運算放大器的電路原理圖。
[0038]儀表運算放大器102把關鍵元件集成在放大器內部，具有差分輸入(兩個輸入端Vin)和相對參考端的單端輸出vwt。與運算放大器不同之處是運算放大器的閉環增益是由反相輸入端與輸出端之間連接的外部電阻決定，而儀表運算放大器則使用與輸入端隔離的內部反饋電阻網絡。圖4所示的儀表運算放大器的電路增益為:G= (l+2Rl/Rg)Rf/R3，其中R1=R2，R3=R4, Rf=R5。通過改變電阻Rg的阻值實現電路增益G的調節。在設計放大通道時，由於肌電信號的個體差異性，其放大倍數在2000飛0000之間，可通過生理信號採集系統100的微處理器調節，微處理器通過調節電路中的數字電位器來調節電路的增益。
[0039]在本實施例中，優選地，所述多通道濾波電路103包括依次連接的截止頻率為10赫茲的高通濾波電路、50赫茲的工頻陷波電路、以及截止頻率為500赫茲的低通濾波電路。由於盆底肌肉的電信號頻率在20-500HZ之間，市電工頻信號為50Hz，因此對高通濾波電路、工頻陷波電路以及低通濾波電路的截止頻率進行限制。具體地，在儀表運算放大器102對採集得到肌電信號進行前置放大後，濾除50Hz工頻幹擾，獲得處於20-500HZ頻段的肌電信號。
[0040]二級放大電路104為主要放大部分，目的在於把前置放大後的肌電信號再次放大，方便模數轉換電路105對尚為模擬狀態的肌電信號進行數模轉換。具體地，二級放大電路104採用高精度運算放大器以及相應的外圍電阻構成一個反饋電路。
[0041]參看圖5，是本實用新型實施例提供的二級放大電路的一種電路原理圖。具體地，在通頻帶內，圖5所示的二級放大電路的放大倍數或增益為:K= (R6+R7) /R6。
[0042]由於盆底肌肉的電信號的頻率在20Hz-500Hz之間，所以根據奈奎斯特原理，模數轉換電路105對陰道電極棒101採集並放大濾波後的模擬肌電信號進行採樣時，採樣頻率fs應該大於肌電信號最大頻率fh的兩倍，才能保留完整的原始模擬肌電信號，即fs2Xfh,同時採樣頻率不宜太大，因此本系統選擇最佳採樣頻率為IkHz (千赫茲)。
[0043]在本實施例中，肌電信號反饋系統200中的主控制器201實時接收來自生理信號採集系統100的盆底肌肉數位訊號。
[0044]肌電信號反饋系統200根據盆底肌肉數位訊號建立訓練模型，以達到與受訓者交互的目的。具體地，該訓練模型為一個軟體操作平臺，通過記錄患者的病歷號、姓名、性別、年齡、診斷、病史、訓練部位、原始數據、備註等信息，並允許根據患者的信息查看以往治療、評估情況。主控制器201對盆底肌肉數位訊號進行處理，形成肌電圖與人機互動信息，並將其輸出至顯示屏202中進行顯示；主控制器201智能地判斷出受試者當前的盆底肌肉的運動情況，並根據肌電信號與訓練模型的標準信號進行比較，實時控制語音輸出模塊203向受訓者發出語音提示。受訓者只需按照顯示屏202與語音輸出模塊203實時輸出的信息進行姿勢調整即可。訓練結束後，主控制器201可對受訓者的盆底肌肉鍛鍊情況進行評估和記錄。
[0045]進一步地，所述肌電信號反饋系統200還包括與所述主控制器201連接、用於記錄受試者的監測信息的存儲器204。
[0046]本實用新型實施例提供的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，通過陰道電極棒女性受訓者盆底肌肉進行刺激，並收集盆底肌肉反饋的微弱肌電信號，經生理信號採集系統對該肌電信號進行放大、濾波等處理後將肌電信號傳送給肌電信號反饋系統；肌電信號反饋系統採用視覺信號展示當前受訓者盆底肌肉的實時的肌電活動狀態，並通過語音提示受訓者以相應的姿勢進行盆底肌肉鍛鍊，通過人機互動實現對尿失禁患者的無創傷性的治療，使患者獲得了較佳的康復效果。
[0047]以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，包括: 採集盆底肌電信號的生理信號採集系統；以及，與所述生理信號採集系統連接、對所述盆底肌電信號進行分析與記錄，並與受訓者進行交互的肌電信號反饋系統； 所述生理信號採集系統包括:提取盆底肌肉表面微弱電壓信號的陰道電極棒；與所述陰道電極棒連接、對所述微弱電壓信號進行前置放大的儀表運算放大器；與所述儀表運算放大器連接、對前置放大後的電壓信號進行濾波的多通道濾波電路；與所述多通道濾波電路連接、對濾波後的電壓信號進行二次放大的二級放大電路；以及，與所述二級放大電路連接，將二次放大後的電壓信號進行模數轉換，並將獲得的盆底肌肉數位訊號傳輸到所述肌電信號反饋系統的模數轉換電路； 所述肌電信號反饋系統包括: 內置有訓練模型、對所述盆底肌肉數位訊號進行分析，並根據分析結果發出人機互動信息的主控制器； 連接在所述主控制器上、將所述盆底肌肉數位訊號形成的肌電圖與所述人機互動信息進行輸出顯示的顯示屏； 以及，連接在所述主控制器上、提示受訓者對盆底肌肉進行鍛鍊的語音輸出模塊。
2.如權利要求1所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，所述陰道電極棒設置有三點式差動輸入電極；其中一個是參考電極，另外兩個均為用於輸出刺激電信號和採集肌電信號的電極。
3.如權利要求1所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，所述多通道濾波電路包括依次連接的截止頻率為10赫茲的高通濾波電路、50赫茲的工頻陷波電路、以及截止頻率為500赫茲的低通濾波電路。
4.如權利要求1所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，所述肌電信號反饋系統還包括與所述主控制器連接、用於記錄受試者的監測信息的存儲器。
5.如權利要求廣4任一項所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，所述生理信號採集系統通過USB接口與所述肌電信號反饋系統連接。
6.如權利要求廣4任一項所述的基於生物反饋技術的交互式盆底肌肉康復裝置，其特徵在於，生理信號採集系統通過串行接口與所述肌電信號反饋系統連接。
【文檔編號】A63B23/20GK203507439SQ201320535669
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】馬繼平 申請人:廣州市凡科醫療設備有限公司