一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器制造技术

本发明专利技术公开了一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其包括低频调制电路、偏置量调整电路、电压幅度调整电路、功率放大电路和隔离变压器，所述低频调制电路对低频信号进行调制形成的模拟信号与偏置量调整电路产生的偏置信号进行叠加，叠加后的信号依次经由电压幅度调整电路对电压幅度进行调整、功率放大电路进行功率放大后再通过隔离变压器输出治疗信号。本发明专利技术通过低频调制、偏置量叠加、电压幅度调整、功率放大以及隔离变压器使得其输出结果随着低频信号的频率和幅度的变化而变化，具有低频、中频电流的特点和治疗作用，低频调制的中频电作用较深，更适合对膈神经的刺激，特别是膈神经离体表较深的患者。

An in vitro diaphragm pacemaker with low frequency modulated intermediate frequency electrical stimulation

The invention discloses an intermediate frequency electrical stimulation of low frequency modulation of external diaphragm pacemaker, including low frequency modulation circuit, adjusting circuit, offset voltage adjustment circuit, power amplifier circuit and an isolation transformer, the low frequency modulation circuit superposition bias signal analog signal and the offset adjustment circuit formed by the modulation the low frequency signal, the superposition signal sequentially through a voltage adjustment circuit adjusts the voltage amplitude of the power amplifier circuit, power amplifier and then through the isolation transformer output signal treatment. The present invention makes its output varies with the frequency and amplitude of low-frequency signal by frequency modulation, offset voltage superposition, amplitude adjustment, power amplification and isolation transformer, characteristics and treatment effect with low frequency, intermediate frequency current, intermediate frequency electric effect of low frequency modulation is deeper, more suitable for phrenic nerve stimulation, especially is away from the surface of the phrenic nerve deep patients.

【技术实现步骤摘要】
一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器
本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及康复医学领域物理治疗学中的低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器。
技术介绍
人体的呼吸相关肌肉主要有膈肌、肋间外肌、胸大肌、腹肌、胸锁乳突肌等，其中膈肌和肋间外肌是最主要的吸气肌。吸气时，膈肌收缩，膈顶下将，胸腔增大；呼气时，膈肌舒张，膈顶上升，胸腔缩小。膈肌是最主要的呼吸肌，在平静呼吸时膈肌收缩的作用占通气量的70％至80％，但膈肌耗氧量很少，一般少于整个呼吸肌群耗氧量的20％。从生理学角度看，提高膈肌功能是既经济又有很好效益的呼吸运动改善方式。1967年美国的格林(Glenn)专利技术了植入体内的膈肌起搏器，主要用于慢性通气功能不全，如中枢性肺泡低通气综合症、脑干、脊髓等中枢性病变所致的呼吸麻痹。这种植入式的膈肌起搏器，电极埋藏在体内左右膈神经处，按呼吸节律自动地单侧或双侧从体外通过电磁耦合传送电脉冲刺激膈神经，达到改善呼吸功能的目的。1987年中山医科大学的教授们专利技术了体外膈肌起搏器，并申请了专利。中国专利申请号CN87208778、CN89200051、CN89220851、CN90109631、CN200720059728、CN200920053574、CN201020121786、CN201220045744、CN200420105510公开了几种体外膈肌起搏器的实现方案，虽然实现方式有不同，但输出的电刺激信号都是低频电刺激信号，如：前8个专利中，仪器在治疗时都是使用低频电刺激信号，以40赫兹为最优频率，CN200420105510提供40赫兹和2.5赫兹+40赫兹的输出频率。美国格林(Glenn)专利技术的植入式膈肌起搏器也是以低频输出治疗信号。康复医学领域物理治疗学上把频率在1000赫兹以下的脉冲电流称作低频电流或低频脉冲电流。应用低频脉冲电流作用于人体治疗疾病的方法称为低频电疗法。应用频率1K～100K赫兹的脉冲电流治疗疾病的方法称为中频电疗法。现有的中频电疗理论认为：中频电流的频率高于低频电，并且是交流电，作用于人体时人体所表现的电学特性以及所产生的理化效应与低频电明显不同。1.能克服组织电阻，与低频电相比，能作用到更深的组织人体组织对不同频率电流的电阻不同，对低频电的电阻较高，随着电流频率的增高，人体的电阻逐渐下降。除了电阻特性以外，人体组织还具有电容的特性。频率较高的电流较容易通过电容，中频电比低频电易于通过电容。由于人体对频率较高交流电的电阻和容抗都较低，因此总的阻抗也小得多，所通过的电流较多。中频电疗法所应用的电流强度较大，可达0.1～0.5mA/cm2，所能达到人体组织的深度也较深。2.双向无电解作用：中频电流是频率较高的交流电，是一种正向与负向交替变化较快的电流，无正负极之分。中频电流作用于人体时，在电流的每一个周期的正半周与负半周内人体组织内的离子都向不同的方向往返移动，因而不能移到电极下引起电解反应，电极下没有酸碱产物产生，电极下的皮肤也不会像直流电疗时那样受到酸碱产物的化学刺激而破损。3.兴奋神经肌肉组织：中频电对运动、感觉神经的刺激作用虽不及低频电明显，但对自主神经、内脏功能的调节作用却优于低频电，而且可作用到组织深处，在引起强烈肌肉收缩的同时皮肤无明显刺痛。中频电作用于皮肤时，对皮神经和感受器没有强烈的刺激，以阈强度的中频电刺激时只有轻微的震颤感，电流强度增大时只有针刺感，无明显的不适和疼痛，持续通电时针刺感逐渐减弱，电流强度很大时才出现不适的束缚感。强的中频电流刺激引起肌肉收缩时的感觉比低频电刺激时的感觉要舒适得多，出现肌肉收缩时患者没有明显疼痛的感觉，故中频电疗时患者能耐受较大的电流强度。4.镇痛和促进血液循环：各种中频电作用后10～15分钟，局部开放的毛细血管数增多，血流速度及血流量均有增加，局部血液循环改善。中频电对感觉神经有抑制作用，可使皮肤痛阈上升，故有较明显的镇痛作用。5.低频调制的中频电流的特点：低频调制的中频电流则兼有低、中频电流的特点。目前认为刺激病变肌肉最合适的电流已不是单纯的低频脉冲电流而是由低频调制的中频电流，它所采用的电流既含有中频电成分，又具有低频电的特点。而且这类电流没有低频电的缺点(如作用表浅、对皮肤刺激大、有电解作用等)，却兼具了低、中频电的优点和作用。由于历史的原因，目前国内外生产的体外膈肌起搏器都是低频电脉冲治疗装置。但是这种低频电脉冲有其固有的缺点：如刺激作用表浅、对皮肤刺激大、有电解作用、容易造成疲劳。膈神经离体表有一定的距离，一般的电刺激不容易刺激到膈神经。以往根据低频电脉冲原理设计的体外膈肌起搏器，由于刺激作用表浅，不一定能很好的刺激到膈神经，所以疗效不够理想。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其幅度随着低频信号的频率和幅度的变化而变化，具有低频、中频电流的特点和治疗作用，低频调制的中频电作用较深，更适合对膈神经的刺激，特别是膈神经离体表较深的患者。本专利技术的目的采用以下技术方案实现：一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其包括低频调制电路、偏置量调整电路、电压幅度调整电路、功率放大电路和隔离变压器，所述低频调制电路对低频信号进行调制形成的模拟信号与偏置量调整电路产生的偏置信号进行叠加，叠加后的信号依次经由电压幅度调整电路对电压幅度进行调整、功率放大电路进行功率放大后再通过隔离变压器输出治疗信号。进一步地，所述低频调制电路为处理器，所述处理器对低频信号进行调制后，由所述处理器内部的D/A转换模块输出调制后的模拟信号。进一步地，所述处理器为STM32F103VET6。进一步地，所述偏置量调整电路包括零点偏置电路、电阻R148、电阻R150、电阻R152、电阻R153以及放大器U3，所述D/A转换模块输出调制后的模拟信号通过电阻R150连接至放大器U3的正相输入端，零点偏置电路的输出端通过电阻R148也连接至放大器U3的正相输入端，所述电阻R153连接至放大器U3的反相输入端和放大器U3的输出端之间，所述电阻R152的一端连接至放大器U3的反相输入端，另一端接地，所述放大器U3的输出端连接至电压幅度调整电路的输入端。进一步地，所述零点偏置电路包括负电压源、滑动变阻器RV1、电阻R146、电阻R147以及电容C122、电容C123和放大器U5，其中，所述负电压源依次通过电阻R146、滑动变阻器RV1和电阻R147后接地，所述滑动变阻器的滑动端连接于放大器U5的正相输入端，所述放大器U5的反相输入端和其输出端相连，所述电容C122和电容C123的一端分别连接至放大器U5的反相输入端和放大器U5的输出端，所述电容C122和电容C123的另一端均接地，所述放大器U5的输出端通过电阻R148连接至放大器U3的正相输入端。进一步地，所述偏置量调整电路还包括第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其中，所述第一电压跟随电路包括放大器U2和电阻R149，所述第二电压跟随电路包括放大器U4和电阻R151，所述D/A转换模块输出调制后的模拟信号通过电阻R149连接至放大器U2的正相输入端，所述放大器U2的输出端通过电阻R150连接至放大器U3的正相输入端，所述放大器U2的反相输入端与放大器U2的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：其包括低频调制电路、偏置量调整电路、电压幅度调整电路、功率放大电路和隔离变压器，所述低频调制电路对低频信号进行调制形成的模拟信号与偏置量调整电路产生的偏置信号进行叠加，叠加后的信号依次经由电压幅度调整电路对电压幅度进行调整、功率放大电路进行功率放大后再通过隔离变压器输出治疗信号。

【技术特征摘要】
1.一种低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：其包括低频调制电路、偏置量调整电路、电压幅度调整电路、功率放大电路和隔离变压器，所述低频调制电路对低频信号进行调制形成的模拟信号与偏置量调整电路产生的偏置信号进行叠加，叠加后的信号依次经由电压幅度调整电路对电压幅度进行调整、功率放大电路进行功率放大后再通过隔离变压器输出治疗信号。2.如权利要求1所述的低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：所述低频调制电路为处理器，所述处理器对低频信号进行调制后，由所述处理器内部的D/A转换模块输出调制后的模拟信号。3.如权利要求2所述的低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：所述处理器为STM32F103VET6。4.如权利要求2所述的低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：所述偏置量调整电路包括零点偏置电路、电阻R148、电阻R150、电阻R152、电阻R153以及放大器U3，所述D/A转换模块输出调制后的模拟信号通过电阻R150连接至放大器U3的正相输入端，零点偏置电路的输出端通过电阻R148也连接至放大器U3的正相输入端，所述电阻R153连接至放大器U3的反相输入端和放大器U3的输出端之间，所述电阻R152的一端连接至放大器U3的反相输入端，另一端接地，所述放大器U3的输出端连接至电压幅度调整电路的输入端。5.如权利要求4所述低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：所述零点偏置电路包括负电压源、滑动变阻器RV1、电阻R146、电阻R147以及电容C122、电容C123和放大器U5，其中，所述负电压源依次通过电阻R146、滑动变阻器RV1和电阻R147后接地，所述滑动变阻器的滑动端连接于放大器U5的正相输入端，所述放大器U5的反相输入端和其输出端相连，所述电容C122和电容C123的一端分别连接至放大器U5的反相输入端和放大器U5的输出端，所述电容C122和电容C123的另一端均接地，所述放大器U5的输出端通过电阻R148连接至放大器U3的正相输入端。6.如权利要求4或5所述的低频调制的中频电刺激的体外膈肌起搏器，其特征在于：所述偏置量调整电路还包括第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其中，所述第一电压跟随电路包括放大器U2和电阻R149，所述第二电压跟随电路包括放大器U4和电阻R151，所述D/A转换模块输出调制后的模拟信号通过电阻R149连接至放大器U2的正相输入端，所述放大器U2的输出端通过电阻R150连接至放大器U3的正相输入端，所述放大器U2的反相输入端与放大器U2的输出端相连，所述放大器U3的输出端通过电阻R151连接至放大器U4的正相输入端，所述放大器U4的反相输入端和放大器U...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓蔚，宋祥锐，
申请(专利权)人：广州雪利昂生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44