一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置
阅读说明：本技术 一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置 (Subcutaneous snore symptom treatment device based on constant current ) 是由 李海峰 张以涛 杨峰 李跃勇 于 2021-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置,包括设备控制终端和感应电极,感应电极包括内置的受电线圈、信号传输模块以及电流刺激模块,所述设备控制终端包括粘贴片、设置在粘贴片上的控制器、设置在控制器内且集成有PWM控制桥电路的单片机以及与单片机电性相连的控制开关,控制器底部还设置有供电线圈以及微型锂电池,单片机包括信号接收器、采样电阻、运算放大器、三极管、控制桥电路模块、DA输出调节电压模块以及数据存储模块,该设备无输出导线,体积较小,进而在PWM控制桥电路的作用下,通过模拟复合波交流电信号保持恒定电流直接刺激舌下神经及肌肉,刺激颏舌肌收缩解除上气道阻塞,同时锻炼颏舌肌,从而大大提高了鼾症治疗的效果。(The invention discloses a subcutaneous snore treatment device based on constant current, which comprises an equipment control terminal and an induction electrode, wherein the induction electrode comprises a built-in receiving coil, a signal transmission module and a current stimulation module, the equipment control terminal comprises an adhesive sheet, a controller arranged on the adhesive sheet, a singlechip which is arranged in the controller and is integrated with a PWM control bridge circuit, and a control switch which is electrically connected with the singlechip, the bottom of the controller is also provided with a power supply coil and a miniature lithium battery, the singlechip comprises a signal receiver, a sampling resistor, an operational amplifier, a triode, a control bridge circuit module, a DA output regulating voltage module and a data storage module, the equipment has no output lead and small volume, and further, under the action of the PWM control bridge circuit, the constant current is kept by simulating a composite wave alternating current signal to directly stimulate hypoglossal nerve and muscle, the genioglossus muscle is stimulated to shrink to relieve the upper airway obstruction, and the genioglossus muscle is exercised at the same time, thereby greatly improving the effect of treating the snore.)
技术领域
本发明属于鼾症治疗技术领域，尤其涉及一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置。
背景技术
患者熟睡后鼾声响度增大超过60dB以上，妨碍正常呼吸时的气体交换，称为鼾症，5％的鼾症患者兼有睡眠期间不同程度憋气现象，称阻塞性睡眠呼吸暂停综合征，临床表现严重打鼾、憋气、夜间呼吸暂停、梦游、遗尿和白昼嗜睡，还可伴有心血管和呼吸系统继发症，如高血压、心脏肥大、心律不齐，30％患者肺功能检查有不同程度慢性肺损伤，此外尚有情绪压抑及健忘等，人体中，舌下神经支配舌内肌和舌外肌以及颏舌骨肌的活动。在受舌下神经支配的这些肌肉中，颏舌肌和颏舌骨肌是膨胀上气道所涉及的主要肌肉，颏舌肌的收缩使舌伸出，因此，膨胀气道；通常已知的是，通过刺激舌下神经的主分支，使得吸入的空气流量加倍；刺激内侧支几乎具有同样有效，并且优于刺激其他分支。已经试图经由直接电刺激舌下神经而提高人体在睡眠期间的上气道开放性，例如，授予Meer的美国专利No.4830008公开了监测吸气努力，继之以刺激与刺激上气道肌肉相关的神经进而治疗睡眠呼吸暂停。
Meer系统包括气道监测器和一个或多个“效应器”电极，所述气道监测器用于基于感测膈肌或膈神经中的“动作电位”或者通过感测胸腔中负压而监测吸气努力，而所述“效应器”电极刺激选定的上气道肌神经，而传统的鼾症治疗装置都是需要连接有导线，通过线路进行电流的刺激调节控制，患者在使用的过程中非常不方便，翻身或者移动极易造成线路断开；而且传统的鼾症治疗设备无法实现恒定电流的输出和恒定电压的输出，而由于不同患者的皮肤阻抗不一致，造成治疗设备的输出电流也不一致，这就导致患者在鼾症治疗的过程中，效果不一，进一步影响了患者的鼾症治疗体验，进一步讲，传统的鼾症治疗装置用的是变压器输出电路，这种电路结构治疗装置结构体积较大，患者使用非常不便，而且限制了鼾症治疗装置结构的空间缩小合理性的发展，为此，我们需要一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置以解决上述存在的问题，该设备无输出导线，直接将感应电极贴附在患者舌下，进而通过贴在患者颏下的外置电源一直恒流供电，内部感应电极无线接收到感应电流，进而在PWM控制桥电路的作用下，保持恒定电流直接刺激舌下神经及肌肉，刺激颏舌肌收缩解除上气道阻塞，同时锻炼颏舌肌，从而大大提高了鼾症治疗的效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置，包括设备控制终端和感应电极，且所述感应电极设置在人体舌下组织结构内，所述感应电极包括内置的受电线圈、用于采集感应信号和接收设备控制终端信号反馈的信号传输模块以及用于接收反馈信号数据并进行实时调整的电流刺激模块，所述设备控制终端包括粘贴片、设置在所述粘贴片上的控制器、设置在控制器内且集成有PWM控制桥电路的单片机以及与所述单片机电性相连的控制开关，所述控制器底部还设置有供电线圈以及与所述供电线圈相连的微型锂电池，所述贴片贴附在人体颏下结构，所述供电线圈与所述受电线圈通过电磁感应实现电流传输，所述单片机包括用于接收感应电极采样信号的信号接收器、用于识别处理采样信号的采样电阻、用于对感应电极采样信号进行放大处理的运算放大器、用于对电极采样信号的电流进行放大处理的三极管、用于对感应电极采样的信号进行处理和调节刺激的控制桥电路模块、用于调节输出恒定且稳定电流大小的DA输出调节电压模块以及用于对用户使用状态下信号采样和调节恒流刺激数据进行记录和保存的数据存储模块。
优选的，所述粘贴片与所述控制器通过连接装置连接固定，且所述粘贴片的另一侧还设置有保护膜。
进一步优选的，所述连接装置包括设置在所述粘贴片一侧的插接柱以及设置在所述控制器一侧的插接槽，且所述插接槽内设置有弹性片，所述插接柱与所述插接槽匹配安装且通过所述弹性片进行卡嵌固定。
进一步优选的，所述插接柱与所述插接槽为匹配使用的至少一组。
优选的，所述感应电极与所述设备控制终端通过5G网络传输协议或者蓝牙传输协议实现信号的双向传输。
优选的，所述控制桥电路模块还包括正向控制桥电路模块和负向控制桥电路模块以及PWM1-1电路端、PWM1-2电路端、PWM2-1电路端以及PWM2-2电路端，所述三极管包括三极管Q15、三极管Q16、三极管Q17和三极管Q18。
进一步优选的，所述正向控制桥电路模块的信号控制流程包括：所述PWM1-1电路端和PWM1-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q15和三极管Q18导通；PWM2-1电路端和PWM2-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q16和三极管Q17关闭。
进一步优选的，所述负向控制桥电路模块的信号控制流程包括：所述PWM1-1电路端和PWM1-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q15和三极管Q18关闭；PWM2-1电路端和PWM2-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q16和三极管Q17导通。
优选的，所述数据存储模块为Micro-SD存储卡。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过设置感应电极无线充电的方式，通过供电线圈与受电线圈进行的电磁感应方式进行电流传输，无输出导线，直接将感应电极植入患者舌下，进而通过贴在患者颏下的控制器的微型锂电池一直恒流供电，内部感应电极通过电磁感应接收到感应电流，感应电极内置受电线圈接受电磁感应电流，结构合理，体积小，便于手术植入到人体舌下组织结构内，设置信号传输模块，用于电极采集感应信号和接收设备控制终端信号反馈，设置电流刺激模块用于接收反馈控制器调节刺激信号数据并对用户进行实时的电流刺激调整，进而达到治疗鼾症的目的；
2、本发明中，通过设置粘贴片与控制器通过连接装置连接固定，便于更换粘贴片使用，粘贴片接触人体皮肤使用，一次性贴敷，方便快捷，同时提高了安全性和洁净卫生程度，进一步，连接装置包括设置在粘贴片一侧的插接柱以及设置在控制器一侧的插接槽，进而通过插接柱与插接槽匹配安装且通过内置的弹性片进行卡嵌固定，提高了粘贴片与控制器端的连接稳定性，粘贴片单次使用，性价比高，同时防止粘贴片使用等待期内滋生细菌，进一步提高了该设备的使用价值，插接柱与插接槽为匹配使用的至少一组，在粘贴片使用一次后，先用力拔开粘贴片丢弃，将新的粘贴片通过连接装置与控制器端稳稳地连接固定，进而撕开新的粘贴片的保护膜，直接贴敷在颏下结构处，实现新的鼾症治疗进程；
3、本发明中，通过设置集成有PWM控制桥电路的单片机，实现了该鼾症治疗设备通过PWM控制桥电路中的四个三极管模拟输出交流复合波信号的治疗效果，复合波在治疗鼾症方面具有不易耐受、更舒适、刺激深度更深等优质特点，设置信号接收器，用于接收感应电极的采样信号；设置采样电阻，用于识别处理采样信号，此电路是一个负反馈电路，由采样电阻R53实时反馈负载电流，当采样电阻R53的电压变化时，直接反馈到运放U17的反相输入端；设置运算放大器，用于对感应电极采样信号进行放大处理；设置三极管，用于对采样信号的电流进行放大处理；设置DA输出可调电压模块，用于调节输出恒定且稳定电流的大小；设置数据存储模块，用于对用户使用电极采样和调节恒流刺激数据进行记录和保存；
4、本发明中，通过PWM控制桥电路中的四个三极管模拟输出交流复合波信号，进而实现在PWM控制桥电路的作用下，保持恒定电流直接刺激舌下神经及肌肉，并刺激颏舌肌收缩解除上气道阻塞，同时锻炼颏舌肌，从而大大提高了鼾症治疗的效果；其中正向控制桥电路模块和负向控制桥电路模块如下：
正向：
PWM1_1和PWM1_2两路信号通过光电耦合器控制，三极管Q15和Q18导通；
PWM2_1和PWM2_2两路信号通过光电耦合器控制，三极管Q16和Q17关闭；
负向：
PWM1_1和PWM1_2两路信号通过光电耦合器控制，三极管Q15和Q18关闭；
PWM2_1和PWM2_2两路信号通过光电耦合器控制，三极管Q16和Q17导通；
5、本发明中，PWM桥电路是一个负反馈电路，由采样电阻R53实时反馈负载电流，当采样电阻R53的电压变化时，直接反馈到运算放大器U17的反相输入端，它与同相输入端电压的差值被运算放大器U17放大，调节输出控制三极管Q1的基极电流，改变三级管Q1的内阻，从而改变发射极与集电极间的电压降，进而使采样电阻R53的电压保持不变，以达到负载电流恒定的目的；因此，负载电流经过采样电阻的实时反馈下最终达成恒定的稳定电流，不用因为患者的皮肤阻抗影响电流的大小，从而保证治疗效果，进一步通过单片机的DA输出可调电压，实现调节输出恒流大小的目的。
附图说明
图1为本发明的整体连接原理流程框图；
图2为本发明的设备控制终端的外部结构图；
图3为图2中的A部结构放大图；
图4为本发明单片机的PWM控制桥电路的电路图。
图中标记：1-设备控制终端，2-感应电极，21-受电线圈，22-信号传输模块，23-电流刺激模块，3-粘贴片，31-保护膜，4-连接装置，41-插接柱，42-插接槽，43-弹性片，5-控制器，51-供电线圈，52-微型锂电池，6-单片机，61-信号接收器，62-采样电阻，63-运算放大器，64-三极管，65-控制桥电路模块、66-DA输出调节电压模块，67-数据存储模块，68-正向控制桥电路模块，69-负向控制桥电路模块，7-控制开关。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
结合图1-图4所示；
一种基于恒电流的皮下鼾症治疗装置，包括设备控制终端1和感应电极2，且感应电极2设置在人体舌下组织结构内，感应电极2与设备控制终端1通过5G网络传输协议或者蓝牙传输协议实现信号的双向传输，感应电极2包括内置的受电线圈21、用于采集感应信号和接收设备控制终端1信号反馈的信号传输模块22以及用于接收反馈信号数据并进行实时调整的电流刺激模块23，设备控制终端1包括粘贴片3、设置在粘贴片3上的控制器5、设置在控制器5内且集成有PWM控制桥电路的单片机6以及与单片机6电性相连的控制开关7，控制器5底部还设置有供电线圈51以及与供电线圈51相连的微型锂电池52，贴片贴附在人体颏下结构，便于控制器5内的供电线圈51与受电线圈21通过电磁感应实现电流传输。
通过设置感应电极无线充电的方式，进而通过供电线圈与受电线圈进行的电磁感应方式进行电流传输，微型锂电池对供电线圈进行电流支持，无输出导线，直接将感应电极植入患者舌下，进而通过贴在患者颏下的控制器的微型锂电池一直恒流供电，内部感应电极通过电磁感应接收到感应电流，感应电极内置受电线圈接受电磁感应电流，结构合理，体积小，便于手术植入到人体舌下组织结构内，设置信号传输模块，用于电极采集感应信号和接收设备控制终端信号反馈，设置电流刺激模块用于接收反馈控制器调节刺激信号数据并对用户进行实时的电流刺激调整，进而达到治疗鼾症的目的。
粘贴片3与控制器5通过连接装置4连接固定，且粘贴片3的另一侧还设置有保护膜31，连接装置4包括设置在粘贴片3一侧的插接柱41以及设置在控制器5一侧的插接槽42，且插接槽42内设置有弹性片43，插接柱41与插接槽42匹配安装且通过弹性片43进行卡嵌固定，插接柱41与插接槽42为匹配使用的至少一组，通过设置粘贴片与控制器通过连接装置连接固定，便于更换粘贴片使用，粘贴片接触人体皮肤使用，一次性贴敷，方便快捷，同时提高了安全性和洁净卫生程度，进一步，连接装置包括设置在粘贴片一侧的插接柱以及设置在控制器一侧的插接槽，进而通过插接柱与插接槽匹配安装且通过内置的弹性片进行卡嵌固定，提高了粘贴片与控制器端的连接稳定性，粘贴片单次使用，性价比高，同时防止粘贴片使用等待期内滋生细菌，进一步提高了该设备的使用价值，插接柱与插接槽为匹配使用的至少一组，在粘贴片使用一次后，先用力拔开粘贴片丢弃，将新的粘贴片通过连接装置与控制器端稳稳地连接固定，进而撕开新的粘贴片的保护膜，直接贴敷在颏下结构处，实现新的鼾症治疗进程。
单片机6包括用于接收感应电极2采样信号的信号接收器61、用于识别处理采样信号的采样电阻62、用于对感应电极2采样信号进行放大处理的运算放大器63、用于对电极采样信号的电流进行放大处理的三极管64、用于对感应电极2采样的信号进行处理和调节刺激的控制桥电路模块65、用于调节输出恒定且稳定电流大小的DA输出调节电压模块66以及用于对用户使用状态下信号采样和调节恒流刺激数据进行记录和保存的数据存储模块67，通过设置集成有PWM控制桥电路的单片机，实现了该鼾症治疗设备通过PWM控制桥电路中的四个三极管模拟输出交流复合波信号的治疗效果，复合波在治疗鼾症方面具有不易耐受、更舒适、刺激深度更深等优质特点，设置信号接收器，用于接收感应电极的采样信号；设置采样电阻，用于识别处理采样信号，此电路是一个负反馈电路，由采样电阻R53实时反馈负载电流，当采样电阻R53的电压变化时，直接反馈到运放U17的反相输入端；设置运算放大器，用于对感应电极采样信号进行放大处理；设置三极管，用于对采样信号的电流进行放大处理；设置DA输出调节电压模块，用于调节输出恒定且稳定电流的大小；设置数据存储模块，用于对用户使用电极采样和调节恒流刺激数据进行记录和保存，同时设置数据存储模块为Micro-SD存储卡，优点是体积小，便于插拔进行数据的查看和下一步的鼾症治疗。
控制桥电路模块65还包括有正向控制桥电路模块68和负向控制桥电路模块69以及PWM1-1电路端、PWM1-2电路端、PWM2-1电路端以及PWM2-2电路端，三极管64包括三极管Q15、三极管Q16、三极管Q17、三极管Q18，通过PWM控制桥电路中的四个三极管模拟输出交流复合波信号，进而实现在PWM控制桥电路的作用下，保持恒定电流通过供电线圈-受电线圈-电流刺激模块直接刺激舌下神经及肌肉，刺激颏舌肌收缩解除上气道阻塞，同时锻炼颏舌肌，从而大大提高了鼾症治疗的效果。
结合图4分析：其中正向控制桥电路模块68的信号控制流程包括：
PWM1-1电路端和PWM1-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q15和三极管Q18导通；
PWM2-1电路端和PWM2-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q16和三极管Q17关闭；
负向控制桥电路模块69的信号控制流程包括：
PWM1-1电路端和PWM1-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q15和三极管Q18关闭；
PWM2-1电路端和PWM2-2电路端的两路信号通过光电耦合器控制，且三极管Q16和三极管Q17导通。
PWM桥电路是一个负反馈电路，由采样电阻R53实时反馈负载电流，当采样电阻R53的电压变化时，直接反馈到运算放大器U17的反相输入端，它与同相输入端电压的差值被运算放大器U17放大，调节输出控制三极管Q1的基极电流，改变三级管Q1的内阻，从而改变发射极与集电极间的电压降，进而使采样电阻R53的电压保持不变，以达到负载电流恒定的目的；因此，负载电流经过采样电阻的实时反馈下最终达成恒定的稳定电流，不用因为患者的皮肤阻抗影响电流的大小，从而保证治疗效果，进一步通过单片机的DA输出可调电压，实现调节输出恒流大小的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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