植入式食管电刺激系统的研究与设计

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1、植入式食管电刺激系统的研究与设计ResearchandDesignonImplantedEsophagusPacingSystem学科专业：光学工程研究生：姜雪指导教师：郁道银教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十一月摘要贲门失弛缓症（Achalasia）是一种罕见的食管神经肌肉动力障碍疾病，患者临床上吞咽困难，并伴有食物反流，胸后骨疼痛等症状。胃食管反流（GastroesophagealRefluxDisease，GERD）作为贲门失弛缓症的常见症状，本身也是一种常见的胃肠功能性失调疾病，临床表现为胃灼热、反酸、吞咽疼痛等不适症状，这两种

2、疾病严重影响了病人的生活质量。目前，针对这两种疾病的治疗方法均以改变食管下括约肌压力的思路进行，不能改善食管本身蠕动功能，因此无法得到令人满意的长期疗效。利用功能性电刺激治疗胃肠功能紊乱、胃食管反流等消化科疾病的方法越来越受到研究人员的关注。大量研究表明，顺序电刺激能促进消化道平滑肌蠕动；食管下括约肌电刺激能改善胃食管反流症状。因此有学者提出将功能性电刺激用于贲门失弛缓症及其术后胃食管反流的治疗。针对将功能性电刺激应用于贲门失弛缓症及胃食管反流的治疗需求中，本文设计了基于隧道技术、吞咽感知、反流监测的食管电刺激系统。本文完成的主要工作如下：1.完成植

3、入式食管电刺激系统整体方案设计和各功能模块划分。2.完成反流监测方案设计，利用基于AD5933芯片的阻抗检测模块实时记录食管腔内阻抗变化，实现对胃食管反流症状的识别，并控制体内刺激器产生顺序电刺激。3.完成吞咽检测方案设计，利用弯曲传感器和前端模拟电路实现对吞咽信号的准确提取，并控制体内刺激器产生顺序电刺激。4.采用CC2530作为无线通信模块的核心处理芯片，实现植入式刺激器与外部遥控设备之间的协同工作，完成刺激参数的体外调节；同时，设计基于按键和LCD的人机交互模块，方便用户的使用。5.采用高集成度微处理器MSP430为系统的控制核心，设计双相恒流

4、刺激脉冲产生及输出电路，实现多模式、参数可调的双相恒流刺激脉冲输出。6.搭建植入式食管电刺激实验系统，完成吞咽感知功能、胃食管反流监测功能、无线通信质量以及刺激脉冲参数的测试，验证了系统的有效性。关键词：功能性电刺激，无线通信，阻抗监测，贲门失弛缓症，胃食管反流病IABSTRACTAchalasiaisarareprimaryesophagealneuromusculardisordertermedastheabsenceofperistalsis.Clinicalsymptomsincludeslowlyprogressivedysphagiafo

5、rsolidandliquid,regurgitationofblandundigestedfood,chestpainandsoon.Asacommonsymptomofachalasia,Gastroesophagealrefluxdisease(GERD)isthemostcommondiseaseoffunctionalgastrointestinaldisorder.Clinicalsymptomsincludeheartburn,acidregurgitationandsoon.Thesetwodiseasesbringalotincon

6、veniencetothedailylifeofpatients.ThetreatmentsofachalasiaandGERDaimatchangingthepressureoftheloweresophagealsphincter(LES),andcan’timprovetheesophagealperistalsis.Sothelong-termcurativeeffectofthesurgicalinterventionisnotideal.Researchonfunctionalelectricalstimulation(FES)hasbe

7、enintroducedinthetreatmentsofGERDandfunctionalgastrointestinaldisorder.Multi-pointssequentialFEShasbeenprovedeffectiveinprovokingsequentialmovementofintestinalsmoothmuscle,andFESonLEShasbeenprovedeffectiveinGERD.SosomeresearcherproposedtoapplyFESinthetreatmentofachalasiaandGERD

8、.Thus,aimingatrealizingtheapplicationofFESinthetreatme