呼吸门控闭环经皮迷走神经刺激（taVNS）系统

 

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系统核心机理与临床应用概述（图1）

 

闭环呼吸门控taVNS系统，其核心机理在于实时同步电刺激与用户的呼气相位，以增强迷走神经刺激的生理效应。系统通过热敏电阻传感器监测鼻腔温度变化，识别呼吸周期，利用嵌入式算法实时检测呼气开始点，并在该时刻触发电脉冲输出（图7）。这种同步策略基于迷走神经活动与呼吸节律的生理耦合机制，尤其在呼气期进行刺激可更有效地激活副交感神经系统，适用于癫痫、抑郁、心血管疾病等多种神经调控疗法，具有非侵入、个性化、可远程监控等优势。

 

 

图1 设备与用户连接示意图

 

 

 

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系统总体实现流程（图2）

呼吸信号通过鼻部热敏传感器采集 → 信号经模拟滤波与放大电路调理→ 由MCU进行实时数字信号处理（采用环形缓冲区结构）→ 通过移动平均滤波和线性回归分析识别呼气起点 → 生成脉冲序列（PTS）并在呼气期输出→ 脉冲经电压倍增与调节电路输出至耳部电极 → 同时通过Node-RED网页界面实时监控呼吸信号、心变异性（HRV）及调节刺激参数，实现闭环控制与远程交互。

 

图2 呼气相位检测算法（EPDA）逻辑流程图

 

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临床研究方法与结果

研究方法（图1，图3）

研究招募了6名健康受试者（平均年龄40岁），在静坐状态下使用设备进行测试。呼吸信号通过鼻部热敏传感器采集，刺激频率设定为25 Hz。系统通过嵌入式算法实时处理信号，识别呼气相位，并输出同步电脉冲。通过Matlab离线分析和 oscilloscope 实时监测验证算法性能。

 

图3 算法各阶段输出示例：滤波后信号、矩形脉冲、脉冲序列

 

研究结果：

呼气检测准确率超过90%，最大延迟不超过150 ms（图4、图5）；

 

图4 呼吸信号与呼吸相位检测算法输出对比及延迟分析

 

图5 响应延迟箱线图

 

算法能有效滤除噪声并识别呼吸相位（图6）；

图6 EPDA算法处理结果：滤波信号、相位标记与脉冲输出

（蓝色：滤波后呼吸信号；绿色：taVNS刺激脉冲）

 

脉冲生成电路能稳定输出可调电压（最高12 V）和频率（2–25 Hz）的刺激信号（图7）；

 

图7 PGC输出信号与呼吸同步示波器图

 

网页界面成功实现参数调整与实时信号可视化（图8）；

 

图8 Node-RED Web界面截图

（显示患者数据录入、参数调整与实时信号可视化界面）

 

 

 

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总结

该呼吸门控闭环taVNS系统原型，实现了高精度、低延迟的呼气相位检测与同步电刺激输出。系统集成多模态传感、实时信号处理、可调刺激输出与远程监控功能，具备良好的临床转化潜力。初步人体试验验证了其可行性与准确性，尤其在呼气同步刺激方面表现出色。未来需进一步开展长期临床验证，优化算法延迟，并探索在癫痫、抑郁、自主神经紊乱等疾病中的治疗效果。

 

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回映产品 

产品1：经耳迷走神经电刺激（taVNS）
本产品采用经耳迷走神经电刺激（taVNS）技术，通过非侵入性电刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神经分支，精准调控耳部迷走神经分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多种刺激模式、信号调节范围大，直接作用于神经生理机制，可适用于睡眠障碍、焦虑症状、认知障碍、乏力、食欲减退、偏头痛、以及癫痫等多种疾病的辅助治疗。
回映经耳迷走神经电刺激taVNS设备示意图

回映自研经耳迷走神经电刺激耳甲电极
 

 

产品2：单通道肌电/心电/呼吸采集设备

 

单通道肌电/心电/呼吸采集设备创新性地采用type-C转脑电电极以简单轻便的方式实现了单通道肌电/心电/呼吸采集，且基于结构与硬件的特殊设计，支持高原环境下进行采集。另外产品总体结构采用魔术贴设计，方便于全身佩戴。

适用领域:单通道生理参数采集

单通道肌电/心电/呼吸采集设备

产品3：AR-BCI干电极脑电采集智能头盔

 

AR-BCI智能脑控头盔采用创新干电极技术，通过弹簧式接触结构（触角直径2mm，数量10-15根）无需凝胶即可稳固贴合头皮，适合24小时连续监测，提升佩戴舒适度和稳定性，并能精准捕捉短暂异常放电及区分正常变异脑电信号如Mu节律和Wicket波，防止误诊。设备具备≥130dB的共模抑制比和＞1000MΩ的输入阻抗，有效抑制干扰，确保信号采集高精度与可靠性，同时实时阻抗检测与脱落提示功能减少漏检风险。该头盔集成了AR显示、眼动追踪和多模态脑电采集功能，支持同步分析脑电与行为数据，特别适用于异常放电捕捉和复杂正常变异脑电信号识别。

 

 

适应症：康复科、神经内科、神经外科、卒中中心、老年科。

AR-BCI干电极脑电采集智能头盔