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系統(tǒng)核心機(jī)理與臨床應(yīng)用概述（圖1）

閉環(huán)呼吸門控taVNS系統(tǒng)，其核心機(jī)理在于實(shí)時同步電刺激與用戶的呼氣相位，以增強(qiáng)迷走神經(jīng)刺激的生理效應(yīng)。系統(tǒng)通過熱敏電阻傳感器監(jiān)測鼻腔溫度變化，識別呼吸周期，利用嵌入式算法實(shí)時檢測呼氣開始點(diǎn)，并在該時刻觸發(fā)電脈沖輸出（圖7）。這種同步策略基于迷走神經(jīng)活動與呼吸節(jié)律的生理耦合機(jī)制，尤其在呼氣期進(jìn)行刺激可更有效地激活副交感神經(jīng)系統(tǒng)，適用于癲癇、抑郁、心血管疾病等多種神經(jīng)調(diào)控療法，具有非侵入、個性化、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)勢。

圖1 設(shè)備與用戶連接示意圖

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系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)流程（圖2）

呼吸信號通過鼻部熱敏傳感器采集 → 信號經(jīng)模擬濾波與放大電路調(diào)理→ 由MCU進(jìn)行實(shí)時數(shù)字信號處理（采用環(huán)形緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)）→ 通過移動平均濾波和線性回歸分析識別呼氣起點(diǎn) → 生成脈沖序列（PTS）并在呼氣期輸出→ 脈沖經(jīng)電壓倍增與調(diào)節(jié)電路輸出至耳部電極 → 同時通過Node-RED網(wǎng)頁界面實(shí)時監(jiān)控呼吸信號、心變異性（HRV）及調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制與遠(yuǎn)程交互。

圖2 呼氣相位檢測算法（EPDA）邏輯流程圖

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臨床研究方法與結(jié)果

研究方法（圖1，圖3）

研究招募了6名健康受試者（平均年齡40歲），在靜坐狀態(tài)下使用設(shè)備進(jìn)行測試。呼吸信號通過鼻部熱敏傳感器采集，刺激頻率設(shè)定為25 Hz。系統(tǒng)通過嵌入式算法實(shí)時處理信號，識別呼氣相位，并輸出同步電脈沖。通過Matlab離線分析和 oscilloscope 實(shí)時監(jiān)測驗(yàn)證算法性能。

圖3 算法各階段輸出示例：濾波后信號、矩形脈沖、脈沖序列

研究結(jié)果：

呼氣檢測準(zhǔn)確率超過90%，最大延遲不超過150 ms（圖4、圖5）；

圖4 呼吸信號與呼吸相位檢測算法輸出對比及延遲分析

圖5 響應(yīng)延遲箱線圖

算法能有效濾除噪聲并識別呼吸相位（圖6）；

圖6 EPDA算法處理結(jié)果：濾波信號、相位標(biāo)記與脈沖輸出

（藍(lán)色：濾波后呼吸信號；綠色：taVNS刺激脈沖）

脈沖生成電路能穩(wěn)定輸出可調(diào)電壓（最高12 V）和頻率（2–25 Hz）的刺激信號（圖7）；

圖7PGC輸出信號與呼吸同步示波器圖

網(wǎng)頁界面成功實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)整與實(shí)時信號可視化（圖8）；

圖8 Node-RED Web界面截圖

（顯示患者數(shù)據(jù)錄入、參數(shù)調(diào)整與實(shí)時信號可視化界面）

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總結(jié)

該呼吸門控閉環(huán)taVNS系統(tǒng)原型，實(shí)現(xiàn)了高精度、低延遲的呼氣相位檢測與同步電刺激輸出。系統(tǒng)集成多模態(tài)傳感、實(shí)時信號處理、可調(diào)刺激輸出與遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，具備良好的臨床轉(zhuǎn)化潛力。初步人體試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性與準(zhǔn)確性，尤其在呼氣同步刺激方面表現(xiàn)出色。未來需進(jìn)一步開展長期臨床驗(yàn)證，優(yōu)化算法延遲，并探索在癲癇、抑郁、自主神經(jīng)紊亂等疾病中的治療效果。

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回映產(chǎn)品

產(chǎn)品1：經(jīng)耳迷走神經(jīng)電刺激（taVNS）
本產(chǎn)品采用經(jīng)耳迷走神經(jīng)電刺激（taVNS）技術(shù)，通過非侵入性電刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神經(jīng)分支，精準(zhǔn)調(diào)控耳部迷走神經(jīng)分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多種刺激模式、信號調(diào)節(jié)范圍大，直接作用于神經(jīng)生理機(jī)制，可適用于睡眠障礙、焦慮癥狀、認(rèn)知障礙、乏力、食欲減退、偏頭痛、以及癲癇等多種疾病的輔助治療。
回映經(jīng)耳迷走神經(jīng)電刺激taVNS設(shè)備示意圖

回映自研經(jīng)耳迷走神經(jīng)電刺激耳甲電極

產(chǎn)品2：單通道肌電/心電/呼吸采集設(shè)備

單通道肌電/心電/呼吸采集設(shè)備創(chuàng)新性地采用type-C轉(zhuǎn)腦電電極以簡單輕便的方式實(shí)現(xiàn)了單通道肌電/心電/呼吸采集，且基于結(jié)構(gòu)與硬件的特殊設(shè)計(jì)，支持高原環(huán)境下進(jìn)行采集。另外產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)采用魔術(shù)貼設(shè)計(jì)，方便于全身佩戴。

適用領(lǐng)域:單通道生理參數(shù)采集

單通道肌電/心電/呼吸采集設(shè)備

產(chǎn)品3：AR-BCI干電極腦電采集智能頭盔

AR-BCI智能腦控頭盔采用創(chuàng)新干電極技術(shù)，通過彈簧式接觸結(jié)構(gòu)（觸角直徑2mm，數(shù)量10-15根）無需凝膠即可穩(wěn)固貼合頭皮，適合24小時連續(xù)監(jiān)測，提升佩戴舒適度和穩(wěn)定性，并能精準(zhǔn)捕捉短暫異常放電及區(qū)分正常變異腦電信號如Mu節(jié)律和Wicket波，防止誤診。設(shè)備具備≥130dB的共模抑制比和＞1000MΩ的輸入阻抗，有效抑制干擾，確保信號采集高精度與可靠性，同時實(shí)時阻抗檢測與脫落提示功能減少漏檢風(fēng)險。該頭盔集成了AR顯示、眼動追蹤和多模態(tài)腦電采集功能，支持同步分析腦電與行為數(shù)據(jù)，特別適用于異常放電捕捉和復(fù)雜正常變異腦電信號識別。

適應(yīng)癥：康復(fù)科、神經(jīng)內(nèi)科、神經(jīng)外科、卒中中心、老年科。

AR-BCI干電極腦電采集智能頭盔