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系統核心機理與臨床應用概述（圖1）

閉環呼吸門控taVNS系統，其核心機理在于實時同步電刺激與用戶的呼氣相位，以增強迷走神經刺激的生理效應。系統通過熱敏電阻傳感器監測鼻腔溫度變化，識別呼吸周期，利用嵌入式算法實時檢測呼氣開始點，并在該時刻觸發電脈沖輸出（圖7）。這種同步策略基于迷走神經活動與呼吸節律的生理耦合機制，尤其在呼氣期進行刺激可更有效地激活副交感神經系統，適用于癲癇、抑郁、心血管疾病等多種神經調控療法，具有非侵入、個性化、可遠程監控等優勢。

圖1 設備與用戶連接示意圖

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系統總體實現流程（圖2）

呼吸信號通過鼻部熱敏傳感器采集 → 信號經模擬濾波與放大電路調理→ 由MCU進行實時數字信號處理（采用環形緩沖區結構）→ 通過移動平均濾波和線性回歸分析識別呼氣起點 → 生成脈沖序列（PTS）并在呼氣期輸出→ 脈沖經電壓倍增與調節電路輸出至耳部電極 → 同時通過Node-RED網頁界面實時監控呼吸信號、心變異性（HRV）及調節刺激參數，實現閉環控制與遠程交互。

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），在靜坐狀態下使用設備進行測試。呼吸信號通過鼻部熱敏傳感器采集，刺激頻率設定為25 Hz。系統通過嵌入式算法實時處理信號，識別呼氣相位，并輸出同步電脈沖。通過Matlab離線分析和 oscilloscope 實時監測驗證算法性能。

圖3 算法各階段輸出示例：濾波后信號、矩形脈沖、脈沖序列

研究結果：

呼氣檢測準確率超過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算法處理結果：濾波信號、相位標記與脈沖輸出

（藍色：濾波后呼吸信號；綠色：taVNS刺激脈沖）

脈沖生成電路能穩定輸出可調電壓（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

網頁界面成功實現參數調整與實時信號可視化（圖8）；

圖8 Node-RED Web界面截圖

（顯示患者數據錄入、參數調整與實時信號可視化界面）

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總結

該呼吸門控閉環taVNS系統原型，實現了高精度、低延遲的呼氣相位檢測與同步電刺激輸出。系統集成多模態傳感、實時信號處理、可調刺激輸出與遠程監控功能，具備良好的臨床轉化潛力。初步人體試驗驗證了其可行性與準確性，尤其在呼氣同步刺激方面表現出色。未來需進一步開展長期臨床驗證，優化算法延遲，并探索在癲癇、抑郁、自主神經紊亂等疾病中的治療效果。

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回映產品

產品1：經耳迷走神經電刺激（taVNS）
本產品采用經耳迷走神經電刺激（taVNS）技術，通過非侵入性電刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神經分支，精準調控耳部迷走神經分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多種刺激模式、信號調節范圍大，直接作用于神經生理機制，可適用于睡眠障礙、焦慮癥狀、認知障礙、乏力、食欲減退、偏頭痛、以及癲癇等多種疾病的輔助治療。
回映經耳迷走神經電刺激taVNS設備示意圖

回映自研經耳迷走神經電刺激耳甲電極

產品2：單通道肌電/心電/呼吸采集設備

單通道肌電/心電/呼吸采集設備創新性地采用type-C轉腦電電極以簡單輕便的方式實現了單通道肌電/心電/呼吸采集，且基于結構與硬件的特殊設計，支持高原環境下進行采集。另外產品總體結構采用魔術貼設計，方便于全身佩戴。

適用領域:單通道生理參數采集

單通道肌電/心電/呼吸采集設備

產品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新干電極技術，通過彈簧式接觸結構（觸角直徑2mm，數量10-15根）無需凝膠即可穩固貼合頭皮，適合24小時連續監測，提升佩戴舒適度和穩定性，并能精準捕捉短暫異常放電及區分正常變異腦電信號如Mu節律和Wicket波，防止誤診。設備具備≥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，同時實時阻抗檢測與脫落提示功能減少漏檢風險。該頭盔集成了AR顯示、眼動追蹤和多模態腦電采集功能，支持同步分析腦電與行為數據，特別適用于異常放電捕捉和復雜正常變異腦電信號識別。

適應癥：康復科、神經內科、神經外科、卒中中心、老年科。

AR-BCI干電極腦電采集智能頭盔