CN102475940A - 电刺激保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电刺激保护装置，流过负载的电流超过某个电流值和时间值时，切断供电并锁定该状态，停止失神经电刺激的输出。它包括提供稳定的工作电压的低压供电电路；用于在正常工作时，对流经负载的电流进行精确采集，并转换成电压信号后输出的高压侧电流检测放大器；用于比较经由高压侧电流检测放大器检测出的负载电流与设定基准电流的大小的比较器，比较器的输出可以控制计数器计数或是清零；用于对振荡器的输出信号进行计数的计数器，当计数状态持续时间超过设定值时计数器的计数值将会溢出，溢出后计数器的输出端状态翻转，控制路径开关处于截止状态，高压模块停止供电，并锁定该状态；振荡器为计数器提供稳定的时钟信号。

Description

电刺激保护装置

技术领域

本发明涉及一种电刺激保护装置，具体来说，涉及一种医用失神经状态下神经肌肉训练电刺激保护装置。

背景技术

电刺激在医学临床上的应用已经普及多年，电刺激的相关参数：刺激强度(电流强度、脉宽)、刺激持续时间和刺激强度对于时间的变化率，具有兴奋性的组织和细胞并不对任何程度的电刺激都能表现兴奋或出现动作电位。刺激可以泛指细胞所处环境因素的任何改变，亦即各种能量形式的理化因素的改变，都可能对细胞构成刺激，但实验表明，刺激要引起组织细胞发生兴奋，必须在以下三个参数达到某一临界值：刺激的强度、刺激的持续时间以及刺激强度对于时间的变化率；不仅如此，这三个参数对于引起某一组织和细胞的兴奋并不是一个固定值，它们存在着相互影响的关系。在实验室中，常用各种形式的电刺激作为人工刺激，用来观察和分析神经或各种肌肉组织的兴奋性，度量兴奋性在不同情况下的改变。

一般的电刺激，均假设神经组织从“生理学意义”上讲是完整，所以只需较小的刺激能量就可以实现临床电刺激兴奋的目的，其常用的电刺激技术包括：脉冲变压器升压、电感升压、恒流反馈控制、过载保护、阻抗测量等。失神经电刺激，专门用来解决神经麻痹、神经损伤、神经变性条件下的神经肌肉组织兴奋问题，它需要更大的刺激能量，这是一般电刺激技术无法解决的难题，这就产生一个非常尖锐的问题：患者安全保护问题，在大功率的高压模块(高压往往达到直流150V以上)工作条件下，如果控制电路失当(或损坏)，均导致患者被直接长时间电击，严重时可危及患者生命。

目前，对电刺激电流过载保护，主要是在脉冲变压器或其他高压模块的输出回路中串联一个测流电阻，在这个电阻上可得到与刺激电流成正比的脉冲电压信号，此信号经光电耦合后送D/A转换器，由微机实时采集电流大小，当刺激电流超过一个设定的安全值时，过载保护电路会停止刺激脉冲合成电路的输出，从而保证了由于意外情况对病人造成的伤害。一般电刺激电流过载保护有效的前提是：控制软件系统工作正常、D/A转换器工作正常、恒流控制开关管工作正常，但实际上这三部分发生工作异常的情况很常见，因此将大大降低其安全性能的可靠性。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种电刺激保护装置，在负载(病人)进行失神经电刺激时，流过负载(病人)的电流超过某个电流值(可设定)和时间值(可设定)时，直接自动切断高压模块的供电并锁定该状态，使高压模块停止工作，从而停止失神经电刺激的输出，对失神经电刺激进行有效安全保护。

本发明的电刺激保护装置包括：在正常工作时，对流经负载的电流进行采集，并转换成电压信号输出的高压侧电流检测放大器；用于比较经由高压侧电流检测放大器检测的负载电流与设定基准电流的大小的比较器；根据比较器的比较结果，控制高压模块工作状态的路径开关；用于提供稳定工作电压的低压供电电路。

所述比较器与路径开关之间还设有计数器，以及为所述计数器提供稳定时钟信号的振荡器，所述计数器对振荡器的输出信号进行计数，当计数状态持续时间超过设定值时计数器的计数值将会溢出，溢出后计数器的输出端状态翻转，控制路径开关处于截止状态。

所述比较器在流经负载的电流低于设定的基准电流时，输出低电平将计数器清零；比较器在流经负载的电流超过设定值时，比较器输出高电平至计数器，计数器开始进行计数。

所述高压模块工作状态包括工作和截止并锁止二种状态。

本发明的有益效果：本发明是一种独立的保护装置，不受任何其他控制电路(含软件)、D/A或开关管的影响，因此有较高的可靠性；另外，通过路径开关可以直接切断高压模块的供电，并锁定该状态，使高压模块停止工作，安全系数更高；恢复工作状态简单，可根据不同失神经刺激器的临床使用需要，修改控制过载的电流控制阈值及持续时间，以适应于各种不同的人群。

附图说明

图1为本发明的电刺激保护装置的结构原理图；

图2为本发明的电刺激保护装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

如图1所示，本发明的电刺激保护装置包括低压供电电路、高压侧电流检测放大器、比较器、计数器、振荡器和路径开关。

其中，低压供电电路为本发明提供稳定的工作电压，一般为低压供电；高压侧电流检测放大器用于在正常工作时，对流经负载的电流进行精确采集，并转换成电压信号后输出；比较器用于比较经由高压侧电流检测放大器检测出的负载电流与设定基准电流(此数值为可调)的大小，比较器的输出可以控制计数器计数或是清零，当流向负载的电流低于设定的基准电流时，比较器输出低电平将计数器清零，当流向负载的电流超过设定值时，比较器输出高电平至计数器，计数器开始进行计数；计数器对振荡器的输出信号进行计数，当计数状态持续时间超过设定值时计数器的计数值将会溢出，溢出后计数器的输出端状态翻转，控制路径开关处于截止状态，高压模块由于无电源供应需停止工作，并且计数器会锁死在该状态直到重新上电，达到保护目的；振荡器为计数器提供稳定的时钟信号。

如图2所示为本发明的实施方式电路原理图，其中，高压侧电流检测放大器用于检测高压侧流过负载的电流，由LTC6102(U4)、R1、R3、R5、C2、D3、D5、R7、Q1和Q2组成，R1通过引脚与负载串联，采集流过负载的电流，经过U4、R5和R3将采集到的电流信号转成电压信号并放大，D3、D5、R7、Q1和Q2提高了U4的工作电压范围，使其可以工作在500伏以下。振荡器使用的是LTC6930(U7)芯片，它为计数器提供稳定的时钟信号。计数器由CD4520(U1)和CD4012(U2)组成。路径开关由LTC4412(U5)和Si5935(Q4)组成。比较器使用LM358(U3)，基准电压由TL431(U6)提供。

该电路的供电电压为12V，当检测到流过负载电流幅度和时间超过一定数值时保护动作启动，切断为外部高压模块供电的12V电源，强行关闭高压模块，只有重新上电才能退出保护动作，起到可靠的保护作用。具体过程为：当高压侧电流检测放大器输出电压信号同流过负载的电流成正比，在超过比较器基准电压(2.5V)时比较器1脚输出状态反转，通过二极管D7将CD4520(U1)的第7脚(清零端)电平拉至低电平，计数器退出清零状态，开始对振荡器的时间信号进行计数。当该状态持续时间足够长时，CD4520(U1)的Q0～Q3四个输出端全部为“1”，CD4012(U2)的状态将反转，CD4012(U2)的13脚变为高电平，通过三极管Q6将CD4520(U1)第2脚(EN使能端)至为低平，计数器停止工作，其输出维持不变直到重新上电。与此同时路径开关LTC4412(U5)的3脚被置为高电平，其输出使场效应管Si5935(Q4)进入截止状态，切断了为外部高压模块供电，外部高压模块停止工作达到保护目的。

Claims (4)

1.一种电刺激保护装置，其特征在于，它包括：

在正常工作时，对流经负载的电流进行采集，并转换成电压信号输出的高压侧电流检测放大器；

用于比较经由高压侧电流检测放大器检测的负载电流与设定基准电流的大小的比较器；

根据比较器的比较结果，控制高压模块工作状态的路径开关；

用于提供稳定工作电压的低压供电电路。

2.根据权利要求1所述的电刺激保护装置，其特征在于，所述比较器与路径开关之间还设有计数器，以及为所述计数器提供稳定时钟信号的振荡器，所述计数器对振荡器的输出信号进行计数，当计数状态持续时间超过设定值时计数器的计数值将会溢出，溢出后计数器的输出端状态翻转，控制路径开关处于截止状态。

3.根据权利要求2所述的电刺激保护装置，其特征在于，所述比较器在流经负载的电流低于设定的基准电流时，输出低电平将计数器清零；比较器在流经负载的电流超过设定值时，比较器输出高电平至计数器，计数器开始进行计数。

4.根据权利要求1、2或3所述的电刺激保护装置，其特征在于，所述高压模块工作状态包括工作和截止并锁止二种状态。

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