CN102711906B

CN102711906B - 电刺激装置

Info

Publication number: CN102711906B
Application number: CN201080060865.7A
Authority: CN
Inventors: 村冈庆裕
Original assignee: Japan Health Sciences Foundation
Current assignee: National Hospital Organization
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: US20120239112A1; WO2011055518A1; JP5725562B2; JPWO2011055518A1; CN102711906A; EP2497529A1; EP2497529A4; US8463390B2

Abstract

提供了一种能够输出稳定的电刺激并且检测稳定的自主肌电信号的电刺激装置。具体地说，提供了一种电刺激装置，该电刺激装置包括：无变压器的升压电路，其从电池接收电力供应并提供刺激信号；第一电极和第二电极，其被设置在皮肤表面上，检测自主肌电信号，并且给出刺激信号；放大电路，其放大自主肌电信号；控制器，其基于自主肌电信号控制刺激信号；H桥电路，其包括串联连接同时公共连接端子连接到第二电极的第一开关和第三开关以及串联连接同时公共连接端子连接到第一电极的第二开关和第四开关，该第一开关、第二开关、第三开关和第四开关并联连接，所述H桥电路由控制器控制；绝缘型DC-DC转换器，其从电池接收电力供应并且向控制器和放大电路提供电力；调节器，其输出由DC-DC转换器输出的电源电压的中点电压；以及第三电极，其连接到调节器和放大电路的基准端子并且被设置在皮肤表面上。

Description

电刺激装置

技术领域

本发明涉及电刺激装置，更具体地说，涉及用于为遭受脑血管意外等的患者辅助或恢复运动功能或者肌肉力量的增强的电刺激装置。

背景技术

已知“足下垂”作为由心脑血管意外造成的偏瘫的后遗症。因为背曲肌群的弱化和跖曲肌群的功能亢进，所以踝关节的背曲对于具有足下垂的患者来说很难。因此，在行走的摇摆阶段，健康的人能够通过背曲肌群的收缩引起的踝关节的背曲来顺利地向前移动脚。另一方面，在具有足下垂的患者的情况下，因为没有踝关节的背曲，所以脚趾触地。通过此“曳行步态(shuffling gait)”，行走对于具有足下垂的患者来说变得困难。

图8是示出根据第一现有技术的电刺激装置的结构的电路图。该结构在专利文献1中公开，并且在此之前，本发明的发明人在非专利文献中发表了第一现有技术。

电极E11和E12被设置在肌肉的肌腹（从其提取肌肉活动）上，电极E3被设置在任意位置上。即使在患者的情况下，当患者尝试收缩肌肉时，微弱的自主肌电信号（或者肌电图（EMG）信号）被输出，因而电极E11和E12被用来检测微小的自主肌电信号。

在电极E13作为接地电极的情况下，由电极E11和E12检测到的目标肌肉的自主肌电信号经由保护电阻器R11和R12输入到仪器放大器11。

仪器放大器11的输入被二极管D11和D12限制为大约±5V，以不使仪器放大器11饱和。此后，仪器放大器11的输出被具有带宽为300Hz-450Hz的多个级的多级放大器12放大到被控制器73识别的电平，接着经放大的信号从控制器73的A/D转换输入针脚以1kHz的采样频率被取样。

控制器73通过输出宽度与自主肌电信号的幅度成比例的脉冲来控制刺激器（刺激输出变压器）74。刺激脉冲是双极性脉冲，并且正脉冲和负脉冲的幅度相同。刺激脉冲的幅度是大约100V，脉冲的宽度被调节为50μs-1ms。随着宽度变宽，刺激变强。刺激脉冲的周期是50ms，并且在刺激脉冲被施加的时刻，photoMOS继电器SW11和SW12导通，并且将刺激脉冲传导到电极E11和E12。当刺激脉冲没有被施加时，photoMOS继电器SW11和SW12关断，以防止来自刺激器（刺激输出变压器）74的噪声混合并且同时防止电极E11与E12之间经由变压器短路。

另外，控制器73控制photoMOS继电器SW11和SW12的导通和关断的定时。现有技术使用变压器作为刺激器（刺激输出变压器）74，其实现100V的幅度和同时绝缘。

图9是示出根据第二现有技术的电刺激装置的结构的电路图。该结构还在本发明的发明人的专利文献2中公开。与第一现有技术的不同之处在于电极E14和E15经由二极管AC开关（双向触发二极管）D13和D14共同连接到刺激器（刺激输出变压器）74的一个端子而不是使用photoMOS继电器SW11和SW12，并且刺激器（刺激输出变压器）74的另一个端子接地（即，电极E16）。

这样，通过电极E14和E15和电极E16这两个通道执行刺激，并且通过电极E14和E15的一个通道执行肌电信号的测量。该现有技术还使用变压器作为刺激器（刺激输出变压器）74。

图10是示出根据第三现有技术的电刺激装置的结构的电路图。该结构还在本发明的发明人的专利文献3中公开。与第一现有技术和第二现有技术的不同之处在于使用了没有变压器的升压电路和H桥电路而不是根据第一现有技术使用刺激器（刺激输出变压器）74和photoMOS继电器SW11和SW12，以便缩减大小和减轻重量，并且添加了电容器C和photoMOS继电器SW5和SW6以在升压电路与肌电信号测量系统之间共享电源。

第三现有技术如下操作。通过导通photoMOS继电器SW5和SW6来在刺激不被传送时对电容器C充电。当刺激被传送时，首先photoMOS继电器SW5和SW6关断，以不向电极E3施加刺激，并且通过在关断photoMOS继电器SW2和SW3的同时导通photoMOS继电器SW1和SW4以使电流从电极E2向电极E1流动，来激励作为负极的电极E1。接着，photoMOS继电器SW1和SW4被关断。并且通过导通photoMOS继电器SW2和SW3使电流从电极E1向电极2流动，来激励作为负极的电极E2。

图11是示出根据第一比较例的电刺激装置的结构的电路图。与第三现有技术的不同之处在于电极E1和E2仅用作记录电极，并且电极E4和E5被添加作为刺激电极。刺激被施加到电极E3，除非在还在此结构中给予刺激的同时photoMOS继电器SW5和SW6被关断，从而上述技术有效地起作用。

不同之处在于电极E1和E2仅用作记录电极，并且电极E4和E5被添加作为刺激电极。刺激被施加到电极E3，除非在还在此结构中给予刺激的同时photoMOS继电器SW5和SW6被关断，从而上述技术有效地起作用。

图12是用于说明用于在去除刺激伪像和诱发肌电信号的同时检测自主肌电信号的控制器的信号处理的波形图。底部的行表示由每60ms施加的刺激脉冲波形组成的刺激脉冲信号。一个单元的刺激脉冲信号由作为相同的刺激脉冲波形的两个刺激脉冲波形组成。因此，刺激波形每120ms更新。

在控制器13的输入端，自主肌电信号被输入到A/D转换输入针脚，以1ms的采样周期采样，并被转换为数字信号。从底部开始的第二行所示的波形是通过将包括M波的肌电信号与刺激信号和伪像卷积所形成的信号。

刺激信号在60ms周期的开始处输入。与自主肌电信号相比，该信号的幅度极大，并且刺激信号对于以下信号处理不是必须的；因此，信号的幅度由两个双向触发二极管限定为不超过预定电平。

60ms周期处的两个刺激波形相同，使得对应的两个伪像和M波也相同。因此，通过消除伪像和M波可以仅提取自主肌电信号。从60ms周期的开始信号有一会儿（大致20ms）不稳定；因此，通过获取靠近周期的末端的差（在周期的末端之前的10ms内获取该差，但是可以在更长的时段内获取），变得能够稳定地提取自主肌电信号的分量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2002-331007

专利文献2：日本专利申请特开No.2003-310768

专利文献3：日本专利申请特开No.2004-255104

专利文献4：日本专利No.3496044

非专利文献

非专利文献1：Muraoka,Y.等人的EMG-controlled hand opening system forhemiplegia（Proc.6th Vienna International Workshop on Functional ElectrostimulationBasics Technology Application:pp.255-258,1998）。

发明内容

本发明要解决的问题

在上述现有技术中，优选地使用具有100V或以上的最大标称电压并且尽可能小以便小型化的电容器C，但是该条件下的电容器具有几μF的容量。因此，不能够充分地存储电势，并且根据现有技术，在刺激期间充电停止，使得当刺激被连续输出时充电变得不充分，输出电压降低，刺激变得不稳定。

另外，尽管电路已经小型化，但是对于放大器，必须有正电源和负电源，如果正电源与升压电路共享，则必须有两个或更多个电池。

此外，上述信号处理可以提取自主肌电信号；然而，刺激脉冲每120ms更新，使得从肌肉收缩的产生到刺激脉冲的更新可以产生120ms的最大延迟。因此，在快速行走时，刺激通常不能够跟随行走活动。

本发明的目的是提供一种能够输出稳定的电刺激并且检测稳定的自主肌电电势的电刺激装置。

解决问题的手段

根据本发明的一个方面，提供了一种电刺激装置，该电刺激装置包括：无变压器的升压电路，该升压电路从电池接收电力供应并提供刺激信号；第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极被设置在皮肤表面上，检测自主肌电信号，并且给出从所述升压电路提供的刺激信号；放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；控制器，该控制器根据由所述第一电极和所述第二电极检测到的自主肌电信号控制所述刺激信号；H桥电路，该H桥电路包括串联连接同时公共连接端子连接到所述第二电极的第一开关和第三开关以及串联连接同时公共连接端子连接到所述第一电极的第二开关和第四开关，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；绝缘型DC-DC转换器，该绝缘型DC-DC转换器从电池接收电力供应并且向所述控制器和所述放大电路提供电力；调节器，该调节器输出由所述DC-DC转换器输出的电源电压的中点电压；以及第三电极，该第三电极连接到所述调节器和所述放大电路的基准端子并且被设置在所述皮肤表面上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电刺激装置，该电刺激装置包括：无变压器的升压电路，该升压电路从电池接收电力供应并且提供刺激信号；第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极被设置在皮肤表面上，并且检测自主肌电信号；放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；第四电极和第五电极，该第四电极和第五电极被设置在皮肤表面上，并且给出从所述升压电路提供的所述刺激信号；控制器，该控制器根据由所述第一电极和所述第二电极检测到的所述自主肌电信号控制所述刺激信号；H桥电路，该H桥电路包括串联连接同时公共连接端子连接到所述第四电极的第一开关和第三开关以及串联连接同时公共连接端子连接到所述第五电极的第二开关和第四开关，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；绝缘型DC-DC转换器，该绝缘型DC-DC转换器从电池接收电力供应并且向所述控制器和所述放大电路提供电力；调节器，该调节器输出由所述DC-DC转换器输出的电源电压的中点电压；以及第三电极，该第三电极连接到所述调节器和所述放大电路的基准端子并且被设置在所述皮肤表面上。

根据本发明的又一个方面，提供了一种电刺激装置，该电刺激装置包括：无变压器的升压电路，该升压电路从电池接收电力供应并且提供刺激信号；第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极被设置在皮肤表面上，检测自主肌电信号，并且给出从所述升压电路提供的所述刺激信号；放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；控制器，该控制器根据由所述第一电极和所述第二电极检测到的所述自主肌电信号控制所述刺激信号；H桥电路，该H桥电路包括串联连接同时公共连接端子连接到所述第二电极的第一开关和第三开关以及串联连接同时公共连接端子连接到所述第一电极的第二开关和第四开关，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；第五开关，该第五开关连接在所述第二开关和所述第四开关的所述公共连接端子与所述第一电极之间；第六开关，该第六开关连接在所述第二开关和所述第四开关的所述公共连接端子与所述第二电极之间；绝缘型DC-DC转换器，该绝缘型DC-DC转换器从所述电池接收电力供应并且向所述控制器和所述放大电路提供电力；调节器，该调节器输出由所述DC-DC转换器输出的电源电压的中点电压；以及第三电极，该第三电极连接到所述第一开关和所述第三开关的所述公共连接端子、所述调节器和所述放大电路的基准端子，并且被设置在所述皮肤表面上。

发明效果

根据本发明，提供了一种能够输出稳定的电刺激并且检测稳定的自主肌电电势的电刺激装置。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式的电刺激装置1的结构的电路图。

图2是示出刺激/记录电极的设置位置的示意图。

图3是用于说明根据本发明的第一实施方式的电刺激装置1的操作的波形图。

图4是示出升压电路14的结构的电路图。

图5是示出根据本发明的第二实施方式的电刺激装置2的结构的电路图。

图6是示出根据本发明的第三实施方式的电刺激装置3的结构的电路图。

图7是示出根据本发明的第四实施方式的电刺激装置4的结构的电路图。

图8是示出根据第一现有技术的电刺激装置的结构的电路图。

图9是示出根据第二现有技术的电刺激装置的结构的电路图。

图10是示出根据第三现有技术的电刺激装置的结构的电路图。

图11是示出根据第一比较例的电刺激装置的结构的电路图。

图12是用于说明用于在去除刺激伪像和诱发肌电信号的同时检测自主肌电信号的控制器的信号处理的波形图。

具体实施方式

电刺激装置1主要由绝缘型DC-DC转换器15、电极E1、E2和E3、保护电阻器R1和R2、二极管D1和D2、仪器放大器11、多阶放大器12、控制器13、升压电路14、H桥电路10和调节器16组成。

通过对电池（5V）17的输出进行升压获得高电压（100V），并且同时电池（5V）17经由绝缘型DC-DC转换器15对放大器11和12以及控制器13供应电力。另外，由调节器16产生基准电压。

在此实施方式中，日本信任科技（Japan Trust Technology）公司制造的My Battery Lite被用作电池17。电池17不限于该产品，而且可以使用诸如用于移动电话的外部电池的各种类型的电池。可以通过仅使用可以容易地获得的诸如用于移动电话的外部电池的一个电池来驱动电刺激装置1。另外，电池不限于5V，尽管该5V被用在在本实施方式中。

向升压电路14提供电力的电池17还与绝缘型DC-DC转换器15并联连接，并且绝缘型DC-DC转换器15的输出形成大约±2.5V的电源并且向放大器11和12以及控制器13提供电力。

另外，几伏特的绝缘型DC-DC转换器15薄且小并且可以容易获得。在此实施方式中，科索有限公司（Cosel Co.,Ltd.）制造的SUS1R50505被用作DC-DC转换器15。此外，可以使用NMA0505D（西恩迪技术公司（C&D Technologies,Inc.）制造）、NKE0505SC（村田电源技术（Murata Power Solutions）制造）。

通过经由绝缘型DC-DC转换器15向放大器11和12以及控制器13提供电力，升压电路系统和肌电信号测量系统被隔离。

调节器16产生绝缘型DC-DC转换器15的输出（大约±2.5V）的中点电压（0V），并且连接到电极E3和放大器11的基准端子。利用此结构，电极E3不被由升压电路14等组成的升压电路系统电气影响。因此，能够防止在电极E1与E3之间或者在电极E2与E3之间产生刺激。

调节器16例如通过串联连接两个电阻器并且由输出V⁺ ₂(2.5V)和V^- ₂(-2.5V)的中点电压（0V）的分压电路和输出(V⁺ ₂-V^- ₂)/2的调节器组成来形成。另外，例如，放大器的电源电压的一半可以由调节器、由齐纳二极管或者由电阻分压器和缓冲放大器产生。

图2是示出刺激/记录电极的设置位置的示意图。一个电极E2被设置在神经肌肉接头MP上，另一个电极E1被设置在距电极E2几厘米的近端侧位置上。也就是说，电极E1和E2被设置在肌肉动作被提取的肌肉43的肌腹的皮肤表面41上，检测当患者尝试移动肌肉43时产生的微小的自主肌电信号（或肌电图（EMG）信号），并且用作用于从皮肤41向肌肉43给出刺激信号的电极。另外，电极E3被设置在皮肤表面41的任意位置上并且用作地电极。为了有效地促进具有足下垂等的患者的踝关节的背屈，优选地还例外地向腓骨神经给予刺激。

例如，电极E1和E2被设置在抬升脚趾的胫骨前肌上和腓骨神经上以与向前移动脚相对应地促进踝关节的有效的背曲。另外，在辅助手指伸展的情况下，电极E1和E2被设置在前臂的指伸肌上，以促进根据患者的意愿打开手的动作。

再次参照图1，保护电阻器R1和R2分别连接在电极E1和E2与仪器放大器11 之间，并且在向电极E1和E2施加刺激信号时保护仪器放大器11。

二极管D1和D2以相反极性连接在仪器放大器11的输入端子之间，并且将输入限制为大约±0.5V以不使仪器放大器11饱和。

仪器放大器11经由保护电阻器R1和R2接收由电极E1和E2检测到的自主肌电信号，并且放大微弱的自主肌电信号。

多阶放大器12接收由仪器放大器11放大的自主肌电信号，并且将其放大到控制器13可以处理的电平。

控制器13接收由多阶放大器12放大的自主肌电信号，并且将模拟电压转换为数字信号，此后，控制器13计算自主肌电信号的量并且控制H桥电路10（photoMOS继电器SW1～SW4的导通/关断）。通过控制H桥电路10，刺激脉冲的定时被控制。例如，控制刺激信号的导通定时、脉冲的导通持续时间（脉冲宽度）和周期。

升压电路14是没有变压器的非绝缘型升压电路，并且通过对来自电池17的电压进行升压来规则地提供大约+100V的直流电压。因此，即使刺激被连续输出，电势不降低，因此可以获得稳定的刺激输出。

H桥电路由photoMOS继电器SW1、SW2、SW3和SW4组成。photoMOS继电器SW1和SW3串联连接，photoMOS继电器SW2和SW4串联连接。photoMOS继电器SW1和SW2的公共端子连接到升压电路14的+100V端子，photoMOS继电器SW3和SW4的公共端子连接到升压电路14的接地端子。photoMOS继电器SW1和SW3的公共端子连接到电极E2，photoMOS继电器SW2和SW4的公共端子连接到电极E1。

photoMOS继电器SW1到SW4被以光方式控制并且与控制器13电气绝缘。

每50ms施加刺激脉冲信号（图1的点a处的电压）。刺激脉冲的波形由受控制器13控制的photoMOS继电器SW1到SW4来实现。

也就是说，通过导通photoMOS继电器SW1和SW4同时关断photoMOS继电器SW2和SW3以从电极E2向电极E1流动电流，来激励具有负极性的电极E1，此后，photoMOS继电器SW1和SW4被关断，接着photoMOS继电器SW2和SW3被导通，以通过从电极E1向电极E2流动电流，来激励具有负极性的电极E2。在此期间，电极E3不涉及刺激。

此后，通过导通开关SW3和SW4（或者SW1和SW2）达数毫秒（1ms到1.5ms），积累在电极E1和E2上的电荷被放电以产生等电势，从而去除由刺激造成的伪像，并且立即使基线平坦和稳定。

接着，在50ms周期的最后10ms检测自主肌电信号，并且根据所检测到的自主肌电信号的幅度确定在下一个50ms周期要给出的刺激脉冲的脉冲宽度。此操作每50ms重复。

如上所述，通过同时导通开关SW2和SW4，由刺激造成的伪像被去除，并且立即使基线平坦和稳定。因此，可以稳定地执行检测而无需通过专利文献4（日本专利No.396044）中公开的控制器来执行信号处理。

因此，从产生肌电信号起，电刺激的最大延迟从传统的120ms缩短到大约50ms，这比传统延迟的一半还短，并且即使在快速行走动作的情况下，也可以根据动作产生电刺激。

另外，刺激脉冲不限于一个正脉冲和一个负脉冲的组合，而可以是任意波形，例如，连续的正-负-正-负脉冲的组合等。

此外，激励电极E1需要1ms到1.5ms，激励电极E2也需要1ms到1.5ms，并且同时导通开关SW3和SW4需要另一个1ms到1.5ms，并且检测自主肌电信号还需要另外的10ms。因此，可以最小以大约15ms的周期执行电刺激的产生，尽管必须考虑诸如刺激之后的不应期、自主肌肉活动的抑制等的生物反应。

图4是示出升压电路14的结构的电路图。

如上所述，升压电路14是没有变压器的DC-DC转换器，更具体地说，升压电路14通过利用IC 30监测输出电压以及在输出电压不高于预定电压时利用切换积累电荷，来获得高电压（+100V）。

首先，说明IC 30。电压比较器32将端子5的电压与来自基准电压产生器31的基准电压进行比较，并且在端子5的电压低于基准电压时向与（AND）电路33的一个端子输出高电压。

另一方面，振荡器35的输出被提供到与（AND）电路的另一个端子，并且在被插入之后输入到置位-复位触发器（FF）34的R端子。与（AND）电路的输出被输入到FF 34的S端子。

FF 34的输出端Q被输入到晶体管TR31的基极，晶体管TR31的发射极经由电阻器R31连接到端子2并且输入到晶体管TR32的基极，晶体管TR32的发射极连接到端子2。

这样，当端子5的电压低于基准电压并且周期性地电气连接端子1和端子2时，FF 34的输出端Q以振荡器35的振荡频率重复翻转。当端子5的电压高于基准电压时，与（AND）电路33的输出保持低电压，因此输出端Q保持低电压；因此，端子1和端子2不被电气连接。

当端子1与端子2电气连接时，电源电压（+5V）被施加到电阻器R32并被输入到晶体管TR33的基极，以导通晶体管TR33。通过这样，电流从电源（+5V）经由线圈L31流到接地端子4。

接着，当端子1与端子2电气断开时，晶体管TR33被关断，线圈L31使电流经由二极管D32流动到电容器C33，以在电容器C33中积累电荷。通过重复此操作，可以在电容器C33上获得高电压（+100V）。该高电压被电阻器R34和电阻器R35分压并且在端子5被IC 30监测。另外，电容器C34维持电源电压（+5V）。

第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于电极E1和E2仅用作记录电极，并且电极E4和E5被添加作为刺激电极。其它结构类似于第一实施方式，因此将省略这些结构的说明。

在此实施方式中，刺激也不施加到电极E3，因此可以通过连续提供高电压来获得刺激的稳定输出。

在第二实施方式中，可以在不同位置（在包括其他人的肌肉的不同肌肉上）执行自主肌电信号的检测和电刺激的施加。例如，在针对面部神经麻痹的患者使用根据此实施方式的电刺激装置2的情况下，电极E1和E2可以被设置在正常侧，以检测自主肌电信号，并且电极E4和E5可以被设置在麻痹侧，以给予电刺激。

图6是示出根据本发明的第三实施方式的电刺激装置3的结构的电路图。根据第三实施方式的电刺激装置3与第一实施方式的类似之处在于从电池17经由绝缘型DC-DC转换器15向控制器13以及放大器11和12提供电力，但是在第三实施方式中，电流在电极E4和E5与电极E6之间流动。

在根据第三实施方式的电刺激装置3中，双向触发二极管D3（第五开关）连接在photoMOS继电器SW2和SW4的公共端子与电极E4之间，双向触发二极管D4 （第六开关）连接在photoMOS继电器SW2和SW4的公共端子与电极E5之间。另外，设置在皮肤表面上的电极E6连接到photoMOS继电器SW1和SW3的公共端子，连接到放大器11的基准端子，并且连接到调节器16的输出端子。通过针对第五开关和第六开关使用双向触发二极管，电刺激装置3被进一步小型化。

图7是示出根据本发明的第四实施方式的电刺激装置4的结构的电路图。通过安装更多个H桥电路10和更多个肌电信号检测单元（电极E1和E2、保护电阻器R1和R2、二极管D1和D2、仪器放大器11和多阶放大器12），根据此实施方式的电刺激装置4能够对多个肌肉给予刺激。另外，通过选择要导通的开关，电流可以在任意方向向任意通道流动。

如上所述，根据本发明的实施方式，无变压器的输出型肌电控制电刺激装置可以由一个电池驱动，输出稳定的电刺激，并且通过使由刺激造成的伪像会聚，来检测稳定的自主肌电信号。

根据本发明的实施方式，通过没有非绝缘型变压器的升压电路14从用于移动电话等的5V外部电池产生用于刺激的大约100V的电压。同时，由绝缘型DC-DC转换器15产生用于控制器13以及放大器11和12的电源（大约5V），并且由调节器16产生用作放大器11和12的基准电压的、放大器电源的中点电压。通过导通photoMOS继电器SW1和SW4同时使photoMOS继电器SW2和SW3保持关断，以从电极E2向电极E1流动电流，来激励负极性电极E1。接着，在关断photoMOS继电器SW1和SW4之后，photoMOS继电器SW2和SW3导通，以通过从电极E1向电极E2流动电流，来激励负极性电极E2。此后，开关SW3和SW4被导通达数毫秒，并且随后自主肌电信号被稳定地检测。

在输出激励脉冲之后，通过导通开关SW3和SW4达数毫秒以使积累在电极E1和E2上的电荷放电，来使电极E1和E2具有相同的电势，随后自主肌电信号可以被稳定地检测而无需由控制器进行信号处理。因此，从肌电信号的产生到电刺激的最大延迟缩短，并且即使对于跟随该运动的快速行走运动，也可以产生电刺激。

根据本发明的各个实施方式，可以从与健康时相比患有中风的患者可以有意地稍微收缩的肌肉检测到微弱的肌电信号，并且可以通过施加通过放大肌电信号产生的电刺激信号来刺激肌肉。

另外，肌肉的这种刺激可以辅助患有中风的患者希望移动的身体部分（例如，手臂、腿、手指等）的微弱运动。如上所述，通过使用电刺激的康复训练可应用于80%到90%的患有中风的患者，只要他们可以自己运动即可。

此外，根据本发明的实施方式的电刺激装置可应用于患有面部神经麻痹或者吞咽障碍的患者。在面部神经麻痹的情况下，根据健康侧的相同肌肉的肌电信号，电刺激被给予麻痹侧的神经，以重构面部的对称表情。在辅助吞咽的情况下，电激励被给予具有不充分吞咽功能（喉上提）的患者的舌骨上肌群，以促进喉上提。

以上结合优选实施方式描述了本发明。本发明不仅限于上述实施方式。明显的是，本领域技术人员可以进行各种修改、改进、组合等。

附图标记描述

1,2,3,4…电刺激装置,10…H桥电路,11…仪器放大器,12…多阶放大器,13…控制器,14…升压电路,15…绝缘型DC-DC转换器,16…调节器,17…电池,30…IC,31…基准电压产生器,32…电压比较器,33…与（AND）电路,34…置位-复位触发器,35…振荡器,73…控制器,74…刺激输出变压器。

Claims

1.一种电刺激装置，该电刺激装置包括：

无变压器的升压电路，该升压电路从电池接收电力供应，将电荷积累在电容器上，并且提供用于形成刺激信号的高电压；

第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极被设计为设置在皮肤表面上，检测自主肌电信号，并且施加利用从所述升压电路提供的所述高电压形成的刺激信号；

放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；

控制器，该控制器根据由所述第一电极和所述第二电极检测到的自主肌电信号控制刺激信号；

H桥电路，该H桥电路包括串联连接的第一开关和第三开关以及串联连接的第二开关和第四开关，该第一开关和第三开关的公共连接端子连接到第二电极，该第二开关和第四开关的公共连接端子连接到第一电极，包括所述第一开关和所述第二开关的一对开关与包括所述第三开关和所述第四开关的另一对开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；

输入-输出绝缘型DC-DC转换器，该输入-输出绝缘型DC-DC转换器具有用于从电池接收电力供应的输入端子并且具有用于向所述控制器和所述放大电路提供电力的输出端子；

调节器，该调节器连接在所述DC-DC转换器的所述输出端子之间，并且提供由所述DC-DC转换器输出的电源电压的中点电压；以及

第三电极，该第三电极连接到所述调节器的所述中点电压，并且连接到所述放大电路的基准端子，该第三电极作为接地电极，并且被设计为设置在皮肤表面上。

2.一种电刺激装置，该电刺激装置包括：

第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极被设计为设置在皮肤表面上，并且检测自主肌电信号；

放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；

第四电极和第五电极，该第四电极和该第五电极被设计为设置在皮肤表面上，并且施加利用从所述升压电路提供的所述高电压形成的刺激信号；

H桥电路，该H桥电路包括串联连接的第一开关和第三开关以及串联连接的第二开关和第四开关，该第一开关和第三开关的公共连接端子连接到第四电极，该第二开关和第四开关的公共连接端子连接到第五电极，包括所述第一开关和所述第二开关的一对开关与包括所述第三开关和所述第四开关的另一对开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；

3.一种电刺激装置，该电刺激装置包括：

放大电路，该放大电路放大所检测到的自主肌电信号；

H桥电路，该H桥电路包括串联连接的第一开关和第三开关以及串联连接的第二开关和第四开关，包括所述第一开关和所述第二开关的一对开关与包括所述第三开关和所述第四开关的另一对开关并联连接，所述H桥电路由所述控制器控制；

第五开关，该第五开关连接在所述第二开关和所述第四开关的公共连接端子与所述第一电极之间；

第六开关，该第六开关连接在所述第二开关和所述第四开关的公共连接端子与所述第二电极之间；

第三电极，该第三电极连接到所述第一开关和所述第三开关的公共连接端子、所述调节器的所述中点电压以及所述放大电路的基准端子，该第三电极作为接地电极，并且被设计为设置在皮肤表面上。

4.根据权利要求3所述的电刺激装置，其中，所述第五开关和所述第六开关是交流二极管。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电刺激装置，其中，

该电刺激装置包括多个通道，各个通道包括所述H桥电路和自主肌电信号检测单元，所述自主肌电信号检测单元包含由所述第一电极和所述第二电极构成的电极对以及所述放大电路，并且

其中，所述控制器选择所述H桥电路的要导通的开关，由此电流能够沿任意方向提供给所述多个通道中的任意通道的所述电极对。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电刺激装置，其中，所述控制器在输出刺激信号之后，使所述第三开关和所述第四开关，或者所述第一开关和所述第二开关导通预定时间。

7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电刺激装置，其中，所述控制器控制输出所述刺激信号的定时和持续时间。