CN104436431B - 一种多节点电刺激系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多节点电刺激系统及方法。该系统包括一发送端和多个佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；所述发送端利用人体组织的导电特性，将携带有节点序号、刺激波形参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合到人体信道；所述电刺激节点的一体化电极，用于接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，该调制电信号经信号调理及解调后，由微控制器选择相应的波形，经过升压后，通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。本发明系统用于由中枢神经受损等原因引起肢体偏瘫患者的康复训练，它根据肢体运动时神经电信号的传输路径，对肢体的相应部位进行电刺激，从而促进患者肢体运动功能的康复。

Description

一种多节点电刺激系统及方法

技术领域

本发明涉及一种多节点电刺激系统及方法。

背景技术

现有公开技术的情况：专利（申请号201210051592.0）给出了一种用于治疗部分失神经、完全失神经的一种多功能肌肉电刺激器。该刺激器每次只对单个部位进行电刺激。专利（申请号为200910068111.5）设计的一种可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，能够通过有线的方式输出多路各不相同的具有独立双极性的治疗波形信号，并且可将基本电针、电刺激和特定处方电针或电刺激结合使用。专利（申请号为200810070307.3）设计了一种基于微线圈阵列的植入式多通道神经电刺激传输装置，该装置通过发射线圈发送控制信号给电刺激器。

现有技术存在的问题和缺陷：现有的电刺激器大多只能实现单通道或者单节点的电刺激。但是很多情况下单一节点的电刺激难以达到较好的治疗效果。例如在脑卒中后，大脑对偏瘫肢体失去了控制能力，导致肢体出现多个关节、多组肌群功能障碍，这时如果只对单一的部位进行电刺激，很难达到肢体运动功能的恢复。另外，现有很多电刺激系统都是采用有线连接方式，使得患者日常基本活动受到限制。而通过常见的无线方式实现多路电刺激节点协同控制，存在着功耗较大，配对步骤繁琐等问题。为了克服上述方式的不足，本发明设计一种多节点电刺激系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于由中枢神经受损等原因引起肢体偏瘫患者的康复训练，它根据肢体运动时神经电信号的传输方向，对肢体的相应部位进行电刺激，从而促进患者肢体运动功能的康复的多节点电刺激系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多节点电刺激系统，包括一发送端和佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；

所述发送端利用人体组织的导电特性，将携带有包括节点序号、刺激波形参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合到人体信道；

所述电刺激节点的一体化电极，用于接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，该调制电信号经信号调理及解调后，由微控制器选择相应的波形，经过升压后，通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。

在本发明一实施例中，所述电刺激节点为多个。

在本发明一实施例中，所述电刺激节点的一体化电极包括第一电极片和具有两个圆形开口的第二电极片、两个理疗电极片和两个绝缘环；所述第一、第二电极片分别置于所述电刺激节点的上、下表面，所述两个理疗电极片与两个绝缘环相配合置于所述第二电极片的两个圆形开口中。

在本发明一实施例中，所述发送端还包括微控制器及与该微控制器连接的人机交互模块和发送电路，所述发送电路的输出端连接至所述发送电极。

在本发明一实施例中，所述发送端为手持式设备，具体为智能手机、手表或平板电脑。

在本发明一实施例中，所述电刺激节点还包括微控制器及与该微控制器连接的人体电信号接收电路和电刺激电路。

在本发明一实施例中，所述人体电信号接收电路包括依次连接的放大电路、滤波电路、比较整形电路及解调电路，所述放大电路的输入端连接至所述一体化电极的第二电极片，所述解调电路的输出端连接至所述微控制器。

在本发明一实施例中，所述电刺激电路包括依次连接的升压电路、脉冲输出电路及保护电路，所述升压电路的输入端连接至所述微控制器，所述保护电路连接至所述一体化电极的两个理疗电极片。

本发明还提供了一种多节点电刺激方法，包括如下步骤，

步骤S01：提供一发送端和多个佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；

步骤S02：用户通过发送端选择电刺激节点，并设置包括节点序号、刺激波形参数；

步骤S03：发送端将携带有包括节点序号、刺激波形参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合至人体信道；

步骤S04：电刺激节点的一体化电极，接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，将该调制电信号进行调理和解调后输入微控制器,微控制器分析处理后输出相应信号到外围电刺激电路，最后通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明系统及方法用于由中枢神经受损等原因引起肢体偏瘫患者的康复训练，它根据肢体运动时神经电信号的传输方向，对肢体的相应部位进行电刺激，从而促进患者肢体运动功能的康复；

2、本发明电刺激系统相对于现有的有线或无线的电刺激系统，具有无需复杂连线、方便患者佩戴的优点，由于电信号通过人体信道传输，信号衰减较小，因此该系统设备所产生的功耗更低；

3、本发明的一体化电极设计紧凑，无需外部连线，可实现经人体信道传输的电信号的接收和电刺激波形的输出。

附图说明

图1为本发明多节点电刺激系统示意图。

图2为本发明多节点电刺激系统框图。

图3为本发明电刺激节点结构示意图。

图4为本发明多节点电刺激系统发送端示意图。

图5为本发明电刺激系统的电信号发送与接收示意图。

图6为本发明用户输入参数设置流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种多节点电刺激系统，包括一发送端和多个佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；

所述发送端利用人体组织的导电特性，将携带有节点序号、刺激波形等参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合到人体信道；

所述电刺激节点的一体化电极，用于接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，该调制电信号经信号调理及解调后，由微控制器选择相应的波形，经过升压后，通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。

在本发明中，所述电刺激节点的一体化电极包括第一电极片和具有两个圆形开口的第二电极片、两个理疗电极片和两个绝缘环；所述第一、第二电极片分别置于所述电刺激节点（该电刺激节点的整体外形可为图3所示的矩形块或其他形状的块状及柱状等结构）的上、下表面，所述两个理疗电极片与两个绝缘环相配合置于所述第二电极片的两个圆形开口中。

在本发明中，所述发送端还包括微控制器及与该微控制器连接的人机交互模块和发送电路，所述发送电路的输出端连接至所述发送电极；所述发送端为手持式设备，具体为智能手机、手表或平板电脑。所述电刺激节点还包括微控制器及与该微控制器连接的人体电信号接收电路和电刺激电路；所述人体电信号接收电路包括依次连接的放大电路、滤波电路、比较整形电路及解调电路，所述放大电路的输入端连接至所述一体化电极的第二电极片，所述解调电路的输出端连接至所述微控制器。所述电刺激电路包括依次连接的升压电路、脉冲输出电路及保护电路，所述升压电路的输入端连接至所述微控制器，所述保护电路连接至所述一体化电极的两个理疗电极片。

本发明还提供了一种多节点电刺激方法，包括如下步骤，

步骤S01：提供一发送端和多个佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；

步骤S02：用户通过发送端选择电刺激节点,并设置节点刺激波形等参数；

步骤S03：发送端将携带有节点序号、刺激波形等参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合至人体信道；

步骤S04：电刺激节点的一体化电极，接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，将该调制电信号进行调理和解调后输入微控制器,微控制器分析处理后输出相应信号到外围电刺激电路,最后通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。

为让本领域技术人员更了解本发明技术方案，以下为本发明的具体实施例。

如图1所示，一种多路电刺激系统由发送端和若干个电刺激节点组成，电刺激系统的控制信号发送端是一种手持式设备，由专门设计的控制器或常见的智能手机、手表、平板电脑等来实现。多个电刺激节点由环带分别佩戴在人体需要刺激的部位。电刺激系统整体框图如图2所示。发送端利用人体组织的导电特性，将携带有节点序号、刺激波形参数的调制电信号通过发送电极耦合到人体信道。电刺激节点的一体化电极，用于从人体表面接收控制信号。控制信号经信号调理电路和解调电路后，由微控制器选择相应的波形，经过升压、保护电路，再由该电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位。一体化电极具备了从人体表面接收电信号并同时输出电刺激波形的功能。

详细的技术方案：如图1所示，一种多路电刺激系统由发送端10和若干个电刺激节点11、12、13、14组成。如图2所示，发送端由人机交互模块、微控制器、发送电路、发送电极组成；电刺激节点由一体化电极、微控制器、人体电信号接收模块、电刺激电路模块组成。本发明利用人体导电特性，设计出一体化电极，实现了一种多路电刺激系统。电刺激节点的示意图如图3所示。节点的上表面是一体化电极的电极片20,下表面是一体化电极的电极片21和一对理疗电极片24和25。其中，电极片21还含有两个绝缘环22和23。绝缘环中间的理疗电极片的尺寸略小于绝缘环的内环的尺寸。电极片20与电刺激节点的人体电信号接收电路的地相连，作为人体信道耦合回路接收端的地电极。电极片21与电刺激节点里的人体电信号接收电路的信号端引脚相连，作为该接收电路的信号电极。一对理疗电极片24和25通过其表面的摁扣与电刺激节点里的电刺激波形输出电路的引脚相连，作为电刺激波形的输出电极,且这两个电极可随时更换。此外，绝缘环22和23把电刺激节点的刺激信号和通信信号隔离开，防止两者短路或相互干扰。电刺激系统的发送端如图4所示。患者使用该系统时通过手握手持式设备30，与其背面的两个发送电极31相接触。电信号通过发送电极输入到人体信道传播。经人体信道传输的电信号被信号电极接收后，通过放大、滤波、整形、解调形成原始控制信号输入到微控制器。微控制器收到控制信号后对其进行分析处理，然后通过外围电路（升压电路、脉冲输出电路、保护电路）和一体化电极的理疗电极部分，输出相应的电刺激波形到人体部位进行刺激。

本系统利用人体导电特性实现控制信号的近距离传输。如图5所示。电信号传输回路由发送端电路、接收端电路、人体、空气和大地构成。发送端通过发送电极将电信号耦合到人体信道传输。接收端通过信号电极从人体表面接收电信号。其地电极浮空，用于获得较稳定的耦合电场。

本产品的优点及用途：该系统用于由中枢神经受损等原因引起肢体偏瘫患者的康复训练。它根据肢体运动时神经电信号的传输方向，对肢体的相应部位进行电刺激，从而促进患者肢体运动功能的康复。如图1所示。当患者的双腿出现偏瘫时，患者可通过手持式设备依次对各个电刺激节点的电刺激波形参数进行设置。然后，手持式设备发送相应的控制信号，该信号经人体信道传输到电刺激节点，电刺激节点输出相应的刺激波形刺激人体部位。如图6所示。用户通过手持式设备的按键可依次设置电刺激节点的个数、波形、频率、幅度、持续时间等参数。该电刺激系统相对于现有的有线或无线的电刺激系统，具有无需复杂连线、方便患者佩戴的优点。由于电信号通过人体信道传输，信号衰减较小，因此该系统设备所产生的功耗更低。此外，该一体化电极设计紧凑，无需外部连线，可实现经人体信道传输的电信号的接收和电刺激波形的输出。

产品的使用过程或方式：使用前，患者需把一体化电极的两个理疗电极片扣到电刺激节点上（其中，电极片21通过理疗电极24、25贴附在皮肤表面，电极片20则背对着皮肤），再把各个电刺激节点通过环带佩戴到需要进行刺激的部位（患者需提前在医师指导下确定使用电刺激节点的个数以及刺激的具体部位）。使用时，患者需分别开启手持式设备和各个电刺激节点上的电源。接着，患者通过手持式设备设置完电刺激波形参数后点击确认发送。电刺激节点接收到控制信号后立即对人体部位进行刺激。在刺激期间，患者进行相应的肢体的活动练习，且无需拿着手持式设备。电刺激节点在刺激一段时间（持续时间可根据需要确定）后会自动停止刺激。若要停止电刺激治疗，患者可通过手持式设备发送停止控制信号让节点停止，然后关闭手持式设备和各个电刺激节点的电源即可。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多节点电刺激系统，其特征在于：包括一发送端和佩戴于人体需要刺激部位的电刺激节点；

所述发送端利用人体组织的导电特性，将携带有包括节点序号、刺激波形参数的调制电信号通过发送端的发送电极耦合到人体信道；

所述发送端还包括第一微控制器及与该第一微控制器连接的人机交互模块和发送电路，所述发送电路的输出端连接至所述发送电极；

所述电刺激节点的一体化电极，用于接收经人体信道传输至人体表面的调制电信号，该调制电信号经信号调理及解调后，由第二微控制器选择相应的波形，经过升压后，通过所述一体化电极输出对应的电刺激波形，刺激人体相应部位；

所述电刺激节点的一体化电极包括第一电极片和具有两个圆形开口的第二电极片、两个理疗电极片和两个绝缘环；所述第一电极片、第二电极片分别置于所述电刺激节点的上、下表面，所述两个理疗电极片与两个绝缘环相配合置于所述第二电极片的两个圆形开口中；所述电刺激节点还包括与所述第二微控制器连接的人体电信号接收电路和电刺激电路；所述人体电信号接收电路的输入端连接至所述一体化电极的第二电极片，所述电刺激电路的输出端连接至所述一体化电极的理疗电极片。

2.根据权利要求1所述的一种多节点电刺激系统，其特征在于：所述电刺激节点为多个。

3.根据权利要求1所述的一种多节点电刺激系统，其特征在于：所述发送端为智能手机、手表或平板电脑。

4.根据权利要求1所述的一种多节点电刺激系统，其特征在于：所述人体电信号接收电路包括依次连接的放大电路、滤波电路、比较整形电路及解调电路，所述放大电路的输入端连接至所述一体化电极的第二电极片，所述解调电路的输出端连接至所述第二微控制器。

5.根据权利要求1所述的一种多节点电刺激系统，其特征在于：所述电刺激电路包括依次连接的升压电路、脉冲输出电路及保护电路，所述升压电路的输入端连接至所述第二微控制器，所述保护电路连接至所述一体化电极的理疗电极片。