CN109833563A - 一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路，包括：通过电源电路向串联回路加载一电源电压；恒流刺激控制电路使能，对所述串联回路输出一恒定电流；所述恒定电流作用于第一电容和第二电容并使所述第一电容和第二电容进入充电状态；刺激输出模块对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；所述恒流刺激控制电路关断，触发电容放电电路使能并使所述第一电容和第二电容进入放电状态；所述第一电容和第二电容释放储存的电能至所述电容放电电路；所述刺激输出模块停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲。本发明提高了恒流刺激电路的安全性与稳定性。

Description

一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路

技术领域

本发明属于医用恒流电刺激器技术领域，尤其涉及一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路。

背景技术

临床上，肌肉恒流电刺激是一种较为常用的刺激方法，通常应用于肌肉、神经兴奋性检测及康复治疗等领域，其主要原理是根据医生设定参数，通过刺激输出释放电刺激脉冲，对肌肉或神经组织施加恒定电流的电脉冲刺激，在刺激过程中，人体组织电阻可近似为恒定值，刺激时组织上的电压值与电极间阻抗呈正相关，故通常此类刺激装置具有输出电流恒定、输出电压随阻抗变化的特点。

现有技术中，传统神经、肌肉恒流电刺激方式，是通过高速开关控制功率电路来实现脉冲输出，其结构简单且成本较低，广泛应用于肌肉、神经电脉冲刺激电路，但其存在安全性低的问题，一方面，其刺激输出与恒流刺激控制电路间通过开关元件来阻断，脉冲输出安全性严重依赖开关器件的性能，另一方面，脉冲脉宽由恒流刺激控制电路产生，一旦脉冲控制逻辑故障，无法及时对开关器件进行关段，导致刺激信号一直输出，存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路，其要解决的技术问题在于如何提高神经肌肉恒流刺激电路的安全性与稳定性。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种神经肌肉恒流刺激方法，包括：

通过电源电路向串联回路加载一电源电压；恒流刺激控制电路使能，对所述串联回路输出一恒定电流；所述恒定电流作用于第一电容和第二电容并使所述第一电容和第二电容进入充电状态；刺激输出模块对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；所述恒流刺激控制电路关断，触发电容放电电路使能并使所述第一电容和第二电容进入放电状态；所述第一电容和第二电容释放储存的电能至所述电容放电电路；所述刺激输出模块停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲。

本发明进一步设置为：所述串联回路由所述电源电路、所述第一电容、所述刺激输出模块、所述第二电容和所述恒流刺激控制电路依次连接组成。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种神经肌肉恒流刺激电路，包括：

电源电路，用于向串联回路加载一电源电压；刺激输出模块，用于向人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；恒流刺激控制电路，用于向所述刺激输出模块提供一恒定电流；第一电容和第二电容，其根据电容的隔直特性来稳定恒流脉冲输出。

本发明进一步设置为：所述串联回路由所述电源电路、所述第一电容、所述刺激输出模块、所述第二电容和所述恒流刺激控制电路依次连接组成。

本发明进一步设置为：还包括电容放电电路，所述电容放电电路分别与所述第一电容、第二电容和恒流刺激控制电路电性连接，所述电容放电电路用于释放所述第一电容和所述第二电容储存的电能。

本发明进一步设置为：所述恒流刺激控制电路控制所述电容放电电路的导通与闭合。

本发明进一步设置为：所述刺激输出模块设有用于消除反向电压的二极管，所述二极管的阴极与所述第一电容电性连接，所述二极管的阳极与所述第二电容电性连接。

本发明进一步设置为：所述恒流刺激控制电路设有开关，所述开关控制所述恒流刺激控制电路交替进行使能与关断。

本发明进一步设置为：所述开关由mos管组成。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明实施例公开的一种神经肌肉恒流刺激方法及恒流刺激电路，由电源电路为串联回路提供一电源电压，通过恒流刺激控制电路使能来对串联回路输出一恒定电流并作用于第一电容和第二电容，即第一电容和第二电容的充电过程使得刺激输出模块上形成恒流脉冲，恒流脉冲作用于人体神经或肌肉组织达到电刺激目的，进而通过恒流刺激控制电路关断来使得第一电容和第二电容进入放电状态，同时，电容放电电路使能，第一电容和第二电容释放储存的电能至电容放电电路，刺激输出模块停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲，通过设有第一电容和第二电容，在恒流刺激电路进行人体神经或肌肉组织电刺激时，第一电容和第二电容的两端电压达到恒流阈值时，串联回路无法继续恒流充电，其刺激输出幅值会迅速降低，从而避免了恒流刺激电路故障导致一直刺激的状况，另一方面，根据第一电容和第二电容的电容隔直特性，在充电过程结束后，串联回路等效为断开状态，降低了人体与恒流刺激电路直接接触的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种神经肌肉恒流刺激方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种神经肌肉恒流刺激电路的框架图；

图3为本发明实施例公开的恒流刺激控制电路的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高神经肌肉恒流刺激电路的安全性与稳定性，本实施例公开了一种神经肌肉恒流刺激方法，适用于恒流刺激电路，请参考图1、图2和图3，图1为本实施例公开的一种神经肌肉恒流刺激方法的流程图，本恒流刺激方法包括：

步骤S101，通过电源电路21向串联回路2加载一电源电压。

在具体实施例中，参考图2，所述串联回路2由所述电源电路21、所述第一电容22、所述刺激输出模块23、所述第二电容24和所述恒流刺激控制电路25依次连接串联组成，电源电路21向串联回路2加载的电源电压可调。

步骤S102，恒流刺激控制电路25使能，对所述串联回路2输出一恒定电流。

请参考图3，其为恒流刺激控制电路25的原理图，其中，T连接上述串联电路2，Q1为开关251，R1为基极限流电阻，R2为反馈电阻，R3为取样电阻，D1为隔直二极管，信号EN为恒流刺激控制电路25的控制输入信号，当其为逻辑高电平时，开关251关断，使得串联回路2处于关断状态，串联回路2的恒定电流为：I＝0，当其为逻辑低电平时，开关251导通，使得串联回路2处于导通状态，串联回路2的恒定电流为：I＝V_i/R₃。

步骤S103，所述恒定电流作用于第一电容22和第二电容24并使所述第一电容22和第二电容24进入充电状态。

在具体实施例中，因步骤S102中，恒流刺激控制电路25使能，串联回路2根据恒定电流对第一电容22和第二电容24进行恒流充电，串联回路2流过恒定电流，在刺激输出模块23上形成固定电压。

需要说明的是，当第一电容22和第二电容24上的电压达到其恒流阈值时，根据电容的隔直特性，串联回路2无法继续保持对第一电容22和第二电容24进行恒流充电，刺激输出模块23两端电压迅速下降，串联回路2等效为断开状态，以此达到第一电容22和第二电容24的稳定恒流脉冲输出的目的。

步骤S104，刺激输出模块23对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲。

在具体实施例中，刺激输出模块23还包括有输出电极(未示出)，其与人体神经或肌肉组织接触，在刺激输出模块23对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲的瞬间，人体电阻是恒定的，可等效为固定阻值电阻，即为电极间阻值。

步骤S105，所述恒流刺激控制电路25关断，触发电容放电电路26使能并使所述第一电容22和第二电容24进入放电状态。

在本步骤中，恒流刺激控制电路25的控制输入信号EN为逻辑高电平，开关251关断，恒流刺激控制电路25关断，即串联回路2断开，同时触发电容放电电路26使能，因串联回路2断开，第一电容22和第二电容24进入放电状态，可以理解的是，所述恒流刺激控制电路25控制所述电容放电电路26的导通与闭合。

步骤S106，所述第一电容22和第二电容24释放储存的电能至所述电容放电电路26。

在具体实施例中，电容放电电路26将第一电容22和第二电容24在充电状态中储存的电能迅速吸收，降低第一电容22和第二电容24存储的电能对人体的潜在威胁，同时保证在下一次恒定电流刺激时，刺激输出模块23可继续输出恒流脉冲，提高了神经肌肉恒流刺激电路的安全性。

步骤S107，所述刺激输出模块23停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲。

在具体实施例中，开关251交替控制恒流刺激控制电路25的使能与关断，进而使得串联回路2导通与断开，从而使得刺激输出模块23以一定的脉宽向人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲，其中具体脉宽可根据实际需求自行调控。

本实施例还公开了一种神经肌肉恒流刺激电路，请参考图2，其为本发明实施例公开的一种神经肌肉恒流刺激电路的框架图，该神经肌肉恒流刺激电路包括：

电源电路21，用于向串联回路2加载一电源电压；刺激输出模块23，用于向人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；恒流刺激控制电路25，用于向刺激输出模块23提供一恒定电流；第一电容22和第二电容24，其根据电容的隔直特性来稳定恒流脉冲输出，其中，串联回路2由电源电路21、第一电容22、刺激输出模块23、第二电容24和恒流刺激控制电路25依次连接串联组成，还包括电容放电电路26，电容放电电路26分别与第一电容22、第二电容24和恒流刺激控制电路25电性连接，电容放电电路26用于释放第一电容22和第二电容24储存的电能。

在具体实施例中，刺激输出模块23设有用于消除反向电压的二极管231，二极管231的阴极与第一电容22电性连接，二极管231的阳极与第二电容24电性连接，以此降低在第一电容22和第二电容24放电时，刺激输出模块23上的反向电压对人体神经或肌肉的影响。

在具体实施例中，请参考图3，其为恒流刺激控制电路25的原理图，其结构组成与原理上述已说明，这里不做敷述，恒流刺激控制电路25设有开关251，开关251控制所述恒流刺激控制电路25交替进行使能与关断，开关251由mos管组成。

需要说明的是，结合上述说明内容，刺激输出模块23对人体神经或肌肉组织释放的恒流脉冲其脉宽可调，脉冲电流为设定的恒定电流，脉冲幅值正比于电极间阻值，最大脉宽范围内可由开关251的开断频率进行控制。脉冲最大脉宽由电源电路21提供的电源电压、电极间阻值和第一电容22和第二电容24的容值三个因素决定，可根据实际情况进行上述参数的合适的配比，以实现从微秒到秒级别的脉宽控制，最大脉宽与容值、电源电压、电极间阻值以及恒定电流关系有：

T＝C*(U-I*R)/I

其中，T为最大脉宽值，C为第一电容22和第二电容24的电容容值，U为电源电压，I为恒定电流，R为电极间阻值，在实际应用中，上述脉冲脉宽控制方式有两种，一种是首先对影响最大脉宽的三个因素：电源电压、电极间阻值和电容容值进行配置，设定最大脉宽值，在最大脉宽值范围内，利用恒流刺激控制电路25来使能和关断回路，达到控制脉宽的目的，以此达到在一定脉宽范围内，可对刺激输出模块23输出的恒流脉冲的脉宽进行灵活控制的目的。

另一种是根据需求，对影响最大脉宽的三个因素：电源电压、电极间阻值和电容容值进行配置，选择合适的最大脉宽值，刺激输出模块23使能后在最大脉宽时间内，不对串联回路2产生关断动作，刺激输出模块23以最大脉宽输出，最大脉宽由硬件电路来决定大小，其对刺激输出模块23的使能与关断交替频率要求较低。

本发明通过由电源电路21为串联回路2提供一电源电压，通过开关251控制恒流刺激控制电路25使能来对串联回路2输出一恒定电流并作用在第一电容22和第二电容24上，即第一电容22和第二电容24在充电过程中在刺激输出模块23上形成恒流脉冲，通过输出电极(未示出)将恒流脉冲作用于人体神经或肌肉组织达到电刺激目的，进一步的，通过恒流刺激控制电路25关断来使得第一电容22和第二电容24进入放电状态，同时，由恒流刺激控制电路25关断来触发电容放电电路26使能，第一电容22和第二电容24释放储存的电能至电容放电电路26，此时，串联回路2等效为断开状态，刺激输出模块23停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲，继而通过开关251控制恒流刺激控制电路25交替进行使能与关断，从而保持刺激输出模块23以一定的脉冲脉宽作用于人体神经或肌肉组织，通过设有第一电容22和第二电容24，在恒流刺激电路25进行人体神经或肌肉组织电刺激时，第一电容22和第二电容24的两端电压达到恒流阈值时，串联回路2无法继续恒流充电，其刺激输出幅值会迅速降低，从而避免了恒流刺激电路25故障导致一直刺激的状况，另一方面，根据第一电容22和第二电容24的电容隔直特性，在充电过程结束后，串联回路2等效为断开状态，降低了人体与恒流刺激电路25直接接触的风险，提高了神经肌肉恒流刺激电路的安全性和稳定性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种神经肌肉恒流刺激方法，其特征在于，包括：

通过电源电路向串联回路加载一电源电压；

恒流刺激控制电路使能，对所述串联回路输出一恒定电流；

所述恒定电流作用于第一电容和第二电容并使所述第一电容和第二电容进入充电状态；

刺激输出模块对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；

所述恒流刺激控制电路关断，触发电容放电电路使能并使所述第一电容和第二电容进入放电状态；

所述第一电容和第二电容释放储存的电能至所述电容放电电路；

所述刺激输出模块停止对人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲。

2.如权利要求1所述的一种神经肌肉恒流刺激方法，其特征在于，所述串联回路由所述电源电路、所述第一电容、所述刺激输出模块、所述第二电容和所述恒流刺激控制电路依次连接组成。

3.一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，包括：

电源电路，用于向串联回路加载一电源电压；

刺激输出模块，用于向人体神经或肌肉组织释放恒流脉冲；

恒流刺激控制电路，用于向所述刺激输出模块提供一恒定电流；

第一电容和第二电容，其根据电容的隔直特性来稳定恒流脉冲输出。

4.如权利要求3所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，所述串联回路由所述电源电路、所述第一电容、所述刺激输出模块、所述第二电容和所述恒流刺激控制电路依次连接组成。

5.如权利要求4所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，还包括电容放电电路，所述电容放电电路分别与所述第一电容、第二电容和恒流刺激控制电路电性连接，所述电容放电电路用于释放所述第一电容和所述第二电容储存的电能。

6.如权利要求5所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，所述恒流刺激控制电路控制所述电容放电电路的导通与闭合。

7.如权利要求3所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，所述刺激输出模块设有用于消除反向电压的二极管，所述二极管的阴极与所述第一电容电性连接，所述二极管的阳极与所述第二电容电性连接。

8.如权利要求3所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，所述恒流刺激控制电路设有开关，所述开关控制所述恒流刺激控制电路交替进行使能与关断。

9.如权利要求8所述的一种神经肌肉恒流刺激电路，其特征在于，所述开关由mos管组成。