CN110141785A - 一种多通道电刺激系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道电刺激系统，包括总控制单元和电刺激单元，所述总控制单元通过总线接口与若干电刺激单元连接，各电刺激单元独立工作；各所述电刺激单元均包括接收模块、控制模块、DC‑DC升压模块、驱动电路、输出模块；接收模块的通信接口与总控制单元的通信接口通过总线连接，用于接收总控制单元发送的控制信号；控制模块通过接收模块接收总控制单元发送的信号，协调和控制各硬件模块电路正常工作；DC‑DC升压模块将初始电压提升至电刺激所需电压；驱动电路能够改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形；输出模块包括输出电极，所述输出电极直接作用在人体上，用于引起肌肉收缩。本发明提供了多样化的电刺激形式。

Description

一种多通道电刺激系统

技术领域

本发明涉及康复电刺激技术领域，具体涉及一种多通道电刺激系统。

背景技术

电刺激是首先应用于康复治疗的方法,从最初被动刺激，延缓偏瘫患者因为肌肉废用引起的肌萎缩、消炎、促进机体康复速度直到现在名目繁多的各类肌肉刺激、神经刺激。各种刺激手段，代替或矫正肢体和器官已丧失的功能，同时理论上兼以神经系统功能重建的电刺激形式统称为功能电刺激。

功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)属于神经肌肉电刺激(neuromuscular electrical stimulation，NES)的范畴，是利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。

现有技术中，大部分电刺激器采用的均是分时复用的开关式方案，刺激信号具有单一性，并且大部分电刺激器采用单一通道的电刺激方式，无法构成多种电刺激的组合刺激方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多通道电刺激系统，能够通过多通道的电刺激信号之间的变化，形成多种电刺激方式，并且对于每一种电刺激方式均能够改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道电刺激系统，包括总控制单元和电刺激单元，所述总控制单元通过总线和接口与若干电刺激单元连接，各电刺激单元独立工作；各所述电刺激单元均包括接收模块、控制模块、DC-DC升压模块、驱动电路、输出模块；

所述接收模块包括通信接口，所述接收模块的通信接口与总控制单元的通信接口通过总线连接，接收总控制单元发送的控制信；

所述控制模块通过接收模块接收总控制单元发送的信号，协调和控制各硬件模块电路正常工作；

所述DC-DC升压模块将初始电压提升至电刺激所需电压；

所述驱动电路能够改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形；

所述输出模块包括输出电极，所述输出电极直接作用在人体上，用于引起肌肉收缩。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述DC-DC升压模块采用DC-DC升压芯片，可将输入电压5V升压至最大60V，输出的升压值通过改变两个分压电阻的比例进行调节。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述分压电阻包括固定电阻和数字电位计，所述数字电位计接收控制模块发出的命令，从而改变数字电位计的电阻值。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述驱动电路的开关元件采用的PNP和NPN型的三极管，构成了“H”型的上下桥臂开关结构，通过控制上下桥臂的通断，可以控制流经人体的电流方向；改变上下桥臂的通段时间。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述总线为485总线、所述接口采用与之匹配的485接口。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括人体保护电路，所述人体保护电路包括比较器和两路输入电路，一路为DC-DC升压模块处理后的升压电压，一路为由机械式滑动变阻器和固定电阻组成的限压电压，输入的限压电压由机械式滑动变阻器调节，当升压电压大于限压电压时，比较器的输出端发生电平转换，触发保护开关，继电器断开，电刺激模块停止工作。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括参数检测模块和显示模块，所述参数检测模块包括串接在刺激通路上的采样电阻，通过检测采样电阻的电压值，计算得出流过该刺激通路的电流值，将结果显示在显示模块上，所述显示模块为OLED显示屏。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括状态指示模块，所述状态指示模块用于指示电刺激单元的工作状态，比如报警、电刺激单元开关的状态。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括若干电刺激单元配合后能够产生多种电刺激方式，包括滑觉模拟电刺激方式、振动模拟电刺激方式。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述滑觉模拟电刺激方式模拟物体滑过皮肤的感觉，控制若干电刺激单元依次逐个发出刺激信号，形成类似流水灯的刺激序列；所述振动模拟电刺激方式模拟物体敲击皮肤的感觉，控制若干电刺激单元循环切换发出刺激信号，形成不断振动的感觉。

本发明的有益效果：

其一、本发明采用“主控制单元和单独的电刺激单元”的模块化设计方案，主控制单元和电刺激单元采用总线连接，各个通道的电刺激信号由各电刺激单元产生，主控制单元通过总线对各电刺激单元进行调度。这种方案实现了真正意义上的多通道，各通道之间互不影响，整个系统实时性强，具备可扩展性，能够通过多通道的电刺激信号之间的变化，形成多种电刺激方式。

其二、本发明中单独的电刺激单元中具有DC-DC升压模块、驱动电路，能够在控制模块的调控下改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形，使电刺激形式更加多元化。

附图说明

图1是本发明的多通道电刺激系统的原理框图；

图2是本发明的两种具体的电刺激方式，其中，图a为滑觉模拟电刺激方式，图b为振动模拟电刺激方式；●代表有电刺激信号；○代表没有电刺激信号。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的多通道电刺激系统的一实施例，包括总控制单元和电刺激单元，所述总控制单元通过总线和接口与若干电刺激单元连接，各电刺激单元独立工作；各所述电刺激单元均包括接收模块、控制模块、DC-DC升压模块、驱动电路、输出模块；在所述电刺激单元中，所述接收模块、控制模块、DC-DC升压模块、驱动电路、输出模块均设置在PCB板上电连接，构成完整的电信号通路。

所述接收模块包括通信接口，所述接收模块的通信接口与总控制单元的通信接口通过总线连接，接收总控制单元发送的控制信，本实施例中，所述总控制单元与各个电刺激单元进行一对多交互，所述总线为485总线、所述通信接口采用与之匹配的485接口，所述总线可以拓展为多个通道，在其他实施中也可以实用其他形式的总线和通信接口的通信形式。

所述控制模块通过接收模块接收总控制单元发送的信号，协调和控制各硬件模块电路正常工作。

所述DC-DC升压模块将初始电压提升至电刺激所需电压；所述电压用于刺激肌肉收缩，电压过低无法导致肌肉收缩，本实施例中，所述DC-DC升压模块采用DC-DC升压芯片，可将输入电压5V升压至最大60V，输出的升压电压通过改变两个分压电阻的比例进行调节，所述分压电阻包括固定电阻和数字电位计，所述数字电位计接收控制模块发出的命令，从而改变数字电位计的电阻值，通过此种方式能够准确的分配两个分压电阻的比例，提高调节的分辨率和稳定性。

所述驱动电路能够改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形；所述驱动电路的开关元件采用的PNP和NPN型的三极管，构成了“H”型的上下桥臂开关结构，通过控制上下桥臂的通断，可以控制流经人体的电流方向；改变上下桥臂的通段时间，从而形成不同的电刺激波形，其中，电刺激强度的调节范围为：10～60V,电刺激脉宽的调节范围为：0～100μs，电刺激频率的调节范围为：1～100HZ,可以根据使用者的实际情况和使用效果，调节电刺激参数。

所述输出模块包括输出电极，所述输出电极一端与驱动电路电连接，所述输出电极另一端直接作用在人体上，用于引起肌肉收缩。

具体地，本实施例还包括参数检测模块和显示模块，所述参数检测模块包括串接在刺激通路上的采样电阻，通过检测采样电阻的电压值，计算得出流过该刺激通路的电流值，将结果显示在显示模块上，所述显示模块为OLED显示屏，本实施例中，通过设置参数检测模块和显示模块实现了数据可视化，能够便于使用者实时监控电流数据。

具体地，本实施例还包括人体保护电路，所述人体保护电路电连接在参数检测模块和驱动电路之间，用于紧急情况下控制驱动电路通断，所述人体保护电路包括比较器和两路输入电路，所述输入电路一路为DC-DC升压模块处理后的升压电压，一路为由机械式滑动变阻器和固定电阻组成的限压电压，输入的限压电压由机械式滑动变阻器调节，当升压电压大于限压电压时，比较器的输出端发生电平转换，触发保护开关，继电器断开，电刺激模块停止工作，保护使用者。

具体地，本实施例还包括状态指示模块，所述状态指示模块用于指示电刺激单元的工作状态，比如报警、电刺激单元开关的状态，所述状态指示模块包括不同颜色的指示灯，每一种指示灯的状态对应一种电刺激系统的工作状态，通过指示灯能够清楚的了解电刺激系统运行情况。

所述总控制单元协调整个多通道电刺激单元的正常运行，能够调节每个电刺激单元独立工作，向上与PC上位机进行交互，通信方式为串口通信，若干电刺激单元在总控制单元的调控下，相互配合后能够产生多种电刺激方式，参照图2所示，本实施例采用4个电刺激单元，给出两种电刺激方式，根据实际使用需求，可以配合出更多的电刺激方式。

参照图a所示，本实施例中的电刺激方式为：滑觉模拟电刺激方式，所述滑觉模拟电刺激方式模拟物体滑过皮肤的感觉，控制若干电刺激单元依次逐个发出刺激信号，本实施例中，4个电刺激单元按照时间顺序依次发出电刺激信号，电刺激信号分别作用于不用的位置，且作用的时间也不同，形成类似流水灯的刺激序列。

参照图b所示，本实施例中的电刺激方式为：振动模拟电刺激方式，所述振动模拟电刺激方式模拟物体敲击皮肤的感觉，控制若干电刺激单元循环切换发出刺激信号，本实施例中，4个电刺激单元两两一组，不断循环变换电刺激的位置，形成不断振动的感觉。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种多通道电刺激系统，其特征在于，包括总控制单元和电刺激单元，所述总控制单元通过总线和接口与若干电刺激单元连接，各电刺激单元独立工作；各所述电刺激单元均包括接收模块、控制模块、DC-DC升压模块、驱动电路、输出模块；

所述接收模块包括通信接口，所述接收模块的通信接口与总控制单元的通信接口通过总线连接，接收总控制单元发送的控制信号；

所述控制模块通过接收模块接收总控制单元发送的信号，协调和控制各硬件模块电路正常工作；

所述DC-DC升压模块将初始电压提升至电刺激所需电压；

所述驱动电路能够改变电刺激的强度、脉宽、频率，从而产生多种电刺激波形；

所述输出模块包括输出电极，所述输出电极直接作用在人体上，用于引起肌肉收缩。

2.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，所述DC-DC升压模块采用DC-DC升压芯片，可将输入电压5V升压至最大60V，输出的升压值通过改变两个分压电阻的比例进行调节。

3.如权利要求2所述的多通道电刺激系统，其特征在于，所述分压电阻包括固定电阻和数字电位计，所述数字电位计接收控制模块发出的命令，从而改变数字电位计的电阻值。

4.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，所述驱动电路的开关元件采用的PNP和NPN型的三极管，构成了“H”型的上下桥臂开关结构，通过控制上下桥臂的通断，可以控制流经人体的电流方向；改变上下桥臂的通段时间。

5.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，所述总线为485总线、所述接口采用与之匹配的485接口。

6.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，还包括人体保护电路，所述人体保护电路包括比较器和两路输入电路，一路为DC-DC升压模块处理后的升压电压，一路为由机械式滑动变阻器和固定电阻组成的限压电压，输入的限压电压由机械式滑动变阻器调节，当升压电压大于限压电压时，比较器的输出端发生电平转换，触发保护开关，继电器断开，电刺激模块停止工作。

7.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，还包括参数检测模块和显示模块，所述参数检测模块包括串接在刺激通路上的采样电阻，通过检测采样电阻的电压值，计算得出流过该刺激通路的电流值，将结果显示在显示模块上，所述显示模块为OLED显示屏。

8.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，还包括状态指示模块，所述状态指示模块用于指示电刺激单元的工作状态，比如报警、电刺激单元开关的状态。

9.如权利要求1所述的多通道电刺激系统，其特征在于，若干电刺激单元配合后能够产生多种电刺激方式，包括滑觉模拟电刺激方式、振动模拟电刺激方式。

10.如权利要求9所述的多通道电刺激系统，其特征在于，所述滑觉模拟电刺激方式模拟物体滑过皮肤的感觉，控制若干电刺激单元依次逐个发出刺激信号，形成类似流水灯的刺激序列；所述振动模拟电刺激方式模拟物体敲击皮肤的感觉，控制若干电刺激单元循环切换发出刺激信号，形成不断振动的感觉。