CN111939068A - 一种肌电反馈智能针灸理疗仪 - Google Patents

Abstract

一种肌电反馈智能针灸理疗仪，通过肌电采集模块得到理疗时的肌电信号，并通过无线蓝牙通信将数据传输到云端服务器，利用程序算法对肌电信号进行频谱分析，判断产生耐受性的原因与时机，智能改变电针灸的输出脉冲波形，达到最佳理疗效果。本发明不仅设有三种固定的理疗脉冲波形：恒定频率的连续波、间隔工作的断续波和高低频率的疏密波，而且还能根据反馈结果智能改变理疗波形。本发明主要帮助治疗面瘫、中风等疾病，对人体肌肉的康复治疗等发挥作用。

Description

一种肌电反馈智能针灸理疗仪

技术领域

本发明涉及应用于医疗电子设备技术领域，特别是涉及肌电反馈来实时改变理疗方式的智能针灸理疗仪。

背景技术

随着颈肩痛、腰肌痛、面瘫、肌肉萎缩等疾病越来越多，迫切需要更多的医疗技术来辅助治疗这些疾病。

针灸作为中华民族一大瑰宝，针灸是针法和灸法的总称，针法是把毫针刺入患者身体某一穴位，运用捻转与提插等针刺手法来治疗疾病。针灸最先采用的是手针，但是手针的弊端日益明显。

随着医疗设备不断向着高科技的方向发展，把电子技术与传统针灸相结合起来，使电子针灸仪应运而生。电子针灸仪有的用皮肤电极贴片，尽管对深入的肌肉治疗效果不好，但它没有针具刺入皮肤，所以解决了有创、晕针、皮下出血等问题。

传统的电子针灸仪结构简单，患者一直采用固定的频率强度或重复周期性的脉冲刺激来理疗，会使脉冲电流的刺激效果明显下降，随之治疗效果也大大下降，也称此现象为耐受性。有的电子针灸仪即使能够改善耐受性的缺点，但是具有局限性，不能实时反馈来完全克服耐受性。并且，目前耐受性只能依靠患者的感受和疗效来研究，缺乏科学的数据验证。因此，要想解决耐受性问题，需要多次实验来研究产生耐受性的敏感因素与时机。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：传统的电子针灸仪对患者长时间或反复用一种脉冲作为刺激信号进行理疗时，会导致刺激疲劳而产生耐受性，理疗效果大大降低。因此要根据实时反馈回来的肌电信号，找出产生耐受性的敏感参数，从而判断出产生耐受性的时机，实时智能改变刺激脉冲电流，有效克服耐受性。

为解决上述问题，本发明公开了一种通过肌电信号实时反馈的智能针灸理疗仪，包括肌电采集模块、肌电信号传输与控制模块、电针灸理疗模块，还需要应用云端服务器。所述肌电采集模块通过肌电采集芯片对肌电信号进行放大、滤波和模数转换后，通过无线蓝牙通信将肌电信号上传到云端服务器，在云端通过肌电信号处理算法提取耐受性敏感参数，与所设定的阈值进行比较，再将控制结果通过无线蓝牙通信发送到电针灸理疗系统，进而确定是否对理疗仪的驱动参数进行调节。电针灸理疗系统中的主控芯片得到反馈回来的控制指令后，根据控制指令智能的改变理疗波形，从而克服了人体对理疗的耐受性，大大提高了疗效。

作为优选地，所述肌电采集传感器采用生物传感器，其表面电极贴片使用Ag-AgCl电极。

作为优选地，所述肌电采集模块采用四通道肌电采集芯片，该芯片把四通道采集前置放大电路、右腿驱动电路、滤波电路、陷波电路以及AD模数转换电路等集成于一体。

作为优选地，所述无线收发模块采用HC-06无线蓝牙协议传输，可以实时对肌电信号进行检测与传输。

作为优选地，所述耐受性敏感参数与积分肌电值和平均功率频率有关。经过多次实验，发现积分肌电值的波动变化具有规律性：刚开始增大，随后慢慢减小，表示肌肉进入了疲劳状态。并且同一部位的肌肉平均功率频率值在理疗一段时间后具有明显差异,表示着该部位产生了疲劳耐受性。在云端通过程序得到一时间段的积分肌电值和平均功率频率值，与所设定的阈值进行比较，实时得到控制结果。

作为优选地，所述电针灸理疗系统使用STM32F051C8T6单片机来接收和处理肌电信号，发出控制指令等。

作为优选地，所述电源电路采用L7805三端稳压管将直流9V降到直流5V，为肌电采集模块和其他电路供电。

作为优选地，所述电源电路采用HT7133三端稳压管将直流5V降到直流3.3V，为单片机供电。

本发明的有益效果是：采用所述肌电反馈智能针灸理疗仪，在云端服务器通过算法程序对肌电信号频谱进行处理，得到耐受性与肌电信号的积分肌电值和平均功率频率值有关，再与所设定的阈值进行比较，准确判断出耐受性的产生时机，将结果反馈到STM32单片机中，然后单片机发送控制指令，智能改变针灸理疗波形，使整个理疗过程方便简洁并且理疗效果更加高效。

相对于传统的电子针灸仪，本发明在理疗过程中增加了智能反馈模块，有效克服了耐受性的缺点，对治疗面瘫等疾病有很大的疗效。

附图说明

图1为本发明公开的肌电反馈智能针灸理疗仪的整体结构示意图；

图2为本发明公开的肌电反馈智能针灸理疗仪的整体工作流程图；

图3为肌电信号传输与控制模块内部连接的结构框图；

图4为电针灸理疗模块的具体结构示意图；

图5为电针灸理疗模块内部的脉冲电流产生电路原理图；

图6为电源模块的电路原理图。

图1-6中：1-肌电采集模块；2-肌电信号传输与控制模块；3-电针灸仪理疗模块；4-云端服务器；5-电源适配器；6-Ag-AgCl表面电极；7-电极导联线；8-毫针电极金属夹；9-皮肤电极；10-信号专用连接线；11-输出导线插孔；12-波形选择按钮；13-调节强度旋钮；14-调节频率旋钮；15-定时器旋钮；16-电源开关按钮；17-主控芯片；18-无线传输模块；19-脉冲电流产生电路；20-肌电采集集成芯片；21-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明，此处所描述的仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明公开的肌电反馈智能针灸理疗仪，包括肌电采集模块1、数据传输及控制模块2、电针灸理疗模块3，以及需要云端服务器4对肌电信号进行处理，得到控制结果并返回。

按照如图2所示的工作流程：患者理疗开始时需手动选择理疗波形、强度与频率并对理疗时间进行定时，针灸理疗模块的主控芯片发送控制指令来驱动电针，为患者理疗。在理疗过程中，由于人体对理疗脉冲有耐受性，所以本发明包括智能反馈调节，即对理疗部位近处进行肌电信号采集，将数据通过无线蓝牙传输传到云端服务器，云端服务器通过处理程序得到控制结果并发送到针灸理疗模块的主控芯片上，主控芯片改变驱动电针的控制指令，进而智能改变理疗模式，有效克服耐受性。

本发明公开的肌电反馈智能针灸理疗仪中的四个模块进行协同工作，使理疗仪有效安全的运行。

需要特别说明的是，肌电采集模块中采用肌电采集芯片对肌电信号进行采集和预处理，肌电采集芯片把前置放大电路、右腿驱动电路、滤波电路、陷波电路以及AD模数转换电路等集成于一体。利用生物传感器采集到有很多噪声的微弱肌电模拟信号，通过采集芯片对模拟信号进行放大、降噪、滤波以及转换成数字信号发送给微处理器。

如图3所示，肌电信号传输与控制模块将系统的各个部分连接起来。肌电采集芯片通过串口与主控芯片17连接，主控芯片17又通过串口与无线蓝牙传输18模块连接，主控芯片17通过信号控制线与电针灸理疗模块3连接，根据反馈回来的控制结果来发送控制指令，智能改变波形控制电针驱动。

如图4所示，电针灸理疗模块3通过波形选择按钮12来控制治疗脉冲波形，通过强度按钮13来调节针灸的强度，通过频率旋钮14来调节针灸波形频率，从而达到更好的理疗效果。

需要特别说明的是电针灸理疗模块3内部的脉冲电流产生电路如图5所示，通过控制两个GPIO口的高低电平状态，对脉冲电流产生电路进行控制。在云端通过程序得到一时间段的积分肌电值和平均功率频率值，与所设定的阈值进行比较，实时得到控制结果。主控芯片17根据反馈回来的控制结果，发出控制指令，以此控制电针灸仪产生不同的理疗波形，达到不同的理疗效果。

如图6所示，电源模块通过电源适配器将家用交流220V变为直流9V，9V脉冲电流产生电路进行供电。采用L7805稳压电路将9V变为直流5V，为其他电路供电。采用HT7133稳压电路将直流5V变为直流3.3V，为主控芯片17进行供电。

优选地，本发明由主控芯片17控制大部分协同工作，使得本发明简单易操作，同时针灸理疗波形具有随意调节幅值与频率的特性，能够很好的克服耐受性，从而提高理疗效果。

优选地，本发明可以在云端服务器记录使用者的肌电信号数据，同时对使用者的肌电信号生成肌电评价指标，使用者不仅能查到之前的理疗数据，还能看到理疗前后的状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，亦可以对技术方案进行修改，获得对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则内，所做任何的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于：包括肌电采集模块(1)、数据传输及控制模块(2)、电针灸理疗模块(3)；

所述肌电采集模块(1)包括与人体皮肤接触的Ag-AgCl表面电极(6)，电极导联线(7)，用于采集肌电信号的集成芯片(20)。

所述数据传输及控制模块(2)包括用于收发肌电数字信号并发出控制指令的微控制器主控芯片(17)，将处理过的数字信号传输到云端服务器的无线蓝牙通信模块(18)，给整个设备供电的电源模块(21)；

所述电针灸理疗模块(3)包括内部的脉冲电流产生电路(19)，调节针灸强度旋钮(13)，调节针灸频率旋钮(14)，理疗波形选择按钮(12)，电源开关按钮(16)，毫针电极金属夹(8)，导电自粘胶皮肤电极(9)，电极输出导线(10)。

2.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述肌电采集系统(1)中Ag-AgCl表面电极(6)通过电极导联线(7)与生物传感器相连接，采集肌电信号的集成芯片(20)直接通过无线蓝牙传输(18)传送数据。

3.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述数据传输及控制模块(2)中主控芯片(17)为STM32F051C8T6微处理器，通过串口分别与肌电采集模块(1)和无线蓝牙通信模块(18)相连接。

4.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述电源模块(21)是将家用220V交流电的输入电源，通过电源适配器(5)输出为9V直流电，再通过三个稳压电路最后输出3.3V直流电源。

5.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述脉冲电流产生电路(19)通过主控芯片(17)的控制执行指令产生脉冲波形，输出恒定频率的连续波、间隔工作的断续波和高低频率的疏密波。

6.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述电针灸理疗模块(3)中理疗波形选择按钮(12)使主控芯片(17)发出控制指令，调节针灸强度旋钮(13)与调节针灸频率旋钮(14)控制理疗波形的强度与频率，把电极输出导线(11)插入皮肤电极(9)或毫针电极金属夹(8)的插孔中，将皮肤电极(9)直接粘贴在人体所需治疗肌肉部位或毫针电极金属夹(8)夹住电针上。

7.根据权利要求1所述的肌电反馈智能针灸理疗仪，其特征在于，所述云端服务器利用无线蓝牙通信模块(18)获取肌电数据，通过程序处理肌电数据，将其结果发送到数据传输及控制模块(2)的主控芯片(17)中，来实时改变理疗波形。

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