CN114652961A - 一种可调整的电刺激助行仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人工智能医疗设备技术领域，特别涉及一种可调整的电刺激助行仪器。该可调整的电刺激助行仪器，包括电刺激主机，其特征是：所述电刺激主机内设有电刺激主板，电刺激主板连接电极贴，电刺激主板内设有电刺激输出模块，电刺激输出模块由波形产生电路和恒流电路构成，波形产生电路由相串联的放大电路和波形合成电路构成，电刺激主板内设有陀螺仪芯片。本发明的有益效果是：完成了对刺激脉冲的频率、脉宽、占空比、上升下降时间的控制，能够根据实际需要选择合适的刺激脉宽。其次，通过传感器获得患者抬腿不能到达的角度时机进行刺激判断，能够最好的在需要刺激的时候进行治疗，有更好的治疗效果。
Description
（一） 技术领域
本发明属于人工智能医疗设备技术领域，特别涉及一种可调整的电刺激助行仪器。
（二） 背景技术
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。该技术的临床应用于在中风后运动恢复、辅助脑性麻痹儿童改善上肢功能、治疗不完全脊髓损伤患者行走期间的步态和基于FES的神经假肢使截瘫个体恢复失去的运动功能等康复领域。足下垂是骨外科体征之一。患者坐位，两下肢自然悬垂，如见足处于跖屈位且完全不能主动背屈与内、外翻，则为足下垂。本征可见于坐骨神经麻痹和腓总神经麻痹。前者所致本征，足趾既不能背屈，也不能跖屈；而后者所致本征，足趾可跖屈；据此可鉴别二者。另外本征还可见于脊髓灰质炎、进行性肌营养不良、低血钾性周期性麻痹与下肢瘫痪等。治疗足下垂常见的方法有足部温热疗法、康复锻炼、针刺与按摩、佩戴支具、胫前肌及趾长伸肌腱悬吊、胫后肌腱转移治疗足下垂、腓肠肌内外侧头前移、重建伸趾功能术、手术切除、电刺激等。在现有针对足下垂治疗时，大部分助行仪采用的波形频率、脉宽等参数都是固定的，容易使患者在治疗一段时间后产生习惯性的适应问题，从而降低了治疗的效果。而且大部分助行仪在治疗过程中分不清刺激的时机，没有确定疼痛的临界值和治疗效果的临界值，只是简单的进行电刺激，从而不能达到治疗的目的。
（三） 发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种可调整的电刺激助行仪器，能够根据实际需要选择合适的刺激脉宽，能够最好的在需要刺激的时候进行治疗，有更好的治疗效果。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种可调整的电刺激助行仪器，包括电刺激主机，其特征是：所述电刺激主机内设有电刺激主板，电刺激主板连接电极贴，电刺激主板内设有电刺激输出模块，电刺激输出模块由波形产生电路和恒流电路构成，波形产生电路由相串联的放大电路和波形合成电路构成，电刺激主板内设有陀螺仪芯片。
所述放大电路由同相放大电路和反相放大电路相并联构成。
所述恒流电路由正相脉冲电路和反相脉冲电路相并联构成。
所述电刺激主板上设有蓝牙模块，蓝牙模块与遥控器无线通讯连接。
所述电刺激主机连接绑带。
所述电刺激主板内连接有充电锂电池。
本发明的有益效果是：完成了对刺激脉冲的频率、脉宽、占空比、上升下降时间的控制，能够根据实际需要选择合适的刺激脉宽。其次，通过传感器获得患者抬腿不能到达的角度时机进行刺激判断，能够最好的在需要刺激的时候进行治疗，有更好的治疗效果。
（四） 附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的电刺激主板结构示意图；
附图3为本发明的波形产生电路图；
附图4为本发明的恒流电路图；
图中，1电刺激主机，2电刺激主板，3电极贴，4波形产生电路，5恒流电路，6放大电路，7波形合成电路，8陀螺仪芯片，9同相放大电路，10反相放大电路，11正相脉冲电路，12反相脉冲电路，13蓝牙模块，14遥控器，15绑带,16充电锂电池。
（五） 具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括电刺激主机1，电刺激主机1内设有电刺激主板2，电刺激主板2连接电极贴3，电刺激主板2内设有电刺激输出模块，电刺激输出模块由波形产生电路4和恒流电路5构成，波形产生电路4由相串联的放大电路6和波形合成电路7构成，电刺激主板2内设有陀螺仪芯片8。放大电路6由同相放大电路9和反相放大电路10相并联构成。恒流电路5由正相脉冲电路11和反相脉冲电路12相并联构成。电刺激主板2上设有蓝牙模块13，蓝牙模块13与遥控器14无线通讯连接。电刺激主机1连接绑带15。电刺激主板2内连接有充电锂电池16。
采用本发明的可调整的电刺激助行仪器，电路主要包括波形产生电路4和恒流电路5组成的电刺激输出模块。该波形产生电路4由DAC控制的电压放大电路6和波形合成电路7组成。放大电路6由 U1A、U2A和相关的外围元件组成，分别为同相放大电路9和反相放大电路10，其主要作用是对DA输出的电压进行放大和波形翻转，并提高其驱动能力；波形合成电路7由U3A和其它外围元件组成，主要作用是对刺激波形进行合成，得到所需要的双相刺激波形。人体表面电阻通常在500欧-2k欧的范围内，刺激脉冲电压的最大值只有4V左右，需要对产生的脉冲波形进行升压。恒流电路5上下两部分对称。刺激脉冲首先通过压控恒流源电路(U4A、R11和Q1，U4B、R15和Q5)，产生恒定的刺激电流，再通过Wilson镜像恒流源(Q2、Q3、Q4、R12和R13，Q6、Q7、Q8、R16和R17)进行稳流和升压，最后通过人体负载RL，产生电刺激。当输入电压Vs为正相脉冲时，正相脉冲电路11工作，并由UA、Qn和 Rn组成的前端恒流电路维持电流的恒定。
采用本发明的可调整的电刺激助行仪器，电刺激主机1靠背胶固定在绑带15上，绑带15固定在膝盖下3厘米左右，电极贴3贴在小腿外部腓总神经上。电刺激主机1在绑带15外围固定，电刺激主机1内出来的电刺激线经过绑带15上的孔伸到绑带15里面贴在使用者小腿上，贴好后绑带15在小腿上固定好再进行使用。
采用本发明的可调整的电刺激助行仪器，遥控器14遥控电刺激主机1进行刺激实现练习模式训练；电刺激主板2里面有陀螺仪芯片8，使用者佩戴此产品行走时，陀螺仪芯片8监测到有向前的加速度和角度变化时，电刺激主板2将进行电刺激输出，经过电信号刺激腓总神经收缩，达到抬脚尖的运动。不断重复的运动模式信息，传入中枢神经系统，使之达到神经网络重建的目的。
训练模式中，遥控器14可以设定需要的参数数值，数值记录通过2.4G蓝牙模块13传输到电刺激主机1中，电刺激主机1接收后经过处理器处理，将修改好的刺激脉冲通过电刺激输出模块输出刺激脉冲，经过长时间的设定参数的刺激脉冲治疗以达到训练的目的。高级模式中，同样通过遥控器14的嵌入式操作系统检测到高级模式按键组合信号后，遥控器14进入高级模式，可以任意的设置所需的电刺激参数。通过遥控器14的按键可以调节刺激频率，刺激脉宽，上升时间，下降时间等主要参数，设定好适合目前应用的刺激参数，本高级模式一般需要专业的人员进行设定，一般使用人员常用已设定好的预设参数就可。通过遥控器14和电刺激主机1的蓝牙模块13进行无线通讯，传输设定好的参数，接收到遥控,14参数的电刺激主机1会根据设定的参数进行训练。行走模式中，电刺激主板2里面有陀螺仪芯片8，使用者佩戴此产品行走时，陀螺仪传感器会检测到患者的肢体摆动角度。通过MPU6070传感器以脚的垂直为零度，前后摆动为X轴的正负区间，左右摆动为Y轴的正负区间，脚的垂直线为Z轴建立一个XYZ坐标系。采得X,Y轴角度数值之后，将坐标系中的x轴分析它位于地理坐标系的位置，记为X’，对于角速度的积分求得旋转的角度α，在地理坐标系XYZ中，单位向量X’在地理坐标系XYZ上都存在一个投影。假设，先绕Z轴旋转，旋转的角度α就是X和X’的夹角，可以得到关于X’的三阶矩阵。以此方法同样的计算Y轴的夹角获得融合角度值，而后再通过运动加速度两项数值联合判断脚的抬起时机。当坐标系中的相对坐标出现上升的偏差以及运动加速度为正时判断为抬腿的动作，同理判断落腿的动作。当两个数值的条件都达到时，电刺激主板2发出刺激信号，电刺激输出模块经过波形产生电路4和恒流电路5输出电刺激脉冲，刺激腓总神经收缩，达到抬脚尖的运动。不断重复的运动模式信息，传入中枢神经系统，使之达到神经网络重建的目的。
Claims (6)
1.一种可调整的电刺激助行仪器，包括电刺激主机（1），其特征是：所述电刺激主机（1）内设有电刺激主板（2），电刺激主板（2）连接电极贴（3），电刺激主板（2）内设有电刺激输出模块，电刺激输出模块由波形产生电路（4）和恒流电路（5）构成，波形产生电路（4）由相串联的放大电路（6）和波形合成电路（7）构成，电刺激主板（2）内设有陀螺仪芯片（8）。
2.根据权利要求1所述的可调整的电刺激助行仪器，其特征是：所述放大电路（6）由同相放大电路（9）和反相放大电路（10）相并联构成。
3.根据权利要求1所述的可调整的电刺激助行仪器，其特征是：所述恒流电路（5）由正相脉冲电路（11）和反相脉冲电路（12）相并联构成。
4.根据权利要求1所述的可调整的电刺激助行仪器，其特征是：所述电刺激主板（2）上设有蓝牙模块（13），蓝牙模块（13）与遥控器（14）无线通讯连接。
5.根据权利要求1所述的可调整的电刺激助行仪器，其特征是：所述电刺激主机（1）连接绑带（15）。
6.根据权利要求1所述的可调整的电刺激助行仪器，其特征是：所述电刺激主板（2）内连接有充电锂电池（16）。
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| Title |
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| 刘翠华等: "步态诱发功能性电刺激对脑卒中足下垂患者的疗效观察", 《中国康复医学杂志》 * |
| 朱勇等: "基于双轴角度传感器的足下垂功能电刺激系统", 《生物医学工程学杂志》 * |
| 郑文超 等: "一种用于生物刺激反馈系统的新型刺激电流源", 《电源技术》 * |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20220624 |
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