CN116850455B - 基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，它解决了不同部位电流强度调节不便等问题，其包括如下步骤：S1：对患者不同部位进行电刺激，电压强度呈阶梯式上升；S2：感应肌肉收缩量，建立不同部位电压强度与肌肉收缩的函数方程；S3：调整电刺激部位，采集不同部位的体表阻值，根据阻值变化对电压强度进行调整。本发明具有调节方便、结构稳定等优点。

Description

基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置

技术领域

本发明属于脉冲技术领域，具体涉及一种基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置。

背景技术

经皮神经电刺激疗法是通过皮肤将特定的低频脉冲电流输入人体以治疗疼痛的电疗方法，主要是通过刺激感觉纤维而达到止痛作用，因此要求频率低限0.5～10～25Hz。高限90～120～500Hz，波形为单向方波，单向方波调制中频电，对称或不对称双向方波，波宽10～500微秒。电刺激波形通常采用非对称性双向方波及对称性双向方波，可避免电极对皮肤的刺激，同时电流强度快速升至峰值，可避免神经纤维的适应现象。但在实际的操作过程中，无法针对不同的部位对电流强度进行适应性调整。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种具有用于适应自定义刺激参数的刺激模式的脊髓刺激系统[201980024398.3]，其在外部设备上提供图形用户界面(GUI)，该图形用户界面允许患者从多个显示的刺激模式中进行选择，以对由刺激器设备的一个或多个电极提供的刺激进行编程。外部设备存储为患者导出的模型，该模型包括指示被预测为患者提供最佳刺激的多个频率/脉冲宽度/幅度坐标的信息。每个刺激模式对应于根据模型中的多个坐标定义的坐标子集。

上述方案在一定程度上解决了电刺激波形调节的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如对于不同部位电流强度调节不便等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，对于不同部位电流强度调节方便的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，包括如下步骤：

S1：对患者不同部位进行电刺激，电压强度呈阶梯式上升；

S2：感应肌肉收缩量，建立不同部位电压强度与肌肉收缩的函数方程；

S3：调整电刺激部位，采集不同部位的体表阻值，根据阻值变化对电压强度进行调整。针对不同的人体不同区域调整电流强度，保证各部位所受电刺激强度一致，避免强度过大造成损伤或过小影响理疗效果。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，步骤S2采用肌电传感器对肌肉收缩量进行检测。多组肌电传感器实时感应肌肉收缩量，提高感应精确度。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，步骤S1采用电刺激装置以及释放单元进行电刺激；电刺激装置包括MCU模块，MCU模块连接有上位机以及电源，MCU模块连接有输出控制模块以及信号检测模块。电刺激装置对电流强度进行反馈调节，精确控制释放单元输出功率。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，释放单元包括环绕式单元、挂载式单元以及吸附式单元。不同的释放单元适用于不同部位的贴合需求。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，环绕式单元包括支撑骨架，支撑骨架上固定有若干矩形电极片，支撑骨架外侧套有绝缘材质的防护套；支撑骨架包括支撑节，支撑节通过柔性连接机构安装有支撑块，支撑节之间通过万向转动机构相互连接，支撑块之间设置有限位机构。环绕式单元自由组合，保证与颈部或腕部的贴合效果。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，支撑节呈圆柱状，支撑节内部留有导线腔，支撑节两端以及中部开有导线口，支撑块开有供支撑节穿过的转动口，支撑块上开有安装槽；柔性连接机构包括安装固定在支撑节内的扭转弹簧，扭转弹簧的旋转力臂与支撑块插接固定；万向转动机构包括与支撑节转动连接的转动筒，转动筒侧面开有缺口，转动筒安装有转动环；限位机构包括分别连接在支撑块两侧之间且由弹性材质构成的限位条，相邻支撑块之间连接有柔性材质的限位片且限位片与限位条贴合。支撑骨架调节的过程中可与体表自适应贴合，多个矩形电极片逐一排列，可实现阶梯式电刺激。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，挂载式单元包括呈U型或V型的挂载架体，挂载架体中部设置有弯曲部，挂载架体两端设置有弯折部，挂载式单元内置调节组件，调节组件上安装有条形电极片。挂载式单元可对肩部以及胯部矩形贴合，可适应不同体型使用者。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，弯曲部包括弯曲套，弯曲套内部设置有若干相邻排布的弯曲链条，弯曲链条与弯折部转动连接，弯曲链条与弯曲条之间填充有胶质；弯曲链条包括若干逐一连接的弯曲链节，弯曲链节之间相互转动插接的梨形槽以及连接球头，梨形槽端口处包覆有弹性材质的防脱边；弯折部具有若干相邻排布且呈三角状的弯折板，弯折板相互铰接且铰接处设置有转动阻尼。弯曲部以及弯折部具有较大的调节自由度，在调整过程中不影响条形电极片正常贴合。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，调节组件包括安装挂载架体内部的微型调节电机，微型调节电机与挂载式单元内侧之间设置有调节传导组件；调节传导组件包括呈圆形的调节槽，调节槽内安装有调节盘，调节盘中心与调节槽底部弹性连接，调节盘底部转动安装有若干同心布置的推动齿环，推动齿环通过行星齿轮组与微型调节电机啮合传动，推动齿环具有与调节盘抵靠的推动球；条形电极片固定在调节盘上且呈中心对称布置。

在上述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置中，吸附式单元包括吸附片，吸附片通过磁吸组件固定有若干贴合片，贴合片上分别固定有圆形电极片；磁吸组件包括设置在安装在吸附片上的吸附座，吸附座内固定有吸附块，吸附座与吸附块之间设置有磁吸块，吸附块与贴合片吸附固定，圆形电极片与贴合片一一对应，贴合片边缘处包覆有负压边，贴合片具有相对其中心对称的负压筋条。吸附式单元可根据需要任意调整贴合位置，增加的负压边进一步提高贴合稳定性。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：对于不同部位采用不同的释放单元进行电刺激，可根据需要对各部位快速调整电刺激强度；释放单元中环绕式单元、挂载式单元以及吸附式单元可自适应调整吸附方式，保证电极片与体表的贴合效果；不同的释放单元配备不同结构的电极片，可满足电压强度阶梯式上升需求。

附图说明

图1是本发明的电刺激装置的结构原理图。

图2是本发明的环绕式单元的结构示意图。

图3是本发明的支撑骨架的结构剖视图。

图4是本发明的支撑骨架的结构示意图。

图5是本发明的挂载式单元的结构示意图。

图6是本发明的弯曲链条的结构剖视图。

图7是本发明的弯折板的结构示意图。

图8是本发明的弯折板的结构剖视图。

图9是本发明的吸附式单元的结构示意图。

图10是本发明的吸附式单元的另一结构示意图。

图中，电刺激装置1、MCU模块11、上位机12、电源13、输出控制模块14、信号检测模块15、环绕式单元2、支撑骨架21、矩形电极片22、防护套23、支撑节24、导线腔241、导线口242、转动口243、安装槽244、柔性连接机构25、扭转弹簧251、支撑块26、万向转动机构27、转动筒271、转动环272、限位机构28、限位条281、限位片282、挂载式单元3、挂载架体31、弯曲部32、弯曲套321、弯曲链条322、弯曲链节323、梨形槽324、连接球头325、防脱边326、弯折部33、弯折板331、转动阻尼332、调节组件34、微型调节电机341、调节槽342、调节盘343、推动齿环344、行星齿轮组345、推动球346、条形电极片35、吸附式单元4、吸附片41、贴合片42、圆形电极片43、吸附座44、吸附块45、磁吸块46、负压边47、负压筋条48。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-10所示，一种基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的方法，包括如下步骤：

S1：对患者不同部位进行电刺激，电压强度呈阶梯式上升；

S2：利用多组机电传感器实时感应肌肉收缩量，建立不同部位电压强度与肌肉收缩的函数方程，通常呈非线性变化；

S3：调整电刺激部位，由于体表含水量不同，各部位阻值具有相应的区别；因此需要采集不同部位的体表阻值，根据阻值变化对电压强度进行调整，确保提供足够的电流强度刺激肌肉收缩。

深入地，步骤S1采用电刺激装置1以及释放单元进行电刺激，电刺激装置1控制释放单元输出强度；电刺激装置1包括MCU模块11，MCU模块11通过肌电传感器采集肌肉收缩信号并进行数模转换，MCU模块11连接有上位机12以及电源13，利用上位机12控制MCU模块11调整释放单元输出功率；MCU模块11连接有输出控制模块14以及信号检测模块15。输出控制模块14实现AD/DC转换，与信号检测模块15进行负反馈调节输出脉冲电流。

进一步地，释放单元包括环绕式单元2、挂载式单元3以及吸附式单元4。环绕式单元2适用于脖颈部位的脉冲理疗，挂载式单元3与环绕式单元2相邻布置贴合在肩部，或者调整自身结构与胯部贴合。对于躯干或者肢体部位，利用吸附式单元4与表皮贴合。

更进一步地，环绕式单元2包括呈长条状的支撑骨架21，支撑骨架21上固定有若干矩形电极片22，当支撑骨架21弯折时，矩形电极片22始终与体表贴合。支撑骨架21外侧套有绝缘材质的防护套23，可采用柔性波纹管作为防护套23对支撑骨架21进行包覆；支撑骨架21包括若干逐一连接的支撑节24，支撑节24通过柔性连接机构25安装有支撑块26，支撑块26可相对柔性连接机构25翻转调节。支撑节24之间通过万向转动机构27相互连接调整相对位置，支撑块26之间设置有限位机构28限制其调整方位避免转动过量。

除此之外，支撑节24呈圆柱状，支撑节24内部留有导线腔241用于安装柔性连接机构25，支撑节24两端以及中部开有导线口242使得各个支撑节24的导线腔241相互连通。支撑块26开有供支撑节24穿过的转动口243方便柔性连接机构25转动安装。支撑块26上开有安装槽244；柔性连接机构25包括安装固定在支撑节24内的扭转弹簧251，扭转弹簧251的旋转力臂与支撑块26插接固定；万向转动机构27包括与支撑节24转动连接的转动筒271，转动筒271侧面开有缺口，转动筒271安装有转动环272，利用转动筒271和转动环272实现支撑节24任意角度的调节，转动环272供导线正常穿过。限位机构28包括分别连接在支撑块26两侧之间且由弹性材质构成的限位条281，相邻支撑块26之间连接有柔性材质的限位片282且限位片282与限位条281贴合，当支撑块26转动过量时限位片282和限位条281施加牵拉力矩。

同时，挂载式单元3包括呈U型或V型的挂载架体31以适应肩背挂载需求，挂载架体31中部设置有与脊背贴合的弯曲部32，挂载架体31两端设置有延伸至肩胛部的弯折部33。挂载式单元3内置调节组件34，调节组件34上安装有条形电极片35，利用调节组件34调整条形电极片35朝向方位，在脉冲电刺激过程中对贴合部位进行按压调整。

可见地，弯曲部32包括弯曲套321，弯曲套321内部设置有若干相邻排布的弯曲链条322，多组弯曲链条322配合对弯曲套321自身进行支撑，可调整弯曲链条322相对距离对弯曲套321展开。弯曲链条322与弯折部33转动连接，弯曲链条322与弯曲条之间填充有胶质；弯曲链条322包括若干逐一连接的弯曲链节323，弯曲链节323之间相互转动插接的梨形槽324以及连接球头325，梨形槽324端口处包覆有弹性材质的防脱边326防止连接球头325从梨形槽324内脱离；弯折部33具有若干相邻排布且呈三角状的弯折板331，弯折板331相互铰接且铰接处设置有转动阻尼332。各个弯折板331相对弯折，从而构成弧形结构，与人体肩背相适应性。

很明显，调节组件34包括安装挂载架体31内部的微型调节电机341，各个微型调节电机341独立传动且与挂载式单元3内侧之间设置有调节传导组件。调节传导组件包括呈圆形的调节槽342，调节槽342内安装有调节盘343。调节盘343中心与调节槽342底部弹性连接使得调节盘343可相对活动，调节盘343底部转动安装有若干同心布置的推动齿环344，推动齿环344通过行星齿轮组345与微型调节电机341啮合传动。行星齿轮组345带动各个推动齿环344同步啮合传动。推动齿环344具有与调节盘343抵靠的推动球346，由推动球346对调节盘343底部施加顶压力矩；条形电极片35固定在调节盘343上且呈中心对称布置。当各个推动球346所在径向方位对称布置时，调节盘343保持水平状态，当推动球346所在径向方位位于同侧时，调节盘343保持倾斜状态，行星齿轮组345与各个推动齿环344啮合的传动比不同，使得推动球346可转动至不同的方位相对角度。

优选地，吸附式单元4包括若干独立的吸附片41，吸附片41通过磁吸组件固定有若干贴合片42方便快速拆卸更换。贴合片42上分别固定有圆形电极片43获得最佳的电刺激效果；磁吸组件包括设置在安装在吸附片41上的吸附座44，吸附座44内固定有吸附块45，吸附座44与吸附块45之间设置有磁吸块46，吸附块45与贴合片42吸附固定，圆形电极片43与贴合片42一一对应，贴合片42边缘处包覆有负压边47，贴合片42具有相对其中心对称的负压筋条48。当贴合片42与体表贴合后，施加一定预紧力，在负压筋条48使得贴合片42复位提供负压吸力。

综上所述，本实施例的原理在于：电刺激装置1控制释放单元输出功率，针对不同的位置各释放单元根据其阻值调整电压以及电流强度，其中释放单元的环绕式单元2、挂载式单元3以及吸附式单元4对躯干以及四肢具有良好的贴合效果，保证电刺激效果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电刺激装置1、MCU模块11、上位机12、电源13、输出控制模块14、信号检测模块15、环绕式单元2、支撑骨架21、矩形电极片22、防护套23、支撑节24、导线腔241、导线口242、转动口243、安装槽244、柔性连接机构25、扭转弹簧251、支撑块26、万向转动机构27、转动筒271、转动环272、限位机构28、限位条281、限位片282、挂载式单元3、挂载架体31、弯曲部32、弯曲套321、弯曲链条322、弯曲链节323、梨形槽324、连接球头325、防脱边326、弯折部33、弯折板331、转动阻尼332、调节组件34、微型调节电机341、调节槽342、调节盘343、推动齿环344、行星齿轮组345、推动球346、条形电极片35、吸附式单元4、吸附片41、贴合片42、圆形电极片43、吸附座44、吸附块45、磁吸块46、负压边47、负压筋条48等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，其特征在于，包括电刺激装置（1）和释放单元，所述的电刺激装置（1）包括MCU模块（11），所述的MCU模块（11）连接有上位机（12）以及电源（13），所述的MCU模块（11）连接有输出控制模块（14）以及信号检测模块（15）；所述的释放单元包括环绕式单元（2）、挂载式单元（3）以及吸附式单元（4）；所述的环绕式单元（2）包括支撑骨架（21），所述的支撑骨架（21）上固定有若干矩形电极片（22），所述的支撑骨架（21）外侧套有绝缘材质的防护套（23）；所述的支撑骨架（21）包括支撑节（24），所述的支撑节（24）通过柔性连接机构（25）安装有支撑块（26），所述的支撑节（24）之间通过万向转动机构（27）相互连接，所述的支撑块（26）之间设置有限位机构（28）；所述的支撑节（24）呈圆柱状，所述的支撑节（24）内部留有导线腔（241），所述的支撑节（24）两端以及中部开有导线口（242），所述的支撑块（26）开有供支撑节（24）穿过的转动口（243），所述的支撑块（26）上开有安装槽（244）；所述的柔性连接机构（25）包括安装固定在支撑节（24）内的扭转弹簧（251），所述的扭转弹簧（251）的旋转力臂与支撑块（26）插接固定；所述的万向转动机构（27）包括与支撑节（24）转动连接的转动筒（271），所述的转动筒（271）侧面开有缺口，所述的转动筒（271）安装有转动环（272）；所述的限位机构（28）包括分别连接在支撑块（26）两侧之间且由弹性材质构成的限位条（281），相邻支撑块（26）之间连接有柔性材质的限位片（282）且所述的限位片（282）与限位条（281）贴合；所述的挂载式单元（3）包括呈U型或V型的挂载架体（31），所述的挂载架体（31）中部设置有弯曲部（32），所述的挂载架体（31）两端设置有弯折部（33），所述的挂载式单元（3）内置调节组件（34），所述的调节组件（34）上安装有条形电极片（35）；所述的吸附式单元（4）包括吸附片（41），所述的吸附片（41）通过磁吸组件固定有若干贴合片（42），所述的贴合片（42）上分别固定有圆形电极片（43）；所述的磁吸组件包括设置在安装在吸附片（41）上的吸附座（44），所述的吸附座（44）内固定有吸附块（45），所述的吸附座（44）与吸附块（45）之间设置有磁吸块（46），所述的吸附块（45）与贴合片（42）吸附固定，所述的圆形电极片（43）与贴合片（42）一一对应，所述的贴合片（42）边缘处包覆有负压边（47），所述的贴合片（42）具有相对其中心对称的负压筋条（48）；本基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置采用如下控制方法：

S1：对患者不同部位进行电刺激，电压强度呈阶梯式上升，采用电刺激装置（1）以及释放单元进行电刺激，电刺激装置（1）控制释放单元输出强度；

S2：感应肌肉收缩量，建立不同部位电压强度与肌肉收缩的函数方程；

S3：调整电刺激部位，采集不同部位的体表阻值，根据阻值变化对电压强度进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，其特征在于，所述的步骤S2采用肌电传感器对肌肉收缩量进行检测。

3.根据权利要求1所述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，其特征在于，所述的弯曲部（32）包括弯曲套（321），所述的弯曲套（321）内部设置有若干相邻排布的弯曲链条（322），所述的弯曲链条（322）与弯折部（33）转动连接，所述的弯曲链条（322）与弯曲条之间填充有胶质；所述的弯曲链条（322）包括若干逐一连接的弯曲链节（323），所述的弯曲链节（323）之间相互转动插接的梨形槽（324）以及连接球头（325），所述的梨形槽（324）端口处包覆有弹性材质的防脱边（326）；所述的弯折部（33）具有若干相邻排布且呈三角状的弯折板（331），所述的弯折板（331）相互铰接且铰接处设置有转动阻尼（332）。

4.根据权利要求3所述的基于自适应阶梯渐增式电刺激强度控制的装置，其特征在于，所述的调节组件（34）包括安装挂载架体（31）内部的微型调节电机（341），所述的微型调节电机（341）与挂载式单元（3）内侧之间设置有调节传导组件；所述的调节传导组件包括呈圆形的调节槽（342），所述的调节槽（342）内安装有调节盘（343），所述的调节盘（343）中心与调节槽（342）底部弹性连接，所述的调节盘（343）底部转动安装有若干同心布置的推动齿环（344），所述的推动齿环（344）通过行星齿轮组（345）与微型调节电机（341）啮合传动，所述的推动齿环（344）具有与调节盘（343）抵靠的推动球（346）；所述的条形电极片（35）固定在调节盘（343）上且呈中心对称布置。