CN117379690A - 基于多通道阵列电极的电刺激系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域，提供一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，包括信息采集组件、控制模块、电流输出模块、电极切换模块和阵列电极；信息采集组件包括运动采集模块和肌电采集模块；信息采集组件与控制模块连接，控制模块和电流输出模块连接；电极切换模块用于切换阵列电极相对电流输出模块和肌电采集模块的接入状态；运动采集模块用于采集患者运动信号，肌电采集模块通过阵列电极获取患者的肌电信号；控制模块根据运动信号和肌电信号控制电流输出模块输出电刺激电流。本发明的电刺激系统携带方便，可根据运动信号和肌电信号，实时调整电刺激电流的参数，实现处方推荐个性化、参数调节自适应的智能闭环电刺激，确保了电刺激治疗效果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于多通道阵列电极的电刺激系统。
背景技术
中枢神经系统包括脑和脊髓，它支配并控制人的全部行为，包括肢体运动。人体肌肉进行正常收缩时，动作电位信号由中枢神经系统产生，传送到末梢神经，再通过突触传到要引起收缩的肌肉上。对于脑卒中和脊髓损伤患者而言，由于中枢神经系统通路的中断，信号无法传导到相应肌群，因而无法实现正常的运动功能。
在康复领域，功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation， FES）是利用低频电流脉冲来刺激失去神经控制的肌肉，引起肌肉收缩，促进神经再生和传导功能的恢复，以使得患者恢复运动能力。与此同时，功能性电刺激可以提高神经可塑性，通过反复的肌肉电刺激，可以帮助脑卒中患者重建运动神经回路，进而改善患者运动协调性。
然而，传统的电刺激设备大多使用开环控制模式，没有明确的生物信息作为参考指标，缺乏实时反馈。即使一些电刺激设备采用了生物信息作为反馈来激发电刺激，但是，其电刺激主要是采用阈值触发的方式，本质上仍是被动康复，无法依据患者情况进行实时的电刺激参数调整。与此同时，现有的电刺激设备与生物信号采集设备大多是分离设计，这种设计方式在使用中存在信号不同步的问题，并且这两套设备体积大，难以携带，在实际应用中存在诸多不便。
发明内容
本发明提供一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，用以至少解决现有的电刺激系统难以依据患者情况进行实时的电刺激参数调整，并存在携带不便的问题。
本发明提供一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，包括：信息采集组件、控制模块、电流输出模块、电极切换模块和阵列电极；
所述信息采集组件包括运动采集模块和肌电采集模块；所述阵列电极用于与患者的皮肤接触；
所述信息采集组件与所述控制模块连接，所述控制模块和所述电流输出模块连接；所述电极切换模块用于控制所述阵列电极当中的一部分电极与所述电流输出模块连接，以及控制所述阵列电极当中的另一部分电极与所述肌电采集模块连接；
所述运动采集模块用于采集患者的运动信号，所述肌电采集模块用于通过所述阵列电极获取患者的肌电信号；所述控制模块用于根据运动信号和肌电信号控制所述电流输出模块输出电刺激电流。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述阵列电极包括多个电极单元；所述电极切换模块包括多个电极切换单元；
多个所述电极单元呈阵列设置，多个所述电极切换单元和多个所述电极单元一一相对设置；
所述电极切换单元用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述电极单元导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述电极单元断开。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述电极单元包括参考电极、第一电极和第二电极；所述电极切换单元包括第一开关、第二开关和第三开关；
所述第一开关用于控制所述肌电采集模块与所述参考电极导通或断开；所述第二开关用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述第一电极导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述第一电极断开；所述第三开关用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述第二电极导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述第二电极断开。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述参考电极、所述第一电极和所述第二电极当中的至少一者为柔性电极；
所述柔性电极包括柔性基底、导电层和石墨烯层，所述柔性基底、所述导电层和所述石墨烯层依次呈叠层设置。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述控制模块设置有神经网络模型；
所述神经网络模型是以样本生物信息为样本，以与所述样本生物信息对应的电刺激电流参数为标签，进行训练获得的；
其中，所述样本生物信息包括样本运动信号和样本肌电信号。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述肌电采集模块包括前端放大电路、工频陷波电路、带通滤波电路和后端放大电路；
所述阵列电极和所述前端放大电路连接，所述前端放大电路、所述工频陷波电路、所述带通滤波电路和所述后端放大电路依次连接；所述后端放大电路和所述控制模块连接；
所述前端放大电路用于对所述阵列电极采集的肌电信号进行放大处理，所述工频陷波电路用于滤除所述肌电信号当中的工频信号，所述带通滤波电路用于从所述工频陷波电路输出的电信号中滤出频率为20-600Hz的肌电信号，所述后端放大电路用于对所述带通滤波电路输出的肌电信号进行放大处理。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述电流输出模块包括H桥逆变电路和压控振荡电路；
所述控制模块和所述H桥逆变电路连接，所述H桥逆变电路和压控振荡电路连接，所述压控振荡电路和所述电极切换模块连接；所述H桥逆变电路和所述压控振荡电路分别与电源模块连接；
所述控制模块用于控制所述H桥逆变电路当中四个开关器件的开关状态，以使得所述H桥逆变电路输出正负对称的双极性脉冲电流，所述压控振荡电路用于接收双极性脉冲电流，并实现电刺激电流的恒流输出。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，所述电流输出模块还包括电流检测电路；
所述电流检测电路的一端和所述压控振荡电路连接，另一端和所述控制模块连接；
其中，所述电流检测电路用于检测所述压控振荡电路输出的实际电流，所述控制模块用于判断所述实际电流与理论电流值是否相同，并根据判断结果控制所述H桥逆变电路的工作状态。
根据本发明提供的一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，还包括：人机交互模块；
所述人机交互模块和所述控制模块通信连接，所述人机交互模块配置有电极选择单元、肌电信号显示单元和电刺激参数调节单元；
其中，所述电极选择单元用于供操作者进行所述阵列电极的使用配置，所述肌电信号显示单元用于显示患者的肌电信号，所述电刺激参数调节单元用于供操作者配置所述电流输出模块输出的电刺激电流的参数。
本发明提供的基于多通道阵列电极的电刺激系统，通过配置信息采集组件、控制模块、电流输出模块、电极切换模块和阵列电极，可基于电极切换模块切换阵列电极当中各个电极相对于肌电采集模块和电流输出模块的接入状态，便捷地通过阵列电极同时实现肌电信号的采集功能与电刺激输出功能，以分时复用的方式共同实施，在实现设备的小型化，提高设备的便携性的同时，能够确保输入与输出信号的同步一致；与此同时，在电刺激过程中，能够基于患者在接受电刺激时的运动信号和肌电信号，实时地调整电流输出模块输出的电刺激电流的参数，能够实现处方推荐个性化、参数调节自适应的智能闭环电刺激，进而确保了电刺激治疗效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的基于多通道阵列电极的电刺激系统的控制结构框图；
图2是本发明提供的柔性电极的剖面结构示意图；
图3是本发明提供的电流输出模块的结构框图；
图4是本发明提供的电流输出模块的电路原理图；
图5是本发明提供的肌电采集模块的结构框图；
图6是本发明提供的肌电采集模块的电路原理图；
附图标记：
1、信息采集组件；11、运动采集模块；12、肌电采集模块；121、前端放大电路；122、工频陷波电路；123、带通滤波电路；124、后端放大电路；
2、控制模块；
3、电流输出模块；31、H桥逆变电路；32、压控振荡电路；33、电流检测电路；
4、电极切换模块；41、电极切换单元；
5、阵列电极；51、电极单元；501、柔性电极；5011、柔性基底；5012、导电层；5013、石墨烯层；
6、电源模块；7、人机交互模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。
下面结合图1-图6，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的基于多通道阵列电极的电刺激系统进行详细地说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，包括：信息采集组件1、控制模块2、电流输出模块3、电极切换模块4和阵列电极5。
信息采集组件1包括运动采集模块11和肌电采集模块12；阵列电极5用于与患者的皮肤接触。
信息采集组件1与控制模块2连接，控制模块2和电流输出模块3连接；电极切换模块4用于控制阵列电极5当中的一部分电极与电流输出模块3连接，以及控制阵列电极5当中的另一部分电极与肌电采集模块12连接。
运动采集模块11用于采集患者的运动信号，肌电采集模块12用于通过阵列电极5获取患者的肌电信号；控制模块2用于根据运动信号和肌电信号控制电流输出模块3输出电刺激电流。
可理解的是，信息采集组件1用于采集患者的生物信号，生物信号包括患者在接受电刺激时的运动信号和肌电信号；控制模块2可以根据信息采集组件1反馈的生物信号，实时地调整电流输出模块3输出的电刺激电流的参数，以通过阵列电极5激发对患者的电刺激，实现电刺激的闭环控制，这种电刺激方式解决了现有电刺激设备使用被动康复方式（由医生自行设定电刺激参数或通过阈值触发电刺激）所存在的电刺激治疗康复效果欠佳的问题。
其中，运动采集模块11所采集的运动信号主要为患者运动的关节的角度和姿态信息；肌电信号是由肌肉中的肌肉纤维产生的动作电位在皮肤表面叠加组成的，通过分析肌电信号，可以评估患者的肌肉功能。
运动采集模块11也可以称之为惯性测量单元，惯性测量单元是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的设备，用于测量和记录物体的姿态、加速度和角速度等动态信息。
与此同时，阵列电极5由多个阵列排布的电极组成，电极切换模块4可以采用本领域公知的开关器件，可以通过移位缓存器精确地控制开关器件的通断，以切换阵列电极5当中各个电极相对于肌电采集模块12和电流输出模块3的接入状态，从而实现阵列电极5当中的一部分电极用于电刺激电流的输出，阵列电极5当中的另一部分电极用于实现对患者的肌电信号的采集，进而将肌电信号的采集功能与电刺激输出功能集成在同一设备中，以分时复用的方式共同实施，实现了多信息输入与输出的闭环一体化设计，大幅缩小了设备的体积和重量，提高了便携性，同时使输入与输出信号同步一致。
由于阵列电极5自身由多个阵列排布的电极组成，这种设计可以在治疗过程中有效抑制噪声或干扰信号，提高信噪比；与此同时，相比于基于传统的接触面较大的检测电极而言，本实施例基于阵列电极5的电刺激方式，不仅可以同时激活多个电信号通道，而且还可以精确定位到目标区域，提高了肌电信号的采集精度和电刺激位点的可选性。
由上可知，本实施例所示的基于多通道阵列电极的电刺激系统，通过配置信息采集组件1、控制模块2、电流输出模块3、电极切换模块4和阵列电极5，可基于电极切换模块4切换阵列电极5当中各个电极相对于肌电采集模块12和电流输出模块3的接入状态，便捷地通过阵列电极5同时实现肌电信号的采集功能与电刺激输出功能，以分时复用的方式共同实施，在实现设备的小型化，提高设备的便携性的同时，能够确保输入与输出信号的同步一致；与此同时，在电刺激过程中，能够基于患者在接受电刺激时的运动信号和肌电信号，实时地调整电流输出模块3输出的电刺激电流的参数，能够实现处方推荐个性化、参数调节自适应的智能闭环电刺激，进而确保了电刺激治疗效果。
在一些实施例中，如图1所示，阵列电极5包括多个电极单元51；电极切换模块4包括多个电极切换单元41；多个电极单元51呈阵列设置，多个电极切换单元41和多个电极单元51一一相对设置。
电极切换单元41用于控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的一者与电极单元51导通，以及控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的另一者与电极单元51断开。
可理解的是，本实施例所示的每个电极单元51均有进行肌电信号的采集和进行电刺激电流的输出这两种使用状态，通过控制电极切换单元41的切换状态，可以实现控制电极单元51在这两种使用状态之间切换。
其中，本实施例可以将控制模块2和人机交互模块7通信连接，以便用户通过人机交互模块7输入控制指令，进而由控制模块2实现对电极切换单元41的切换状态的控制。
在一些实施例中，如图1所示，电极单元51包括参考电极、第一电极和第二电极；电极切换单元41包括第一开关、第二开关和第三开关。
第一开关用于控制肌电采集模块12与参考电极导通或断开；第二开关用于控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的一者与第一电极导通，以及控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的另一者与第一电极断开；第三开关用于控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的一者与第二电极导通，以及控制电流输出模块3和肌电采集模块12当中的另一者与第二电极断开。
具体地，第一开关为单刀单掷开关，第一开关的第一触点和参考电极连接，第一开关的第二触点和肌电采集模块12连接，第一开关的第一触点和第一开关的刀头连接，第一开关的刀头能够与第一开关的第二触点连接或分离。
第二开关为单刀双掷开关，第二开关的第一触点和第一电极连接，第二开关的第二触点和肌电采集模块12连接，第二开关的第三触点和电流输出模块3连接，第二开关的第一触点和第二开关的刀头连接，第二开关的刀头能够在第二开关的第二触点和第三触点之间切换。
第三开关为单刀双掷开关，第三开关的第一触点和第二电极连接，第三开关的第二触点和肌电采集模块12连接，第三开关的第三触点和电流输出模块3连接，第三开关的第一触点和第三开关的刀头连接，第三开关的刀头能够在第三开关的第二触点和第三触点之间切换。
在一些实施例中，如图2所示，参考电极、第一电极和第二电极当中的至少一者为柔性电极501。
具体地，参考电极、第一电极和第二电极均可以配置为柔性电极501，柔性电极501包括柔性基底5011、导电层5012和石墨烯层5013，柔性基底5011、导电层5012和石墨烯层5013依次呈叠层设置。
其中，柔性电极501在使用时，可以采用魔术贴固定于患者的待检测部位。
在一些示例中，柔性基底5011可以为聚酰亚胺基底，柔性基底5011在整个柔性电极501中起到支撑和屏蔽外界干扰信号的作用。
在一些示例中，导电层5012可以为金导电层5012或者银导电层5012，导电层5012在整个柔性电极501中起到接收石墨烯层5013采集的肌电信号或者向石墨烯层5013发送电刺激电流的作用。
在一些示例中，石墨烯层5013用于与患者的皮肤接触，起到采集肌电信号或者输出电刺激电流的作用。
具体地，石墨烯层5013包括三维网络基底和石墨烯材料；石墨烯材料嵌设于三维网络基底中。
其中，本实施例可以采用气相沉积技术与乳胶成型工艺制备石墨烯层5013；三维网络基底可以为聚二甲基硅氧烷基底，以使得石墨烯层5013具有较好的柔性；三维网络基底呈三维网络状，并具有多个孔隙。在完成三维网络基底的制备后，可以将粉末状的石墨烯嵌入三维网络基底的各个孔隙中，以形成薄片状的石墨烯层5013。
与此同时，本实施例可以采用PCB工艺制作柔性基底5011与导电层5012。基于这些设计，可以确保柔性电极501不仅具有良好的亲肤性、稳定性和灵敏度，而且具有较好的弯曲性能和出色的生物相容性等特点，在面临形变时不易受损，可以轻松适应各种复杂曲面，便于实现电信号和生物电信号的敏感传输，用以实现健康监测和康复治疗的目标。同时，这种柔性电极501还具备较高的重复性。
在一些实施例中，本实施例所示的控制模块2设置有神经网络模型。神经网络模型是以样本生物信息为样本，以与样本生物信息对应的电刺激电流参数为标签，进行训练获得的。
其中，样本生物信息包括样本运动信号和样本肌电信号。
可理解的是，本实施例可以对多个受试者进行电刺激测试，并在此过程中进行信息采集，以获取包含样本运动信号和样本肌电信号的样本生物信息。
在实际应用中，可以采用信息采集组件1采集患者的生物信息，控制模块2可以采用预先训练好的神经网络模型对信息采集组件1所采集的包含运动信号和肌电信号的生物信息进行智能化处理，即时获取与生物信息对应的电刺激电流参数，并根据获取的电刺激电流参数控制电流输出模块3输出相应的电刺激电流。
与此同时，本实施例可采用高斯混合回归-多项式拟合级联算法，以患者的关节力矩为中间变量，建立肌电信号到关节力矩，以及关节力矩到电刺激电流参数的串联映射模型，使点刺激系统能够根据患者的生物信息反馈实时地调整电刺激电流参数，实现了基于肌肉状态评估的主动电刺激康复训练。
由于肌电信号具有微弱性、强噪声性、差异性等特征。针对以上特征，本实施例对肌电采集模块12进行了如下设计。
如图5和图6所示，肌电采集模块12包括前端放大电路121、工频陷波电路122、带通滤波电路123和后端放大电路124。
阵列电极5和前端放大电路121连接，前端放大电路121、工频陷波电路122、带通滤波电路123和后端放大电路124依次连接；后端放大电路124和控制模块2连接。
具体地，前端放大电路121用于对阵列电极5采集的肌电信号进行放大处理，前端放大电路121采用型号为AD620的仪表放大器搭建，该仪表放大器具有低失调漂移、低功耗的特性，可以放大采集到的肌电信号，滤除温度等环境因素对电路的影响。
工频陷波电路122使用双T有源带阻滤波器，用于滤除肌电信号当中频率为50Hz的工频信号，以减少肌电信号的漂移与畸变。
带通滤波电路123采用Butterworth滤波器构建，用于从工频陷波电路122输出的电信号中滤出频率为20-600Hz的肌电信号。
后端放大电路124用于对带通滤波电路123输出的肌电信号进行进一步的放大处理，并滤除噪声，提高信噪比，确保后端放大电路124输出的信号幅值处于控制模块2可采集的电压范围内（0-3.3V）。
其中，控制模块2可以采用型号为STM32F103的微处理器。
在一些实施例中，如图3和图4所示，电流输出模块3包括H桥逆变电路31和压控振荡电路32。
控制模块2和H桥逆变电路31连接，H桥逆变电路31和压控振荡电路32连接，压控振荡电路32和电极切换模块4连接；H桥逆变电路31和压控振荡电路32分别与电源模块6连接。
具体地，控制模块2用于控制H桥逆变电路31当中四个开关器件的开关状态，以使得H桥逆变电路31输出正负对称的双极性脉冲电流，以减少电荷积累，实现电流在患者体内的双向流通。
与此同时，压控振荡电路32用于接收到的双极性脉冲电流，并实现电刺激电流的恒流输出。
其中，压控振荡电路32具有输出电流与负载阻抗无关的特性，保证当阵列电极5作用于不同人体、不同部位时，仍然可以保证电刺激电流的恒流输出。压控振荡电路32利用运算放大器LM358的虚短特性，保证电刺激电流仅由采样电路电阻和控制模块2的DAC输出电压决定，实现恒流效果。
进一步地，如图3所示，电流输出模块3还包括电流检测电路33，电流检测电路33的一端和压控振荡电路32连接，另一端和控制模块2连接。
电流检测电路33使用型号为INA181的芯片替代传统运算放大的电流传感器，该芯片有低成本，高精度的特性。电流检测电路33与控制模块2的ADC引脚连接。
电流检测电路33用于检测压控振荡电路32输出的实际电流，并将检测的实际电流输送至控制模块2，控制模块2用于判断实际电流与理论电流值是否相同，并根据判断结果控制H桥逆变电路31的工作状态。
其中，在实际应用中，电流检测电路33还可以作为保护电路，以防止电刺激系统的电源出现短路、断路及过压等问题。
在一些实施例中，电源模块6包括电池模块、正稳压器、负稳压器、线性稳压器、Boost开关直流升压电路和充电接口，以实现+9V、+5V、+3.3V与+100V的电压输出。
具体地，电池模块可以采用锂电池，电池模块的输出电压为+9V，电池模块与型号为LM7805的正稳压器连接，以基于正稳压器实现+5V电压的输出。其中，充电接口和正稳压器电性连接。
类似的，正稳压器和型号为LM1117S的线性稳压器连接，线性稳压器将+5V电压转换为+3.3V电压。
类似的，电池模块与型号为LM7905的负稳压器连接，以基于负稳压器实现-5V电压的输出。
类似的，电池模块与Boost开关直流升压电路连接，Boost开关直流升压电路选用型号为MCP1652的升压控制器芯片，以实现+100V的电压输出，并向上述实施例所示的H桥逆变电路31提供工作电源。
如图1所示，本实施例所示的电刺激系统还配置有人机交互模块7，人机交互模块7可以为本领域公知的触摸屏控制器或者智能手机。
人机交互模块7和控制模块2通信连接，可选地，人机交互模块7和控制模块2可以通过无线通信的方式建立通信连接。其中，控制模块2配置有第一无线通信模块，人机交互模块7配置有第二无线通信模块，第一无线通信模块和第二无线通信模块相适配，并能够实现无线通信连接，第一无线通信模块和第二无线通信模块均可以为蓝牙模块、WIFI模块、4G模块和5G模块当中的任一种。
进一步地，人机交互模块7内置的处理器配置有电极选择单元、肌电信号显示单元和电刺激参数调节单元，处理器与上述第二无线通信模块连接。
其中，电极选择单元用于供操作者进行阵列电极5的使用配置，肌电信号显示单元用于显示患者的肌电信号，电刺激参数调节单元用于供操作者配置电流输出模块3输出的电刺激电流的参数。
具体地，人机交互模块7的操作界面采用Visual Studio开发环境，使用C#编程语言进行开发，操作界面的构建基于Windows窗体应用程序（.NET Framework）实现。在该开发环境中内置了基本控件，方便添加自定义类库，以便用户能够便捷地进行UI界面的开发。
电极选择单元可以为设置于操作界面的16个虚拟按钮，通过16个虚拟按钮来模拟阵列电极5所形成的16个检测通道，阵列电极5的各个电极单元51分为三类，这三类电极单元51依次为：用于电刺激输出的电极单元、进行肌电信号采集的电极单元、尚未使用的电极单元。其中，这三类电极单元51的使用情况通过3种不同颜色进行区分。
肌电信号显示单元能够实时显示通过阵列电极5采集的患者的肌电信号（sEMG），以便操作者能够实时观察患者的生理特征。
另外，操作者可以通过人机交互模块7的操作界面选择刺激模式，刺激模式分为自动模式与手动模式。
在手动模式下，操作者可以根据其临床经验与患者的病情，通过电刺激参数调节单元手动进行参数配置，以便控制模块2控制电流输出模块3输出相应的电刺激电流参数。
在自动模式下，控制模块2根据预先训练好的神经网络模型或者基于高斯混合回归-多项式拟合级联算法，对所采集的患者的运动信号和肌电信号进行处理，以获得电刺激电流参数，并通过阵列电极5将相应的电刺激电流施加于患者体表的预定区域，实现了基于肌肉状态评估的主动电刺激康复训练。
综上所述，本实施例所示的电刺激系统具有如下有益效果：
（1）相对于传统电极，本发明中的阵列电极引入了石墨烯材料，石墨烯材料具备高导电性和出色的生物相容性。这种设计允许随意切换阵列电极当中的一个或多个电极单元，提高了电极切换速度和刺激位点的选择性。此外，阵列电极当中的各个电极均为柔性电极，能够避免了侵入式电极可能引发的疼痛和感染问题。
（2）本发明在对患者进行电刺激时，采用了双极性电流，这种设计能够有效减少电荷积累，延缓患者的肌肉疲劳。与此同时，通过巧妙设计的滤波电路，减少了电刺激伪迹对信号的干扰，该电路不仅使电刺激更加精确，同时也优化了治疗效果。
（3）本发明巧妙地将生物信息采集功能与电刺激输出功能融为一体，大大降低了电刺激设备的重量和体积，从而增强了设备的可穿戴性。在电刺激治疗的过程中，引入生物信息反馈也有利于鼓励患者更积极地参与康复过程，患者可以实时观察自身的生理特征，以便更加科学地调整电刺激参数，从而在一定程度上提升康复效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解、其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，包括：信息采集组件、控制模块、电流输出模块、电极切换模块和阵列电极；
所述信息采集组件包括运动采集模块和肌电采集模块；所述阵列电极用于与患者的皮肤接触；
所述信息采集组件与所述控制模块连接，所述控制模块和所述电流输出模块连接；所述电极切换模块用于控制所述阵列电极当中的一部分电极与所述电流输出模块连接，以及控制所述阵列电极当中的另一部分电极与所述肌电采集模块连接；
所述运动采集模块用于采集患者的运动信号，所述肌电采集模块用于通过所述阵列电极获取患者的肌电信号；所述控制模块用于根据运动信号和肌电信号控制所述电流输出模块输出电刺激电流。
2.根据权利要求1所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述阵列电极包括多个电极单元；所述电极切换模块包括多个电极切换单元；
多个所述电极单元呈阵列设置，多个所述电极切换单元和多个所述电极单元一一相对设置；
所述电极切换单元用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述电极单元导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述电极单元断开。
3.根据权利要求2所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述电极单元包括参考电极、第一电极和第二电极；所述电极切换单元包括第一开关、第二开关和第三开关；
所述第一开关用于控制所述肌电采集模块与所述参考电极导通或断开；所述第二开关用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述第一电极导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述第一电极断开；所述第三开关用于控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的一者与所述第二电极导通，以及控制所述电流输出模块和所述肌电采集模块当中的另一者与所述第二电极断开。
4.根据权利要求3所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述参考电极、所述第一电极和所述第二电极当中的至少一者为柔性电极；
所述柔性电极包括柔性基底、导电层和石墨烯层，所述柔性基底、所述导电层和所述石墨烯层依次呈叠层设置。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述控制模块设置有神经网络模型；
所述神经网络模型是以样本生物信息为样本，以与所述样本生物信息对应的电刺激电流参数为标签，进行训练获得的；
其中，所述样本生物信息包括样本运动信号和样本肌电信号。
6.根据权利要求1至4任一项所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述肌电采集模块包括前端放大电路、工频陷波电路、带通滤波电路和后端放大电路；
所述阵列电极和所述前端放大电路连接，所述前端放大电路、所述工频陷波电路、所述带通滤波电路和所述后端放大电路依次连接；所述后端放大电路和所述控制模块连接；
所述前端放大电路用于对所述阵列电极采集的肌电信号进行放大处理，所述工频陷波电路用于滤除所述肌电信号当中的工频信号，所述带通滤波电路用于从所述工频陷波电路输出的电信号中滤出频率为20-600Hz的肌电信号，所述后端放大电路用于对所述带通滤波电路输出的肌电信号进行放大处理。
7.根据权利要求1至4任一项所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述电流输出模块包括H桥逆变电路和压控振荡电路；
所述控制模块和所述H桥逆变电路连接，所述H桥逆变电路和压控振荡电路连接，所述压控振荡电路和所述电极切换模块连接；所述H桥逆变电路和所述压控振荡电路分别与电源模块连接；
所述控制模块用于控制所述H桥逆变电路当中的四个开关器件的开关状态，以使得所述H桥逆变电路输出正负对称的双极性脉冲电流，所述压控振荡电路用于接收双极性脉冲电流，并实现电刺激电流的恒流输出。
8.根据权利要求7所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，所述电流输出模块还包括电流检测电路；
所述电流检测电路的一端和所述压控振荡电路连接，另一端和所述控制模块连接；
其中，所述电流检测电路用于检测所述压控振荡电路输出的实际电流，所述控制模块用于判断所述实际电流与理论电流值是否相同，并根据判断结果控制所述H桥逆变电路的工作状态。
9.根据权利要求1至4任一项所述的基于多通道阵列电极的电刺激系统，其特征在于，还包括：人机交互模块；
所述人机交互模块和所述控制模块通信连接，所述人机交互模块配置有电极选择单元、肌电信号显示单元和电刺激参数调节单元；
其中，所述电极选择单元用于供操作者进行所述阵列电极的使用配置，所述肌电信号显示单元用于显示患者的肌电信号，所述电刺激参数调节单元用于供操作者配置所述电流输出模块输出的电刺激电流的参数。
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