CN209187918U - 一种即插即用功能性电刺激电激发器系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，包括主控制器，所述主控制器通过总线连接至少两个串联连接的电激发器；所述电激发器，包括控制模块，其用于在电激发器独立工作时提供动作的定时器控制；放电模块，其用于产生激发患者肌肉收缩的刺激信号；存储模块，其用于存储相应功能性电刺激参数命令通讯模块，其用于接收主控制器的输出命令且为主控制器提供反馈信息；电源管理模块，其用于为当前电激发器工作提供能源，在多个电激发器进行串联连接时用于为下一串联电激发器进行供电。

Description

一种即插即用功能性电刺激电激发器系统

技术领域

本公开属于电子设备领域，尤其涉及一种即插即用功能性电刺激电激发器系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

脑中风是一组以脑部缺血及出血性损伤症状为主要临床表现的疾病，中风后幸存者中约75％有不同程度的残疾，其中重残占40％，给患者身体上和精神上带来极大的伤害。当前国内具备专业性的康复设备的医院和康复机构数量少而且费用相对较高，大量的中风患者得不到及时有效的康复治疗，迫切需要一种便携式易操作的中风治疗系统来帮助患者进行日常的康复治疗。

常规的电刺激通过低强度的脉冲电流刺激神经或者肌肉，使其产生特定的动作，可以明显改善中风后肌体的运动功能。实用新型人发现现有的表面贴片功能性电刺激系统存在以下缺陷：

(1)电刺激通道数量为固定，不具备可扩展功能，因此其通用性受到限制，使用者无法根据患者的情况和对电刺激通道数量的需求在不同的应用场景中应用。

(2)电刺激系统是台式或者轮式车结构，体积庞大，无法做到便携式。

(3)没有PC机软件对电刺激系统的通道数量进行设置，只能设置固定电刺激通道数的系统。

(4)电激发器为内置，各电激发器间无法进行串联连接。

(5)电激发器为内置，单独电激发器无法独立工作完成简单功能。

(6)电激发器为内置，没有做到完全模块化，使用者无法做到即插即用。

(7)电激发器为内置，单独电激发器不具备显示功能，无法方便的向患者或医护人员提供基本参数信息的显示，满足其电激发器独立工作完成简单功能的设计要求。

实用新型内容

根据本公开的一个或多个实施例，提供一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其可根据患者运动功能不同的受损程度和对电刺激通道数量的不同需求，提供多个电刺激通道，完成特定需求运动动作。

本公开的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，包括：

主控制器，所述主控制器通过总线连接至少两个串联连接的电激发器；

所述电激发器，包括：

控制模块，其用于在电激发器独立工作时提供动作的定时器控制；

放电模块，其用于产生激发患者肌肉收缩的刺激信号；

存储模块，其用于存储相应功能性电刺激参数；

数据命令通讯模块，其用于接收主控制器的输出命令且为主控制器提供反馈信息；

电源管理模块，其用于为当前电激发器工作提供能源，在多个电激发器进行串联连接时用于为下一串联电激发器进行供电。

在一个或多个实施例中，任意两个电激发器之间也通过总线通信。

在一个或多个实施例中，所述主控制器与上位机相连，所述上位机用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

在一个或多个实施例中，所述主控制器与移动终端相连，所述移动终端用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：显示模块，其用于显示基本参数信息。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：升压电路，其用于将放电模块产生激发患者肌肉收缩的刺激信号的电压值升至预设电压值。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：恒流源电路，其用于保持激发患者肌肉收缩的刺激信号的恒定。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：放电保护电路，其用于监控电压和电流的大小。

在一个或多个实施例中，所述电激发器内部还集成了运动传感器，运动传感器用于采集角度变化并传送至控制模块。

在一个或多个实施例中，所述放电模块为对称脉冲发生电路，其用于负责产生正负方向相反的脉冲电流，保证注入和流出被刺激肌肉的电荷等量。

本公开的有益效果是：

(1)本公开通过总线方式连接多个独立的电激发器，通过数字化的协同工作，单台主控制器就可以控制多个独立电激发器，这样便于根据患者对不同电刺激通道数量的需求以及不同应用场景，完成特定需求运动动作。

(2)本公开的即插即用功能性电刺激电激发器系统，具备可扩展性，模块化；当使用者完成针对某一个电激发器的设置后，患者可以独立使用该模块化的电激发器，使用者也可继续为下一位患者设置另一个电激发器，解决了传统电刺激系统在同一时间只能服务于某一位患者的问题。

(3)本公开的单个电激发器体积较小，在患者独立使用某一个电激发器完成简单的康复训练任务时，可提高患者使用舒适度。

(4)在患者独立使用某一个电激发器完成简单的康复训练任务时，电激发器内置的显示模块可以显示必要的设置信息，协助使用者或患者完成简单的康复训练，提高患者单独使用电激发器时的用户体验。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的即插即用功能性电刺激电激发器系统实施例结构图。

图2是本公开的电激发器实施例结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本公开的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，包括：

主控制器，所述主控制器通过总线连接至少两个串联连接的电激发器；

如图2所示，所述电激发器，包括：

(1)控制模块，其用于在电激发器独立工作时提供动作的定时器控制；

在具体实施中，控制模块采用ST的STM32F072控制器作为CPU，该控制器属于cortex-M0处理器，具备独立CAN2.0控制器，可以方便实现总线连接。

这样电激发器具备独立的CPU控制系统与电流刺激激发系统，可以脱离主控制器独立工作，电刺激激发器单独工作时只需要外部提供电源即可。

(2)放电模块，其用于产生激发患者肌肉收缩的刺激信号；

(3)存储模块，其用于存储相应功能性电刺激参数；

(4)数据命令通讯模块，其用于接收主控制器的输出命令且为主控制器提供反馈信息；

(5)电源管理模块，其用于为当前电激发器工作提供能源，在多个电激发器进行串联连接时用于为下一串联电激发器进行供电。

其中，电源管理模块负责向CPU以及外设逻辑电路、电刺激发生电路产生对应的电源，分别是产生3.3V电源供应CPU控制模块、显示、按键等使用，产生可调高压电路给电刺激发生电路使用。

具体地，电激发器具备内部独立的存储器FLASH，所有该电激发器的动作任务和其他所需要的参数均存储在内部的FLASH中。

其中，功能性电刺激参数包括：上坡时间，峰值，下坡时间和延迟时间设置参数。

设置命令包括设置新的上坡时间，峰值，下坡时间，延迟时间等；

反馈信息包括所串联的电刺激激发器数量等。

其中，主控制器用于接收运动任务文件，输出执行运动任务文件结果。

所述运动任务文件由根据患者的肌肉受损程度而设置的控制参数构成；所述控制参数包括：与功能性训练任务相对应的可自定义状态机不同状态的数量，状态转换所需的触发条件以及每一个状态的功能性电刺激输出参数。

在一个或多个实施例中，任意两个电激发器之间也通过总线通信。

本公开将主控制器和电激发器设计为总线通讯方式，通过总线实现即插即用的功能性电刺激系统的设计。

本公开中主控制器和电激发器通过CAN总线实现主控制器与电激发器之间的数字化通讯，主控制器中存储有来自上位机的设置参数，并且主控制器可以实现部分参数的设置和更改，主控制同时作为总线控制器的核心，实现对总线上挂载的电激发器的参数设置、逻辑控制、时序同步等。

在一个或多个实施例中，所述主控制器与上位机相连，所述上位机用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

具体地，主控制器与上位机之间可通过USB相互通信。

在一个或多个实施例中，所述主控制器与移动终端相连，所述移动终端用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

其中，移动终端可为手机或笔记本电脑，或其他具有通信功能的移动设备。

具体地，移动终端可通过蓝牙与主控制器相互通信。

在具体实施中，控制器可采用ST(意法半导体)的STM32F405控制器作为主控芯片，该控制器属于cortex-M4处理器，具备FPU(硬件浮点运算单元),保证算法的实时性和准确性，主控制器负责整个系统的调度。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：显示模块，其用于显示基本参数信息。例如作用肌肉名称等。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：升压电路，其用于将放电模块产生激发患者肌肉收缩的刺激信号的电压值升至预设电压值。

例如：CPU根据需要的电流大小来调节数字电位器的电阻值，使其电压升高到合适的值，举例来讲小臂肌肉运动需要的电流为30mA(电流持续时间为30us，电流刺激评率25Hz),驱动30mA的电流，需要升压电路的电压升高到10V即可，如果是大臂的肌肉运动需要的电流为50mA(电流持续时间为50us，电流刺激评率25Hz)，那么需要调节升压电路电压使其电压值约为28V，这样才能输出足够的50mA电流。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：恒流源电路，其用于保持激发患者肌肉收缩的刺激信号的恒定。

具体地，电流刺激肌肉要求刺激的电流恒定，本公开采用压控恒流源电路，通过CPU的模拟量输出DAC输出模拟量的电压值Vdac，Vdac在输入到运放的输入端，运放驱动三极管产生与Vdac对应的电流，改变电刺激电流时，只需要改变CPU的模拟量输出值Vdac即可。

在一个或多个实施例中，所述电激发器，还包括：放电保护电路，其用于监控电压和电流的大小，防止电压过高或者电流过大，通过比较器电路，当电压过高时比较器输出反转，通知控制模块立即关断电压输出。

具体地，通过电流采样电路将采样值经过运放放大后送至CPU的ADC引脚进行数字处理，得到的值一方面用于输出电流的反馈比较，一方面用于监控电流防止电流过大，电流超过规定值时立即关断电流输出。

在一个或多个实施例中，所述电激发器内部还集成了运动传感器，运动传感器将其采集的角度变化传送至控制模块，组成一个闭环的反馈系统，协调完成一次完整的动作。

比如手臂弯曲程度是否达到设定的程度，这样组成一个闭环的反馈系统，协调完成一次完整的动作。

在一个或多个实施例中，因为要求同一组肌肉在任何时间段内，电荷注入和电荷流出应该保持一致，因此，本公开将放电模块设计为对称脉冲发生电路，其用于负责产生正负方向相反的脉冲电流，保证注入和流出被刺激肌肉的电荷等量。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，包括：

主控制器，所述主控制器通过总线连接至少两个串联连接的电激发器；

所述电激发器，包括：

控制模块，其用于在电激发器独立工作时提供动作的定时器控制；

放电模块，其用于产生激发患者肌肉收缩的刺激信号；

存储模块，其用于存储相应功能性电刺激参数；

数据命令通讯模块，其用于接收主控制器的输出命令且为主控制器提供反馈信息；

电源管理模块，其用于为当前电激发器工作提供能源，在多个电激发器进行串联连接时用于为下一串联电激发器进行供电。

2.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，任意两个电激发器之间也通过总线通信。

3.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述主控制器与上位机相连，所述上位机用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

4.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述主控制器与移动终端相连，所述移动终端用于输出运动任务文件并发送至主控制器。

5.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述电激发器，还包括：显示模块，其用于显示基本参数信息。

6.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述电激发器，还包括：升压电路，其用于将放电模块产生激发患者肌肉收缩的刺激信号的电压值升至预设电压值。

7.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述电激发器，还包括：恒流源电路，其用于保持激发患者肌肉收缩的刺激信号的恒定。

8.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述电激发器，还包括：放电保护电路，其用于监控电压和电流的大小。

9.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述电激发器内部还集成了运动传感器，运动传感器用于采集角度变化并传送至控制模块。

10.如权利要求1所述的一种即插即用功能性电刺激电激发器系统，其特征在于，所述放电模块为对称脉冲发生电路，其用于负责产生正负方向相反的脉冲电流，保证注入和流出被刺激肌肉的电荷等量。