CN212491149U

CN212491149U - 低功耗神经肌肉刺激仪

Info

Publication number: CN212491149U
Application number: CN202020558581.1U
Authority: CN
Inventors: 叶树明; 孙玉彤; 李建华; 罗建超
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2030-04-15

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗神经肌肉刺激仪,包括电源模块、低压升高压反馈控制模块、恒压转恒流模块、通断反馈电路、微控制器和N对电极，N为大于等于1的整数，每对电极包括一个输入电极和一个输出电极。本实用新型可通过低压升高压反馈控制模块实时检测并反馈当前电压，防止升压过高，损坏相关元器件，同时缩短充电时间，因而仪器在工作状态下的功耗大幅减少；刺激仪在工作状态下，当电极断路或电极脱落时，通过输出电极端设置的通断反馈电路，微控制器能及时监测到刺激电流的幅度或频率出现异常，并指令低压升高压反馈控制模块关闭，使得本实用新型刺激仪具有极低的功耗。

Description

低功耗神经肌肉刺激仪

技术领域

本实用新型涉及一种神经肌肉刺激仪，属于医疗仪器领域。

背景技术

神经肌肉刺激仪是一种利用低中频电刺激脉冲对病人的肌肉或神经进行刺激治疗的医疗仪器，目前广泛应用于脑瘁中、脑外伤、偏瘫、截瘫等疾病的恢复治疗。

神经肌肉刺激仪通常选用一次性干电池供电，而干电池储电量有限。由于生物组织阻抗基本在2KΩ～20MΩ，需要刺激仪的刺激输出模块具有较高的电压源，通常为100v～130v之间，因此需通过电容、电感储能元件等元器件搭建开关电路和LC升压电路，将低压电源转换为高压电源。但在将低电压升至高电压过程中，升压所需充电时间过长和升压值过高可能导致相关元器件的损坏，同时也会造成刺激仪电源能量的浪费，因此在低电压升至高电压过程中，需要对升压过程实施反馈控制，缩短升压过程中的充电时间，降低刺激仪的能耗，以延长刺激仪的使用寿命。此外，刺激仪在使用过程中，刺激仪应能自动检测到可能会出现的刺激电极的断路或电极贴片的脱落并关闭电路以降低能耗。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低功耗的神经肌肉刺激仪。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：本实用新型低功耗神经肌肉刺激仪包括电源模块、低压升高压反馈控制模块、恒压转恒流模块、通断反馈电路、微控制器和N对电极，N为大于等于1的整数；每对电极包括一个输入电极和一个输出电极，各输入电极分别与恒压转恒流模块的输出端电连接，各输出电极分别与通断反馈电路的输入端电连接；低压升高压反馈控制模块的输出端与恒压转恒流模块的输入端连接；所述电源模块与低压升高压反馈控制模块、微控制器分别连接；低压升高压反馈控制模块、恒压转恒流模块、通断反馈电路分别与微控制器连接；微控制器能够指令低压升高压反馈控制模块将电压升至预设高电压后输出到恒压转恒流模块，并指令恒压转恒流模块将恒定电压转换成恒定电流输出到各输入电极；并且，当微控制器从通断反馈电路接收到的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的持续时间大于设定休眠时间时，微控制器指令低压升高压反馈控制模块关闭。

进一步地，本实用新型所述低压升高压反馈控制模块包括开关电路、LC升压电路和电压反馈电路；开关电路的第一输入端与电源模块连接，开关电路的第二输入端与微控制器连接，开关电路的输出端与LC升压电路的第一输入端连接，LC升压电路的第二输入端与微控制器连接；LC升压电路的输出端分别与电压反馈电路的输入端、恒压转恒流模块的输入端连接，电压反馈电路的第一输出端与微控制器连接，电压反馈电路的第二输出端与恒压转恒流模块的输入端连接。

进一步地，本实用新型所述电压反馈电路包括TVS瞬态抑制二极管、第九电阻、第十三电阻、第十一电阻和第四电容；TVS瞬态抑制二极管的输入端同时与LC升压电路的输出端、恒压转恒流模块的输入端连接；TVS瞬态抑制二极管的输出端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端分别与第十一电阻的一端、第十三电阻的一端、第四电容的正极电连接，第十一电阻的另一端与微控制器连接，第十三电阻的另一端、第四电容的负极分别接地。

进一步地，本实用新型所述通断反馈电路包括第一电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端、第三电阻的一端分别与各输出电极连接，第一电阻的另一端与微控制器连接，第三电阻的另一端接地；所述通断反馈电路通过第一电阻将第三电阻的电压值反馈至微控制器，当微控制器从通断反馈电路接收到的第三电阻的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的时间大于设定休眠时间时，微控制器接收到反馈并指令低压升高压反馈控制模块关闭。

进一步地，本实用新型所述微控制器与外部的PC机连接。

进一步地，本实用新型在低压升高压反馈控制模块的升压过程中，若微控制器判断其所采集到的低压升高压反馈控制模块的当前电压值大于等于预设高电压，则微控制器将低压升高压反馈控制模块本次升压的充电时间发送给低压升高压反馈控制模块作为其下一次升压的充电时间；若微控制器判断其所采集到的低压升高压反馈控制模块的当前电压值小于预设高电压，则微控制器根据以下公式(1)计算低压升高压反馈控制模块下一次升压所需的充电时间并发送给低压升高压反馈控制模块：

Tn＝Tl－k(Un－Us) (1)

公式(1)中，Tn为低压升高压反馈控制模块下一次升压所需的充电时间，Tl为低压升高压反馈控制模块本次升压的充电时间，k表示单次充电时间变化系数，k＝0.25ms/V，Un为低压升高压反馈控制模块的当前电压值，Us为预设高电压的参考值。

进一步地，本实用新型所述预设高电压的下限大于TVS瞬态抑制二极管的击穿电压。

进一步地，本实用新型在电源模块中设置工作状态控制按钮，所述工作状态控制按钮的一端分别连接电源模块的正极和微控制器，所述工作状态控制按钮的另一端连接电源模块的负极，当按下工作状态控制按钮时，微控制器能够接收并计算工作状态控制按钮按下的时长信号；在关机状态下，若长按工作状态控制按钮，则微控制器发指令给开关电路，改变刺激仪的当前状态为工作状态；在工作状态下，若长按工作状态控制按钮，则微控制器发指令给开关电路，改变刺激仪的当前状态为关机状态；在工作状态下，若短按工作状态控制按钮，则每短按工作状态控制按钮一次，微控制器将刺激仪在工作状态下的休眠时间在当前值的基础上增加一次，当休眠时间达到设定的上限值时，若再短按工作状态控制按钮一次，则休眠时间重置为设定的下限值。

进一步地，本实用新型长按工作状态控制按钮的时长为3～5s，短按工作状态控制按钮一次的时长为大于0且小于等于1s。

进一步地，本实用新型在工作状态下，每短按工作状态控制按钮一次，刺激仪的休眠时间在当前值的基础上增加1s；当休眠时间的当前值达到7s，若再短按工作状态控制按钮一次时，则休眠时间重置为1s。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：(1)可通过低压升高压反馈控制模块实时检测并反馈当前电压，防止升压过高，损坏相关元器件，同时缩短充电时间，使刺激仪在工作状态下的功耗大幅减少；(2)刺激仪在工作状态下，当电极断路或电极脱落时，通过输出电极端设置的通断反馈电路，微控制器能及时监测到刺激电流的幅度或频率出现异常，并指令低压升高压反馈控制模块关闭，使本实用新型刺激仪具有极低的功耗。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图；

图2为本实用新型的低压升高压反馈控制模块的原理框图；

图3为本实用新型的电压反馈电路的一种实施例的电路图；

图4为本实用新型的一次刺激过程中恒压转恒流模块输出的恒流刺激信号示意图；

图5为本实用新型的一次刺激过程中低压升高压反馈控制模块的充电示意图；

图6为本实用新型的一次刺激过程中低压升高压反馈控制模块的升压电压信号示意图；

图7为本实用新型的通断反馈电路的一种实施例的电路图；

图8为本实用新型刺激仪在工作过程中的功耗信号示意图；

图中，2.电源模块，3.低压升高压反馈控制模块，31.开关电路，32.LC升压电路，33.电压反馈电路，4.恒压转恒流模块，5.电极贴片，51.输入电极，52.输出电极，53、54.电极连接环，6.通断反馈电路，7.微控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型刺激仪主要包括电源模块2、低压升高压反馈控制模块3、恒压转恒流模块4、通断反馈电路6、微控制器7和N对电极，N为大于等于1的整数。每对电极包括一个输入电极51和一个输出电极52，每个输入电极51分别与恒压转恒流模块4的输出端电连接，每个输出电极52分别与通断反馈电路6的输入端电连接，低压升高压反馈控制模块3的输出端与恒压转恒流模块4的输入端连接。电源模块2与低压升高压反馈控制模块3、微控制器7分别连接；低压升高压反馈控制模块3、恒压转恒流模块4、通断反馈电路6分别与微控制器7连接。使用本实用新型刺激仪时，将每对电极的输入电极51和输出电极52与神经肌肉组织紧密贴合。

本实用新型刺激仪在工作状态下，微控制器7能够采集低压升高压反馈控制模块3的当前电压，并将当前电压与预设高电压比较：若当前电压小于预设高电压，则微控制器7指令低压升高压反馈控制模块3将电压升至预设高电压，然后将该高电压输出到恒压转恒流模块 4，驱动恒压转恒流模块4生成恒定电流并输出到输入电极51；若低压升高压反馈控制模块3 的当前电压大于等于预设高电压，则微控制器7指令低压升高压反馈控制模块3将当前电压作为高压电源输出到恒压转恒流模块4，并指令恒压转恒流模块4将恒定电压转换成恒定电流输出到输入电极51，进而，恒压转恒流模块4输出的恒定电流通过输入电极51输出到输入电极51所在的神经肌肉组织，并与输出电极52及与输出电极52相连的通断反馈电路6之间形成闭合电流回路。由此，在输入电极51和输出电极52之间的神经肌肉组织中施加恒定电流，即可完成一次刺激。本实用新型刺激仪的恒压转恒流模块4的电压源的设置与使用该刺激仪的生物组织的阻抗相匹配。由于生物组织阻抗基本在2KΩ～20MΩ范围内，为此，刺激仪的恒压转恒流模块4的电压源亦通常设置为100v～130v。若生物组织的阻抗发生变化，则恒压转恒流模块4的电压源设置亦作相应的变化。本实用新型中，预设高电压的取值区间与恒压转恒流模块4的电压源一致，即若恒压转恒流模块4的电压源为100～130V，则预设高电压可在100～130V区间内取值。此外，当微控制器7从通断反馈电路6接收到的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的持续时间大于设定休眠时间时，微控制器7指令低压升高压反馈控制模块3关闭。在本实用新型中，可将设定休眠时间设定为5～10个刺激周期。

如图1所示，作为本实用新型的一种实施方式，刺激仪还可设有外壳(未在图中示出)，将输入电极51和输入电极52置于外壳外，而将电源模块2、低压升高压反馈控制模块3、恒压转恒流模块4、通断反馈电路6和微控制器7置于外壳内的电路板上。在图1所示的实施例中，刺激仪在整体外观上呈现为扁平状。本实用新型的外壳可采用塑料或硅胶加工制成，以保护其内部的电路板。

作为本实用新型的优选实施方式，可使用电极贴片5，电极贴片5为柔性织物，两个电极连接环53、54嵌入到电极贴片5中，其中，输入电极51通过软导线与电极连接环53连接，输出电极52通过软导线与电极连接环54连接，由此将输入电极51与恒压转恒流模块4的输出端连接，将输出电极52与通断反馈电路6的输入端连接。输入电极51和输出电极52可使用体表自粘电极片。这种结构设计一方面可保护外壳内的电路，同时电极贴片5具有良好的柔韧性，方便整个外壳和电极贴片5在体表刺激部位的贴合。

需要说明的是，输入电极51和输出电极52之间的相对位置不是固定不变的，可以根据肌肉神经组织在体表需要施加刺激的位置而调整。此外，电极贴片5可以为两个以上，每个电极贴片5上配置一对电极，每对电极包括一个输入电极51和一个输出电极52，每个输入电极51分别通过单独的电路开关与恒压转恒流模块4连接，每个输出电极52分别通过单独的电路开关与通断反馈电路6连接，由此使每对电极分别与神经肌肉组织、恒压转恒流模块 4、通断反馈电路6连接形成单独的闭合电流回路，实现对多个不同部位的神经肌肉组织施加刺激。

如图2所示，作为本实用新型的一种优选实施例，低压升高压反馈控制模块包括开关电路31、LC升压电路32和电压反馈电路33；开关电路31的第一输入端与电源模块2的正极连接，开关电路31的第二输入端与微控制器7连接，开关电路31的输出端与LC升压电路 32的第一输入端连接，LC升压电路32的第二输入端与微控制器7连接；LC升压电路32的输出端分别与电压反馈电路33的输入端、恒压转恒流模块4的输入端连接；电压反馈电路 33的第一输出端与微控制器7连接，电压反馈电路33的第二输出端与恒压转恒流模块4的输入端连接。电压反馈电路33用于检测LC升压电路32升压后的电压值，通过电压反馈电路 33的第一输出端将具体电压值反馈给微控制器7。

如图3所示，作为本实用新型的一种优选实施例，电压反馈电路33包括TVS瞬态抑制二极管D8、第九电阻R9、第十三电阻R13、第十一电阻R11和第四电容C4；TVS瞬态抑制二极管D8的输入端同时作为电压反馈电路33的输入端和第二输出端,同时与LC升压电路32的输出端、恒压转恒流模块4的输入端连接；TVS瞬态抑制二极管D8的输出端与第九电阻R9 的一端连接，第九电阻R9的另一端分别与第十一电阻R11的一端、第十三电阻R13的一端、第四电容C4的正极电连接，第十一电阻R11的另一端作为电压反馈电路33的第一输出端与微控制器7连接，第十三电阻R13的另一端、第四电容C4的负极分别接地。

本实施例实现了在刺激仪进行刺激的过程中，低压升高压反馈控制模块3在最短时间内将低电压升高至预设高电压。在低压升高压反馈控制模块3升压过程中，微控制器7通过获取当前升压的充电时间和升到的高电压值，可以缩短下一次升压的充电时间，同时避免升压过高。具体地说，在低压升高压反馈控制模块3的一次升压过程中，从LC升压电路32升压开始，到升压后电压反馈电路33输入端的电压值大于TVS瞬态抑制二极管D8的击穿电压后，电压反馈电路33的输入端导通，微控制器7通过电压反馈电路33的第一输出端采集当前电压值，由于此时的当前电压值还未到达预设高电压，则微控制器7指令低压升高压反馈控制模块3继续升压直至达到预设高电压，即LC升压电路32仍将继续升压直至当前电压大于等于预设高电压为止，微控制器7获取本次升压的充电时间和对应的升压终止达到时的当前电压值(记作Un)；进一步地，微控制器7将本次升压终止时达到的当前电压值Un，与预设高电压的参考值(记作Us)作比较。由于生物组织阻抗基本在2KΩ～20MΩ范围内，因此，本实用新型的预设高电压的参考值Us可在100v～130v范围内取值，通常，生物组织阻抗越高，Us的取值可越大。例如，可将Us的值设为120V。

若预设高电压的参考值Us为120V，则预设高电压允许的变化值△U的取值范围可为0～ 10V。△U的允许变化范围越小，需要选择微控制器7的电压检测精度越高。相反，△U的允许变化范围过大，可能在升压过程中造成充电电压过大，损坏元器件。作为本实用新型的一个实施例，可将预设高电压允许的变化值设为10V，即△U＝10V，此时，预设高电压的取值区间的可检测范围为110V～130V。此外，在电压反馈电路33中使用了TVS瞬态抑制二极管D8，在选择TVS瞬态抑制二极管D8的型号时，需要选择击穿电压值低于预设高电压的取值区间下限的TVS瞬态抑制二极管，只有当低压升高压反馈控制模块3将当前电压升至高于 TVS瞬态抑制二极管D8的击穿电压后，电压反馈电路3才开始导通，同时通过第十一电阻 R11将升压后的当前电压值反馈至微控制器7。为此，在该实施例中，TVS瞬态抑制二极管 D8的击穿电压需要小于预设高电压的取值区间的下限值110V。如前所述，LC升压电路32 的当前电压Un需要实时反馈给微控制器7，若TVS瞬态抑制二极管D8的击穿电压值过小，会导致电压反馈电路33的工作时间延长而造成能耗增加，为此，本实施例可选择TVS瞬态抑制二极管D8的击穿电压Ud值为100V。

本实例中，可选择电阻R9的电阻值为1MΩ，R13的电阻值为10KΩ。根据微控制器7设置预设高电压的参考值Us为120V，选用TVS二极管的型号。为此，选用TVS瞬态抑制二极管D8的击穿电压Ud为100V。当LC升压电路32升压且输出至电压反馈电路33的输入端的电压高于100v时，D8被击穿，电压反馈电路33导通，同时将分压电阻R13的电压值反馈至微控制器7。电压反馈电路33在LC升压电路32的升压过程中，通过微控制器7读取 R13的电压值U₁₃，并计算LC升压电路32的当前电压值Un＝U_R13×(R13+R9)/R13+100，实现低压升高压反馈控制模块3在升压过程中当前电压的实时反馈。

在刺激仪的一个刺激周期内，可分为低压升高压反馈控制模块3升压过程的高功耗阶段、恒压转恒流模块4输出恒流刺激和待机状态下的低功耗阶段。在高功耗阶段，刺激仪的功耗最大，缩短此阶段所占用的时间，可有效降低刺激仪功耗；在低功耗阶段，通过微控制器7 关闭低压升高压反馈控制模块3和恒压转恒流模块4的电源，有效降低非任务执行期间刺激仪功耗。

如图4所示，可将刺激仪完成一个刺激周期的过程划分为低压升高压反馈控制模块3的充电、恒压转恒流模块4输出恒流刺激和刺激仪待机三个过程，分别对应图4中的时间段Tc、 Tf和Tx，即一个刺激周期T＝Tc+Tf+Tx。如图5和图6所示，刺激仪每次输出刺激之前，即在Tc时间段内，低压升高压反馈控制模块3通过控制晶体管在Tc内周期性的导通与截止，通过反复脉冲充电的方式将电感储存的能量累积至第四电容C4，从而将电源低电压逐步升压至高电压，直到当前电压值在预设高电压以上，进而由微控制器7控制恒压转恒流模块4输出恒流刺激到输入电极51。低压升高压反馈控制模块3的工作时间Tc与LC升压电路32的升压电压值有关，Tc时间越长，LC升压电路32的升压电压值越高，但过高的电压可能损坏元器件，又浪费电源能耗。

如前所述，在低压升高压反馈控制模块3的升压过程中，微控制器7通过电压反馈电路 33对充电时间Tc和当前电压值Un的反馈，以及Un与预设高电压的参考值Us差值的判断和计算，通过调整下一次充电时间Tn，使下一次充电时间Tn尽量短，从而缩短任务执行时间。为此，需要判断低压升高压反馈控制模块3升压后的当前电压Un与预设高电压的参考值Us的差值，通过微控制器7设定预设高电压的取值区间，即Us±△U的值为预设高电压的取值区间，也就是说，通过判断Un与Us的差值与△U的关系来判断当前电压值Un是否在预设高电压的取值区间内。举例来说，充电时间的计算方法，由微控制器7根据前一次升压后的当前电压Un与Us的差值，计算下一次需要充电的时间Tn，然后发指令给低压升高压反馈控制模块3。根据微控制器7采集的前一次升压后的当前电压值Un，计算下次升压所需用的充电时间Tn，若微控制器7采集并判断当前电压值Un与预设高电压的参考值Us的差值小于等于△U，则微控制器7将本次升压的时间指令再次发送给低压升高压反馈控制模块3作为下一次充电时间指令，即若丨Un－Us丨≤△U，那么Tn＝Tl；若微控制器7采集并判断当前电压值与预设高电压的参考值的差值大于△U，即丨Un－Us丨＞△U，则微控制器 7根据当前电压值与预设高电压的参考值之间的差值计算下一次需要升压的时间。在本实施例中，Tn的计算方法为：Tn＝Tl－k(Un－Us)。其中，Tl为上次充电的充电时间，k表示单次充电时间变化系数，k＝0.25ms/V。并将计算调整后的时间指令发送给低压升高压反馈控制模块3，使低压升高压反馈控制模块3在下一次升压时能尽快调整到预设高电压。

微控制器7比较当前电压值与预设高电压的参考值的差值与△U的关系，若Un与Us相差远大于△U，充电时间将以较大幅度增加或减少，若Un与Us相差稍大于△U，则充电时间以较小幅度增加或减少，若Un与Us相差小于等于△U，则充电时间不变，最终使LC 升压电路达到预设高电压的工作时间最短。

例如，在某一次刺激治疗过程中，微控制器7与PC机(如图1所示)通讯后，设定Us为120V，以及设定预设高电压为与预设高电压的参考值Us相差的范围△U为10V。低压升高压反馈控制模块3将电源低电压升压至100V后，TVS二极管被击穿，微控制器7采集电压反馈电路当前电压，并判定当前电压值小于预设高电压。进一步地，微控制器7根据当前电压值(100v)与预设高电压的参考值(120v)的差值(20v)计算下一次需要升压的时间 Tn，并发指令给低压升高压反馈控制模块3，使当前电压在短时间内升压至预设高电压。如图5所示，LC升压电路中充电时间初始值T0设置为90ms，此时的当前电压值Un约为100v，通过微控制器7程序化指令计算下一次充电的充电时间，取k＝0.25ms/V，则下次充电的充电时间Tn：Tn＝90－0.25(100－120)，最终Tc＝90ms+95ms，约为185ms，则本次充电时间 Tc为185ms的指令由微控制器7发送给LC升压电路，作为其在下一次充电过程中LC升压电路的充电时间。

作为本实用新型的一种实施方式，如图1所示，微控制器7的输入端与外部的PC机连接。PC机可向微控制器7发出指令，改变刺激仪的恒流刺激强度和频率。

PC机向微控制器7输入指令，设定刺激仪的休眠时间，休眠时间可在1s～7s范围内取值，设置预设高电压的参考值Us，通过微控制器7的输入端设定LC升压电路中充电时间的初始值T0设置为90ms。微控制器7可从PC机输入指令并存储，根据存储的指令执行；或通过PC机实时控制执行，并由微控制器7将程序化指令转发给开关电路、LC升压电路、电压反馈电路、恒压转恒流模块和通断反馈电路，从而实现根据临床治疗方案设置刺激频率。作为本实用新型的另一种实施方式，亦可由微控制器7自身存储的程序化指令直接控制开关电路、LC升压电路、电压反馈电路、恒压转恒流模块和通断反馈电路各部分功能，实现预设的刺激频率和刺激强度。

本实用新型刺激仪在正常工作状态下，恒压转恒流模块4输出的恒定电流通过输入电极 51输出到其所在的神经肌肉组织，在输入电极51和输出电极52之间的神经肌肉组织中形成闭合回路，施加电流刺激，即可完成一次刺激周期，因此刺激仪的电极贴片5需要与神经肌肉组织紧密贴合；但在刺激仪工作过程中，电极贴片5可能出现松动或脱落，导致输入电极 51和输出电极52之间的电流回路导电性降低甚至断路，此时经过神经肌肉组织的刺激电流值会变小或为零，不能达到正常的刺激治疗效果。为此，在刺激仪的输出电极52的一端设有通断反馈电路6。通过微控制器7比较通断反馈电路6反馈的电压值U_K和连续两次刺激之间时间间隔来判断刺激仪电极贴片与经肌肉组织的贴合是否正常。当微控制器7从通断反馈电路6接收到的反馈电压U_K小于反馈电压阈值U_y，且反馈电压U_K持续小于反馈电压阈值U_y的持续时间大于当前设定休眠时间T_y(T_y可设定为5-10个刺激周期)时，刺激仪的电极贴片5可能出现松动或脱落，此时，微控制器7指令低压升高压反馈控制模块3关闭。

在本实施例中，通过将第三电阻R3的电压反馈至微控制器7，作为通断反馈电路6中的反馈电压U_K。具体地，如图7所示，通断反馈电路6包括第一电阻R1和第三电阻R3，第一电阻R1和第三电阻R3与输出电极52连接，第一电阻R1的另一端与微控制器7的连接，第三电阻R3的另一端接电源负极；通断反馈电路6通过第一电阻R1将第三电阻R3的电压值反馈至微控制器7，微控制器7可以根据通断反馈电路6反馈的电压值，当微控制器7从通断反馈电路6接收到的第三电阻R3的电压值小于反馈电压阈值U_y且持续小于反馈电压阈值 U_y的时间大于当前设定休眠时间T_y(5～10个刺激周期)时，微控制器7接收到反馈并指令开关电路31关闭，此时刺激仪处于低功耗状态。

基于此，微控制器7需要检测通断反馈电路6中的第三电阻R3两端的电压值Uk。在本实施例中，根据神经和肌肉刺激器用电极阻抗的性能检测标准，刺激电极的电流限值应小于 100mA，一般经验值为15～30mA，刺激频率约为1～100Hz，即刺激周期为0.01s～1s。结合图 7所示的电路示意图，刺激仪的电极贴片5在正常使用状态下，反馈电压U_K的值等于第三电阻R3的电压值(即U_K＝Ic×R₃，其中，Ic表示刺激电流，R₃表示第三电阻R3的阻值)。在本实施例中，选择第三电阻R3的阻值R₃为51Ω，则在正常刺激状态下，反馈电压U_K的值约为0.76～1.53。

通过PC机设置反馈电压阈值Uy的值，Uy应该小于正常刺激状态下的反馈电压U_K的值，但反馈电压阈值Uy设置越小，需要微控制器7的电压检测精度越高；反馈电压阈值Uy设置越大，对刺激仪中的电极贴片与神经肌肉组织的贴合紧密程度要求越高。当设定休眠时间T_y大于刺激仪的一个刺激周期时，可以避免因为肌肉组织的活动以及电极贴片短时间的电压降低等因素导致微控制器7对通断反馈电路6接收到的反馈电压U_K是否实际小于反馈电压阈值 U_y产生误判。本实用新型中，设定休眠时间T_y为5～10个刺激周期较佳。作为本实用新型的一个实施例，恒压转恒流模块输出至神经肌肉组织的刺激电流Ic为30mA，U_K的值为1.53V，设定刺激仪的反馈电压阈值Uy值为0.3V，设定休眠时间Ty为5s。若通过微控制器7的电压比较器管脚检测U_K大于0.3V，则刺激仪处于正常工作状态；若检测到U_K小于0.3V，且U_K小于0.3V的持续时间大于5s，则微控制器7判断当前刺激仪的电极贴片5为脱落状态，并向开关电路31发出关闭的指令，刺激仪不再进入下一个刺激周期，刺激仪调整为低功耗状态。

本实施例中，微控制器7选择具备低功耗模式的STM32芯片，选择该芯片的Stop工作模式，作为刺激仪低功耗状态下微控制器的工作模式，此模式下微控制器功耗为1μA左右。如图8所示，一次刺激过程中，LC升压电路32脉冲充电时间内，即在Tc时间段内，刺激仪处于高功耗状态；其余时间，即在Tf和Tx时间段内，微控制器关闭开关电路31，即在一个刺激周期中，其中Tc段为高功耗状态，Tf和Tx段为低功耗状态。

如图4、5和图6所示，在本实施例中，LC升压电路32升压至稳定电压值为130V，稳定的充电时间Tn约为180ms。通过PC机对微控制器7进行设置，使得微控制器7在刺激仪开机后，每隔1s输出1次刺激脉冲，即T＝1s。在一个刺激周期内，刺激仪在约180ms(刺激脉宽Tf<1ms，刺激输出时间忽略不计)内处于高功耗状态，其余820ms均处于低功耗状态。本实施例中，在低功耗状态下，刺激仪的功耗的实际测量值为0.9μA，刺激仪仅约180ms左右处于高功耗状态，估算刺激仪功耗约为0.58mA，则在1s的工作周期内刺激仪功耗约为 0.1mA。作为本实用新型的一种实施方式，使用本实用新型刺激仪实施进行治疗时，在电源模块内部固定安装锂电池，使刺激仪通过内部电源进行自主供电。在电源模块中可设置工作状态控制按钮，工作状态控制按钮的一端分别连接电源模块的正极和微控制器7，工作状态控制按钮的另一端连接电源模块的负极。当按下工作状态控制按钮时，微控制器7能够接收并计算工作状态控制按钮按下的时长信号。

作为本实用新型的一个实施例，在关机状态下，若长按工作状态控制按钮一次(如3～ 5s)，则微控制器发指令给开关电路31，改变刺激仪的当前状态为工作状态；在工作状态下，若长按工作状态控制按钮，则微控制器7发指令给开关电路31，改变刺激仪的当前状态为关机状态。

在工作状态下，若短按工作状态控制按钮，则每短按工作状态控制按钮一次(如短按一次的持续时间大于0且小于等于1s)，微控制器7指令开关电路31将刺激仪在工作状态下的休眠时间在当前值的基础上增加一次(如增加一次的时间为1s)。当休眠时间已达到设定的上限值(如7s)时，若再短按工作状态控制按钮一次，则休眠时间重置为设定的下限值(如 1s)。之后，每短按工作状态控制按钮一次，微控制器7指令开关电路31将刺激仪工作状态下的休眠时间在当前值的基础上增加一次(如1s)；一旦增至设定的上限值(如7s)，若再短按工作状态控制按钮一次，则休眠时间又将重置为设定的下限值(1s)，如此循环往复。

Claims

1.一种低功耗神经肌肉刺激仪,其特征在于：包括电源模块、低压升高压反馈控制模块、恒压转恒流模块、通断反馈电路、微控制器和N对电极，N为大于等于1的整数；每对电极包括一个输入电极和一个输出电极，各输入电极分别与恒压转恒流模块的输出端电连接，各输出电极分别与通断反馈电路的输入端电连接；低压升高压反馈控制模块的输出端与恒压转恒流模块的输入端连接；所述电源模块与低压升高压反馈控制模块、微控制器分别连接；低压升高压反馈控制模块、恒压转恒流模块、通断反馈电路分别与微控制器连接；微控制器能够指令低压升高压反馈控制模块将电压升至预设高电压后输出到恒压转恒流模块，并指令恒压转恒流模块将恒定电压转换成恒定电流输出到各输入电极；并且，当微控制器从通断反馈电路接收到的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的持续时间大于设定休眠时间时，微控制器指令低压升高压反馈控制模块关闭。

2.根据权利要求1所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述低压升高压反馈控制模块包括开关电路(31)、LC升压电路(32)和电压反馈电路(33)；开关电路(31)的第一输入端与电源模块连接，开关电路(31)的第二输入端与微控制器连接，开关电路(31)的输出端与LC升压电路(32)的第一输入端连接，LC升压电路(32)的第二输入端与微控制器连接；LC升压电路(32)的输出端分别与电压反馈电路(33)的输入端、恒压转恒流模块的输入端连接，电压反馈电路(33)的第一输出端与微控制器连接，电压反馈电路(33)的第二输出端与恒压转恒流模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述电压反馈电路(33)包括TVS瞬态抑制二极管(D8)、第九电阻(R9)、第十三电阻(R13)、第十一电阻(R11)和第四电容(C4)；TVS瞬态抑制二极管(D8)的输入端同时与LC升压电路(32)的输出端、恒压转恒流模块的输入端连接；TVS瞬态抑制二极管(D8)的输出端与第九电阻(R9)的一端连接，第九电阻(R9)的另一端分别与第十一电阻(R11)的一端、第十三电阻(R13)的一端、第四电容(C4)的正极电连接，第十一电阻(R11)的另一端与微控制器连接，第十三电阻(R13)的另一端、第四电容(C4)的负极分别接地。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述通断反馈电路包括第一电阻(R1)和第三电阻(R3)，所述第一电阻(R1)的一端、第三电阻(R3)的一端分别与各输出电极连接，第一电阻(R1)的另一端与微控制器连接，第三电阻(R3)的另一端接地；所述通断反馈电路通过第一电阻(R1)将第三电阻(R3)的电压值反馈至微控制器，当微控制器从通断反馈电路接收到的第三电阻(R3)的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的时间大于设定休眠时间时，微控制器接收到反馈并指令低压升高压反馈控制模块关闭。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述微控制器与外部的PC机连接。

6.根据权利要求4所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述微控制器与外部的PC机连接。

7.根据权利要求3所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述预设高电压的下限大于TVS瞬态抑制二极管(D8)的击穿电压。

8.根据权利要求7所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述通断反馈电路包括第一电阻(R1)和第三电阻(R3)，所述第一电阻(R1)的一端、第三电阻(R3)的一端分别与各输出电极连接，第一电阻(R1)的另一端与微控制器连接，第三电阻(R3)的另一端接地；所述通断反馈电路通过第一电阻(R1)将第三电阻(R3)的电压值反馈至微控制器，当微控制器从通断反馈电路接收到的第三电阻(R3)的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的时间大于设定休眠时间时，微控制器接收到反馈并指令低压升高压反馈控制模块关闭。

9.根据权利要求7或8所述的低功耗神经肌肉刺激仪，其特征在于：所述微控制器与外部的PC机连接。

10.根据权利要求2或3所述的低功耗神经肌肉刺激仪,其特征在于：在电源模块中设置工作状态控制按钮，所述工作状态控制按钮的一端分别连接电源模块的正极和微控制器，所述工作状态控制按钮的另一端连接电源模块的负极。

11.根据权利要求10所述的低功耗神经肌肉刺激仪,其特征在于：所述通断反馈电路包括第一电阻(R1)和第三电阻(R3)，所述第一电阻(R1)的一端、第三电阻(R3)的一端分别与各输出电极连接，第一电阻(R1)的另一端与微控制器连接，第三电阻(R3)的另一端接地；所述通断反馈电路通过第一电阻(R1)将第三电阻(R3)的电压值反馈至微控制器，当微控制器从通断反馈电路接收到的第三电阻(R3)的电压值小于反馈电压阈值且持续小于反馈电压阈值的时间大于设定休眠时间时，微控制器接收到反馈并指令低压升高压反馈控制模块关闭。

12.根据权利要求10所述的低功耗神经肌肉刺激仪,其特征在于：所述微控制器与外部的PC机连接。

13.根据权利要求11所述的低功耗神经肌肉刺激仪,其特征在于：所述微控制器与外部的PC机连接。