應(yīng)用于表面陣列電極的可編程多通道刺激器的研制.pdf

1、功能性電刺激(FunctionalElectricalStimulation,FES)是指利用低頻電流脈沖刺激患者的一組或者多組的失去神經(jīng)控制的肌肉,使其收縮或者舒張,用以替代部分受損神經(jīng)或者模擬正常的肌肉自主運動,使其重建喪失的功能和修復(fù)受損功能。表面式電刺激是功能性電刺激的一種,具有使用方便簡單、可避免外科手術(shù)等優(yōu)點。目前,常見的表面式電刺激器的通道數(shù)多為單通道或雙通道,部分產(chǎn)品為四或八通道。表面陣列電極(surfacearraye

2、lectrodes)是近年由電極陣列發(fā)展而來的一種新的表面式電刺激技術(shù),在改進(jìn)刺激選擇性和控制能力方面具有優(yōu)越性能。多通道電刺激器是功能性電刺激和表面陣列電極研究的實驗平臺,能為為研究刺激選擇性、優(yōu)化刺激參數(shù)等提供設(shè)備基礎(chǔ)。因此,多通道刺激器的研究對于探索功能康復(fù)新療法具有重要的意義,能極大促進(jìn)工程技術(shù)、醫(yī)學(xué)研究及臨床康復(fù)的互動。本課題研制一種應(yīng)用于表面陣列電極的多通道電刺激器,能同時輸出多達(dá)24路刺激信號。
　　本文在功能性電刺

3、激的電生理原理和上一代刺激器的基礎(chǔ)上,設(shè)計多通道便攜式刺激器。該刺激器以通用IO口的C8051F020為控制核心,能對二十四路輸出通道進(jìn)行獨立控制,每個通道的刺激脈沖參數(shù)和波形單獨可調(diào)。整個系統(tǒng)采用液晶屏和薄膜鍵盤作為人機(jī)交互接口,界面友好,操作方便。系統(tǒng)的硬件分為MCU控制器、隔離電源模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、幅值計算和放大電路、人機(jī)界面五個部分。MCU控制器作為核心部件,將刺激脈沖幅值編碼寫入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊,輸出有極性低電壓刺激波形,在經(jīng)過幅

4、值轉(zhuǎn)換和放大電路,形成無極性高電壓的最終刺激波形,和表面電極連接,用于人體康復(fù)。而高性能的隔離電源的使用使得整個刺激器在醫(yī)用設(shè)備的安全性上大為提升。刺激器使用SiliconLabs軟件為開發(fā)界面,通過軟件控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器和各個硬件模塊的協(xié)同工作,得到目標(biāo)波形。刺激器小巧輕便,加強(qiáng)了便攜性。
　　設(shè)計完成后,對刺激器進(jìn)行了基本的性能測試。刺激脈沖幅值0～+15V可調(diào),刺激頻率為28.1Hz,刺激相脈沖為300μs,負(fù)載能力滿足要求,達(dá)