專利名稱：一種功能性電刺激裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于醫療器械領域，具體涉及一種功能性電刺激裝置及方法。
背景技術：
據世界衛生組織統計，目前中風已成為世界人口的第二大死因，僅次于缺血性心臟病。全世界每6個人中就有I人可能罹患中風，每6秒鐘就有I人死于中風，每6秒鐘就有I人因中風而永久致殘。中風患者由于屈肌痙攣，常受到舒張肌無力或不自主肌肉收縮的困擾。早在1971年，Liberson就是用電刺激的方法幫助足下垂患者行走，電刺激的方法就是通過小電流刺激患者肌肉組織，幫助恢復人體肢體或手部運動，屬于物理理療方法，典型的運用就是低頻治療儀。在各種電刺激康復中，功能性電刺激最為復雜，原因是功能性電刺激解決的問題是使用電流刺激偏癱、截癱患者模擬健康人的功能運動，以達到中風后的康復效果。·中國實用新型專利《一種基于人體行走模式的功能性低頻電刺激治療裝置》(授權公告號CN201431704Y)公開了一種功能性低頻電刺激裝置，該裝置需要借助進程控制模塊，即外部的觸發的開關以協助該裝置的正常使用，在治療時間內，無數次的協助無論是醫護人員還是家人來說這個工作都是繁重的，另一種方法是病人自己觸發，這個對本身已行動變形或不變的患者來說，更不能夠很好實現。《中國醫療器械信息》2010年第16卷第2期記載了文獻《基于行走模式的低頻脈沖電刺激癱瘓治療儀》，所述設備也是需要借助外部的觸發開關以協助該裝置的正常使用，對于模擬行走康復的康復方法也是基于上述設備所做出的。

發明內容
發明目的本發明的目的在于針對需要人為若干次外部觸發功能性電刺激裝置的問題，提供一種能控制電流通斷時序的功能性電刺激裝置及系統。技術方案本發明提供了一種功能性電刺激裝置，包括顯示屏、單片機、刺激電流發生器和電極片，顯示屏連接單片機，用于顯示所述功能性電刺激裝置的參數，單片機內嵌模擬正常人肢體運動涉及到的肌肉活動時序的程序，程序控制刺激電流發生器產生刺激電流的時序，刺激電流通過電極片作用于肌肉；
所述刺激電流發生器包括控制開關、比較放大器、主開關、反饋電路和變壓器，單片機與控制開關相連，所述控制開關連接比較放大器，比較放大器的輸出端通過主開關與變壓器相連，所述變壓器通過反饋電路連接比較放大器的輸入端，同時變壓器的輸出端與電極片相連。為了與人體各個肢體部位肌肉動作相適應，刺激電流發生器含有四個以上通道，每個通道設置一種肌肉動作時序，每個通道連接I組電極片，每組電極片共有2片。作為本發明的進一步優選，變壓器為脈沖變壓器，原副邊線圈匝數比為15:1，用以產生適于刺激人體肌肉動作的小于IOOmA的電流。一種功能性電刺激方法，包括以下步驟(1)所述單片機將程序中的時序信號傳遞給所述刺激電流發生器中的控制開關，控制開關根據時序信號通斷；
(2)放大比較器根據所述控制開關的通斷將比較后信號用于控制主開關的通斷；
(3)主開關的通斷控制變壓器產生隨之頻率相同的刺激電流，并將產生的反饋信號通過反饋電路輸回比較放大器；
(4)變壓器產生的刺激電流通過所述電極片傳導給人體各個肢體部位的肌肉；
(5)顯示屏顯示所述功能性電刺激裝置工作中的參數。上述方法可用于人體各個肢體部位的肌肉，優選地為尺側腕屈肌、橈側腕伸肌、三角肌后部、肱二頭肌、三角肌前部、肱三頭肌、脛前肌、腓腸肌、股四頭肌或胭繩肌。
具體時序為，從O時刻計數起，用于尺側腕屈肌的功能性電刺激裝置的起止時間為10-80S，用于橈側腕伸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為O-IOs和80-90S，用于三角肌后部和肱二頭肌的功能性電刺激裝置起止時間為20-50S，用于三角肌前部和肱三頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為50-80S，并以此設定作為一個循環，循環一次以上。或者，從O時刻計數起，用于脛前肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5S和55-lOOs，用于腓腸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為5-50s，用于股四頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s、55-65s和90-100S，用于胭繩肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s和80-100S，并以此設定作為一個循環，循環一次以上。有益效果1、本發明實現了程序化控制作用在人肢體部位的電極片上流過電流的通斷時序，不需要外部的協助就可以完成整個治療過程；2、本發明裝置的通道數多，可以精確實現人體運動動作的模擬，實現對患者的康復治療；3、本發明方法通過設定人體各個肢體部位動作的時序，模擬正常人運動的肌肉動作，實現對患者的康復治療。


圖I本發明裝置的原理 圖2本發明裝置一個通道的電路圖。
具體實施例方式下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。實施例本發明一種功能性電刺激裝置，如圖I所示，包括顯示屏I、單片機2、刺激電流發生器3和電極片4，所述顯示屏I連接單片機2，用于顯示所述功能性電刺激裝置的參數，單片機2內嵌模擬正常人肢體運動涉及到的肌肉活動時序的程序，該程序控制刺激電流發生器3產生刺激電流的時序，刺激電流通過電極片4作用于肌肉。刺激電流發生器3包括控制開關301、比較放大器302、主開關304、反饋電路303和變壓器305，單片機2的信號控制控制開關301的通斷，控制開關301連接比較放大器302，比較放大器302用比較后的信號控制主開關304的通斷，主開關304連接變壓器305，變壓器305通過反饋電路303將反饋信號輸入到比較放大器302，最終電流通過變壓器305傳輸到電極片4。刺激電流發生器3含有四個通道，每個通道對應連接一組電極片4，一組包括2片電極片。刺激電流發生器3 —個通道的具體連接電路如圖2所示，IXD顯示屏I連接美國愛特梅爾半導體公司(Atmel)的ATmaga8單片機2,ATmaga8單片機2根據當前通道設定的時序輸出2路脈沖寬度調制(PWM)信號，一端接入晶體管Ql的基極，即一路PWM信號輸入到晶體管Q1，另一端連接晶體管Ql的集電極，同時晶體管Ql的集電極連接比較放大器Ul的同相輸入端，即晶體管Ql的輸出和另一路PWM信號疊加后輸入到比較放大器Ul的同相端，晶體管Ql的發射極接地；比較放大器Ul的輸出端連接晶體管Q2的基極，比較放大器Ul的輸出信號控制晶體管Q2的通斷，晶體管Q2的發射極 連接反饋電阻R1，同時反饋電阻Rl連接放大器Ul的反相端，即晶體管Q2的發射極輸入反饋電阻Rl的反饋信號經分壓后接入放大器Ul的反相端，反饋電阻Rl的另一端接地；變壓器Tl為脈沖變壓器，原副邊線圈匝數比為15:1，變壓器Tl的原邊接入正極電源Vcc，晶體管Q2的集電極連接在變壓器Tl原邊的另一端，晶體管Q2的通斷導致變壓器Tl原邊電流的斷續，控制V CC通過變壓器產生的脈沖電流，變壓器Tl的副邊連接電極片4，副邊電流由于電磁耦合產生相應的脈沖電流輸入電極片4，電流通過電極片4傳導給患者的肌肉，患者肌肉受到電流的刺激，產生動作。使用上述裝置的功能性電刺激方法，包括以下步驟
(1)所述單片機將程序中的時序信號傳遞給刺激電流發生器中的晶體管Q1，晶體管Ql根據時序信號通斷；
(2)放大比較器Ul根據所述晶體管Ql的通斷將比較后信號用于控制晶體管Q2的通
斷；
(3)晶體管Q2的通斷控制變壓器Tl產生隨之頻率相同的刺激電流，并將產生的反饋信號經反饋電阻Rl分壓后輸回給比較放大器Ul ；
(4)變壓器Tl產生的刺激電流通過所述電極片4傳導給人體各個肢體部位的肌肉；
(5)顯示屏I顯示所述功能性電刺激裝置工作中的參數。上述方法用于人體的尺側腕屈肌、橈側腕伸肌、三角肌后部、肱二頭肌、三角肌前部、肱三頭肌和脛前肌時，設定的具體時序為從O時刻計數起，用于尺側腕屈肌的功能性電刺激裝置的起止時間為10-80S，用于橈側腕伸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為O-IOs和80-90s，用于三角肌后部和肱二頭肌的功能性電刺激裝置起止時間為20-50s，用于三角肌前部和肱三頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為50-80S，并以此設定作為一個循環，循環一次以上。上述方法用于人體的脛前肌、腓腸肌、股四頭肌和胭繩肌時，設定的具體時序為從O時刻計數起，用于脛前肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5S和55-100S，用于腓腸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為5-50s，用于股四頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s、55-65s和90-100S，用于胭繩肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0_5s和80-100s,并以此設定作為一個循環,循環一次以上。以上兩種設定的時序都是模擬正常人體運動時肌肉動作的時序，因此促使患者恢復正常人的肌肉功能運動，達到治療康復的目的。如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種功能性電刺激裝置，包括顯示屏(I)、單片機(2)、刺激電流發生器(3)和電極片(4)，其特征在于所述顯示屏(I)連接單片機(2)，用于顯示所述功能性電刺激裝置的參數，所述單片機(2)內嵌模擬正常人肢體運動涉及到的肌肉活動時序的程序，所述程序控制刺激電流發生器(3)產生刺激電流的時序，刺激電流通過電極片(4)作用于肌肉； 所述刺激電流發生器(3)包括控制開關(301)、比較放大器(302)、主開關(304)、反饋電路(303)和變壓器(305)，單片機(2)與控制開關(301)相連，所述控制開關(301)連接比較放大器(302)，所述比較放大器(302)的輸出端通過主開關(304)與變壓器(305)相連，所述變壓器(305 )通過反饋電路(303 )連接比較放大器(302 )的輸入端，同時變壓器(305 )的輸出端與電極片(4)相連。
2.根據權利要求I或2所述的功能性電刺激裝置，其特征在于所述刺激電流發生器(3)含有四個以上通道。
3.根據權利要求3所述的功能性電刺激裝置，其特征在于所述刺激電流發生器(3)的每個通道連接一組電極片(4 )，每組包括2片電極片(4 )。
4.根據權利要求I所述的功能性電刺激裝置，其特征在于所述變壓器(305)為脈沖變壓器。
5.根據權利要求4所述的功能性電刺激裝置，其特征在于所述脈沖變壓器的原副邊線圈匝數比為15:1。
6.一種功能性電刺激方法，其特征在于包括以下步驟 (1)所述單片機將程序中的時序信號傳遞給所述刺激電流發生器中的控制開關，控制開關根據時序信號通斷； (2)放大比較器根據所述控制開關的通斷將比較后信號用于控制主開關的通斷； (3)主開關的通斷控制變壓器產生隨之頻率相同的刺激電流，并將產生的反饋信號通過反饋電路輸回比較放大器； (4)變壓器產生的刺激電流通過所述電極片傳導給人體各個肢體部位的肌肉； (5)顯示屏顯示所述功能性電刺激裝置工作中的參數。
7.根據權利要求5所述的功能性電刺激方法，其特征在于步驟(4)中所述人體各個肢體部位的肌肉為尺側腕屈肌、橈側腕伸肌、三角肌后部、肱二頭肌、三角肌前部、肱三頭肌、脛前肌、腓腸肌、股四頭肌或胭繩肌。
8.根據權利要求7所述的功能性電刺激方法，其特征在于從O時刻計數起，用于尺側腕屈肌的功能性電刺激裝置的起止時間為10-80S，用于橈側腕伸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為O-IOs和80-90s，用于三角肌后部和肱二頭肌的功能性電刺激裝置起止時間為20-50s，用于三角肌前部和肱三頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為50-80s，并以此設定作為一個循環，循環一次以上。
9.根據權利要求7所述的功能性電刺激方法，其特征在于從O時刻計數起，用于脛前肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s和55-lOOs，用于腓腸肌的功能性電刺激裝置的起止時間為5-50s，用于股四頭肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s、55-65s和90-100S，用于胭繩肌的功能性電刺激裝置的起止時間為0-5s和80-100S，并以此設定作為一個循環，循環一次以上。
全文摘要
本發明公開了一種功能性電刺激裝置，包括顯示屏、單片機、刺激電流發生器和電極片，顯示屏連接單片機，用于顯示所述功能性電刺激裝置的參數，單片機控制刺激電流發生器的通斷，刺激電流發生器產生的電流通過電極片作用于肌肉，單片機內嵌模擬正常人肢體運動涉及到的肌肉活動時序的程序，程序控制刺激電流發生器產生刺激電流的時序；本發明實現了程序化控制作用在人肢體部位的電極片上流過電流的通斷時序，不需要外部的協助就可以完成整個治療過程，裝置的通道數多，可以精確實現人體運動動作的模擬，實現對患者的康復治療，本發明方法通過設定人體各個肢體部位動作的時序，模擬正常人運動的肌肉動作，實現對患者的康復治療。
文檔編號A61N1/36GK102921104SQ20121048278
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者楊瑞嘉, 苗盛巍, 徐賢彪, 史志懷 申請人:南京偉思醫療科技有限責任公司