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1、(10)授权公告号 CN 101904743 B (45)授权公告日 2012.02.01 CN 101904743 B *CN101904743B* (21)申请号 201010234180.1 (22)申请日 2010.07.22 A61B 5/0488(2006.01) (73)专利权人 上海诺诚电气有限公司 地址 200240 上海市闵行区剑川路 940 号 1 号楼 5 楼 (72)发明人 张群峰 高俊仕 (74)专利代理机构 上海东创专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 31245 代理人 马云 曹立维 (54) 发明名称 恒电流刺激器及电流刺激器系统 (57) 摘要 一种恒电流刺激器。
2、及电流刺激器系统， 包括 MCU、 脉冲控制电路、 高压发生电路、 恒流发生控制 电路以及485总线接口电路， 其中所述485总线接 口电路实现 MCU 与主机之间的通讯， 所述脉冲控 制电路在 MCU 的控制下， 输出脉冲宽度、 频率和方 向可调的脉冲电流作为刺激电流， 所述恒流发生 控制电路接收 MCU 的控制信号来决定刺激电流的 大小， 并保证刺激电流的恒定， 所述高压发生电路 与所述脉冲控制电路电连接， 并向脉冲控制电路 施加直流电压， 以产生足够强的刺激强度。 (51)Int.Cl. 审查员 沈研研 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 2 页 说明书 。
3、9 页 附图 8 页 CN 101904743 B1/2 页 2 1. 一种恒电流刺激器， 包括 MCU、 脉冲控制电路、 高压发生电路、 恒流发生控制电路以 及 485 总线接口电路 ； 其中所述 485 总线接口电路分别与 MCU 及主机相连接， 用于实现 MCU 与主机之间的通讯 ； 恒流发生控制电路分别与所述 MCU 及脉冲控制电路相连接， 用于接收 MCU 的控制信号并向所述脉冲控制电路输出恒定电流， 从而决定刺激电流的大小且保证刺 激电流的恒定 ； 所述高压发生电路的输出端与所述脉冲控制电路电连接， 用于将其输入端 上的低电压经升压及稳压处理并通过其输出端向所述脉冲控制电路施加直流。
4、高电压 ； 所述 脉冲控制电路分别与 MCU、 恒流发生控制电路及高压发生电路相电连接， 用于在 MCU 和恒流 发生控制电路的控制下接收所述高压发生电路输出的直流高电压并输出脉冲宽度、 频率和 方向可调的脉冲电流作为刺激电流输出给电极。 2. 如权利要求 1 所述的恒电流刺激器， 其特征在于， 所述恒流发生控制电路包括两个 完全相同的第一电路和第二电路， 该第一或第二电路包括运算放大器和晶体管， 运算放大 器的正相输入端接收来自 MCU 的模拟输出量， 决定刺激电流的大小， 负相输入端连接晶体 管的源极， 运算放大器的输出端连接晶体管的门极， 晶体管的漏极电连接至脉冲控制电路。 3. 如权利。
5、要求 1 所述的恒电流刺激器， 其特征在于， 所述的脉冲控制电路包括第一三 极管 (Q600) 和第二三极管 (Q603)， 第一晶体管 (Q601) 和第二晶体管 (Q602)， 第一固态 继电器 (U601) 和第二固态继电器 (U603) 和接插件部分， 其中， 第一三极管的集电极和第 二三极管的集电极分别经过电阻 (R604)、 二极管 (ID600)、 电容器 (C602)、 施密特触发器 (U600C) 的串联连接后， 连接至第一晶体管和第二晶体管的门极， 所述第一晶体管和第二晶 体管的漏极连接至高压发生电路的输出， 第一晶体管和第二晶体管的源极分别连接至所述 第一固态继电器和第二。
6、固态继电器， 当第一晶体管到导通时， 从第一固态继电器的输出端 经由电阻和磁珠构成的串联支路输出正向电流， 从第二固态继电器的输出端经由电阻和磁 珠构成的串联支路输出反向电流， 其中， 第一三极管和第二三极管的基极受 MCU 的控制信 号的控制。 4. 如权利要求 1 所述的恒电流刺激器， 其特征在于， 所述的高压发生电路包括升压模 块 (U102)、 晶体管 (Q100)、 稳压管 (D101) 和输出电容器 (C117、 C118)， 所述晶体管的源极 电连接至所述升压模块的输出端， 输出电容器的一端电连接至所述晶体管的漏极， 另一端 接地， 所述稳压管的阴极连接至所述晶体管的门极， 阳极。
7、经电阻 (R112) 连接至所述晶体管 的漏极， 同时， 所述晶体管的门极还经过其它电阻与所述升压模块的输出连接。 5. 一种电流刺激器系统， 包括主机、 主控盒、 与主控盒连接的两个电流刺激器， 其特征 在于， 主控盒接收来自主机的命令并传送给电流刺激器， 电流刺激器接收来自主机的命令 后输出对应的脉冲， 由与其相连的刺激电极完成对人体的刺激， 其特征在于， 所述两个电流 刺激器具有如权利要求 1-4 中任一权利要求的电流刺激器的电路结构。 6. 如权利要求 5 所述的电流刺激器系统， 其特征在于， 所述的两个电流刺激器中一个 为主刺激器， 另一个为从刺激器， 二者可分别独立运行， 也可同时。
8、运行。 7. 如权利要求 6 所述的电流刺激器系统， 其特征在于， 所述的两个电流刺激器分别刺 激人体不同的两个部位。 8. 如权利要求 7 所述的电流刺激器系统， 其特征在于， 所述的两个电流刺激器同时运 行， 并运行于 Single 模式下， 即在一段时间内只出现一个脉冲， 在一段时间后出现第二个 脉冲。 权 利 要 求 书 CN 101904743 B2/2 页 3 9. 如权利要求 5 所述的电流刺激器系统， 其特征在于， 所述的两个电流刺激器中只有 一个运行， 并有 single、 double 和 trail 三种工作模式， 其中， 在 Single 模式下， 在一段时 间只出现一。
9、个脉冲， 在一段时间后出现第二个脉冲 ； 在 Double 模式下， 在一段时间内出现 一次成对的脉冲， 在一段时间后又出现一次成对的脉冲 ； 在 Trail 模式下， 在一段时间内出 现一次 n 个脉冲， 在一段时间后又出现一次 n 个脉冲。 权 利 要 求 书 CN 101904743 B1/9 页 4 恒电流刺激器及电流刺激器系统 技术领域 0001 本发明涉及电生理诊断类设备， 特别涉及恒电流刺激器及电流刺激器系统。 背景技术 0002 肌电图与诱发电位仪是用于确定周围神经肌肉系统和中枢神经系统的功能状态 及可疑病变， 检出亚临床病灶， 对病损精确定位。对周围神经疾病、 脊髓病、 脱髓。
10、鞘病、 颈椎 病、 糖尿病、 各类神经损伤、 康复治疗评价、 感觉及运动功能评价等的诊察确定。 临床上广泛 应用于神经内外科、 手外科、 骨科、 小儿科、 康复科、 内分泌科、 肛肠科、 耳科、 眼科、 泌尿科、 性功能科、 法医鉴定等科室。 0003 电刺激系统通常由三部分组成 ： 1、 脉冲发生器， 产生使神经去极化的脉冲序列 ； 2、 导联线， 把脉冲传输到刺激位置 ； 3、 电极， 把刺激脉冲安全、 有效地传输到可兴奋组织。 在 直流电作用下， 在阴极附近部分膜外正离子被中和， 使膜极化减弱， 组织兴奋性升高。阳极 则相反， 在阳极附近膜极化加强， 组织兴奋性下降。电刺激引起组织兴奋性。
11、的实验研究证 明， 在直流电刺激条件下， 组织兴奋性或反应的产生和大小和通电强度、 极性有关， 即通电 时兴奋产生在阴极， 而断电时兴奋发生在阳极。 此结论为极兴奋法则， 这是电刺激器的设计 原理。 0004 对于为配合肌电图与诱发电位仪而设的肌电电流刺激器， 电刺激系统三部分都在 体外， 电极放在皮肤上或要刺激的肌肉的运动点附近， 也可放在特定的穴位上。 此方法已广 泛用于神经和肌肉的医疗康复。 在治疗学方面， 它已用于阻止瘫痪肌肉的萎缩， 应用功能刺 激改善瘫痪肌肉的状况， 以及增加肌肉体积。目前已有开发的功能表面刺激系统用于纠正 偏瘫病人的足下垂， 用于手握控制， 以及用于下肢瘫痪病人的。
12、站立和行走 ； 还有各种低频、 中频脉冲治疗仪用于慢性炎症的治疗， 并已取得良好的疗效。 0005 目前， 市场上常见的医疗用电刺激器一般包括输出电路、 控制波形发生电路和升 压电路。 输出电路在控制波形发生电路的控制下， 以一定的频率和波形， 对人体输出由升压 电路提供的足够高的电压而产生流过人体的恒定电流。但是从实际应用中来看， 市场上现 有的电刺激器主要存在的弊端是 ： 缺乏抵抗外界条件变化、 维持刺激恒定的能力 ； 模式单 一， 起不到相应的电生理诊断作用 ； 脉冲参数 ( 脉宽、 电流强度、 频率 ) 调节不便且误差较 大， 例如迷走神经刺激器手册给出的脉冲幅度误差最高达到 25以上。
13、。 发明内容 0006 本发明的目的旨在克服上述技术问题， 提供一种双恒流刺激器， 提供恒定的电流， 并工作在多种模式， 产生不同强度不同种类的刺激， 从而对神经、 肌肉起诊断作用利用计算 机中的软件对电流刺激盒进行控制， 更简便、 直观， 利于使用者使用、 观察。 0007 通过软件界面输入脉宽、 电流强度、 频率等参数， 对电流刺激盒发出相关的指令 后， 输出相关的波形， 如单波、 对波或者列波 (TRAIL 波 )， 通过刺激电极对人体相关的神经、 肌肉进行电刺激， 再由反馈的波形及相关的参数来判断神经、 肌肉的正常性， 从而来达到电 说 明 书 CN 101904743 B2/9 页 。
14、5 生理诊断的目的。 0008 根据本发明的电流刺激器的一个实施例， 包括 MCU、 脉冲控制电路、 高压发生电路、 恒流发生控制电路以及 485 总线接口电路， 其中所述 485 总线接口电路实现 MCU 与主机之 间的通讯， 所述脉冲控制电路在 MCU 的控制下， 输出脉冲宽度、 频率和方向可调的脉冲电流 作为刺激电流， 所述恒流发生控制电路接收 MCU 的控制信号来决定刺激电流的大小， 并保 证刺激电流的恒定， 所述高压发生电路与所述脉冲控制电路电连接， 并向脉冲控制电路施 加直流电压， 以产生足够强的刺激强度。 0009 根据本发明的电流刺激器的一个实施例， 其中所述恒流发生控制电路包。
15、括两个完 全相同的第一电路和第二电路， 该第一或第二电路包括运算放大器和晶体管， 运算放大器 的正相输入端接收来自 MCU 的模拟输出量， 决定刺激电流的大小， 负相输入端连接晶体管 的源极， 运算放大器的输出端连接晶体管的门极， 晶体管的漏极电连接至脉冲控制电路。 0010 根据本发明的电流刺激器的一个实施例， 所述脉冲控制电路与 MCU 连接， MCU 控制 脉冲控制电路产生正反向、 频率不同、 脉宽不同的脉冲。 0011 根据本发明的电流刺激器的一个实施例， 所述的脉冲控制电路包括第一三极管和 第二三极管， 第一晶体管和第二晶体管， 第一固态继电器和第二固态继电器和接插件部分， 其中， 。
16、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极分别经过电阻、 二极管、 电容器、 施密特 触发器的串联连接后， 连接至第一晶体管和第二晶体管的门极， 所述第一晶体管和第二晶 体管的漏极连接至高压发生电路的输出， 第一晶体管和第二晶体管的源极分别连接至所述 第一固态继电器和第二固态继电器， 当第一晶体管到导通时， 从第一固态继电器的输出端 经由电阻和磁珠构成的串联支路输出正向电流， 从第二固态继电器的输出端经由电阻和磁 珠构成的串联支路输出反向电流， 其中， 第一三极管和第二三极管的基极受 MCU 的控制信 号的控制。 0012 根据本发明的电流刺激器的一个实施例， 其中所述的高压发生电路包括升压模 块。
17、、 晶体管、 稳压管和输出电容器， 所述晶体管的源极电连接至所述升压模块的输出端， 输 出电容器的一端电连接至所述晶体管的漏极， 另一端接地， 所述稳压管的阴极连接至所述 晶体管的门极， 阳极经电阻连接至所述晶体管的漏极， 同时， 所述晶体管的门极还经过其它 电阻与所述升压模块的输出连接。 0013 本发明还提供了一种电流刺激器系统， 包括主机、 主控盒、 与主控盒连接的两个电 流刺激器， 其中， 主控盒接收来自主机的命令并传送给电流刺激器， 电流刺激器接收来自主 机的命令后输出对应的脉冲， 由与其相连的刺激电极完成对人体的刺激， 所述两个电流刺 激器具有前述的电流刺激器的电路结构。 0014。
18、 根据本发明的电流刺激器系统的一个实施例， 所述的两个电流刺激器中一个为主 刺激器， 另一个为从刺激器， 二者可分别独立运行， 也可同时运行。 0015 根据本发明的电流刺激器系统的一个实施例， 所述的两个电流刺激器分别刺激人 体不同的两个部位。 0016 根据本发明的电流刺激器系统的一个实施例， 所述的两个电流刺激器同时运行， 并运行于 Single 模式下， 即在一段时间内只出现一个脉冲， 在一段时间后出现第二个脉 冲。 0017 根据本发明的电流刺激器系统的一个实施例， 所述的两个电流刺激器中只有一个 说 明 书 CN 101904743 B3/9 页 6 运行， 并有 single、 。
19、double 和 trail 三种工作模式， 其中， 在 Single 模式下， 在一段时间只 出现一个脉冲， 在一段时间后出现第二个脉冲 ； 在 Double 模式下， 在一段时间内出现一次 成对的脉冲， 在一段时间后又出现一次成对的脉冲 ； 在 Trail 模式下， 在一段时间内出现一 次 n 个脉冲， 在一段时间后又出现一次 n 个脉冲。 0018 根据本发明实施例的电流刺激器， 其主要参数指标为 ： 0019 最大电流脉冲输出强度 ： 100mA， 0mA 4mA 时步进为 0.01mA， 其余步进为 0.1mA。 误差 10 ； 0020 脉冲输出频率 ： 0.1Hz 100Hz， 。
20、步进为 0.1mA， 误差 10 ； 0021 靶脉冲宽度 ： 50S、 100S、 200S、 300S、 500S、 1000S 时， 误差 10 ； 0022 刺激方向 ： 正向、 负向、 双向 ； 0023 延时 ： 1 10 ： 10 100ms ； 11 20 ： 200 1000ms ； 21 29 ： 2000 10000ms ； 0024 刺激模式 ： Single、 Double、 Trail、 单次刺激 ； 0025 靶信号概率 ： 5 100， 误差 10 ； 0026 非 靶 脉 冲 宽 度 ： 50S、 100S、 200S、 300S、 500S、 1000S 时。
21、，误 差 10 ； 0027 刺激器模式选择 ： 单刺激器模式、 双刺激器模式。 0028 因为本发明采用了上述技术方案， 所以应用本发明能产生不同强度不同种类的刺 激， 使得诊断更加简便、 结果更加直观， 提高了诊断效率和质量。 附图说明 0029 图 1 为根据本发明的电流刺激器的一个实施例的电路结构框图 ； 0030 图 2 为根据本发明的电流刺激器的一个实施例中的 MCU 及其外围电路图 ； 0031 图 3 示出了根据本发明的电流刺激器的一个实施例中的 485 通讯接口电路 ； 0032 图 4 为根据本发明能够的电流刺激器的一个实施例中的脉冲控制电路的具体电 路 ； 0033 图 。
22、5-1 和 5-2 为恒流发生控制电路的具体电路结构 ； 0034 图 6 为根据本发明的电流刺激器的一个实施例的高压发生电路 ； 0035 图 7 给出了本发明的电流刺激器在实际应用中的一种系统连接图 ； 0036 图 8 为电刺激强度 - 时间曲线 ； 0037 图 9 为说明应用本发明的示例性的电流刺激器的系统的运行流程图 ； 0038 图 10 为应用本发明的示例性的电流刺激器的系统的各种不同模式下的输出波 形 ； 0039 图 11 为表示刺激方向不同时的输出波形 ； 0040 图 12 为说明 “对冲” 原理的而应用本发明的电流刺激器系统在人体不同部位进行 刺激而诱发的电位波形。 。
23、具体实施方式 0041 为了更好地理解本发明， 以下将通过举例的方式详细说明本发明的肌电放大器。 本领域技术人员应当明白， 这并不构成对本申请要求保护的发明的限制。 说 明 书 CN 101904743 B4/9 页 7 0042 根据本发明的一个具体实施例的肌电电流刺激器的结构框图如图 1 所示。该肌电 电流刺激器主要包括 MCU、 恒流发生控制电路、 脉冲控制电路、 高压发生电路和 485 总线接 口。485 总线接口是实现 MCU 与上位计算机通讯的电路模块， MCU 通过其中的 DAC( 数 / 模 转换输出 ) 输出连接至恒流发生控制电路， 由此来决定地刺激电流的大小， 恒流发生控制。
24、 电路控制脉冲控制电路产生恒定的输出电流， 保持刺激电流的电流恒定。脉冲控制电路对 输出电流的脉宽、 频率、 方向进行确定和调整， 恒流发生控制电路和脉冲控制电路也可看成 是一体的。 当需要较强的刺激强度时， 高压发生电路输出的高压施加在脉冲控制电路上， 从 而输出刺激电流。 0043 其中， 采用 C8050F020/2 芯片作为核心控制器 MCU， 它是完全集成的混合信号系统 级 MCU 芯片， 具有 63 个数字 I/O 引脚， 高速、 流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核可达 25MIPS， 全速、 非侵入式的系统调试接口， 两个 12 位 DAC， 可编程更新时序， 可。
25、寻址 64K 字节 地址空间的外部数据存储器接口等。具有片内 VDD 监视器， 看门狗定时器和时钟振荡器的 C8050F020/2 是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件配置为 使能或禁止。本发明中的 MCU 的接口及其外围电路如图 2 所示。 0044 根据本发明的一个实施例， MCU 芯片 C8050F020/2 通过 485 总线与上位计算机通 讯， 因此， 在电流刺激器的结构框图中包含 485 总线接口电路。其与 485 总线进行通讯的具 体电路如图 3 所示。其中使用光电隔离方式连接的 485 芯片的电路， 可以被直接嵌入实际 的 RS-485 应用电路中。微处。
26、理器的标准串行口的 RXD、 TXD 通过光电隔离电路连接到 485 芯片 ( 图 3 中的 U501、 U502 或 U503) 的 RO、 DI 引脚， 同样经光电隔离电路去控制 485 芯片 的 DE 和 RE 引脚。 0045 由微处理器输出的 R/D 信号通过光电隔离器件控制 485 芯片的发送器 / 接收器使 能 ： RD 信号为 “1” ， 则 485 芯片的 DE 和 RE 引脚为 “1” ， 接送器有效， 接收器禁止， 此时微处 理器可以向 485 总线发送数据字节 ； RD 信号为 “0” ， 则 485 芯片的 DE 和引脚为 “0” ， 接送 器禁止， 接收器有效， 此。
27、时微处理器可以接收来自 485 总线的数据字节。电路中光耦器件的 速率将会影响 RS-485 电路的通讯速率， 根据实际响应速度的需求选择适合的光耦器件。连 接至 485 芯片 A 引脚上的上拉电阻及连接至 B 引脚上的下拉电阻用于保证未连接网络时的 485 芯片处于空闲状态， 以提高这一个 RS-485 节点的工作可靠性。485 总线接口主要负责 同步信号的输出及命令的接收响应。 0046 脉冲控制电路与 MCU 连接， 控制产生正反向即双相、 频率不同、 脉宽不同的脉冲。 脉冲控制电路的具体电路如图 4 所示， 其中的 POS POL SWITCH、 NEG POLSWITCH 接 MCU。
28、 的对 应引脚， 用三极管作为无触点开关。三极管截止状态 ： 当加在三极管发射结的电压小于 PN 结的导通电压， 基极电流为零， 集电极电流和发射极电流都为零， 集电极和发射极之间相当 于开关的断开状态 ； 三极管饱和导通状态 ： 当加在三极管发射结的电压大于 PN 结的导通电 压， 并当基极电流增大到一定程度时， 集电极电流不再随着基极电流的增大而增大， 而是处 于某一定值附近不怎么变化， 这时三极管失去电流放大作用， 集电极与发射极之间的电压 很小， 集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。 0047 当三极管 Q600 基极电压为 0V， 发射极为高压， 依次通过电阻 R604、 两个并。
29、联的二 极管 ID600、 施密特触发器 U600C 后为低压， 使晶体管 Q601 导通， 经电阻 R611 后进入固态 继电器 U601 的 4、 6 引脚， 从 5 引脚出来， 如图示方向 ( 实线箭头 ) 通过 R617、 L602、 L600、 说 明 书 CN 101904743 B5/9 页 8 L601、 R618、 C604、 OP600、 C605、 R620、 L604、 L603、 L605、 R619， 再经固态继电器 U603 的 4、 6 引脚， 由 5 引脚输出正向电流。同理当三级管 Q603 的基极电压为 0V， 发射极端为高压， 依 次通过电阻 R609、 。
30、两个并联二极管 ID601、 施密特触发器 U600A 后为低压， 使晶体管 Q602 导 通， 经 R612 后进入固态继电器 U603 的 4、 6 引脚， 从 5 引脚出来如图示方向 ( 虚线箭头 ) 通 过 R619、 L605、 L603、 L604、 R620、 C605、 OP600、 C604、 R618、 L601、 L600、 L602、 R617， 再经固态 继电器 U601 的 4、 6 引脚， 由 5 引脚输出反向电流。其中， 固态继电器的型号是 HSSR-8400， 在电路中起开关的作用， PATIENT ON 连接至 MCU 的相应接口， 由 MCU 控制为低电平。
31、或者高 电平。当 PATIENT ON 点为低电平时， U601、 U603 开启， 此时电流能流入固态继电器产生相 应的正向电流或者反向电流， 若 PATIENT ON 点为高电平时则不能产生电流， 因此对人体也 有一定的保护作用。 0048 系统中， 矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变， 出现上升沿和下降沿不理想的情 况， 用简单的非门在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象， 可用施密特触发器整形后， 获 得较理想的矩形脉冲。 0049 固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关， 在开关过程中无机械接触部件， 输入功率小， 灵敏度高， 控制功率小， 电磁兼容性好， 噪声低和工作频率高等特点。 。
32、其中固态 继电器 U602 对电路起自检作用， 检测高压发生电路的存在性。 0050 其中， L602、 L605、 L606、 L607、 L608、 L609、 L610、 L611 是磁珠， 磁珠专用于抑制信 号线、 电源线上的高频噪声和尖峰干扰， 还具有吸收静电脉冲的能力。 OP600是接插件部分， 用于完成电路与刺激电极的电连接而输出脉冲。 0051 POS POL SWITCH、 NEG POL SWITCH连接MCU的对应引脚， 因此脉冲的频率根据MCU 的具体应用， 在软件中编程写入而产生 ； 通过控制 Q601、 Q602 的通断可以产生不同的脉宽。 0052 恒流发生控制电。
33、路的具体电路结构如图 5-1 和图 5-2 所示。恒流发生控制电路 包括两个结构功能完全相同电路结构， 分别如图 5-1 和图 5-2 所示。脉冲控制电路的输出 端子 OUT_CURRENT_POS、 OUT_CURRENT_NEG 分别接入恒流发生控制电路相应引脚 ( 即图 5-1 和图 5-2 中的 OUT_CURRENT_POS 和 OUT_CURRENT_NEG)。恒流发生控制电路主要包括放大 器、 晶体管、 以及电容、 电阻元件。放大器的正相输入端接收来自 MCU 的模拟量输出 ( 分别 为 DAC0 和 DAC1)， 由 MCU 输出的该模拟电压信号决定了输出刺激电流的大小。放大器。
34、的输 出经过电容器连接至 MOS 晶体管 Q300 的栅极 1， 源极 2 连接至放大器的负相端， 从晶体管 Q300 的漏极 3 经过电阻输出电流。由于连接电流刺激器的刺激电极接触人体皮肤， 不同的 人皮肤阻抗不同， 若原先流过的是一恒定电流， 皮肤阻抗变小后， 流经的电流变大， 从漏极 3 端流过源极 2 端的电流变大， 但是由于放大器的负反馈作用， 放大器的输出端为低电流， 晶 体管 Q300 的栅极 1 端又恢复为低电流， 由此来保持漏极流过源极的电流恒定。最终使得流 经 R306、 R307 的电流都等于 ： Uc/R306 或者 Uc/R206。 0053 根据本发明的一个具体实施。
35、例的高压发生电路如图 6 所示。高压发生电路包括升 压模块 U102 和稳压模块， 包括晶体管 Q100、 电阻 R104、 R105、 R108、 R112、 R109、 稳压管 D101 以及电容器等。升压模块 102 可采用本领域技术人员常用的升压电路芯片， 属于公知的技 术内容。高压发生电路的输入为 12V 直流电压， 在其输出端产生 350V 高压， 并连接至脉冲 控制电路的 VCC 部分， 由前面脉冲控制电路部分可以看出， 当其中的晶体管 Q601 导通时， 350V 高压就施加在该电路上， 当 Q601 不导通时， 350V 高压就不施加在电路上。由升压电路 说 明 书 CN 1。
36、01904743 B6/9 页 9 提供的足够高的电压而产生流过人体的恒定电流， 当产生较强的刺激强度时就需要更高的 电压， 这也是接入 350V 高压的目的。 0054 为了更进一步理解本发明的电流刺激器的应用， 在图 7 中给出了本发明的电流刺 激器在实际应用中的一种系统连接图。如图 7 所示， 该系统主要包括上位计算机 ( 主机 )。 主控盒、 电流刺激盒、 刺激电极， 电流刺激盒中具有如前所述的电流刺激器， 主控盒连接电 流刺激盒， 电流刺激盒连接刺激电极。主控盒主要接收来自主机的命令并传送给电流刺激 器， 电流刺激器接收来自主机的命令并输出同步信号， 命令解析后输出对应的脉冲， 由刺。
37、激 电极完成对人体的刺激。电流刺激器通过 485 接口电路接收命令后响应并输出同步信号， 完成命令后通过 485 接口电路反馈给主控盒， 主控盒再反馈到主机。生理电放大盒主要是 对人体的生理信号进行采集和放大， 经光纤传输至主控盒， 再由主控盒上传至主机进行分 析处理， 在主机上显示。需要说明的是， 在双刺激器模式下， 需在主控盒上另连接一电流刺 激盒。 0055 在功能性电刺激中， 典型的刺激波形是方波序列， 且这种波形易于产生。 刺激序列 的三个参数， 即频率、 幅度和脉宽都对肌肉收缩有影响。 一般来说， 刺激频率应尽可能小， 以 防止肌肉疲劳并节约刺激能量。本发明的刺激波形为方波序列。对。
38、于表面电极， 调节肌肉 力量的常规方法是保持刺激脉冲的频率和脉宽不变， 改变刺激频率脉冲的幅度。 实验表明， 活的系统在一定条件下引起组织兴奋与电刺激能量有关。W I*U*(T2-T1)， 若 U 一定， 表明 电刺激引起的组织兴奋不仅与 I 有关， 而且还与刺激的作用时间有关。从电刺激强度 - 时 间曲线 8 可以看到， 当刺激强度减弱到低于基强度时， 无论刺激时间怎么延长， 也不能引起 组织兴奋 ； 而当刺激作用时间减小到远离时值以下时， 即便大大增加刺激强度， 也同样不能 引起组织兴奋， 这就要求在频率和脉宽不变的情况下设置合适的刺激时间和电流强度。 0056 在实际的应用系统中， 可通。
39、过嵌入在主机中的软件来进行电流刺激过程中的各 种参数的调节。其中包括的主要参数有 ： 刺激强度 ： 0-100mA， 步进为 0.1mA， 从下拉框中 选择 ； 刺激频率 ： 0.1-50HZ， 0.1-1HZ 步进为 0.1HZ， 1-50HZ 步进为 1HZ ； 从下拉框中选择 ； 刺激脉宽 ： 50S、 100S、 200S、 300S、 500S、 1000S， 从下拉框中选择 ； 辅助强度 ： 0-100mA， 步进为 0.1mA。 0057 以下说明示例性的应用本发明的电流刺激器的系统的运行流程图。如图 9 所示， 软件开始初始化后， 输入指令 CMD， 进行解析， 首先进行模式判。
40、断。即为单刺激器模式或者 是双刺激器模式。然后再次输入指令， 如果在单刺激器模式下， 则判断是 single、 double、 trail模式还是单次刺激模式， 如果是双刺激器模式下， 则只有single模式。 主机向电流刺 激器发送 CMD， 电流刺激器输出同步信号并由其它单元接收后作出相关的处理。 0058 根据本发明的一个示例的肌电电流刺激器的通讯协议如下 ： 0059 CMD 1 ： 单刺激器模式开始刺激命令 0060 CMD ： 1 命令数据定义 0061 说 明 书 CN 101904743 B7/9 页 10 0062 CMD 0x88 ： 双刺激器模式开始刺激命令 0063 说。
41、 明 书 CN 101904743 B8/9 页 11 0064 需要说明的是， 为了实现双刺激器模式， 主控盒上连接有两个电流刺激盒， 并且这 两个电流刺激器串联连接， 即包括主电流刺激器和从电流刺激器。并分别在软件中分别定 义它们的的指， 即设定软件地址 1 对应主电流刺激器， 软件地址 2 对应从电流刺激器。 0065 在各种不同模式下的输出波形如图 10 所示， 而表示刺激方向不同时的输出波形 如图 11 所示。 0066 在单刺激器模式时， 主电流刺激器和从电流刺激器中只有一个工作， 不管是主电 流刺激器还是从电流刺激器， 靶刺激脉冲同步信号从同步信号 1( 图 10) 输出， 非靶。
42、刺激脉 说 明 书 CN 101904743 B9/9 页 12 冲从同步信号 2( 图 10) 输出。单刺激器模式下可输出三种波形， 分别为 single、 double、 trail模式下的三种波形。 Single ： 在一段时间如1s内只出现一个脉冲， 在一段时间后如第 2s 内出现第二个脉冲， 可设置靶脉冲及非靶脉冲， 非靶脉冲出现的位置不固定， 由靶率来确 定， 靶率是靶信号出现的概率， 由它来确定一段时间内靶信号出现的次数 ； Double ： 在一段 时间如1s内出现一次成对的脉冲， 在一段时间后如第2s内又出现一次成对的脉冲 ； Trail ： 在一段时间如 1s 内出现一次 。
43、n 个脉冲， 在一段时间后如第 2s 内又出现一次 n 个脉冲。其 中， 只有 single 模式可设置靶脉冲非靶脉冲的脉宽、 幅值 ( 由于频率 f 是已知的、 脉宽 W TP(P 为已知的占空比 )， 可知脉宽， 电流强度越大幅值越大 ) 等， 而在 double、 trail 和双 刺激器模式下无此操作。 0067 单次刺激功能由电流刺激器协同 PC 软件一同完成， PC 机启动单次刺激命令后延 时一段时间后主动发送停止命令， 完成单次刺激。在该情形下， 发出指令后从头到尾如在 n 秒内只出现一个脉冲， 不等同于 single 模式， single 模式下在 n 秒内可出现 n 个脉冲。。
44、 0068 当开始双刺激器模式刺激时， 主机先向从刺激器发送 CMD ： 0x88， 从刺激器进入双 刺激器工作模式， 并等待主刺激器的同步信号。然后， 主机向主电流刺激器发送 CMD ： 0x88， 主电流刺激器进入双刺激器工作模式， 并输出刺激脉冲和同步信号， 从电流刺激器检测到 主电流刺激器的同步信号， 并经适当延时后也输出刺激脉冲和从同步信号。在双刺激器模 式下只可输出 single 模式下的波形， 无 double、 trail 模式下的波形。 0069 本发明在双刺激模式下， 可设置不同的频率、 方向、 脉宽， 并在软件中设置两个刺 激器产生刺激信号之间的延时， 产生各种形式的波形。
45、， 其充分实现了对冲技术的特点和优 势。采用对冲技术， 有助于确定电位与随意收缩的肌肉力量， 这两者之间的相互关系。分别 在腕部和腋部给予尺神经以超强刺激， 与第一背侧骨间肌记录， 所诱发的M波波幅(参见图 12 中的图 A 和 B) 几乎相等， 其中 M 波波图参见图 12。 0070 当肌肉处于放松状态时， 同时在腕部和腋部刺激， 只能诱发出腕部刺激的电位 M 腕， 而记录不到腋部的电位 M 腋 ； 这是因为腋部的顺向冲动， 与来自腕部的逆向冲动， 发生 了对冲(M波图参见图12中的图C)。 当肌肉随意收缩时， 来自腕部的逆向冲动， 首先与随意 冲动发生对冲 ； 此时远端刺激 ( 这里需要。
46、延时 5ms)， 就不能完全阻滞腋部刺激所诱发的顺 向冲动。这样所记录到的部分 M 腋和 M 随意， 参见附图 12 中的图 D， 其波幅与等长收缩时的 收缩力量呈线性关系， 其中 M 腋及 M 随意的波幅不相等， 因为给的电流强度、 脉宽不一样。 0071 随意轻收缩时， 采用针电极记录， 最能反映各不同运动单位的募集以及发放型式。 大力收缩时， 由于来自不同运动单位的许多棘波同时出现， 这样就不能识别单个运动单位 的电位。实际应用中需观察多少个运动单位参与了此次兴奋， 棘波同时出现的话图像会重 叠， 就无法算出多少个运动单位参与此次兴奋， 这就需要延时。况且， 被选择用于观察的少 数运动单。
47、位， 不一定能显示运动神经元总体的行为。 对不同的神经引发兴奋的范围一样， 这 就需要对电流刺激盒的电流强度、 脉宽、 方向进行分别设置。 0072 应用本发明的电流刺激器的系统， 可以分别设置两个电流刺激盒的脉宽、 电流强 度、 方向， 而且在软件中可设置两个刺激器刺激动作之间的延时， 这与当前市面上的必须同 时控制两个电流刺激盒是不同的， 即两个脉宽、 电流强度、 方向、 刺激时间都一样 ( 同时刺 激)。 应用本发明的电流刺激器系统产生不同强度不同种类的刺激， 更简便、 直观， 利于使用 者使用、 观察。 说 明 书 CN 101904743 B1/8 页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 101904743 B2/8 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 101904743 B3/8 页 15 图 4 图 5-1 说 明 书 附 图 CN 101904743 B4/8 页 16 图 5-2 图 6 说 明 书 附 图 CN 101904743 B5/8 页 17 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 101904743 B6/8 页 18 图 9 说 明 书 附 图 CN 101904743 B7/8 页 19 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 101904743 B8/8 页 20 图 12 说 明 书 附 图 。