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1、(10)申请公布号 CN 102512757 A (43)申请公布日 2012.06.27 CN 102512757 A *CN102512757A* (21)申请号 201110412656.0 (22)申请日 2011.12.12 A61N 1/20(2006.01) A61N 1/05(2006.01) (71)申请人 中国科学院电工研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二条 6 号 (72)发明人 张广浩 霍小林 (74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 11251 代理人 关玲 (54) 发明名称 一种用于脊髓损伤后损伤电位补偿方法及装 置 (57) 摘要 一。
2、种用于脊髓损伤后损伤电位补偿方法及装 置， 通过对脊髓损伤后损伤电位的检测， 实时观测 损伤电位的数值， 根据观测得到的损伤电位数值 调节刺激电压的大小， 使所述的损伤电位接近于 零， 实现损伤电位补偿， 以保持脊髓微环境相对稳 定。应用所述补偿方法的装置， 包括四个刺激电 极、 刺激电压发生电路 (2)、 损伤电位测量电极、 损伤电位放大电路 (4) 和电压显示设备 (5)。刺 激电压发生电路 (2) 产生可调节的刺激电压， 并 通过刺激电极将刺激电压施加在患者的脊髓上， 刺激脊髓。 损伤电位测量电极用于测量损伤电位， 损伤电位放大电路 (4) 将损伤电位信号放大并滤 除其中的高频干扰， 由。
3、电压显示设备 (5) 显示放 大后的损伤电位数值， 根据此数值调节刺激电压。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种用于脊髓损伤后损伤电位补偿方法， 其特征是 ： 所述补偿方法通过对脊髓损伤 后损伤电位的检测， 实时观测损伤电位的数值， 根据观测得到的损伤电位数值调节电刺激 电压的大小， 使所述的损伤电位接近于零， 实现损伤电位补偿， 从而保持脊髓微环境相对稳 定。 2. 应用权利要求 1 所述的用于脊髓损伤后损伤电位补偿方。
4、法的装置， 其特征是 ： 所述 的装置包括四个刺激电极 (1a、 1b、 1c、 1d)、 刺激电压发生电路 (2)、 损伤电位测量电极 (3a、 3b、 3c)、 损伤电位放大电路 (4) 和电压显示设备 (5) ； 所述刺激电极和刺激电压发生电路 (2) 相连接， 刺激电压发生电路 (2) 产生可调节的刺激电压， 并通过刺激电极将刺激电压施 加在患者的脊髓上， 对脊髓进行刺激 ； 所述的损伤电位测量电极与损伤电位放大电路 (4) 的输入端相连， 损伤电位放大电路 (4) 将输入的损伤电位信号放大并滤除其中的高频干 扰， 电压显示设备(5)与损伤电位放大电路(4)的输出端相连接， 用于显示放。
5、大后的损伤电 位数值。 3. 按照权利要求 2 所述的装置， 其特征是 ： 所述的刺激电极 (1a、 1b、 1c、 1d) 用直径 0.1 0.3mm 的铂铱合金丝在丝杠上绕制 3 5 匝制成， 为螺线管状， 螺距在 1 2mm 之间， 缝合线从螺线管的中部穿出， 与患者肌肉缝合在一起固定。 4. 按照权利要求 2 所述的装置， 其特征是 ： 所述的刺激电压发生电路 (2) 包括电源 (10)、 开关 (11)、 分压电路 (12)、 电压放大电路 (13) 和电压跟随电路 (14) ； 电源 (10) 为直 流电源， 开关 (11) 包含两个开关 (K1、 K2)， 第一开关 (K1) 的。
6、一端、 第二开关 (K2) 的一端分 别串联在电源的正、 负两端 ； 分压电路 (12) 中， 第一电阻 (R1) 的一端、 第一电位器 (R2) 的 两端和第二电阻 (R3) 的一端串联， 第三电阻 (R4) 的一端、 第二电位器 (R5) 的两端和第四 电阻 (R6) 的一端串联， 第一电阻 (R1) 的另一端和第二电阻 (R3) 的另一端分别连接到第一 开关 (K1) 和第二开关 (K2) 的另一端， 第三电阻 (R4) 和第四电阻 (R6) 的另一端也分别连 接到第一开关 (K1) 和第二开关 (K2) 的另一端 ； 电压放大电路 (13) 中， 运算放大器 U1a 和 U1b 的同相。
7、输入端分别与第一电位器 (R2) 和第二电位器 (R5) 中间引脚相连接， 第五电阻 (R7) 的两端分别和同相放大器 U1a 的反相输入端， 以及 “地” 相连， 第六电阻 (R9) 的两端分 别和运算放大器 U1b 的反相输入端， 以及 “地” 相连， 第三电位器 (R8) 的两端分别和运算放 大器 U1a 的输出和反相输入端相连， 第四电位器 (R10) 的两端分别和运算放大器 U1b 的输 出和反相输入端相连 ； 电压跟随电路 (14) 中， 运算放大器 U2a 和 U2b 的同相输入端分别与 运算放大器U1a、 U1b的输出端相连， 运算放大器U2a的反相输入端与自身的输出端相连， 。
8、运 算放大器U2b的反相输入端与自身输出端相连 ； 刺激电极的两个正极(1b、 1c)与 “地” 相连， 刺激电极的两个负极 (1a、 1d) 分别与运算放大器 U2a、 U2b 的输出端相连 ； 通过调节分压电 路 (12) 中的第一、 第二电位器 (R2、 R5) 调整分压电路 (12) 的输出电压， 调整电压放大电路 (13) 中第三、 第四电位器 (R8、 R10) 的阻值， 调整电压放大电路的放大倍数， 将信号放大。 5.按照权利要求2所述的装置， 其特征是 ： 所述的损伤电位测量电极由电极导线(15)、 塞子 (23)、 甘汞电极 (16)、 上玻璃管 (21)、 内盐桥液 (17。
9、)、 琼脂 (18)、 下玻璃管 (22)、 外盐 桥液 (19) 和多孔陶瓷 (20) 组成 ； 上玻璃管 (21) 和下玻璃管 (22) 均呈上粗下细的中空圆 柱状 ； 下玻璃管(22)内装有外盐桥液(19)， 下玻璃管(22)的下端口用多孔陶瓷(20)封堵 ； 上玻璃管 (21) 内装有内盐桥液 (17)， 上玻璃管 (21) 的下端口用琼脂 (18) 封堵 ； 甘汞电极 (16) 置于上玻璃管 (21) 内， 浸泡在饱和氯化钾溶液 (17) 中， 上玻璃管 (21) 的上端用塞子 权 利 要 求 书 CN 102512757 A 2 2/2 页 3 (23)封堵， 电极导线(15)一端。
10、与甘汞电极(16)相连接， 另一端从塞子(23)穿出， 和损伤电 位放大电路相连 ； 使用时将上玻璃管 (21) 插入下玻璃管 (22) 的外盐桥液 (19) 中， 并将上 玻璃管 (21) 和下玻璃管 (22) 固定在一起 ； 下玻璃管 (22) 多孔陶瓷 (20) 封堵的一端为损 伤电位测量电极的头部。 6. 按照权利要求 5 所述的装置， 其特征是 ： 所述的外盐桥液 (19) 为生理盐水， 即质量 百分比 0.9的氯化钠溶液 ； 所述的内盐桥液 (17) 为饱和氯化钾溶液。 7. 按照权利要求 2 所述的装置， 其特征是 ： 所述的损伤电位放大电路 (4) 由差分放大 电路 (24)、。
11、 参考电极 (25)、 低通滤波电路 (26) 和电压跟随电路 (27) 构成 ； 差分放大电路 (24) 由两个仪表放大器 U3a 和 U3b 构成， 两个仪表放大器 U3a 和 U3b 的反相输入端连接在 一起 ； 两个所述的损伤电位测量电极 (3a、 3c) 分别与所述的两个仪表放大器 U3a 和 U3b 的 同相输入端相连， 另一个损伤电位测量电极 (3b) 与两个仪表放大器 U3a 和 U3b 的反相输入 端相连， 两个仪表放大器 U3a 和 U3b 的输出与低通滤波电路 (26) 的输入相连 ； 电压跟随电 路 (27) 的输入与低通滤波电路 (26) 的输出相连， 其输出连接到电。
12、压显示设备 (5) ； 参考电 极(25)与两个仪表放大器U3a和U3b的参考电压输入引脚连接 ； 由损伤电位测量电极(3a、 3b、 3c) 测得的头侧和尾侧损伤电位分别输入到两个仪表放大器 U3a 和 U3b 放大， 之后由低 通滤波电路 (26) 滤除高频噪声， 再经电压跟随电路 (27) 输出到电压显示设备。 8. 按照权利要求 2 所述的装置， 其特征是 ： 使用所述的装置进行电位补偿的过程如 下 ： 首先完全暴露损伤处脊髓的背侧， 以及损伤处头侧和尾侧的脊髓背侧， 这三处暴露的 部位与损伤处之间的距离为一个椎骨节段 ； 其次， 固定刺激电极， 四个刺激电极中， 两个正极 (1b、 。
13、1c) 固定在损伤处左右两侧的肌 肉上， 紧贴椎骨， 两个负极极 (1a、 1d) 固定在距损伤处头侧和尾侧两个椎骨节段处的肌肉 上 ； 第三， 测量损伤电位， 测量时三个损伤电位测量电极头部轻轻的贴在硬脊膜上 ； 三个损 伤电位测量电极 (3a、 3b、 3c) 分别位于损伤处、 损伤处头侧和损伤处尾侧硬脊膜上， 三个损 伤电位测量电极共同检测损伤电位， 其中第一损伤电位测量电极 (3a) 和第二损伤电位测 量电极 (3b) 之间电压为头侧损伤电位， 第三损伤电位测量电极 (3c) 和第二损伤电位测量 电极 (3b) 之间为尾侧损伤电位 ； 观察电压显示设备 (5) 上的示数， 同时开启刺激。
14、电压发生 电路 (2) 的两个开关 (K1、 K2)， 对脊髓施加电刺激， 并通过调节分压电路 (12) 中第一电位 器 (R2) 和第二电位器 (R5) 的阻值或电压放大电路 (13) 中第三电位器 (R8) 和第四电位器 (R10) 的阻值， 实现对刺激电极之间电压的调整， 当电压显示设备上显示的放大后的头侧和 尾侧损伤电位均接近于零时， 停止调节， 实现损伤电位补偿， 从而人为的恢复损伤前的体内 微环境。 权 利 要 求 书 CN 102512757 A 3 1/6 页 4 一种用于脊髓损伤后损伤电位补偿方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种用于脊髓损伤后治疗的方法及装置， 特别。
15、涉及一种损伤电位补偿 的方法及其电刺激器。 背景技术 0002 脊髓损伤后的运动和感觉功能重建是神经科学研究的重大挑战之一， 目前很多疗 法都致力于促进损伤的修复。自上世纪 80 年代中期开始， 国外学者陆续报道了应用电场刺 激可以促进神经轴突向阴极生长， 减少损伤后胶质瘢痕的生成， 为中枢神经损伤后的神经 再生创造良好的环境。 为了实现受损神经的双向生长， 可采用振荡电场刺激， 即电场极性每 隔一定时间交换一次。目前的振荡电场刺激器多采用三对电极， 电极固定在损伤平面上下 两侧， 紧贴椎骨， 同一侧的电极极性相同， 从而在两电极之间的脊髓上形成电场， 电场每隔 一定时间变化方向， 如美国专利。
16、 “Method and apparatus for regenerating nerves(专利 号 ： 4919140)” 和 “Apparatus and method for repair of spinal cord injury( 专利号 ： 6975907)” 。振荡电场刺激治疗脊髓损伤的历史已经有 20 余年， 虽然临床一期实验和大量 的动物实验都表明振荡电场刺激可以促进脊髓损伤后的轴突再生， 但是振荡电场刺激促进 轴突再生的机理仍然是未知的。 尤其是对于不同程度的损伤以及植入时距离初始损伤的时 间不同等情况， 并没有加以区别， 而且电刺激参数的选择也没有依据， 这就严重制约了。
17、振荡 电场刺激治疗脊髓损伤的应用。 0003 损伤电位是脊髓损伤后在损伤处与正常处之间存在的直流电位差， 它是由于损伤 后脊髓微环境改变， 正常的细胞膜和静息电位被破坏， 损伤处Na+、 Ca2+等大量阳离子流入胞 内， 阴离子流出而形成的。其结果是造成细胞内 Ca2+过剩， 进而引发一系列生物学过程， 导 致脊髓的继发性损伤。此外， 损伤电位与损伤程度密切相关， 损伤越严重， 损伤电位初始值 越大， 损伤电位随着时间的增加不断减小， 成对数关系下降。 在损伤后对脊髓进行电刺激的 方法可以调节离子运动方向， 从而对体内微环境进行干预。 发明内容 0004 本发明的目的是克服现有技术的缺点， 提。
18、出一种用于脊髓损伤后损伤电位补偿的 方法及装置。 0005 本发明提出了一种新的脊髓电刺激方法， 在脊髓损伤后立即对损伤电位进行补 偿。 本发明通过对脊髓损伤后损伤电位的检测， 实时观测损伤电位的数值， 根据观测得到的 损伤电位数值， 通过调节电刺激电压的大小， 使电刺激后的损伤电位接近于零， 实现损伤电 位补偿， 从而保持脊髓微环境相对稳定。 0006 应用本发明方法的装置电刺激器包括刺激电极、 刺激电压发生电路、 损伤电位测 量电极、 损伤电位放大电路和电压显示设备。所述的刺激电极有两对共 4 个， 刺激电极中 的两个正极放置在脊髓损伤处的左右两侧， 两个负极分别放置在脊髓损伤处的头侧和尾。
19、 侧。 刺激电极和刺激电压发生电路相连接， 刺激电压发生电路产生可调节的刺激电压， 并施 说 明 书 CN 102512757 A 4 2/6 页 5 加于患者脊髓上对脊髓进行刺激。所述的损伤电位测量电极共有 3 个， 损伤电位测量电极 的头部分别贴在脊髓损伤处、 损伤处头侧和损伤处尾侧的硬脊膜上， 损伤处和损伤处头侧 之间的电位差为头侧损伤电位， 损伤处和损伤处尾侧之间的电位差为尾侧损伤电位。三个 损伤电位测量电极与损伤电位放大电路相连， 电压显示设备与损伤电位放大电路的输出相 连， 用于显示放大后头侧和尾侧损伤电位数值。 0007 刺激电极用细铂铱合金丝在丝杠上绕制而成， 呈螺线管状， 如。
20、此可增加电极与生 物体的接触面积， 减小电极处的电流密度。采用医用缝合线穿过螺线管将刺激电极与肌肉 缝合在一起固定。 刺激电极的两个正极固定在脊髓损伤处左右两侧的肌肉上， 紧贴椎骨 ； 另 外两个负极固定在损伤处头侧和尾侧椎骨附近的肌肉上， 其中一个负极放置在损伤处的头 侧， 距离损伤处两个椎骨节段的距离， 另一个负极放置在损伤处尾侧， 距离损伤处也是两个 椎骨节段的距离。 0008 所述的刺激电压发生电路由电源、 开关、 分压电路、 电压放大电路和电压跟随电路 构成。电源为双极性直流电源， 正、 负电源电压绝对值相等 ； 两个开关分别与正、 负电源串 联， 用来控制正、 负电源的闭合与断开 。
21、； 分压电路的输入与两个开关相连接， 分压电路的输 出与电压放大电路的输入相连， 电压放大电路的输出与电压跟随电路的输入相连。分压电 路中利用电位器调节其输出电压， 并输入到电压放大电路进行放大， 通过调节电压放大电 路中的电位器可实现对放大倍数的调节 ； 经如上所述两个位置的调节可将刺激电压调节至 正、 负电源电压之间 ； 电压放大电路输出信号再经电压跟随电路和刺激电极后对患者进行 刺激。刺激电极中的两个负极与电压放大电路的输出相连接， 两个为正极与 “地” 连接在一 起。 0009 损伤电位测量电极采用了盐桥电极的结构， 由电极导线、 塞子、 甘汞电极、 上玻璃 管、 内盐桥液、 琼脂、 。
22、下玻璃管、 外盐桥液和多孔陶瓷组成。 上玻璃管和下玻璃管均呈上粗下 细的中空圆柱状， 下玻璃管内装有外盐桥液， 外盐桥液为生理盐水， 即质量百分比为 0.9 的氯化钠溶液， 下玻璃管的下端口用多孔陶瓷封堵 ； 上玻璃管内装有内盐桥液， 内盐桥液为 饱和氯化钾溶液， 上玻璃管的下端口用琼脂封堵， 甘汞电极置于上玻璃管中， 浸泡在饱和氯 化钾溶液中， 上玻璃管的上端用塞子封堵， 电极导线的一端与甘汞电极相连， 电极导线的另 一端从塞子穿出， 和损伤电位放大电路相连。使用时将上玻璃管下端插入下玻璃管内的外 盐桥液中， 并将两个玻璃管固定在一起， 多孔陶瓷封堵的一端为损伤电位测量电极的头部。 0010。
23、 损伤电位放大电路包括参考电极、 差分放大电路、 低通滤波电路和电压跟随电路。 与测量电极相连的差分放大电路采用仪表放大器， 通过调节该放大器上的电阻阻值可以实 现对放大倍数的调节 ； 损伤处的损伤电位测量电极与仪表放大器的反相输入端相连， 头侧 和尾侧的损伤电位测量电极分别和两个仪表放大器的同相输入端相连， 分别得到放大后的 头侧损伤电位和尾侧损伤电位。放大后的损伤电位经过低通滤波电路滤除高频信号干扰， 再经过电压跟随电路后连接到电压显示设备， 如示波器、 万用表、 数据采集卡等。 0011 利用本发明所述装置的脊髓电刺激方法的操作步骤如下 ： 0012 首先完全暴露损伤处脊髓的背侧， 以及。
24、损伤处头侧和尾侧的脊髓背侧， 这三处暴 露的部位与损伤处之间的距离为一个椎骨节段。 损伤电位测量电极的头部轻轻的贴在硬脊 膜上。 0013 其次固定刺激电极， 刺激电极共有四个， 其中两个正极固定在脊髓损伤处左右两 说 明 书 CN 102512757 A 5 3/6 页 6 侧的肌肉上， 紧贴椎骨， 两个负极固定在距损伤处头侧和尾侧两个椎骨节段处的肌肉上。 0014 第三步测量损伤电位， 测量时损伤电位测量电极的头部轻轻的贴在硬脊膜上。三 个损伤电位测量电极分别位于损伤处、 损伤处头侧和损伤处尾侧硬脊膜上， 观察电压显示 设备上的示数， 同时开启刺激电压发生电路的两个开关， 对脊髓施加电刺激。
25、， 并通过调节分 压电路或电压放大电路中电位器的阻值实现对刺激电极之间刺激电压的调整， 当电压显示 设备上显示的放大后的头侧和尾侧损伤电位均接近于零时， 停止调节， 实现损伤电位补偿， 从而人为的恢复损伤前的体内微环境。 0015 本发明用于脊髓损伤后损伤电位补偿的电刺激器可在急性脊髓损伤后的手术中 使用。 本发明刺激器工作时， 可使损伤后产生的损伤电位消失， 损伤处与正常处的电位差为 零。 在此状态下， 脊髓轴突外的阳离子， 如钙离子， 不会大量流入轴突内部， 保持了损伤处脊 髓微环境的相对稳定， 进而减小了脊髓继发损伤的可能， 也为其他治疗方法的引入提供了 宝贵的时间。 0016 与现有技。
26、术相比， 本发明具有以下特点 ： (1) 对损伤后出现的损伤电位进行补偿 是一种全新的思路， 本发明建立在该理论基础之上也属首次。 (2)本发明应用于急性脊髓损 伤的治疗， 电刺激可以在脊髓损伤后的减压手术中一并进行。 (3)根据测量得到的损伤电位 值对刺激电压进行实时调节， 使脊髓损伤处的微环境始终接近平衡状态。 附图说明 0017 图 1 本发明用于损伤电位补偿的电刺激器的原理图 ； 0018 图 2 本发明刺激电极的结构图 ； 0019 图 3 本发明刺激电压发生电路原理图 ； 0020 图 4 本发明测量电极的结构图 ； 0021 图 5 本发明损伤电位放大电路原理图。 具体实施方式 。
27、0022 以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。 0023 损伤电位是指脊髓损伤后在损伤处与正常处之间存在的直流电位差， 是由于损伤 后脊髓微环境改变， 正常的细胞膜和静息电位被破坏， 损伤处Na+、 Ca2+等大量阳离子流入胞 内， 阴离子流出而形成的。其结果是造成细胞内 Ca2+过剩， 进而引发一系列生物学过程， 导 致脊髓的继发性损伤。因此在损伤后保持生物体内的微环境稳定， 有效防止 Ca2+等阳离子 内流是减轻损伤程度和改善预后的有效手段。阻止阳离子内流可以通过外加电场刺激， 改 变离子流动的方向的方法来实现。此外， 损伤电位与损伤程度密切相关， 损伤越严重， 损伤 电位初始值越。
28、大， 损伤电位随着时间的增加不断减小， 成对数关系下降。这就需要在损伤 后立即对损伤电位进行补偿， 而且电刺激的强度也需要根据损伤电位的大小进行实时的调 整。 0024 本发明用于脊髓损伤后损伤电位补偿的电刺激器包括刺激电极、 刺激电压发生电 路、 损伤电位测量电极、 损伤电位放大电路和电压显示设备。本发明采用四个刺激电极对 损伤后的脊髓进行刺激， 其中两个正极固定在损伤处左右两侧的肌肉上， 紧贴椎骨 ； 另外两 个为负极， 其中一个负极固定在损伤处头侧椎骨附近的肌肉上， 距离损伤处两个椎骨节段 说 明 书 CN 102512757 A 6 4/6 页 7 的距离， 另一个负极固定在损伤处尾侧。
29、椎骨附近的肌肉上， 距离损伤处也是两个椎骨节段 的距离 ； 刺激电极和刺激电压发生电路相连， 刺激电压发生电路可产生可调节的刺激电压 并施加在患者的脊髓上对脊髓进行刺激 ； 三个损伤电位测量电极分别贴在脊髓损伤处、 损 伤处头侧和损伤处尾侧的硬脊膜上， 测量得到脊髓损伤处和损伤处头侧之间的头侧损伤电 位， 以及脊髓损伤处和损伤处尾侧之间的尾侧损伤电位 ； 测量电极的输出与损伤电位放大 电路的输入端相连， 电压显示设备与损伤电位放大电路的输出端相连。实施电刺激的同时 需观察电压显示设备上的示数并调节刺激电压， 当损伤电位近似为零时停止调节， 即可实 现损伤电位的补偿。 0025 图 1 所示为损。
30、伤电位补偿的示意图。9 为患者脊柱， 6 表示脊髓损伤处， 该处椎板 已打开， 并暴露脊髓损伤处的硬脊膜。刺激电极 1b 与 1c 为正极， 固定在脊髓损伤处 6 的左 右两端， 紧贴椎骨， 刺激电极1a与1d为负极， 分别置于脊髓损伤处的头侧和尾侧， 其中电极 1a 位于头侧， 距离损伤处两个椎骨节段， 固定在椎骨附近的肌肉上 ； 电极 1d 位于尾侧， 距离 损伤处两个椎骨节段， 固定在椎骨附近的肌肉上。 四个刺激电极连接到刺激电压发生电路2 上。7 为损伤处头侧距损伤处 1 个椎骨节段处的脊髓， 该处椎板已打开， 硬脊膜已暴露 ； 8 为 损伤处尾侧距损伤处 1 个椎骨节段处的脊髓， 该。
31、处椎板已打开， 硬脊膜已暴露。三个损伤电 位测量电极 3a、 3b、 3c 的头部分别与 7、 6、 8 三个位置的硬脊膜接触。三个损伤电位测量电 极与损伤电位放大电路相连， 损伤电位放大电路的输出电压在电压显示设备 5 上显示。使 用时， 需根据电压显示设备5上的示数调整刺激电压发生电路2的输出电压， 即刺激电极正 极与负极之间的电压， 直至电压显示设备 5 上的示数近似为零。 0026 图 2 为本发明刺激电极。如图 2 所示， 刺激电极由细铂铱合金丝在丝杠上绕制而 成， 呈螺线管状， 铂铱合金丝直径在 0.1 0.3mm 之间， 螺距在 1 2mm 之间， 匝数为 3 5 匝， 如此可增。
32、加电极与生物体的接触面积， 减小电极处的电流密度。 固定刺激电极时采用医 用缝合线经螺线管将刺激电极与肌肉缝合在一起固定。 螺线管的一端留有一定长度的电极 引线， 用于和导线连接然后一起接到刺激电压发生电路上。 0027 图 3 为本发明刺激电压发生电路原理图。如图 3 所示， 刺激电压发生电路包括电 源 10、 开关 11、 分压电路 12、 电压放大电路 13 和电压跟随电路 14。刺激电压发生电路由 电源 10 供电， 直流电源 10 可采用开关电源、 线性电源或电池组， 但要求电源可提供 “地” 和 绝对值相等的正负电源电压， 电源电压在 3V 与 12V 之间。比如使用两节 9V 电。
33、池串联， 其中 两电池正负极连接处定义为电路的 “地” ， 因此电源正、 负极与 “地” 之间的电压分别为 +9V 和 -9V。开关 11 中包含两个开关 K1 和 K2， 开关 K1 和 K2 的第一端分别串联在电源的正、 负 两端， 控制正、 负电源的闭合与断开。分压电路 12 中， R1、 R3、 R4 和 R6 均为阻值 1k 的电 阻， R2 和 R5 为 100 的电位器， R1 的一端、 R2 两端的引脚和 R3 的一端依次串联， R4 一端、 R5 两端的引脚和 R6 一端串联， R1 和 R3 的另一端分别连接到 K1 和 K2 的另一端， R4 和 R6 的 另一端也分别连。
34、接到 K1 和 K2 的另一端。当电源电压为 9V， 且 K1 和 K2 闭合时， 分压电路 两端对 “地” 电压分别为 +9V 和 -9V， 那么 R2 和 R5 中间引脚的输出电压范围在 0.43V 之 间。电压放大电路 13 采用两个同相放大器， 其中一个由 U1a、 R7 和 R8 构成， 另一个由 U1b、 R9 和 R10 构成， 同相放大器具有高输入阻抗可避免对分压电路中的电压计算造成影响 ； U1a 和 U1b 的同相输入端分别与 R2 和 R5 中间引脚相连接， U1a 和 U1b 可采用双通道运算放大 器， 如 LM358 ； R7 和 R8 分别为 1k 的电阻和 20k。
35、 的电位器， R7 两端分别和 U1a 的反相输 说 明 书 CN 102512757 A 7 5/6 页 8 入端和 “地” 相连， R9 两端分别和 U1b 的反相输入端和 “地” 相连， R8 两端分别和 U1a 的输 出和反相输入端相连， R10 两端分别和 U1b 的输出和反相输入端相连， 如此可设定两个放大 器的放大倍数在 1 21 倍之间， 即输出电压在 0.43V 9V 之间。电压跟随电路 14 的 输入与电压放大电路的输出相连， 可将电压放大电路 13 与刺激电极隔离， 电压跟随电路 14 的高输入阻抗可避免电极之间的阻抗对电压放大电路 13 的电压放大倍数计算公式造成影 响。
36、， 电压跟随电路 14 中的运算放大器 U2a 和 U2b 也可采用 LM358， U2a、 U2b 的同相输入端 分别与 U1a、 U1b 的输出端相连， U2a 的反相输入端与 U2a 的输出端相连， U2b 的反相输入端 与 U2b 的输出端相连。刺激电极 1b、 1c 为正极， 与 “地” 相连， 刺激电极 1a、 1d 为负极， 分别 与 U2a、 U2b 的输出端相连。由以上分析可见， 刺激电极的正极与负极之间的实际电压范围 在 0.43V 9V， 但是当电压跟随电路输出电压在 0 9V 之间时， 电压值与电极极性定 义相反， 这是因为在设计时预留了反转电极极性的功能， 为今后应用。
37、的扩展提供基础。 0028 图 4 为本发明损伤电位测量电极。本发明的损伤电位测量电极采用了盐桥电极的 结构， 由电极导线 15、 塞子 23、 甘汞电极 16、 上玻璃管 21、 内盐桥液 17、 琼脂 18、 下玻璃管 22、 外盐桥液 19 和多孔陶瓷 20 组成。上玻璃管 21 和下玻璃管 22 均呈上粗下细的中空圆 柱状， 下玻璃管 22 内装有外盐桥液， 外盐桥液为生理盐水， 即质量百分比 0.9的氯化钠溶 液 19， 下玻璃管 22 的下端用多孔陶瓷 20 封堵 ； 上玻璃管 21 内装有内盐桥液， 内盐桥液为 饱和氯化钾溶液 17， 上玻璃管 21 的下端用琼脂 18 封堵， 。
38、甘汞电极 16 置于上玻璃管 21 中， 浸泡在饱和氯化钾溶液 17 中， 上玻璃管 21 的上端用塞子 23 封堵， 电极导线 15 的一端与甘 汞电极 16 相连接， 电极导线 15 的另一端从塞子 23 穿出， 和损伤电位放大电路相连。使用 时将上玻璃管插入下玻璃管的外盐桥液中， 并将两个玻璃管固定在一起， 多孔陶瓷 20 封堵 的一端为损伤电位测量电极的头部。 0029 图 5 为本发明损伤电位放大电路原理图。损伤电位放大电路包括差分放大电路 24、 参考电极 25、 低通滤波电路 26 和电压跟随电路 27。差分放大电路由直流电源供电， 可 采用开关电源、 线性电源或电池组供电， 但。
39、要求电源可提供 “地” 和绝对值相等的正负电源 电压， 电源电压在 3V 与 12V 之间。比如使用两节 9V 电池串联， 其中两电池正负极连接处定 义为电路的 “地” ， 因此正、 负极与 “地” 之间的电压分别为 +9V 和 -9V。差分放大电路 24 由 两个仪表放大器 U3a 和 U3b 构成， 如 AD627， R11 和 R12 均为 20k 的电阻， 分别与 U3a 和 U3b 相连， 可将两个仪表放大器的放大倍数设定在 105 倍， 两个仪表放大器使用共同的直流 电源， 反相输入端连接在一起， 除此之外无其他连接处。位于硬脊膜 6 处的测量电极 3a 和 位于硬脊膜 8 处的测。
40、量电极 3c 分别与两个仪表放大器的同相输入端相连， 位于硬脊膜 7 处 的测量电极 3b 与两个仪表放大器的反相输入端相连， 两个仪表放大器的输出分别为放大 后的头侧和尾侧损伤电位。 此外， 仪表放大器需要一个参考电压输入， 仪表放大器的参考电 压输入引脚与参考电极 25 相连， 参考电极 25 需紧贴患者皮肤， 而且远离测量电极， 比如人 体的小腿。为了滤除损伤电位中的高频干扰， 加入了低通滤波电路 26， 该低通滤波电路由 电阻 R13 和电容 C1， 电阻 R14 和电容 C2 构成， 电阻阻值为几欧姆到几千欧姆， 电容值由几 皮法到几微法均可， R13 和 R14 的一端分别与 U3。
41、a 和 U3b 的输出相连， 另一端分别与电压跟 随电路中两个运算放大器的同相输入端相连， 也分别和 C1 和 C2 的一端相连， C1 和 C2 的另 一端均与 “地” 相连。低通滤波电路之后是电压跟随电路 27， 由两个运算放大器 U4a 和 U4b 构成， U4a 和 U4b 的反相输入端分别和自身的输出相连， 电压跟随电路的高输入阻抗可避免 说 明 书 CN 102512757 A 8 6/6 页 9 低通滤波电路的截止频率发生变化。 电压跟随电路的两个输出连接电压显示设备5， 可将放 大后的头侧和尾侧损伤电位显示出来， 该设备可以是万用表或示波器， 也可以接数据采集 卡将测量数据存储。
42、起来。 0030 使用本发明装置进行电位补偿的过程如下 ： 0031 首先完全暴露损伤处脊髓的背侧， 以及损伤处头侧和尾侧的脊髓背侧， 这三处暴 露的部位与损伤处之间的距离为一个椎骨节段 ； 0032 其次， 固定刺激电极， 四个刺激电极中， 两个正极 1b、 1c 固定在损伤处左右两侧的 肌肉上， 紧贴椎骨， 两个负极极 1a、 1d 固定在距损伤处头侧和尾侧两个椎骨节段处的肌肉 上 ； 0033 第三， 测量损伤电位， 测量时三个损伤电位测量电极头部轻轻的贴在硬脊膜上 ； 三 个损伤电位测量电极 3a、 3b、 3c 分别位于损伤处、 损伤处头侧和损伤处尾侧硬脊膜上， 三个 损伤电位测量电。
43、极共同检测损伤电位， 其中第一损伤电位测量电极 3a 和第二损伤电位测 量电极 3b 之间电压为头侧损伤电位， 第三损伤电位测量电极 3c 和第二损伤电位测量电极 3b 之间为尾侧损伤电位 ； 观察电压显示设备 5 上的示数， 同时开启刺激电压发生电路 2 的 两个开关， 对脊髓施加电刺激， 并通过调节分压电路 12 中第一电位器 R2 和第二电位器 R5 的阻值或电压放大电路 13 中第三电位器 R8 和第四电位器 R10 的阻值， 实现对刺激电极之 间电压的调整， 当电压显示设备上显示的放大后的头侧和尾侧损伤电位均接近于零时， 停 止调节， 实现损伤电位补偿， 从而人为的恢复损伤前的体内微环境。 说 明 书 CN 102512757 A 9 1/3 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102512757 A 10 2/3 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 102512757 A 11 3/3 页 12 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102512757 A 12 。