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功能性电刺激治疗系统的研制

徐敏  
【摘要】: 功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)在神经功能失调治疗和神经损伤康复中具有重要的作用。它是利用神经细胞对电刺激的响应来传递外加的人工控制信号,通过外电流的作用使神经细胞能产生一个与自然激发引起的动作电位完全一样的神经冲动,使其支配的肌肉纤维产生收缩,从而获得运动的效果。随着微电子技术、微纳技术和生物技术等的发展,FES在康复医学中的应用越来越广,目前,FES已经在治疗控制癫痫、慢性疼痛、尿失禁、听视觉障碍等多个方面取得较大进展,而且,在上下肢助动、治疗脊柱侧弯、协助呼吸等方面也有着诱人的前景。 本课题针对FES在上下肢助动方面的应用,提出用提取到的机体健侧相应部位的表面肌电信号代替电脉冲信号做刺激源的方法,并且开发研制刺激系统,将刺激源复原放大后再作用于受损机体。表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号,它与肌肉的活动状态和功能状态之间有着不同程度的关联性,因此在一定程度上反映了神经肌肉的活动。人体的表面肌电信号复杂多变,传统电刺激治疗仪中用到的形式为连续波、簇形波和疏密波的脉冲波形与之存在很大差别。 本课题的研究中,提取机体健侧相应部位的表面肌电信号,经过matlab处理后存储起来作为系统的刺激源,结合中医里面经络现象,选取合适的穴位进行电刺激。本文在介绍肌电信号、肌电信号处理方法和FES的研究情况之后,详细介绍了系统的软硬件设计。整个系统设计包括单片机控制系统及其外围电路,DA转换电路以及信号放大电路三个大的模块。将处理后的肌电信号经过数字到模拟信号的转换,然后放大至对人体有刺激感应的强度,最后将得到的模拟信号作用于人体进行刺激治疗。


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