本實用新型涉及單片機及神經(jīng)系統(tǒng)損傷治療技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于單片機的肌電刺激脈沖儀。

背景技術(shù)：

近年來，由神經(jīng)系統(tǒng)損傷導(dǎo)致運動功能障礙的患者不斷增加，智能化醫(yī)用電子儀器設(shè)備被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在運動功能障礙恢復(fù)方面取得了較好的治療效果，極大地改善和提高了患者的生活質(zhì)量，因其安全性、可靠性和無創(chuàng)性等特點而受到人們的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外的肌電刺激裝置多為被動型的醫(yī)用電療儀，患者被動接受一些如三角波、正弦波、鋸齒波等固定形式的波形刺激，難以獲取具有針對性的治療，并且長時間的使用會使患者產(chǎn)生習(xí)慣性的適應(yīng)問題，從而達不到理想的治療效果。

因此，為克服上述技術(shù)的不足而設(shè)計出一款能實現(xiàn)利用健肢表面肌電信號的姿態(tài)信息控制患肢的運動狀態(tài)、治療針對性強、安全可靠的一種基于單片機的肌電刺激脈沖儀，正是發(fā)明人所要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種基于單片機的肌電刺激脈沖儀，能實現(xiàn)利用健肢表面肌電信號的姿態(tài)信息控制患肢的運動狀態(tài)，維持患者運動平衡，最終恢復(fù)患肢的行走運動功能，治療針對性強，安全可靠。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于單片機的肌電刺激脈沖儀，其包括肌電信號采集電極、STM32F417單片機、差分輸出電極，所述肌電信號采集電極通過前置放大器與高通濾波器連接，所述高通濾波器通過工頻陷波器與低通濾波器連接，所述低通濾波器通過后級放大器與電位抬升電路連接，所述電位抬升電路與STM32F417單片機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換電路連接，所述STM32F417單片機的SPI通信接口通過數(shù)字電位器與運算放大器連接，所述運算放大器、STM32F417單片機通過脈沖輸出電路與差分輸出電極連接，所述STM32F417單片機與FLASH存儲電路連接。

進一步，所述FLASH存儲電路包括M25P64存儲器芯片。

進一步，所述數(shù)字電位器采用AD5122數(shù)字電位器。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型是基于將健肢肌電信號的姿態(tài)信息實時的作用于患肢，針對表面肌電信號的幅值微弱，易受干擾等特點，采用前端放大、濾波以及電位抬升電路對其進行處理，根據(jù)A/D采集模塊獲取的健肢肌電信號幅值電平，控制脈沖驅(qū)動電路輸出肌電刺激脈沖波的幅值強度與波形極性，從而將與健肢肌電信號波形具有相似包絡(luò)的肌電刺激脈沖作用于患肢，實現(xiàn)脈沖波刺激治療，維持患者運動平衡，最終恢復(fù)患肢的行走運動功能。避免了常規(guī)肌電刺激波的被動性和盲目性，簡單可靠。

附圖說明

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型健肢表面肌電信號提取電路原理圖。

圖3是本實用新型電位抬升電路。

圖4是本實用新型FLASH存儲電路示意圖。

圖5是本實用新型肌電刺激脈沖波輸出模塊電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

參見圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)一種基于單片機的肌電刺激脈沖儀，包括肌電信號采集電極、STM32F417單片機、差分輸出電極，肌電信號采集電極通過前置放大器與高通濾波器連接，高通濾波器通過工頻陷波器與低通濾波器連接，低通濾波器通過后級放大器與電位抬升電路連接，電位抬升電路與STM32F417單片機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換電路連接，STM32F417單片機的SPI通信接口通過數(shù)字電位器與運算放大器連接，運算放大器、STM32F417單片機通過脈沖輸出電路與差分輸出電極連接，STM32F417單片機與FLASH存儲電路連接。FLASH存儲電路包括M25P64存儲器芯片。

以單片機為核心的處理模塊主要包括電位抬升電路、肌電信號存儲電路以及單片機內(nèi)部的采集處理模塊；肌電刺激脈沖波的輸出電路模塊主要包括數(shù)字電位器模塊、前置放大器以及后級放大電路。采用8路抑制共模干擾的三端差分式電極分別作用于脛前肌、小腿三頭肌、股四頭肌、股二頭肌、股外展肌、股內(nèi)收肌、臀大肌和骶棘肌8個肌肉部位，經(jīng)健肢表面肌電信號提取模塊放大、濾波處理獲取實時有效的健肢表面肌電信號。

通過以單片機為核心的處理模塊對健肢表面肌電信號進行分析處理獲取其幅值量化電平，根據(jù)量化電平控制肌電刺激脈沖波輸出電路輸出刺激脈沖波。最終將輸出的與健肢表面肌電信號具有相同幅值特性和波形極性的肌電刺激脈沖波經(jīng)差分電極作用于患肢，從而實現(xiàn)對患肢的肌電刺激。

參見圖2是本實用新型健肢表面肌電信號提取電路原理圖，經(jīng)電極拾取的健肢表面肌電信號是一種極其微弱的生物電信號，易受干擾，并且有用信號的頻率一般分布在20～500Hz之間，因此采用由前置放大器、截止頻率為20Hz的高通濾波器、截止頻率為500Hz的低通濾波器、50Hz的工頻陷波器以及后級放大器組合的健肢表面肌電信號提取模塊對其進行放大、濾波處理提取健肢表面肌電信號。

參見圖3是本實用新型電位抬升電路，健肢表面肌電信號的數(shù)據(jù)采集處理與存儲通過以單片機為控制核心的功能模塊來實現(xiàn)，經(jīng)前端信號提取模塊獲取的健肢表面肌電信號是一個交變的電壓信號，存在幅值為負的部分。選用STM32F417單片機內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器進行AD轉(zhuǎn)換，輸入電壓范圍為0～3.3V，因此通過電位抬升電路對健肢表面肌電信號進行電位抬升處理。

參見圖4是本實用新型FLASH存儲電路示意圖，由于表面肌電信號可以反映神經(jīng)、肌肉的運動狀態(tài)，采集存儲健肢和患肢的肌電信號，可供醫(yī)生了解患者的運動狀態(tài)，對治療方案及時做出調(diào)整。采用具有SPI通信接口的M25P64存儲器芯片，對健肢表面肌電信號采樣數(shù)據(jù)進行實時存儲。

參見圖5是本實用新型肌電刺激脈沖波輸出模塊電路原理圖，通過對健肢肌電信號的采樣數(shù)據(jù)進行分析處理，獲取健肢肌電信號的量化電平幅值，根據(jù)健肢肌電信號的量化電平幅值控制肌電刺激脈沖波輸出電路輸出肌電刺激脈沖波的幅值強度和波形極性。其具體的實現(xiàn)過程為：A/D轉(zhuǎn)換模塊每采集到一個樣點數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機控制程序處理獲取與該樣點數(shù)據(jù)對應(yīng)的健肢肌電信號的幅值電平，當(dāng)幅值電平大于零時，由單片機控制I/O端口A輸出高電平，I/O端口B輸出低電平；當(dāng)幅值電平小于零時，由單片機控制I/O端口A輸出低電平，I/O端口B輸出高電平；繼而在A、B端口形成高低脈沖波，并經(jīng)對稱功率放大電路輸出實現(xiàn)肌電刺激脈沖波的波形極性控制。同時將健肢肌電信號的幅值絕對值電平進行量化編碼處理，經(jīng)SPI接口作用于AD5122數(shù)字電位器實現(xiàn)健肢肌電信號的幅值重現(xiàn)。由數(shù)字電位器輸出的健肢肌電信號幅值電平經(jīng)增益可調(diào)的高壓運放放大并耦合到對稱功率放大電路的C端從而實現(xiàn)對肌電刺激脈沖波刺激強度控制。最終獲取與健肢肌電信號具有相同幅值特性和波形極性的肌電刺激脈沖波，經(jīng)輸出電極作用于患肢。

本實用新型是基于將健肢肌電信號的姿態(tài)信息實時的作用于患肢，針對表面肌電信號的幅值微弱，易受干擾等特點，采用前端放大、濾波以及電位抬升電路對其進行處理，根據(jù)A/D采集模塊獲取的健肢肌電信號幅值電平，控制脈沖驅(qū)動電路輸出肌電刺激脈沖波的幅值強度與波形極性，從而將與健肢肌電信號波形具有相似包絡(luò)的肌電刺激脈沖作用于患肢，實現(xiàn)脈沖波刺激治療，維持患者運動平衡，最終恢復(fù)患肢的行走運動功能。避免了常規(guī)肌電刺激波的被動性和盲目性，簡單可靠。