变参数混沌信号应用于经皮神经电刺激的探索研究

为了降低人体适应性对电刺激效果的影响,介绍了一种基于混沌信号的电刺激系统设计方法。首先在PC机上采用MATLAB软件构建混沌模型,经迭代运算产生混沌信号。用NI公司的数据采集卡USB-6251将信号输出到外部设备,再用LM3886模块对信号进行功率放大。经粘贴或绑缚在人体皮肤上的电极,传入信号以刺激内部神经。通过改变混沌模型的参数可获得不同的刺激效果,从而降低了因生理电刺激适应性而导致的电刺激效果变差的影响。测试结果表明:混沌信号的随机性增加了电刺激波形的多样性;混沌信号的规则性保证了电刺激过程的舒适感,提出的方法为电刺激仪器的设计提供了一个新的方向。     

基于混沌信号的经皮神经电刺激仪的设计

传统的电刺激仪器都是采用三角波、方波与非对称波等信号作为刺激信号源,或是将一些特定的信号先进行存储、然后再输出作为信号源,这些信号都呈现出周期性,作用于人体时容易使人产生适应性,随着刺激次数的增多而使效果逐渐变差,论文设计了一个基于混沌模型的非周期信号的电刺激系统。首先是在MATLAB软件的Simulink平台下构建出混沌模型,然后借助于DSP Builder软件将混沌模型转换为FPGA的工程文件,通过Simulink平台的模型仿真及Modelsim软件的行为级仿真,仿真无误后将工程文件在Altera公司的开发平台Quartus软件下进行编译、综合,最后生成可执行文件,下载到FPGA芯片即产生了混沌信号;将信号进行电压放大,功率放大,接入电极,实现了基于混沌信号的电刺激系统。所设计的系统获得了新型的电刺激效果,通过改变混沌方程的参数以及改变信号的输出频率,可以改变刺激时的直观感觉,由于人体的生物信号本身具有复杂的混沌特性,用它作用于人体所具有的更深层次的生物效应还需更多的探索研究。     

基于2^n伪随机复合频率信号的神经肌肉电刺激系统设计

目的：每一块肌肉都是由众多肌纤维组成,每一组肌纤维的固有频率不同,在对肌肉进行电刺激时,使用单一频率的电刺激不能满足同时对多组肌纤维进行刺激,不能达到最有效的电刺激作用,因此我们设计了一种基于伪随机信号的复合频率电刺激仪,能在一个刺激周期内实现多个频率的电刺激。方法：设计了一个以STC12C5410AD单片机为核心控制芯片的伪随机信号神经肌肉电刺激仪系统,采用串口实现上下位机的通讯,通过软件编程,上位机发送主频数、主频频率、间歇时间和刺激时间各项参数指令,由单片机控制输出两路伪随机脉冲信号,并通过逆变电路实现伪随机信号的输出,在逆变电路中加入电流监测电阻,实时监测输出信号的电流大小,将其控制在人体安全电流10mA以下,保证了用户的使用安全。结果：研制出的电刺激仪能产生1kHz以下多种主频信号的复合,根据主频数和主频频率的不同输出不同的复合频率信号,同时对输出电流的检测,验证了信号的安全性。结论：本文将伪随机复合频率信号运用于肌肉电刺激仪中,取代传统的单一频率电刺激仪,实现了技术上和理论上的创新,具有较高的临床实验和科研价值。     

一种具有传统中医针刺补泻手法的新型智能电针仪设计

针对目前电针产品无仿传统针刺补泻法的电针针法和人体刺激耐受性的问题,本文提出了一种基于PIC单片机实现的新型智能电针仪.该电针仪由单片机、信号发生电路、功率驱动、液晶显示、按键输入、安全保护和声音提示等部分组成.着重介绍了利用单片机实现仿传统中医针刺补泻手法,并采用模糊划分与混沌处理结合的方法,解决人体刺激的适应性.仪器具有多种针法选择、输出定时、自动报警等优点且设计符合医疗器械安全规范,可用于临床穴位针法刺激和经皮穴位神经电刺激.     

基于肌电特征提取的智能电刺激仪

为了改善常规电刺激仪的刺激参数不准确、缺少主动治疗模式等缺陷,设计开发了生物反馈式智能电刺激仪。将肌电反馈控制与电刺激相结合,对患者运动肌群的电信号进行无创测量和特征值提取,以肌电特征值作为反馈量控制电刺激仪的输出。创新地实现了基于Delta-sigma技术的肌电信号特征提取及肌电反馈控制,可准确获取肌电特征值,实现了电刺激治疗的智能化,促使患者主动参与训练和治疗;采用刺激电流双向检测技术和可编程式触摸屏人机交互,使刺激参数准确量化。经实验可知:仪器已达到设计要求,实现了既定的功能。     

基于ERD/ERS脑电信号的智能化功能电刺激系统的设计

设计一套基于事件相关同步电位(Event related desynchron ization,ERD)和事件相关去同步电位(Event related synchronization,ERS)脑电信号反馈控制功能电刺激仪系统。当大脑想象残肢运动中,出现ERD/ERS脑电信号,经过特征提取和特征分类转换为控制命令去触发功能电刺激系统,实现对相应残肢的电刺激。实验结果成功实现了对残肢的电刺激。     

基于Linux的嵌入式脑卒中康复治疗仪系统设计

介绍了一种针对有运动功能障碍的脑卒中患者的电刺激康复治疗仪设计。系统以ARM9S3C2440为处理核心,并以生物反馈的神经生理学方法为基础,集体表面肌电(sEMG)信号采集、显示和神经肌肉电刺激(NMES)功能为一体,通过在系统中移植嵌入式Linux系统,在平台上采用Qt/Embedded图形界面设计工具,完成康复治疗仪系统的设计。初步实验证明康复治疗仪系统运行稳定。     

基于按摩的电刺激器的设计

目的设计一种基于中医按摩的电刺激仪器——将产生的电刺激信号通过中医的按摩手法给患者按摩。方法研究采用STC89C58RD+单片机作为控制器,采用LCD点阵液晶显示作为可视化的提示工具,采用4*4矩阵键盘作为输入控制接口,采用变压器作为电刺激信号升压器件。结果研究实现了预期目标,用户可通过LCD提示输入控制点刺激信号强度的按键,单片机处理后输出相应的脉冲波形,进而触发生成用于按摩的电刺激信号。结论对51单片机开发应用,实现了输入不同的频率信息,产生不同强度的电刺激信号,使人感觉不同程度的麻刺激,能够用于治疗和保健。     

表面肌电信号实时反馈式电刺激康复训练系统的设计

为使脑卒中偏瘫病人在早期康复训练和护理中得到更加有效更加安全的治疗手段,该文提出一种基于皮肤表面肌电信号(s EMG)作为反馈的功能性电刺激康复治疗仪系统。系统中包含皮肤表面肌电信号拾取电路、刺激信号发生电路、残余电荷释放电路(用于释放刺激堆积在人体组织和电极上的刺激信号残余电荷,降低刺激信号对肌电信号的干扰)和STM32单片机控制电路。该系统是一种以皮肤表面肌电信号作为反馈的功能性电刺激康复训练系统,具有较高有效性和安全性。在脑卒中偏瘫患者早期康复训练中起着重要的作用,拥有前景广阔的医疗应用市场。     

脉冲激光与电刺激治疗系统音频信号处理模块的研制

目的：设计一款基于TMS320VC5402DSP的音频信号处理模块,用于采集处理多模式脉冲激光与电刺激治疗系统的音乐信号,探讨不同频率成分的音频信号对治疗高血压的影响,实现多模式脉冲激光与电刺激治疗高血压治疗处方的多样化。方法：使用音频编解码芯片TLV320AIC23B实现对多模式脉冲激光与电刺激治疗系统的音乐信号的采集,利用高性能数字信号处理芯片TMS320VC5402对采集的信号进行相应的信号分析与处理。通过数字信号处理技术得到新的治疗处方应用于多模式脉冲激光与电刺激治疗系统,用于探讨不同频率成分的音频信号对治疗高血压的影响。结果：设计的硬件平台稳定可靠．可实时采集音频信号,可用于寻找对高血压治疗的有效频率成分。结论：该设计可实时采集音频信号,并运用各种信号处理的手段,产生不同的高血压治疗处方,为寻找有效治疗高血压的音频频率成分提供了可靠稳定的硬件平台。     

多参数经皮神经肌肉电刺激仪的设计

目的：电刺激仪器是通过电流作用于目标组织，使目标组织产生相应的功能变化。刺激方式、刺激电流、波形等均会影响治疗效果。市面上现有的神经肌肉电刺激仪一般只有单一的治疗模式，局限性很大。为了有针对性地治疗不同肌肉疾病，我们设计了一个能够方便准确地控制刺激电流的多参数经皮神经肌肉电刺激仪系统：方法：设计了一个以STC12C5410AD单片机为核心控制芯片的多参数经皮神经肌肉电刺激仪系统，采用串口实现上下位机的通讯，通过软件编程，上位机发送波形、频率、脉宽、间隙时间、最大刺激电流等各项参数指令，由单片机控制D／A转换芯片DAC8532输出指定波形，经过高压开关保护电路加入恒流源电路，产生恒定的电流对目标组织进行刺激。系统加入多项安全控制措施，有效地避免了实际操作过程中的安全隐患；结果：通过对系统进行电阻测试，验证了系统为恒流型仪器，经过电阻的刺激电流由且仅由输入信号的各项参数确定，与电阻的大小无关。由临床试验证明了通过改变参数，可以改变刺激模式，并验证了该系统的安全性和有效性。结论：该系统能设置成临床上使用的经皮电神经刺激疗法的各种模式。安全有效，有利于临床实验和相关科研的开展。     

基于单片机的植入式神经刺激器的设计

目的:介绍了一种治疗神经功能失调疾病仪器的设计方案.方法:该设计以MSP430单片机为核心控制器,包括体外控制器和体内刺激器的硬件和软件设计.结果:该仪器器能够对体内刺激器进行参数的设置和控制,使其产生可调电压幅度、频率和占空比的脉冲信号.并能接收到体外控制器发出的控制信号并产生相应的脉冲信号,该脉冲信号作用于靶点神经,用持续的脉冲电刺激抑制不正常的神经放电,达到治疗效果.结论:该系统进一步的完善将有较好的应用前景.     

基于DDS技术的神经阈值刺激仪的研制

目的 针对基于模拟函数信号发生器的神经阈值刺激仪在动物实验和临床应用过程中遇到的实际困难和问题，为了满足科研项目“神经阈值图谱绘制及其临床应用研究”对神经阈值刺激仪各项指标的要求，重新设计、调试、改进神经阈值刺激仪。方法 基于直接数字合成(direct digital synthesis，DDS)以及其它新技术，设计出全新的信号发生源，采用光电耦合、高隔离电源以及浮地等方法，摒弃了传统的变压器隔离等技术，使神经阈值刺激输出的刺激信号能量较强且稳定，失真度低。结果 仪器整机安装调试后，就仪器输出的正弦波信号，用TDS3034B数字存贮示波器对其观察并进行FFT处理，经计算可知，信号总波形失真度小于1．0％。结论 重新设计的神经阚值刺激仪无论从输出信号失真度上还是从刺激能量的强度和稳定度上，以及整机的可靠性、安全性等诸方面，都基于模拟函数信号发生器的神经阈值刺激仪有重大进步或改善，完全满足科研项目“神经阈值图谱绘制及其临床应用研究”对神经阈值刺激仪各项指标的要求。     

电刺激器的双极性输出及保护电路设计

目的为设计一种能够输出较为复杂波形的电刺激仪的双极性输出和保护电路。方法以单向置数方式的DAC和运放电路结合,实现双极性输出;以比较器LM311进行电压判断生成单片机中断信号而实现过压保护,以齐纳二极管实现限压,以三极管、二极管和电阻组合实现限流。使用Muhisim仿真工具,以保护电路为例对电压判断、限流限压电路进行了仿真试验。结果仿真实验表明本设计中输出保护电路实现了限流限压功能,该仪器实现了波形可编程的带有输出保护功能的双极性电刺激功能。结论该设计可实现双极性输出电刺激信号。并具有电路安全保护功能,达到了预期的目标。     

实时癫痫电位检测与闭环式电刺激系统的设计

为了研究深部大脑电刺激对于癫痫等疾病的治疗作用,本文利用LabVIEW虚拟仪器环境和NI数据采集卡开发了一种闭环式电刺激系统,用于实现癫痫电信号的自动检测和刺激信号的输出。设计了结合场电位的幅值、斜率和海岸线参数3个特征量的癫痫波自动判定新算法。大鼠海马区癫痫模型的实验测试结果表明,该系统判定癫痫发作信号的正确率为91.3%,误检率为8.0%。而且,实时发生的高频电刺激展示了其抑制癫痫发作的效果。此外,系统设计了自动和手动等多种模式,具有较高的适应性和灵活性。癫痫波判定的简单时域算法也保证了系统具有较高的实时性,为电刺激控制癫痫的实验研究提供了一种简便易用的设备。     

面向鸽子机器人的磁刺激线圈仿真设计及实验研究

为了探究将磁刺激技术应用于动物机器人运动控制的可行性，本文面向鸽子机器人，仿真分析线圈半径、匝数等因素对磁刺激强度、深度及聚焦性的影响，提出线圈设计方案。将线圈置于鸽子头部及腿部，磁刺激同时记录腿部肌电。结果发现，磁刺激时肌电明显增强。降低磁刺激系统输出频率，输出电流增大，肌电随之增强。与脑部磁刺激相比，刺激坐骨神经引起的肌电增强反应更为显著。这表明，磁刺激系统通过驱动该线圈可以有效地实现对脑及外周神经功能的调控。本研究为后续实用性线圈优化改进提供了理论及实验指导，为动物机器人磁刺激运动控制实施奠定了初步的理论和实验基础。     

参数模型法提取单次诱发脑电

本文提出一种诱发脑电的参数模型处理方法,充分利用刺激前脑电(EEG)信号及迭加平均诱发电位信号,可得到单次诱发电位的无偏、最小方差估计,提高信噪比近15dB。用计算机仿真检验了模型的性能。用本文所提方法处理实际的听觉诱发脑电,得到了诱发脑电幅度与刺激强度的正相关结果,证实了在实际应用中的可靠性。     

用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统及动物实验研究

目的研究可用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统,通过动物实验研究,探讨不同刺激参数对胃肠道收缩活动的作用效果,为治疗用刺激参数的优化提供初步依据。方法系统由便携式体外控制器和植入式体内刺激器组成,体内外通信采用无线模式。刺激脉冲参数及指令由体外控制器设定并发送至体内刺激器,胃肠道收缩活动由体内刺激器集成的压力检测模块采集并发送至体外以供分析。通过电刺激猪盲肠实验,分析不同刺激参数下盲肠压力的变化,以评价刺激参数对盲肠收缩活动的作用效果。结果系统样机工作正常,输出刺激脉冲信号精确,压力信息记录准确。动物实验表明,增加刺激脉冲宽度使盲肠收缩活动的幅度增大,增加刺激脉冲频率使盲肠收缩活动的潜伏期缩短,增加刺激脉冲幅度同时缩短盲肠收缩活动的潜伏期并增大收缩幅度。结论该植入式电刺激系统参数设定范围大,输出脉冲信号精确并具备压力检测功能,便于进行功能性胃肠疾病治疗刺激参数的筛选和验证。动物实验初步验证了不同刺激参数对盲肠收缩活动的作用效果。     

经颅磁刺激仪线圈位姿调整装置

为了解决传统经颅磁刺激仪刺激线圈位姿固定,导致输出磁场刺激部位调节困难的问题,本研究设计并仿真了一种经颅磁刺激仪线圈位姿调整装置,设计了线圈位姿调整装置的机械结构,建立系统坐标系、线圈和人脑有限元模型,分析在刺激电参数相同、机械结构参数不同条件下,线圈刺激颅脑的磁场分布.随着刺激线圈位姿的调整,磁场刺激颅脑的部位发生改...     

多通道经颅交流电刺激仪的设计

目的:电信号不同,对生物进行电刺激产生的生物效应也不相同。医疗领域已经研究出了许多有效成熟的电刺激治疗模式,市场上已有很多具有简单模式的电刺激仪,它们一般都只有特定的治疗模式,功能比较单一。为了满足多模式联合治疗和医学实验的需要,我们研发了一款具有多种治疗模式的交流电刺激仪。方法:该交流经颅电刺激仪选用TI的低功耗MSP430F413单片机作为主控芯片,控制以MAX038作为信号发生芯片的波形发生电路。因为MAX038能够产生0.1 Hz-20 MHz可调的正弦波、方波、三角波,可以实现两个独立控制波形的耦合输出,因此能够形成多种刺激模式。通过软件编程,使该电刺激仪具有丰富的参数设置与显示功能。结果:研制出的电刺激仪具有内置多种常用治疗模式(其中有2个为多治疗模式定时自动转换的可循环模式),利用6个中断按键作为控制键,可以方便快捷地进行模式选择和参数设置。通过配备不同的电极,可以进行电流与电场治疗模式切换:导电电极用于电流治疗,绝缘电极用于电场治疗。结论:经过多次调试和验证,该电刺激仪的输出电压Vp-p为5 V,可按需要外接医用功率放大设备进行放大,输出频率可调范围为0.1 Hz-5 MHz,调节精度为±2%,可以输出噪声较低的方波,三角波,正弦波及其调制波形,具有良好的稳定性和可靠性,同时满足国际电工委员会颁布的医疗设备安全标准,达到了最初的设计要求。