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。     

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。     

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。     

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。     

用于外周神经的干涉电流刺激器设计

设计了一种用于外周神经电刺激的干涉电流刺激器。该刺激器为两路电流输出,可以产生4种波形,每种波形的频率、幅度等参数可在上位机进行设置,频率分辨率为0.2 Hz,幅度分辨率为0.01 mA,时间分辨率为0.1 μs。该刺激器的特点在于可在刺激强度一定的条件下连续改变电流比,或在电流比一定的情况下连续改变刺激强度。上位机采用LabVIEW开发,下位机采用FPGA对3片DAC进行控制,DAC产生的波形信号经过隔离恒流源电路后施加到负载。经过测试,刺激器能够准确产生4种波形,电流偏差在2.6%以内,恒流效果良好。该刺激器体积小,操作简单,产生波形稳定,可以用于无损选择电刺激研究。     

基于电磁生物效应伪随机广谱信号源的设计

目的:实现粮食产后减损,驱灭老鼠.方法:利用低频电磁场对鼠类生物效应研究的基础结合广谱复合频率信号的特性.以AT89S51单片机为依托提出了能发射出复合频率信号的伪随机广谱复合频率信号源的设计方案.结果:结果显示信号的广谱特性稳定而且该信号和其相应产生的电磁场的参数理论上能够满足实验的需要.结论:该信号源的设计是可行的,能够达到预期的目的.     

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。     

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.     

生物医学信号的实时监控与数据采集

目的：开发基于普通微机的通用生物医学信号采集系统。方法：以Ps2104A／D／A转换卡为接口，采用C语言与汇编语言混合编程方式，自动检测微机速度并计算出调整采样频率的参数，经软件分频实现对采样频率的控制。以显示器为终端，对多路生物医学信号进行同步实时监控。结果：本系统可自动适应不同主频的普通微机，采样频率精度高，数据连续采集时间长和硬件适应能力强。结论：本系统可同步采集多路高信噪比的生物医学信号。     

使用功能神经肌肉刺激在瘫痪病人的冠状平面顶角的反馈控制

本文报导关于一项用于功能性肌肉电刺激(FNS)的瘫痪病人的冠状平面反馈控制的研究。本反馈控制是通过直接调节中枢位置中的冠状平面的顶角来实现控制的,该系统已用于两个瘫痪病人。系统包括传感器安装和信号处理技术,两级反馈控制器、刺激器硬件和一组经皮肌肉内电极。反馈控制包括用级联方式的两级,可修改的离散时间比例-积分-微分(PID)级和非线性单路输入、多路输出级,以确定肌肉被刺激的数量。本研究集中于通过比较反馈控制系统对于开环刺激系统的响应来     

基于高频交流电刺激的神经传导阻断的动物实验研究

目的：面肌痉挛虽不危及生命，但可以对患者造成心理负担，严重影响患者正常的工作和生活。高频电刺激可以有效阻断运动神经的神经冲动，从而终止相应的神经功能。本研究通过利用动物在体神经进行实验的方法研究高频信号阻断神经传导的效应，为高频电刺激治疗面肌痉挛提供更多的信息。方法：采用Wistar大鼠在体坐骨神经进行实验，对神经施加高频阻断刺激信号，通过记录并观察神经所支配肌肉的肌电信号及其肌肉状态来确定阻断效果．研究高频交流电信号对周围神经传导阻断的作用。结果：当对神经给予高频阻断刺激信号时，神经出现传导阻断的现象，且阻断现象发生于某一频段，完全阻断则只是发生于其中更小的频率范围，而继续增大频率或幅值，则可能会出现部分阻断、强直甚至不阻断现象。结论：本动物实验研究为将来高频电刺激治疗面肌痉挛的临床应用的实现提供更多信息。     

基于高频双向电流的神经选择性兴奋

安全有效的神经选择性兴奋方法具有重要的科研和临床应用价值。提出使用单相位内小电量高频双向电流进行神经选择性兴奋,并在基于Frankenhaeuser-Huxley(F-H)方程的有髓神经单电缆神经纤维模型上进行仿真实验。小电量电刺激信号由具有一定频率的高频电流和具有一定延迟时间(d)的测试脉冲组成。通过改变测试脉冲出现的时间延迟(d)和高频电流频率,探讨选择性兴奋5～16μm范围内某一直径附近神经的可能性。结果显示,高频双向电流刺激停止后,较粗神经的兴奋阈值升高幅度较大。当延迟时间d为0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88和0.90 ms时,电刺激可以分别实现对5、7、8、9、10、11和15μm附近神经的选择性兴奋。当高频电流频率为5、6、7、8、9和10 kHz时,电刺激可以分别实现对7、8、10、11、14和16μm附近神经的选择性兴奋。相对于其他神经选择性兴奋方法,本研究使用的电刺激波形具有电量小的特点,对于提高神经电刺激的安全性、延长电刺激时间具有重要的意义。     

A frequency sensitive tri-state switch suitable for cardiac monitoring

This circuit facilitates the real-time frequency analysis of heart-rate; it has three logic output states corresponding to the input frequency being either in-band, too low or too high. Alternative outputs, auditory and visual, are described, their appropriateness being dependent upon the use to which the circuit is put. The tri-state switch has wide application both in the frequency analysis of biological signals and in the clinical situation where a common requirement is the activation of an alarm should the monitored signal stray from a predetermined band.     

基于DSP的拟生物神经信号刺激器的研制

介绍一种用于研究生物体运动神经机理的在体拟生物信号电刺激装置。刺激器以DSP为计算核心,采用基于振动理论的神经元模型生成信号,输出模拟电压,通过微电极进行在体刺激。实验结果证实,刺激信号在形态上与生物信号基本吻合,并且刺激强度、频率等可调。此研究为后续研究生物机器人技术提供了硬件准备。     

Effects of twitch potentiators and repetitive stimulation on arsenazo III Ca-transients in Xenopus skeletal muscle fibers

Ca indicator dye arsenazo III (AZ III) was injected into Xenopus skeletal muscle fibers. AZ III Ca-transients (AZ III signals) responding to the electrical stimulation of the fibers were measured by a pair of photomultipliers at 651-721 nm. In the standard Ringer solution at 22-23 degrees C, the latency of the AZ III signal (T1), the time from the onset of signal to the peak (T2), and the half decay time (T3) were 1.5, 3.9, and 16.6 msec, respectively. The falling phase of the signal was fitted to the exponential curve. The effects of repetitive stimulation with frequency of 10, 20, and 30/sec were investigated. The AZ III signal at 30/sec showed obvious summation. Prolongation of the falling phase with an increase in stimulating pulses or in stimulus frequency was always observed. In the solution which contained twitch potentiators such as NO3-, Zn2+, and caffeine, the peak of the AZ III signal showed a 10-50% increase and T1, T2, and T3 were increased by 20-100%. The falling phase of the AZ III signal was convex on the logarithmic scale in NO3 or Zn solution, and fitted to the exponential curve in caffeine solution. The factors which determined the falling phase are discussed.     

非侵入式盆底电刺激治疗仪的有效性与安全性研究

目的 通过与侵入式盆底电刺激治疗仪进行对比,研究非侵入式盆底电刺激治疗仪的有效性与安全性。方法 在COMSOL多物理场仿真软件中构建盆底部位的三维仿真模型,改变刺激电压的频率和幅值,进行多组电流密度分布仿真,结合离体组织实验进行有效性与安全性评价。结果和结论 非侵入式盆底电刺激能够通过增加刺激脉冲电压的幅值和频率达到与侵入式盆底电刺激治疗仪相近的盆底肌刺激效果,增加电极数量对刺激效果也具有提升作用。在电极刺激部位垫湿巾或涂导电膏能避免电烧伤并提升刺激效果。创新之处 关于非侵入式盆底电刺激治疗的有效性与安全性目前缺乏研究论证,该研究表明非侵入式盆底电刺激具有潜在的临床应用前景,可以为后续的临床研究提供参考。     

Short-term effects of botulinum toxin on the lateral rectus muscle of the cat

Botulinum toxin type A (BTX) is often used as an alternative to surgery for the treatment of strabismus and many other motor or cosmetic problems. Although numerous studies established BTX as a powerful transmission-blocking agent at the neuromuscular junction, no evaluation of extraocular muscle (EOM) contractile properties after administration of BTX exists. Some anatomical studies on EOM fiber types suggested a long-term preferential effect of BTX on orbital layer, singly innervated muscle fibers. In this study, we examined the short-term effects of BTX on the contractile properties of normal lateral rectus muscle to determine the functional effect of BTX on muscle-force output over time. Measurements of muscle tension and the corresponding EMG evoked by stimulation of nerve VI were made hourly for up to 18 h following BTX administration. An intramuscular BTX injection of 2 U caused a dramatic decrease in maximum twitch and tetanic tension of the muscle in response to different frequencies of stimulation. This suppression developed gradually over time, with a concomitant reduction of EMG amplitude. No significant changes in muscle-speed-related characteristics (e.g., twitch contraction time, fusion frequency) were found. The results suggest a functional effect of BTX on all muscle fiber types, although, with the dose used, we did not observe complete muscle paralysis within the time of recording. The time course of muscle tension suppression by BTX also was frequency dependent, with the lower stimulation frequencies being more affected, suggesting that implementation of higher frequencies could still produce adequate eye movements. Electronic Publication