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。     

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。     

水听器式便携超声参数测量系统的研制

目的：开发了一套测量声输出参数的系统，为进一步研制适用于军事计量巡检工作的便携式仪器奠定基础。方法：采用水听器作为换能器，采集超声信号存空间声场焦平面上一点的声压波形。通过对声压波形的参数进行数值运算，得到所关心的超声声输山参数。结果：能够在误差允许的范围内测量出主要的声输出参数。结论：该方法切实可行，得到的数据可重复性好。     

适用于智能电外科设备的输出功率反馈控制模块设计

智能电外科设备通过功率控制,实现作用于不同组织时保持输出功率特性不变,从而保护组织不被烧伤,以达到良好的手术效果,其中输出功率反馈控制模块是其核心技术之一。我们设计的反馈控制模块由输出电压、电流检测电路以及单片机控制电路组成,与开关电源模块和射频功率放大器模块构成闭环反馈回路,通过实时检测表征负载上的电压、电流信号,结合单片机内部嵌入的PID控制算法,能够自动控制射频能量工作在不同模式;实验结果表明,PID控制算法中被控量从零输出到满量程输出所需时间在25.0 ms以内,实际输出值与预设值误差在±5%以内,并且能够根据负载阻抗变化自动调节输出工作在不同模式。该模块能够快速、准确且稳定地控制输出达到预设值,从而实现自适应功率控制方式,为开发智能电外科设备提供核心技术基础。     

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。     

数字式多道生理信号示波器的研制

目的研制数字式多道生理信号示波器。方法仪器采用PC机外挂采集盒的方式,386以上的PC机即可,仪器结构简单灵活。采用虚拟仪器设计技术,操作界面更加友好。结果此示波器具有实时测量、分析、显示、存储、打印等功能。结论此数字式多道生理信号示波器可替代日前教学和科研中使用的模拟生理信号示波器及其它生理信号记录装置,对教学和科研有一定的促进作用。该仪器具有很高的性能价格比,可大量推广使用,有望取得较好的社会、经济效益。     

MPU6050在评定人体上肢关节角度中的应用

该文开发了一套上肢康复评定仪器,用于评定肘关节及肩关节的关节活动度。该仪器包括下位机硬件和上位机评定软件,通过MPU6050传感器采集关节运动的加速度和角速度信号,并将数据经蓝牙串口传输至上位机评定软件。该仪器实现了实时评定上肢关节的运动参数,并能动态显示上肢关节运动状态。对仪器进行可靠性测试,组内相关系数均大于0.6,说明该仪器具有良好的可靠性,能准确地输出患者关节运动角度,对临床上制定合理的康复训练计划有重要意义。     

生物反馈式经皮神经电刺激分娩镇痛系统的研制

经皮神经电刺激(TENS)作为非药物性分娩镇痛方法日益受到人们重视。针对国内现存产品性能不稳定、镇痛效果不理想等问题,本文设计研制了生物反馈式TENS分娩镇痛治疗系统,通过对比刺激电流的波形、频率、强度等对镇痛效果影响的差别,提出将低频调制中频电流引入到TENS脉冲的新思路,并应用于分娩镇痛装置。课题组设计了多种电刺激处方,分别用于宫缩期间的镇痛或者无宫缩时的按摩,并依此提出生物反馈式TENS分娩镇痛方法,即根据检测到的宫缩压力等反馈信号可自动选择镇痛处方并调节信号参数。临床试验结果表明,仪器性能达到了设计要求,具有良好的分娩镇痛效果。     

微创电外科用高频电刀输出目标阻抗检测系统

目的 血管闭合微创外科手术中,需要精确控制高频能量发生器的输出功率.根据血管阻抗变化调节高频能量发生器输出功率是提高血管闭合成功率的有效手段.为实现血管闭合过程中血管阻抗的检测,需要测量输出电压和血管闭合回路中的输出电流,为此本文开发了一套基于LabVIEW的阻抗检测系统.方法 系统包括硬件隔离调理电路、基于DAQ卡和LabVIEW的数据采集与处理系统.最后利用已知阻抗的无感功率电阻验证该系统性能.结果 实验表明该检测系统可以准确地检测高频电流回路中的阻抗.结论 该阻抗检测系统可以用于微创电外科高频电刀的能量控制模块中.     

八通道生物体组织局部电流电压检测仪研制及应用

目的：电击生物体各组织局部电流电压等电学参数的测定，可为电击死研究提供客观的物理电学基础，对于研究电击生物体组织损伤程度与各种电学参数间的关系具有重要意义。本课题组研制了一种用于电击实验动物或人尸体组织的八通道生物体局部电流电压检测仪及其应用介绍，期望为电击伤／死研究提供一种新仪器和新思路。方法：仪器主要由程控可变交流电源模块、信号处理模块、AVR单片机模块、上位机显示及控制模块组成，系统采用仿真逼近原理．通过虚拟仪器技术实现对日常电压电击下流经生物体局部组织电流电压的准确测量。建立电击模型，同时检测电击实验大鼠肢体和躯体8个不同部位电流电压，对所得结果进行统计学分析。结果：对所研制的八通道生物体组织局部电流电压检测仪进行测试，得出同一大鼠不同部位、不同大鼠同一部位电流电压值，操作简便、安全，同一大鼠不同部位、不同大鼠同一部位电流电压差异性具有统计学意义。结论：八通道生物体组织局部电流电压检测仪可实时同步分段检测生物体各部位局部电流电压的分布和流经情况，阐释电击时生物组织损伤改变与物理电学基本参数变化的关系,可为医学尤其是法医学研究生物体电击伤／死提供较为准确的组织电击伤的基础电学数据。     

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。     

肌电反馈磁场治疗仪的研制

目的：研制可用于神经损伤治疗的肌电反馈磁场治疗仪器。方法：采用自动控制理论和电磁场理论将肌电传感器采集磁场作用后的人体肌电信号作为反馈信号，利用单片机进行磁场强度以及波形的自动调整。结果：对所研制的肌电反馈式磁场治疗仪进行测试，可产生磁感应强度0～50mT、频率1—100Hz的正弦、方波和三角波；已经用于刺激动物神经的实验研究，得到了许多有意义的研究结果。结论：肌电反馈磁场治疗仪的研制将提供患者个体差异的自适应治疗，确保了最佳的临床治疗效果。     

一种低功耗微弱生理信号检测系统的设计

目的电生理信号可以提供人体各种生理状态的重要信息,它常常需要长时间的监测,因此要求检测系统具有低功耗特性。本文设计一种基于MSP430F5438处理器的微弱生理信号检测系统,并重点关注其功耗、可靠性和测量精度。方法系统包括高性能模拟放大前端、低功耗下位机和对上传的信号进行多种处理的PC机。下位机采用MSP430F5438单片机,它具有功耗低、体积小优点,它移植有UCOS＆UCGUI系统,方便储存和处理数据。PC机可以通过USB方便地连接下位机并处理数据。结果系统可开发成电池供电的便携式检测储存装置,其特色是低功耗和便携性,这有助于长时间检测电生理信号。结论微弱生理信号检测与处理作为一个系统工程,在医疗保健和研究方面有广大的应用前景。     

Weak physiological signal detection system with low power consumption

目的电生理信号可以提供人体各种生理状态的重要信息,它常常需要长时间的监测,因此要求检测系统具有低功耗特性.本文设计一种基于MSP430F5438处理器的微弱生理信号检测系统,并重点关注其功耗、可靠性和测量精度.方法 系统包括高性能模拟放大前端、低功耗下位机和对上传的信号进行多种处理的PC机.下位机采用MSP430F5438单片机,它具有功耗低、体积小优点,它移植有UCOS&UCGUI系统,方便储存和处理数据.PC机可以通过USB方便地连接下位机并处理数据.结果 系统可开发成电池供电的便携式检测储存装置,其特色是低功耗和便携性,这有助于长时间检测电生理信号.结论 微弱生理信号检测与处理作为一个系统工程,在医疗保健和研究方面有广大的应用前景.     

磁共振电阻抗成像系统的设计和实验

介绍了磁共振电阻抗成像系统设计。该系统以PC机为核心单元,实现可视化交互、数据处理和成像;采用基于PCI总线的数据采集控制卡实现电流注入、电极选通、信号预处理以及与磁共振设备(MRI)成像序列的时序匹配,对恶劣电磁环境下高信噪比的信号测量采用了特殊电磁兼容设计。基于此系统提出了利用两个方向上磁通密度分量和外围电压重构图像的设想,给出了实验方案和初步结果。     

恒功率高频电刀能量发生器：生物组织的切割与闭合

背景：随着医疗器械的不断发展,越来越多的传统外科治疗被微创治疗所取代。在微创外科手术中,要经常进行组织切割和闭合,然而,由于空间与视野的限制,普通的方法并不适用微创治疗。 目的：研制能够恒功率输出具有组织切割和闭合功能的高频电刀能量发生器。 方法：为了提高外科治疗中对组织切割与闭合的效率,研制了一套用电能对组织进行切割与闭合的高频能量发生器。该装置包括：幅值可调开关电源、高频功率放大器、阻抗检测模块和微控制器。其中由开关电源和功率放大器组成的电能变换器将220 V 50 Hz的市电变换为一个450 kHz的高频能量并作用在组织上,同时阻抗检测模块将实时检测生物组织上的电参数,并将其作为反馈量提供给控制器,最后由控制器完成恒功率控制和生物阻抗判定。 结果与结论：实验结果表明,研制的仪器能够快速稳定地产生高频大功率电能,能实时检测生物阻抗信息,并通过反馈控制实现恒功率输出,可有效完成对生物组织的切割与闭合。     

基于C8051F020的三电极电化学检测系统设计

目的:为研究三电极体系中电化学反应的进行,设计了一种具有上、下位机两级结构的三电极电化学检测系统。方法:下位机基于C8051F020设计,包括数模/模数转换(ADC/DAC)、恒电位电路、电流检测电路及电源等;上位机界面应用程序基于个人计算机(PC)开发,包括参数设置、数据处理、状态控制、历史查询等;上、下位机使用自定义的RS232串口通讯协议。结果:为检测系统性能,用一个三电极体系的等效电路模型进行测试,结果显示该检测系统能够较精确的完成电化学反应的控制、数据的采集与存储等,实现三电极电化学的测量。结论:与商业化的电化学测量系统相比,本系统具有成本低、体积小、可扩展性好等特点,同时也为进一步的应用提供了可靠的测量基础。     

基于虚拟仪器技术的血管生物反应器系统的研制

目的　生物反应器是组织工程研究的重要载体。本文构造了一种基于虚拟仪器技术的血管生物反应器系统研究平台。方法　系统使用曲柄滑块机构压缩和拉伸波纹管,模拟出人体血管内的搏动流。同时利用LabVIEW平台对压力等参数进行测量和控制,系统与PC机连接,可实现远程监控,使整个组织工程生物反应器系统初步实现分步式,自动化。结果　实验结果表明,该生物反应器能够对细胞施加合适的生物力学刺激,并准确检测各项参数。结论　基于虚拟仪器技术构造的血管生物反应器系统研究平台具有较大的应用推广价值。     

基于连续小波变换的心电信号特征提取及其仪器实现

介绍了一种用于心电信号的记录和识别的虚拟式测量和分析仪器系统，目的是要构建一种基于PC的虚拟仪器．能够实现十二导联心电信号的同步记录、同步整体观察及测量12导联同一心动周期的波形，从而提高心电参数测量的准确性。同时，由于Mexican hat小波特有的时域特性，对QRS波群具有很好的定位特性和分析精度，因此在本仪器中利用连续小波变换，选用Mexicanhat作为小波基，对心电信号中的特征信息进行精确检测，并给出准确的心电信号特征描述参数。对临床实测心电信号的分析表明，即使在有严重噪声干扰的情况下，本方法也很容易实现对心电信号特征信息的精确描述，并且具有很高的实时性，从而在本仪器中获得了实际和有效的应用。     

基于STM32和USB接口的开放式高性能新型医用信号仪的研制

为满足研究各种细胞、组织等的电生物效应所需的高精度特殊刺激信号,以及科研、教学和医学仪器的调试和维修等需求,研制以内带D/A转换、A/D转换、USB引擎的高性价比、32位单片机STM32F103RD和高性能单频信号发生芯片AD9833为核心的开放式高性能医用信号仪。该仪器能同时输出两路生理信号(如心电波、脉搏波、呼吸波)和特殊波形信号、高频率精度和位相差精度的常用信号(如正弦、三角波和方波)或一路特殊信号和一路常用信号,输出电压幅度可达10 V,电流最大可达350 mA,最高频率可达12 MHz。该仪器具有开放性好、体积小、性能稳定、操作简便,显示直观等优点,可广泛用于电生物效应和医学其它科研、实验教学和医学仪器的调试和维修等。