刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置。包括处理器及与该处理器连接的用于实现处理器与上位机通信的通讯模块、用于为整个装置供电的电源模块、升压单元、恒流输出单元；所述升压模块包括分别与处理器连接的N通道升压模块，所述恒流输出单元包括分别与处理器连接的N通道恒流输出模块，其中，N为正整数。本实用新型专利技术通过接收串口数据实现对刺激参数的调整，可以实时对输出脉冲的频率、幅度和脉宽进行调整；本实用新型专利技术输出波形是双极性脉冲，提供正负电荷相等，不易在身体组织积累电荷，对身体组织造成的伤害较小，不容易造成肌肉疲劳，很好的解决了单极性脉冲刺激肌肉导致电荷在组织中积累而产生肌肉疲劳的问题。

Wearable Constant Current Output Device with Real-time Adjustment of Stimulation Intensity

【技术实现步骤摘要】
刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置
本技术涉及一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置。
技术介绍
功能性电刺激（FunctionalElectricalStimulation，FES）疗法是一种在中枢神经系统缺失刺激输出时的替代疗法，是指利用安全电流刺激主要由脊髓损伤、脑创伤和中风等中枢神经病变导致功能性障碍的目标肌肉再次传出神经兴奋，使肌肉收缩从而获得功能恢复的技术手段。目前，该技术已经应用在脊髓损伤患者的心血管锻炼、辅助瘫痪个体移动肢体、修正不完全脊髓损伤患者行走期间的步态和恢复组织器官功能等康复领域。目前，采用FES恢复脊髓损伤、脑创伤和中风患者的运动功能是康复工程研究的热门课题，并且已经显示出在功能上恢复具有运动障碍的个体，例如中风，多发性硬化和创伤性脑损伤等。目前，大多数临床应用的FES系统属于开环系统，开环的FES系统是在满足特定条件时执行预设刺激序列或需要用户连续输入刺激命令，这意味着控制器不会收到有关实际状态的信息，也就无法根据患者自身情况修改刺激参数。然而，在已发表的论文和临床应用中发现，对于脊髓损伤患者的许多潜在应用需要实时控制FES系统来完成复杂的刺激，例如维持站立期间的平衡、坐下时躯干控制和步行等等。这些应用需要补偿由于模型不准确和干扰引起的误差，需要闭环FES系统根据患者自身情况调节刺激参数，用于补偿模型不准确和干扰引起的误差，而开环的FES系统显然无法做到，因此，闭环控制的FES刺激系统就显得尤其重要。此外，闭环的FES刺激系统比开环系统需要更少的用户交互，以便用户在使用系统时可以专注于其他活动。虽然市场上已经有一些FES设备用于临床治疗，但是大多数FES设备都存在一些缺陷：一、输出的电刺激强度序列是预先设定，无法在使用过程中根据患者实际情况实时调整刺激参数；二、输出脉冲为单极性，造成电荷累积导致肌肉疲劳；三、多为单通道FES设备，无法满足同时对多块肌肉进行电刺激的应用需求；四、刺激输出为非恒流，造成刺激量不稳定，患者使用舒适度差；五、采用市电供电，体积较大，无法在需要进行穿戴的场合下应用，例如在足下垂患者行走时的应用。本技术克服了现有技术中FES设备的上述缺点，实现了可以实时调整刺激参数和多通道输出双极性脉冲的功能，并且输出恒流脉冲信号，同时本技术采用锂电池供电，体积小，重量轻，便于穿戴，这也是本技术的优点。本技术可以应用于FES闭环系统的研究，能够实现在FES闭环系统中对刺激参数实时控制，解决了现有FES设备不能实时控制刺激参数和单通道输出单极性脉冲的技术难题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，可以实时调整刺激参数和多通道输出双极性脉冲的功能，并且输出恒流脉冲信号，同时本技术采用锂电池供电，体积小，重量轻，便于穿戴。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，包括处理器及与该处理器连接的用于实现处理器与上位机通信的通讯模块、用于为整个装置供电的电源模块、升压单元、恒流输出单元；所述升压模块包括分别与处理器连接的N通道升压模块，所述恒流输出单元包括分别与处理器连接的N通道恒流输出模块，其中，N为正整数。在本技术一实施例中，所述电源模块包括锂电池及与其连接的USB充电电路、电压转换电路。在本技术一实施例中，所述N通道升压模块均包括与所述锂电池连接的初级升压电路、与所述初级升压电路连接的次级升压电路、与所述初级升压电路连接的DAC转换器、与所述次级升压电路连接的数字电位器，所述DAC转换器、数字电位器还分别连接至所述处理器。在本技术一实施例中，所述N通道恒流输出模块包括与所述次级升压电路连接的H桥电路、与所述H桥电路连接的恒流输出电路，所述H桥电路、恒流输出电路还分别连接至所述处理器。相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术可以实时调整刺激参数和多通道输出双极性脉冲的功能，并且输出恒流脉冲信号，同时本技术采用锂电池供电，体积小，重量轻，便于穿戴；本技术可以应用于FES闭环系统的研究，能够实现在FES闭环系统中对刺激参数实时控制，解决了现有FES设备不能实时控制刺激参数和单通道输出单极性脉冲的技术难题。附图说明图1为本技术装置原理框图。图2为STM32工作电路。图3为USB转串口工作电路。图4为USB充电工作电路。图5为锂电池电压检测工作电路。图6为3.3V电压转换工作电路。图7为通道一的初级升压工作电路。图8为DAC转换工作电路。图9为通道一的次级升压工作电路。图10为通道一的H桥工作电路。图11为生成12V电压工作电路。图12为通道一的恒流输出工作电路。图13为通道一的采样H桥两个输出端电压工作电路。图14为通道二、三、四的初级升压工作电路。图15为通道二、三、四的次级升压工作电路。图16为通道二、三、四的H桥工作电路。图17为通道二、三、四的恒流输出工作电路。图18为通道二、三、四的采样H桥两个输出端电压工作电路。具体实施方式下面结合附图，对本技术的技术方案进行具体说明。本技术提供了一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，包括处理器及与该处理器连接的用于实现处理器与上位机通信的通讯模块、用于为整个装置供电的电源模块、升压单元、恒流输出单元；所述升压模块包括分别与处理器连接的N通道升压模块，所述恒流输出单元包括分别与处理器连接的N通道恒流输出模块，其中，N为正整数。在本技术一实施例中，所述电源模块包括锂电池及与其连接的USB充电电路、电压转换电路。在本技术一实施例中，所述N通道升压模块均包括与所述锂电池连接的初级升压电路、与所述初级升压电路连接的次级升压电路、与所述初级升压电路连接的DAC转换器、与所述次级升压电路连接的数字电位器，所述DAC转换器、数字电位器还分别连接至所述处理器。在本技术一实施例中，所述N通道恒流输出模块包括与所述次级升压电路连接的H桥电路、与所述H桥电路连接的恒流输出电路，所述H桥电路、恒流输出电路还分别连接至所述处理器。以下为本技术的具体实现实例。本实例提供一种4通道的刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，具体的本实例基于STM32处理器（选用STM32F407VET6等具有同功能芯片）设计刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，采用的技术方案是，通过通讯模块接收上位机发送的通道信号、通道使能信号和刺激参数等数据，刺激参数包括频率、幅度和脉宽，实现实时调整恒流输出强度。具体硬件组成包括：STM32处理器、通讯模块、电源模块、升压模块、恒流输出模块。本装置采用4.2V可充电锂电池作为电源，通过USB线对锂电池充电，锂电池经过电压转换电路作为STM32的驱动电压，同时锂电池作为升压模块的输入电压，升压模块的输出电压作为恒流输出模块的工作电压。恒流输出装置的各模块连接如图1，其中四个通道的升压模块、以及恒流输出模块的电路结构相同。本实例的硬件功能模块设计如下：STM32处理器选用STM32F407VET6，是一款32位处理器，CPU工作频率为72MHz，外设丰富，满足恒流输出装置需要的定时器、ADC、I2C、GPIO和USART功能模块。I2C外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，其特征在于，包括处理器及与该处理器连接的用于实现处理器与上位机通信的通讯模块、用于为整个装置供电的电源模块、升压单元、恒流输出单元；所述升压单元包括分别与处理器连接的N通道升压模块，所述恒流输出单元包括分别与处理器连接的N通道恒流输出模块，其中，N为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，其特征在于，包括处理器及与该处理器连接的用于实现处理器与上位机通信的通讯模块、用于为整个装置供电的电源模块、升压单元、恒流输出单元；所述升压单元包括分别与处理器连接的N通道升压模块，所述恒流输出单元包括分别与处理器连接的N通道恒流输出模块，其中，N为正整数。2.根据权利要求1所述的刺激强度可实时调整的可穿戴式恒流输出装置，其特征在于，所述电源模块包括锂电池及与其连接的USB充电电路、电压转换电路。3.根据权利要求2所述的刺激强度可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉榕，丁建华，陈建国，杜民，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：福建,35