用于产生人工电触觉的电刺激系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于产生人体电触觉的电刺激系统，包括电刺激脉冲输出装置和若干电极阵列，电刺激脉冲输出装置接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲，其包括指令接收器、控制器和电刺激器，指令接收器将指令转换为数字信号并输出至控制器；控制器根据接收到的指令信号选择电极阵列中相应的电极并产生需要的刺激脉冲特性发送至电刺激器；电刺激器根据接收到的刺激脉冲特性输出刺激脉冲至电极阵列中相应的电极。电极阵列与手指指腹皮肤接触并输出电刺激脉冲，刺激皮肤中的机械感受器使其产生神经冲动，进而产生触觉。本发明专利技术具有刺激模式多样化，触觉再现逼真、使用方便、适用范围广泛且安全有效，副作用小的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗
，具体涉及一种用于产生人工电触觉的电刺激系统。
技术介绍
触觉是人类感觉的一种。虽然较之视觉和听觉，触觉获得信息所占的比例很小，但是值得肯定的是，在人类认识客观世界的过程中，触觉对人类探知事物起到了至关重要的作用。特别是对于物体质感与纹理的探知，触觉几乎是唯一的一种探知手段。在遥控操作机器人领域，操作者通过触觉通道可以获取更多信息，特别是在抓取不同材质、形状的物体时，能够对机器手臂握紧力合理控制。在进行远程医疗手术时，引入人工触觉后，主刀医生可以对远程手术有更逼真的环境体验，可大大提高手术安全性，确保手术精确完成。 经科学研究发现，人体皮肤触觉的产生与皮肤中四类“机械感受器”有关，它们分别是帕西尼氏小体、触觉小体、梅克尔触觉盘以及鲁菲尼小体。这四种机械感受器广泛分布于人体皮肤中，特别在手指指腹部位分布最为密集。当它们分别受到刺激并产生响应时，人体会感受到四种各不相同的基础触觉。类似于视觉中的三原色，这四种基础触觉进行组合就可以形成人体所能感受到的各种真实的触觉。因此，要产生人工触觉，关键是能够对人体的四类机械感受器分别产生有效刺激。常规刺激方式采用物理机构使皮肤发生形变，进而产生触觉，原理简单，但机构设计复杂，体积较大，不利于便携，并且不能实现对某一特定类别机械感受器单独进行刺激。电刺激则是利用体表电极向皮肤内通入微电流，使皮肤中机械感受器产生神经冲动，进而产生人工触觉。经过对现有技术的文献检索发现，国内对电触觉的研究还处于起步阶段。中国专利申请号为200810200430. 2的专利技术专利公开了一种基于电刺激的视觉触觉转换装置。该装置将摄像头拍摄的画面进行处理，将画面轮廓呈现在电极阵列上，形成视觉触觉的转换。这种电刺激装置相当于盲人使用的图形阅读器，关注电极阵列中刺激位置的分布，然而，刺激模式单一，难以对四类机械感受器分别刺激，不能真实再现人体的生理触觉。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提供了一种用于产生人体电触觉的电刺激系统。本专利技术通过提供更为精细的刺激模式，使得手指皮肤中的四类机械感受器在电流刺激下，分别产生响应，从而使人体感受到指端振动、挤压、刺痛等多种触觉体验。为达到上述目的，本专利技术提供一种用于产生人体电触觉的电刺激系统，包括电刺激脉冲输出装置和若干电极阵列，其中，电刺激脉冲输出装置用以接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲，其进一步包括指令接收器用以将接收到的指令转换为数字信号并输出至控制器；控制器与指令接收器连接，用以根据接收到的指令信号选择电极阵列中相应的电极并产生需要的刺激脉冲特性发送至电刺激器；电刺激器与控制器连接，用以根据接收到的刺激脉冲特性输出刺激脉冲至电极阵列中相应的电极；电极阵列与电刺激脉冲输出装置连接，用以与手指指腹皮肤接触并输出电刺激脉冲，刺激皮肤中的机械感受器使其产生神经冲动，进而产生触觉。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，其还包括一电极贴片，该电极贴片用以贴于手背并接地，形成电刺激脉冲输入的负极。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，电触觉指令与电刺激模式信息具有对应关系； 对应关系为控制器分析人工触觉指令后，选择电极阵列中相应的电极，并调节其输入电刺激脉冲特性。手指皮肤中的不同类型机械感受器，被不同类型的电刺激脉冲所激发，产生相应的触觉。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，电触觉指令包括振动感指令、材质纹理感指令、挤压感指令和牵拉感指令，对应的，电刺激模式包括四种输出模式刺激帕西尼氏小体产生振动感、刺激触觉小体产生材质纹理感、刺激梅克尔触觉盘产生挤压感、刺激鲁菲尼小体产生牵拉感，具体为刺激触觉小体模式选取电极阵列中的所有电极，通入特定频率、占空比、波形的阳极电流；刺激梅克尔触觉盘模式选取电极阵列中的所有电极，通入特定频率、占空比、波形的阴极电流；刺激帕西尼氏小体模式选取电极阵列内侧电极，通入特定频率、占空比、波形的阴极电流；剩余的外侧电极，通入特定频率、占空比、波形的阳极电流；刺激鲁菲尼小体模式选取特定位置的两个电极，通入特定频率、占空比、波形的阳极电流。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，该电极阵列由以聚酰亚胺为基材的柔性电路板制成。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，该电极阵列包括电极阵列区、固定区和导线，电极阵列区设置在固定区上，其包括若干电极，各电极通过导线与电刺激器连接，用以输出电刺激脉冲；固定区采用聚酰亚胺柔性材料基底，表面设置有粘性物质，用以将电极阵列弯曲后裹紧固定在手指端部。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，该电极表面涂有惰性金属，并凸出于柔性材料表面。依照本专利技术较佳实施例所述的用于产生人体电触觉的电刺激系统，该电刺激器和控制器采用瑞士的Compex Motion II电刺激器。本专利技术提供的用于人工电触觉的电刺激系统，能够对人体皮肤中四类机械感受器分别刺激，产生振动、挤压、刺痛等多种电触觉。通过指令输入给定一个触觉的类型和强度，就能在人体上真实再现该触觉。并且，通过指令设置可以调节刺激强度，逼真再现人体生理触觉。本专利技术既可以单独控制单个手指的触觉，也可以同时刺激多个手指，产生组合触觉，让受试者有更为逼真的触觉体验。同时，用柔性电路板制成的电极阵列，可以紧密贴合在手指皮肤上，并能有效固定，设计简单、结构轻巧，不妨碍手指进行其他操作。本专利技术可以广泛应用在很多领域，如遥控机器人、远程医疗手术、触摸屏的触觉反馈、体感交互游戏和病变或烫伤导致的皮肤触觉减退的触觉强化等。综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有刺激模式多样化，触觉再现逼真、使用方便、操作灵活、适用范围广泛且安全有效，副作用小的优点。附图说明图I为本专利技术用于人工电触觉的电刺激系统的结构原理图；图2为本专利技术用于人工电触觉的电刺激系统的结构示意图； 图3为本专利技术实施例的电极阵列的结构示意图；图4为用于人工电触觉的电刺激系统的应用示意图。图中1为电极阵列区，2为固定区，3为导线，4为电刺激脉冲输出装置，5为电极阵列，6为手指，7为接地电极贴片。具体实施例方式以下结合附图，具体说明本专利技术。下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。请同时参阅图I至图4，一种用于产生人体电触觉的电刺激系统，包括电刺激脉冲输出装置4、若干电极阵列5和电极贴片7。电刺激脉冲输出装置4用以接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲，其进一步包括指令接收器、控制器和电刺激器。指令接收器用以将接收到的指令转换为数字信号并输出至控制器；控制器与指令接收器连接，用以根据接收到的指令信号选择电极阵列中相应的电极并产生需要的刺激脉冲特性发送至电刺激器；电刺激器与控制器连接，用以根据接收到的刺激脉冲特性输出刺激脉冲至电极阵列中相应的电极。优选的，电刺激器和控制器采用瑞士的Compex Motion II电刺激器。电极阵列5与电刺激脉冲输出装置4连接，用以与手指6指腹皮肤接触并输出电刺激脉冲，刺激皮肤中的机械感受器使其产生神经冲动，进而产生触觉。电极贴片7片用以贴于手背并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生人体电触觉的电刺激系统，其特征在于，包括电刺激脉冲输出装置和若干电极阵列，其中，所述电刺激脉冲输出装置用以接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲，其进一步包括：指令接收器：用以将接收到的指令转换为数字信号并输出至控制器；控制器：与所述指令接收器连接，用以根据接收到的指令信号选择电极阵列中相应的电极并产生需要的刺激脉冲特性发送至电刺激器；以及，电刺激器：与所述控制器连接，用以根据接收到的刺激脉冲特性输出刺激脉冲至电极阵列中相应的电极；所述电极阵列与所述电刺激脉冲输出装置连接，用以与手指指腹皮肤接触并输出电刺激脉冲，刺激皮肤中的机械感受器使其产生神经冲动，进而产生触觉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱向阳，张定国，汤特，徐飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：