专利名称：一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法神经肌肉电刺激(NeuromuscularElectrical Stimulation，NMES)是经由完整的 周边神经系统传导电流，以引起肌肉收缩的一种电刺激方式。最初，临床治疗与研究者皆着 重于周边神经受伤后，麻痹肌肉的复健，到上世纪70年代中期，神经肌肉电刺激的使用才 引起广泛的注意。目前，神经肌肉电刺激被应用到广泛的物理治疗和康复等领域，如运动员 肌肉训练，研究表明通过一定模式的电刺激能有效增强运动员的综合运动素质水平，是运 动员进行综合素质训练的较好手段；又如在防止失去神经控制的肌肉萎缩的应用，大量研 究者试验表明通过电刺激能有效预防肌肉萎缩，为活动不便的残疾人恢复运动功能提供了 ■石出。但是，肌肉产生动作电位不仅要求刺激达到一定的强度，而且要求刺激强度的变 率足够大，否则即使刺激的强度很大，也不能引起动作电位发生，即肌肉对该模式的电刺激 产生了适应性，这时，电刺激的作用被抑制，效果将变差甚至变无，而且可能会对肌肉造成 不必要的损伤，因此在电刺激过程中，要保持刺激始终有效，需要在肌肉产生适应性时，调 整刺激的刺激模式。目前使用的电刺激器大多是开环刺激，没有反馈环节，对刺激模式的选择，常用方 法是采用临床或试验的经验值，且治疗始终采用该刺激模式，没有考虑刺激对肌肉的作用 是否真实有效，刺激的效果没有始终处于最佳状态。
为了能够对刺激模式进行调整，得到不同刺激模式下的刺激效果，本发明提供了 一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法，一种肌电反馈控制的电刺激装置，所述肌电反馈控制的电刺激装置包括采集电 极、肌电放大处理单元、信号处理与控制单元、电刺激产生单元和刺激电极，所述采集电极采集受试对象的肌电信号，将所述肌电信号传送到所述肌电放大处 理单元，所述肌电放大处理单元将所述肌电信号转换成数字肌电信号，并将所述数字肌电 信号传送到所述信号处理与控制单元，所述信号处理与控制单元对所述数字肌电信号进行 肌电幅值的计算，获取肌电幅值，判断所述肌电幅值是否等于最佳肌电幅值，如果是，刺激 模式不变，所述电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过所述刺激电极对受试对象 进行刺激治疗；如果否，所述电刺激产生单元和所述信号处理与控制单元调整所述刺激模 式，获取调整后刺激模式，将所述调整后刺激模式作为下次刺激的刺激模式，所述电刺激产 生单元产生刺激模式的刺激波形，通过所述刺激电极对受试对象进行刺激治疗。所述最佳肌电幅值小于等于肌电幅值最大值，且大于等于预设倍数的肌电幅值最大值。所述肌电放大处理单元包括肌电放大单元和模数转换单元，所述肌电放大单元 将所述肌电信号转换成放大滤波后的模拟肌电信号，所述模数转换单元将所述模拟肌电信 号转换成数字肌电信号。所述肌电放大单元包括一级放大电路和二级放大电路，其中，所述一级放大电 路包括高通滤波器、低通滤波器和工频陷波电路，所述高通滤波器的截止频率为10Hz，所 述低通滤波器的截止频率为1000Hz，所述工频陷波电路的频率为50Hz，通过所述高通滤波 器、所述低通滤波器将所述肌电信号的频带限制在ΙΟ-ΙΟΟΟΗζ，通过所述工频陷波电路和所 述二级放大电路转换成放大滤波后的0-3V模拟肌电信号。所述电刺激产生单元包括数模转换电路、功率放大电路和隔离输出电路，所述信 号处理与控制单元在定时器的中断服务程序中设定所述数模转换电路的参数，通过所述功 率放大电路和所述隔离输出电路，生成至少一种刺激模式的刺激波形。一种肌电反馈控制的电刺激装置的控制方法，所述方法包括以下步骤(1)将刺激电极安放在受试对象肌肉的运动点上，采集电极安放在受试对象肌腹 上，与肌纤维平行； (2)根据临床和试验选择刺激模式，采用刺激模式的刺激串进行电刺激，刺激串结 束后，停止刺激；(3)所述采集电极提取预设时间肌电信号，经电刺激产生单元转换后传送到信号 处理与控制单元，所述信号处理与控制单元经过计算，得到肌电幅值，并获取最佳肌电幅 值；(4)判断所述肌电幅值是否等于所述最佳肌电幅值，如果是，执行步骤(5)；如果 否，执行步骤(6)；(5)所述刺激模式不变，所述电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过所述 刺激电极对受试对象进行刺激治疗，刺激串结束后，停止刺激，重新执行步骤(2)；(6)所述电刺激产生单元和所述信号处理与控制单元调整所述刺激模式，获取调 整后刺激模式，将所述调整后刺激模式作为下次刺激的刺激模式，所述电刺激产生单元产 生刺激模式的刺激波形，通过所述刺激电极对受试对象进行刺激治疗，刺激串结束后，停止 刺激，重新执行步骤(2)。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法，采集受试对象的肌 电信号，传输到信号处理与控制单元进行处理，得到肌电幅值，判断肌电幅值是否等于最佳 肌电幅值，如果不是，对刺激模式进行调整，将调整后刺激模式作为下次刺激的刺激模式， 电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过刺激电极对受试对象进行刺激治疗。本发 明通过调整刺激模式，实现了在不同刺激模式下都可以达到最优的刺激效果，改善了目前 的电刺激装置普遍采用开环控制的缺点，本发明的最佳肌电幅值可根据临床或试验目的的 不同进行调整，并且本发明可以应用到增加肌肉耐力、减少肌肉萎缩、维持和增加关节活动 度等电刺激治疗和康复的多个领域。图1为本发明提供的肌电反馈控制的电刺激装置的结构示意图；图2为本发明提供的肌电放大处理单元的结构示意图；图3为本发明提供的肌电放大单元的结构示意图；图4为本发明提供的一级放大电路的结构示意图；图5为本发明提供的电刺激产生单元的结构示意图；图6为本发明提供的肌电反馈控制的电刺激装置的控制方法的流程图。


采集电极采用常用的氯化银电极，根据肌肉的大小选择采集电极的尺寸，过小的 电极片会增加电流密度，引起疼痛，且无法征召所有的肌纤维。选择能适当的覆盖接受治疗 肌肉部位的电极片；电极片过大易造成短路，或刺激到拮抗肌。接受治疗的肌肉较小时，可 使用单极摆置法，肌肉较大时，采用双极摆置法。刺激电极置于肌肉运动点附近，采集电极 置于肌腹部位最隆起处，与肌纤维平行。参见图2，肌电放大处理单元包括肌电放大单元和模数转换单元，相应地，肌电放大处理单元将肌电信号转换成数字肌电信号具体为肌电放大单元将肌电信号转换成放 大滤波后的模拟肌电信号，模数转换单元将模拟肌电信号转换成数字肌电信号。参见图3和图4，肌电放大单元包括一级放大电路和二级放大电路，其中，一级放 大电路包括高通滤波器、低通滤波器和工频陷波电路，高通滤波器的截止频率为10Hz，低 通滤波器的截止频率为1000Hz，工频陷波电路的频率为50Hz，相应地，肌电放大单元将肌 电信号转换成放大滤波后的模拟肌电信号具体为通过高通滤波器、低通滤波器将肌电信 号的频带限制在ΙΟ-ΙΟΟΟΗζ，通过工频陷波电路和二级放大电路转换成放大滤波后的0-3V 模拟肌电信号。其中，一级放大电路用于对各种微小信号进行放大，本发明实施例采用具有精度 高、功耗低、共模抑制比高和工作频带宽的INA128精密仪器放大器作为一级放大电路，增 益设置为(80-100)倍，保证了较好的频带，具体实现时，也可以根据实际应用的需要选择 其他型号的放大器作为一级放大电路，例如AD620，本发明实施例对此不做限制。本发明实 施例中的二级放大电路采用低电压工作的四运放芯片LM324，具体实现时，也可以根据实际 应用的需要选择其他型号的运放芯片作为二级放大电路，例如LM347，本发明实施例对此 不做限制。其中，本发明实施例中的信号处理与控制单元采用DSP芯片TMS320F2812，利用该 DSP芯片对采集得到的肌电信号进行快速傅里叶变换，得到肌电幅值，并提取肌电幅值最大 值。具体实现时，可以根据实际的应用需要采用其他型号的DSP芯片，例如TMS320系列芯 片，本发明实施例对此不做限制。参见图5，电刺激产生单元包括数模转换电路、功率放大电路和隔离输出电路， 信号处理与控制单元在定时器的中断服务程序中设定数模转换电路的参数，通过功率放大 电路和隔离输出电路，生成至少一种刺激模式的刺激波形。其中，刺激模式包括连续波模式、断续波模式、调频波模式和调幅波模式等刺激 模式，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。其中，具体实现时，可以通过对每种刺激模式的幅度值、频率值和脉宽值进行调 整，得到调整后的每种刺激模式。一种肌电反馈控制的电刺激装置的控制方法，参见图6，该方法包括以下步骤101 将刺激电极安放在受试对象肌肉的运动点上，采集电极安放在受试对象肌腹 上，与肌纤维平行；其中，在安放刺激电极和采集电极之前，将刺激电极和采集电极安放处的皮肤用 细砂纸祛除皮屑，再用医用酒精棉球祛除油脂，降低皮肤与刺激电极和采集电极之间的接 触阻抗。102:根据临床和试验选择刺激模式，采用刺激模式的刺激串进行电刺激，刺激串 结束后，停止刺激；103:采集电极提取预设时间肌电信号，经电刺激产生单元转换后传送到信号处理 与控制单元，信号处理与控制单元经过计算，得到肌电幅值，并获取最佳肌电幅值； 其中，预设时间根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例以5s为例进行说 明，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。104 判断肌电幅值是否等于最佳肌电幅值，如果是，执行步骤105 ；如果否，执行步骤106 ；105 刺激模式不变，电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过刺激电极对 受试对象进行刺激治疗，刺激串结束后，停止刺激，重新执行步骤102 ；106 电刺激产生单元和信号处理与控制单元调整刺激模式，获取调整后刺激模 式，将调整后刺激模式作为下次刺激的刺激模式，电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波 形，通过刺激电极对受试对象进行刺激治疗，刺激串结束后，停止刺激，重新执行步骤102。综上所述，本发明实施例提供了一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法， 采集受试对象的肌电信号，传输到信号处理与控制单元进行处理，得到肌电幅值，判断肌电 幅值是否等于最佳肌电幅值，如果不是，对刺激模式进行调整，将调整后刺激模式作为下次 刺激的刺激模式，电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过刺激电极对受试对象进 行刺激治疗。本发明实施例通过调整刺激模式，实现了在不同刺激模式下都可以达到最优 的刺激效果，改善了目前的电刺激装置普遍采用开环控制的缺点，本发明实施例的最佳肌 电幅值可根据临床或试验目的的不同进行调整，并且本发明实施例可以应用到增加肌肉耐 力、减少肌肉萎缩、维持和增加关节活动度等电刺激治疗和康复的多个领域。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


本发明公开了一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法，涉及医疗器械领域，采集受试对象的肌电信号，传送到肌电放大处理单元，将肌电信号转换成数字肌电信号，并将数字肌电信号传送到信号处理与控制单元，对数字肌电信号进行肌电幅值的计算，获取肌电幅值，判断肌电幅值是否等于最佳肌电幅值，如果是，刺激模式不变，电刺激产生单元产生刺激模式的刺激波形，通过刺激电极对受试对象进行刺激治疗；如果否，电刺激产生单元和信号处理与控制单元调整刺激模式，将调整后刺激模式作为下次的刺激模式，产生刺激模式的刺激波形，通过刺激电极对受试对象进行刺激治疗，本发明通过调整刺激模式，实现了在不同刺激模式下都可以达到最优的刺激效果。