一种微型神经电刺激康复仪的设计与实现

　　经皮神经电刺激(transcutaneous electricalnerve stimulation ,TENS)是通过皮肤将特定的低频脉冲电流输入人体的一种治疗方法。这种疗法可通过电流脉冲选择性地刺激感觉神经,而不引起肌肉收缩,通过兴奋粗纤维的刺激而关闭疼痛闸门,使疼痛性神经冲动不能传入中枢。同时,这种电流还可激活内源性镇痛系统,促使吗啡样物质释放并作用于细纤维末梢,引起突触前抑制,使疼痛信号的传递受阻[1-5]。这种疗法自上个世纪70年代应用于临床以来,已广泛用于治疗各种急、慢性疼痛和神经性疼痛,适应神经痛、头痛、关节痛、肌痛、术后伤口痛、分娩宫缩痛、癌痛、幻痛等[6]。对于一些由于长期劳动引起的肌肉损伤的患者来说,TENS是一种方便的、效果良好的治疗方法。

　　目前,运用TENS进行康复治疗的专用仪器较少,主要限于研究和医院治疗,不适合家庭或患者随身携带。原因在于这类仪器一般功能复杂,适应范围广、体积大,对于各种症状适应的电参数缺乏标准,使用过程需要详细的专业指导。而一般疼痛患者在症状不是特别严重的情况下很少会选择去医院治疗。为了减轻疼痛给患者带来的长期痛苦,迫切需要一种简单可靠而又便于携带的微小型康复仪,在症状发作时能够及时给予治疗。本文采用MicroChip公司的PIC单片机设计了一种成本极为低廉的微型神经电刺激康复仪,实现了电流频率、脉宽、强度的调节,能够产生多种已被研究证实有显著效果的电流脉冲,具有较宽的适用范围。

　　1　各种参数的确定[7]

　　TENS的电刺激信号波形可以是正弦波、方波、三角波等。方波因为其单位时间内有效电流最大、瞬间通电和断电不易造成极化状态、而且机体适应很慢等特点而成为最常采用的一种波形。相对于单向方波,双向方波能够提供更高的刺激强度。在这里,选择了不对称双向方波作为康复仪的发生波形。

　　与传统的神经刺激疗法不同的是,经皮神经电刺激疗法主要是刺激感觉纤维而不是刺激运动纤维。因此经皮神经电刺激仪器的频率多在2~200Hz之间,我们选择了10 Hz,50 Hz,100 Hz,150 Hz等4种频率作为信号发生的频率。为了克服低频电刺激而产生击波感,可采用频率调制脉冲来替代单个方波,这样既可以保持了低频脉冲的刺激特点,又可以让患者有较为温和、舒适的感觉。出于这方面的考虑,将单个方波用多个脉冲来代替,脉冲频率为50 kHz。经皮电刺激的脉宽一般选用150~300μs。如果脉宽太大,容易激活传递痛觉的纤维产生痛觉,导致镇痛效果下降。该康复仪可实现200μs和300μs两种脉宽可调。经皮神经电刺激的电流强度以兴奋Ⅱ类纤维而不兴奋Aδ和C类纤维为宜,一般选择30~80 mA。此强度有助于激活神经粗纤维,关闭疼痛的“闸门”及释放内源性鸦片样物质。通过后期对元器件的选择和电路调试,该康复仪可以实现电流在30~120 mA间变化,最后选择了40 mA和80 mA两档来实现电流强度的调节。