基于脑血管病患者功能性电刺激治疗仪的设计

　　0　引言

　　脑血管病是我国常见病、多发病,是引起我国人群疾病谱中最主要的致残因素之一。目前,治疗脑血管病患者的方法有很多,在许多针对脑血管病患者的康复治疗手段中,对于改善脑血管病患者的肌肉功能,电刺激治疗被认为是一种非常有效的治疗方法[1 2]。功能性电刺激(Functional Electrical Stimula-tion, FES)是治疗脑血管病患者康复治疗的一种重要的手段,它应用电压或电流等电信号刺激神经肌肉,使丧失神经控制的肌肉产生收缩,并且刺激神经元细胞,达到运动功能恢复和神经系统重建的目的。FES是利用一定强度的低频脉冲电流,通过预先设定的刺激程序来刺激一组或多组肌肉,诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动,以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。

　　本研究设计的是一种功能性电刺激治疗仪,它通过设定刺激时间,控制刺激脉冲的输出波形、频率、宽度和幅值,促进神经纤维再生,从而恢复脑血管病患者的肢体运动功能。功能性电刺激治疗仪具有运动再学习的作用,是治疗脑血管病患者最重要的治疗方法之一[3 4]。该系统主要由硬件和软件两部分组成。

　　1　硬件设计实现

　　功能性电刺激治疗仪的研制旨在对神经肌肉进行电刺激,通过大脑进行控制,把对患者的物理治疗和心理治疗结合起来,进行人工智能调度、分析评估。

　　硬件系统的整体框图如图1所示。鉴于便携式仪器简洁化、易操作、优化软件、减小体积等设计原则,综合考虑系统的特点、技术指标、技术难度、经济成本等因素,选用Phil-ips公司生产的微控制器芯片P80C552作为控制核心,该微控制器片内带有8通道的10位A/ D转换,不用外接ADC芯片及其附加电路单元,而且从技术上改善了脑血管病患者治疗仪的智能效果,使得输出功率相当稳定,并增加了各种安全的保护措施,操作简单方便,明显地提高了性能。该系统的数字和模拟两部分电源独立,模拟部分采用隔离电源技术,有效地保证了人体的安全。

　　2　系统组成

　　功能性电刺激治疗仪主要由语音录放电路、液晶显示电路、刺激脉冲输出电路及系统电源四大部分组成。

　　2·1　语音控制电路的设计

　　采用美国ISD公司推出的ISD4002语音芯片,通过单片机的串行口对其进行录音、放音等来实现语音控制。该电路结构简单、控制可靠、有较高的实用价值。

　　ISD4002系列芯片具有以下特点:

　　●　无需开发系统;

　　●　内置微控制器串行通信接口;

　　●　多段信息处理;

　　●　工作电流25~30mA,维持电流1μA;