一种具有负压电极的生物反馈装置的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械技术领域，特别涉及一种具有负压电极的生物反馈装置。


背景技术：

2.表面肌电信号(semg)是一种微弱的电信号，通过提取和分析人体表面肌电信号，可有效识别该人体部位的动作，当检测到的肌电信号达到设定的阈值，可触发一定比例的电刺激，从而帮助患者完成患者想要完成的动作，常被用来治疗瘫痪、镇痛等，对康复医疗起指导作用，广泛应用于康复医学、运动等领域。
3.目前市场上的生物反馈装置采用水凝胶电极片等传统电极片，在多次使用后，电极片会失去粘性，不能很好的依附在人体皮肤上，从而增大了电极片与皮肤之间的接触阻抗，同时传统电极片在进行多次电刺激后，容易出现极化现象，干扰肌电采集功能，影响治疗效果，因此需要一种具有可多次重复使用不会极化的电极的生物反馈装置。


技术实现要素：

4.本实用新型专利的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，本实用新型提供了一种具有负压电极的生物反馈装置，它使用吸盘式电极片，吸附材料是导电海绵，通过负压抽吸的方式贴附与人体皮肤上，电极可重复多次使用，电极在电刺激后不会出现极化现象，同时可实现模拟针灸及按摩治疗等功能。
5.本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置，其包括
6.包括主机外壳、显示屏、电源线和电源接口、气管接口、负压抽吸电极、负压管路、电子线以及电路板，电源接口和气管接口位于主机外壳上，电源线连接电源接口和市电，给整机供电，负压管路作为气路位于整机外壳内，连接气管接口和电路板，负压抽吸电极的电极片通过负压抽吸的方式贴附于患者诊疗部位，电子线和电路板位于整机外壳内，电子线连接气管接口和电路板，作为肌电信号采集和电刺激输出通路，显示屏位于整机外壳内，与电路板相连，作为整机的显示界面。
7.进一步地，所述负压抽吸电极包括气管式电极线、吸盘式电极片和导电海绵，气管接口外接气管式电极线，气管式电极线与吸盘式电极片相连，导电海绵放置于电极片的吸盘内。
8.进一步地，所述电路板包括肌电采集模块、电刺激模块、肌电输入/电刺激输出切换电路、负压产生电路、语音电路、lcd显示电路、按键/旋钮编码器、电源电路和微处理器电路，其中微处理器电路分别与肌电采集模块、电刺激模块、肌电输入/电刺激输出切换电路、负压产生电路、语音电路、lcd显示电路、按键/旋钮编码器、电源电路相连，肌电采集模块、电刺激模块均与肌电输入/电刺激输出切换电路相连，电源电路分别与肌电采集模块、电刺激模块、肌电输入/电刺激输出切换电路、负压产生电路、语音电路、lcd显示电路、按键/旋钮编码器和微处理器电路相连。
9.进一步地，所述肌电输入/电刺激输出切换电路由多个光耦组成，通过微处理器电路(11)控制光耦的导通和断开，实现肌电采集输入通路和电刺激输出通路之间的切换。
10.进一步地，所述负压产生电路为抽吸气路的负压产生电路，包括充气泵、放气阀和气压检测电路，其中气压检测电路、充气泵和放气阀通过气管互相连通，微处理器电路控制充气泵充气、放气阀放气使负压管路内产生负压，气压检测电路用于实时检测管路内的气压。
11.所述肌电采集模块包括前级跟随模块、前置放大模块、右腿驱动模块、带通滤波模块、后级放大模块、倍数切换模块，其中前级跟随模块与前置放大模块相连，前置放大模块还与右腿驱动模块和带通滤波模块相连，带通滤波模块还与后级放大模块相连，后级放大模块还与倍数切换模块相连。
12.进一步地，所述电刺激模块包括dac产生电路、恒流源控制电路、变压器升压电路，其中dac产生电路与恒流源控制电路相连，恒流源控制电路与变压器升压电路相连。
13.进一步地，所述电源电路包括ad-dc模块、开关机电路、第一7.5v dc-dc模块、第二7.5v dc-dc模块、第一5v ldo模块、第一3.3v ldo模块、第二3.3v ldo模块、第二5v ldo模块和隔离
±
5v dc-dc模块)组成，其中ad-dc模块与电源接口和开关机电路相连，开关机电路与第一7.5v dc-dc模块和第二7.5v dc-dc模块相连，第一7.5v dc-dc模块还与第一5v ldo模块、第一3.3v ldo模块、第二3.3v ldo模块和第二5v ldo模块相连，第二5v ldo模块还与隔离
±
5v dc-dc模块相连。
14.通过上述技术方案，本实用新型具有如下突出的实质性特点和显著的进步及技术效果。
15.本实用新型提供了一种具有负压电极的生物反馈装置，它使用吸盘式电极片，吸附材料是导电海绵，通过负压抽吸的方式贴附与人体皮肤上，电极可重复多次使用，电极在电刺激后不会出现极化现象，同时可实现模拟针灸及按摩治疗等功能。
附图说明
16.图1为本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置的整体示意图；
17.图2为本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置的肌电采集电路示意图；
18.图3为本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置的电刺激电路示意图；
19.图4为本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置的气压检测电路示意图；
20.图5为本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置的电源电路示意图。
具体实施方式
21.本实用新型一种具有负压电极的生物反馈装置，包括主机外壳、显示屏、电源线和电源接口、气管接口、负压抽吸电极、负压管路、电子线以及电路板，电源接口和气管接口位于整机外壳上，电源线连接整机电源接口和市电，给整机供电，负压抽吸电极由气管式电极线、吸盘式电极片和导电海绵组成，整机气管接口外接气管式电极线，气管式电极线与吸盘式电极片相连，导电海绵放置于电极片的吸盘内，通过负压抽吸的方式贴附与患者诊疗部位，负压管路作为气路位于整机外壳内，连接气管接口和电路板，电子线和电路板位于整机外壳内，电子线连接气管接口和电路板，作为肌电信号采集和电刺激输出通路，电路板实现
整机各功能，显示屏位于整机外壳内，与电路板相连，做为整机的显示界面。
22.所述电路板包括肌电采集模块1、电刺激模块2、肌电输入/电刺激输出切换电路3、负压产生电路5、语音电路7、lcd显示电路8、按键/旋钮编码器9、电源电路10和微处理器电路11，其中微处理器电路11分别与肌电采集模块1、电刺激模块2、肌电输入/电刺激输出切换电路3、负压产生电路5、语音电路7、lcd显示电路8、按键/旋钮编码器9、电源电路10相连，肌电采集模块1、电刺激模块2均与肌电输入/电刺激输出切换电路3相连，电源电路10分别与肌电采集模块1、电刺激模块2、肌电输入/电刺激输出切换电路3、负压产生电路5、语音电路7、lcd显示电路8、按键/旋钮编码器9和微处理器电路11相连。
23.所述肌电采集模块1为肌电信号处理电路，通过吸附于人体皮肤上的负压抽吸电极采集人体微弱的肌电信号，并将检测到的肌电信号依次通过负压抽吸电极、气管接口和电子线传输到肌电输入/电刺激输出切换电路3，然后传输到肌电采集模块1，肌电采集模块1对信号进行放大、滤波等处理后传输给微处理器电路11，微处理器电路11对信号进行ad采样、滤波等分析和处理，提取人体自主的微弱肌电信号。
24.所述电刺激模块2为电刺激输出波形产生电路，微处理器电路11根据检测到的肌电信号大小，输出不同占空比的pwm信号传输给电刺激模块2，电刺激模块2对pwm信号进行整流、滤波处理，同时微处理器电路11产生的控制信号控制电刺激模块2产生设定频率、脉宽的电刺激方波信号，信号经过隔离变压器进行放大后，传输给肌电输入/电刺激输出切换电路3，然后依次经过电子线、气管接口和外接的负压抽吸电极，传输到患者诊疗部位。
25.所述肌电输入/电刺激输出切换电路3由多个光耦组成，通过微处理器电路11控制光耦的导通和断开，实现肌电采集输入通路和电刺激输出通路之间的切换。
26.所述负压产生电路5为抽吸气路的负压产生电路，由充气泵、放气阀和气压检测电路组成，微处理器电路11控制充气泵充气、放气阀放气使负压管路内产生负压，气压检测电路实时检测管路内的气压，当气压低于设定值时，微处理器电路11控制放气阀进行放气，当气压高于设定值时，微处理器电路11控制充气泵进行充气，从而实现气路内气压的稳定。
27.所述语音电路7为语音功放电路，由音频格式解码芯片、功率放大器和扬声器组成，微处理器电路11将需要播报的语音信号传输给音频格式解码芯片，音频格式解码芯片对音频信号进行解码，然后传输给功率放大器进行信号放大，并将放大后的信号传输给扬声器进行语音播报。
28.所述lcd显示电路8由ttl转串口驱动电路、显示接口和lcd显示屏组成，微处理器电路11将ttl信号传输给ttl转串口驱动芯片转换为串口信号，串口信号经过显示接口传输给lcd显示屏，用于显示图像，比如采集到的肌电信号波形、电刺激输出波形、设置的处方、检测到的气压值以及操作步骤动画和文字等。
29.所述按键/旋钮编码器9由按键电路和旋转编码器电路组成，微处理器电路11检测按键电路和旋转编码器的输出信号，从而识别用户的操作，然后根据检测到的按键或旋钮编码器信号，产生控制信号，控制生物反馈装置各功能模块，比如处方选择、工作模式切换、电刺激输出强度调节、处方参数设置等。
30.所述电源电路10由ac-dc电源模块、开关机电路、多个dc-dc电源模块和多个ldo电源模块组成，ac-dc电源模块将外接的市电交流信号转换为直流信号，开关机电路控制整机开机/关机，dc-dc电源模块和ldo电源模块，为整机各功能模块提供供电；
31.所述微处理器电路11为生物反馈装置的主控电路，由主控芯片及其周边电路、硬件看门狗电路、usb烧录接口组成，主控芯片及其周边电路控制各功能模块工作，硬件看门狗电路监测主控芯片的工作状态，当主控芯片工作异常时，硬件看门狗电路产生复位信号传输给主控芯片使其复位，从而使主控芯片恢复正常工作状态，usb烧录接口用于主控芯片软件升级。
32.所述肌电采集电路1的较佳实施例框图如图2所示，所述肌电采集电路包括前级跟随模块100、前置放大模块110、右腿驱动模块120、带通滤波模块130、后级放大模块140、倍数切换模块150。其中前级跟随模块100与前置放大模块110相连，前置放大模块110还与右腿驱动模块120和带通滤波模块130相连，带通滤波模块130还与后级放大模块140相连，后级放大模块140还与倍数切换模块150相连。
33.前级跟随模块100：具体来说，负压抽吸电极采集到的肌电信号经过肌电输入/电刺激输出切换电路3传输到前级跟随模块100，前级跟随模块100实现人体信号采集与后端电路之间的隔离，提高电路前端差模输入电阻抗。
34.前置放大模块110：将经过前级跟随模块100隔离的差分肌电信号进行放大，并将放大后的肌电信号传输给带通滤波模块130，同时提取出肌电信号中的共模信号成分，将共模信号成分传输到右腿驱动模块120。
35.右腿驱动模块120：将前置放大模块110传输来的共模信号反相放大后，经过肌电输入/电刺激输出切换电路3和负压抽吸电极传输给人体，抵消电路前端的共模信号输入，提高电路的共模抑制能力。
36.带通滤波模块130：由有源低通滤波器、有源高通滤波器和工频陷波器组成。人体皮肤表面肌电信号的有效频率范围为20hz～500hz，主要集中在50hz～150hz的频率范围内。带通滤波模块130滤除肌电信号中的工频信号和低于20hz、高于500hz的干扰信号成分，保留有用的自主肌电信号成分。
37.后级放大模块140：将经过带通滤波模块130滤波后的肌电信号进一步放大，提高整机采集功能的分辨率和准确性。
38.倍数切换模块150：由不同放大倍数的放大电路组成，经后级放大模块140放大后的肌电信号传输到倍数切换模块150，微处理器电路11控制不同放大倍数的放大电路选择，实现倍数切换，较小信号切换较大的放大倍数，提高肌电信号的分辨率，较大信号切换较小的放大倍数，扩宽肌电信号的测量范围。倍数切换模块150将处理后的肌电信号传输给微处理器电路11，微处理器电路11对肌电信号进行ad采样、滤波等分析处理。
39.所述电刺激电路2的较佳实施例如图3所示，包括dac产生电路200、恒流源控制电路210、变压器升压电路220，其中dac产生电路200与恒流源控制电路210相连，恒流源控制电路210与变压器升压电路220相连。
40.dac产生电路200接收微处理器电路11传输来的pwm信号，将其转换为模拟电压，同时微处理器电路11控制dac产生电路200内的电子开关的打开和关断，将模拟电压转换为设定频率、脉宽的方波信号，并将方波信号传输给恒流源控制电路210。
41.恒流源控制电路210驱动变压器升压电路220，并将dac产生电路200传输来的方波信号传输给变压器升压电路220，使输出的电刺激波形不受负压抽吸电极两端的负载大小影响，实现电刺激恒流输出。
42.变压器升压电路220采用隔离变压器，将恒流源控制电路210传输来的方波信号进行放大，同时实现人体与电刺激电路之间的隔离。
43.当肌电采集时，微处理器电路11控制肌电采集输入通路的光耦导通、电刺激输出通路的光耦断开，肌电信号从外接负压抽吸电极，经过肌电采集输入通路光耦，传输到肌电采集模块1；当电刺激输出时，微处理器电路11控制电刺激输出通路的光耦导通、肌电采集输入通路的光耦断开，电刺激信号从电刺激模块2经过电刺激输出通路光耦、负压抽吸电极传输到患者诊疗部位。
44.所述负压产生电路5由气压检测电路、充气泵和放气阀组成，气压检测电路、充气泵和放气阀通过气管互相连通，其中气压检测电路如图4所示，由气压传感器500、仪表放大器510和滤波器520组成，气压传感器500通过气管与负压管路相连，实时检测气路中的气压值，并将气压信号转换为电信号，电信号传输到仪表放大器510，仪表放大器510将电信号进行差分放大，放大后的气压电信号经过滤波器520滤除杂波后，传输到微处理器电路11，微处理器电路11对信号进行分析处理，并根据检测到的气压大小，控制充气泵充气或放气阀放气，当气压低于设定值时，微处理器电路11控制放气阀进行放气，当气压高于设定值时，微处理器电路11控制充气泵进行充气，使气路中的气压稳定在设定值。
45.所述电源电路10较佳实施例如图5所示，由ad-dc模块910、开关机电路920、7.5v dc-dc模块930、7.5v dc-dc模块940、5v ldo模块950、3.3v ldo模块960、3.3v ldo模块970、5v ldo模块980和隔离
±
5v dc-dc模块990组成，其中ad-dc模块910与电源接口和开关机电路920相连，开关机电路920与7.5v dc-dc模块930和7.5v dc-dc模块940相连，7.5v dc-dc模块930还与5v ldo模块950、3.3v ldo模块960、3.3v ldo模块970和5v ldo模块980相连，5v ldo模块980还与隔离
±
5v dc-dc模块990相连。
46.电源接口为标准的ac插头，通过外接电源线连接ac100～240v 50/60hz的交流电，给生物反馈装置供电。ac-dc模块910为医疗安规电源模块，将电源接口接入的交流信号转换为24v直流信号，并传输给开关机电路920。
47.开关机电路920由微处理器电路11产生的控制信号，控制开关机电路920的导通或断开，实现整机开机或关机，开机时，ad-dc模块910传输过来的dc24v信号经过开关机电路920传输给后端电路进行供电，关机时，ac-dc模块910传输来的dc12v信号无法传输到后端电路。
48.开关机电路920传输过来的dc24v分别传输给7.5v dc-dc模块930、7.5vdc-dc模块940和负压产生电路5，dc24v电压给负压产生电路5供电，7.5v dc-dc模块930将dc24v电压转换为dc7.5v，给后端电路供电；7.5v dc-dc模块940将dc24v电压转换为dc7.5v，给电刺激电路2供电。
49.7.5v dc-dc模块930产生的dc7.5v经过5v ldo模块950电压转换为dc5v，给语音电路7供电，dc7.5v经过3.3v ldo模块960转换为dc3.3v，给微处理器电路11供电，dc7.5v经过3.3v ldo模块970转换为dc3.3v，给按键/旋钮编码器8、肌电输入/电刺激输出切换电路3及其他周边电路供电，dc7.5v经过5v ldo模块980转换为dc5v，dc5v再通过隔离
±
5v dc-dc模块990产生+5v和-5v直流电压，给肌电采集模块1供电。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型
的保护范围之内。