一种肌肉收缩的演示系统

1.本发明属于生物医学仪器领域，涉及一个相位干涉电场刺激深部肌肉收缩的演示系统，其功能是演示相位干涉电场刺激深部肌肉使其收缩的过程。


背景技术：

2.目前用于刺激深部肌肉的方法主要是深部肌肉刺激(dms)。dms通过机械振动的方式，在特定频率下击打和震动肌肉，具有一定放松肌肉和减轻疼痛的效果。但目前通常用肌纤维超声参数、肌肉群总肌力和主观感觉等间接证据来评估dms效果，难以直接证实dms是否刺激到深部肌肉以及不同强度下dms对深部肌肉的刺激效果。
3.电刺激具有促进肌肉运动并改善其功能的作用，早已被广泛应用于临床治疗。但直流电与低频交流电均难以深入到生物的深层组织，因此无法有效刺激生物深部结构。grossman等人使用相位干涉电场(temporal interference electrical fields，ti)在不引起小鼠浅层脑区兴奋的前提下，实现了对脑深部结构的非侵入性刺激，证实相干波是选择性无创电刺激深部组织的有效手段。这种方法使用两对皮肤电极，施加存在一定频差的两路1千赫兹以上等幅正弦信号，在干涉作用下，两电流叠加的中心区域将产生一个低频包络波电场。相干波通过调整包络调制幅度(envelope modulation amplitude，ema)改变刺激强度，当包络波的峰谷之差在空间特定区域达到最大值，此时电场将集中刺激该区域，继而达到选择性刺激深层结构的目的。
4.但相位干涉电场尚处于理论阶段。相较中枢神经而言，肌肉对刺激敏感，能快速产生反应，易于直接观察肌肉的收缩，使进行相干波刺激效果观察的难度和复杂度明显降低，所以可在肌肉层面进行相干波刺激效果研究。
5.因此需要设计一个集刺激信号输出、多功能肌肉固定支架和拉力信号采集为一体，同时性能稳定、易于操作和便于观察的相位干涉电场刺激深部肌肉收缩演示系统。


技术实现要素：

6.本发明的内容是提供一种相位干涉电场刺激深部肌肉收缩的演示系统。
7.本发明提供一种肌肉收缩的演示系统，所述演示系统包括微控制器，刺激信号输出模块和拉力信号采集模块、固定支架；所述微控制器用于生成电刺激信号，刺激肌肉，并接收拉力信号；所述刺激信号输出模块，设有二路电路输出刺激信号，接受微控制器生成的电刺激信号，形成刺激肌肉的相干波信号；
8.所述拉力信号采集模块用于采集肌肉拉力数据，将拉力数据输出给微控制器；
9.所述固定支架用于固定肌肉；
10.所述刺激信号输出模块和拉力信号采集模块分别与微控制器连接。
11.上述拉力信号采集模块包括多套各自独立的测力传感器和信号变送器；所述测力传感器可与肌肉一端棉线或其它材质的线悬挂固定，并可测量肌肉拉力数据；所述信号变送器将测力传感器的输出信号放大并转变为微控制器可识别的电信号。
12.上述固定支架包括四根支柱、顶板、固定圈和底板，所述顶板、固定圈和底板从上到下依次固定于支柱上，所述固定圈可以水平可拆卸地固定在支柱上；所述顶板上固定悬挂着多个测力传感器；所述肌肉两端均固定连接有棉线或其它材质的线，上端的棉线或其它材质的线悬挂固定于拉力传感器挂钩上，下端的棉线或其它材质的线均固定连接一同样质量的砝码；所述下端棉线或其它材质的线通过固定装置固定于底板下部。
13.上述拉力信号采集模块包括拉力传感器和信号变送器；所述拉力传感器可与肌肉一端棉线或其它材质的线悬挂固定，并可测量肌肉拉力数据；所述信号变送器将测力传感器的输出信号放大并转变为微控制器可识别的电信号。
14.上述固定装置为多对强力电磁铁，用于夹持固定下端棉线或其它材质的线。
15.上述固定支架还包括营养液喷洒装置和温度调节装置，所述营养液喷洒装置用于向肌肉喷洒营养液；所述温度调节装置用于调节肌肉周围小环境温度。
16.上述温度调节装置为温控加热灯；所述营养液喷洒装置包括固定于肌肉上方的雾化喷头、蠕动泵、进水管、出水管和装有营养液的试剂瓶，所述进水管一端插入试剂瓶中，另一端连接蠕动泵；所述出水管二端分别连接蠕动泵和雾化喷头。
17.上述刺激信号输出模块包括usb
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6361多功能i/o设备和a395线性刺激隔离器；所述usb
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6361多功能i/o设备分别与微处理器和a395线性刺激隔离器连接，将微处理器传递的数字信号转换为模拟信号，再输出信号传递给a395线性刺激隔离器；所述a395线性刺激隔离器可以输出恒定幅度的交流电刺激。
18.上述微控制器，刺激信号输出模块和拉力信号采集模块分别与电源连接。
19.本发明实施例取5块离体肌肉构成四周4块肌肉，中央1块肌肉排列的环形深层结构，既可保留肌肉的收缩功能，同时不影响电刺激信号的传导，5块肌肉相互接触，可相互滑动，每块肌肉的收缩力几乎作用不到相接触的其它肌肉，从而达到演示相干波信号对深层肌肉刺激效果的目的。用计算机输出数字电刺激信号，数字电刺激信号经过usb
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6361多功能i/o设备生成模拟电刺激信号，模拟电刺激信号经a395线性隔离器后接电极片与外周的4块肌肉相贴。5块肌肉固定在多功能支架上，其中4块外周肌肉环形包围中央的1块肌肉，4块外周肌肉互不接触构成浅层结构，中央的1块肌肉构成深部结构。正交排列的每2块外周肌肉接通1路刺激信号，共2路刺激信号。在每块肌肉两端的肌腱处都绑上棉线或其它材质的线，上端棉线或其它材质的线与测力传感器相连，下端棉线或其它材质的线穿过底板的下部后系在单钩砝码上，在下端棉线或其它材质的线穿过底板的下部的位置，装有强力电磁铁，电磁铁通电时可夹紧棉线或其它材质的线。每次实验，给予肌肉电刺激信号与电磁铁电信号之间有四步协同动作。第一步，不加电刺激信号，电磁铁也不通电，不夹持棉线，砝码的力通过棉线作用到肌肉上，使肌肉有一初始拉力。第二步，不加电刺激信号，电磁铁通电，夹持肌肉下端棉线。第三步，加电刺激信号，同时电磁铁持续通电，肌肉下端不因肌肉收缩而移动。第四步，不加电刺激信号，电磁铁持续通电，肌肉不收缩，理论上讲，此时肌肉内的张力应恢复到实验前的初始拉力，但因肌肉进行过一次通电实验，其肌肉这时的内部拉力不能恢复到实验前的初始拉力。再下一步，即循环到四步协同动作的第一步，不加电刺激信号，不加电磁铁电信号，砝码的拉力通过棉线直接作用到肌肉下端，保证了每次实验肌肉的初始拉力相同。在演示过程中，蠕动泵
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雾化喷头均匀给肌肉喷洒营养液，多余液体由底部的废液收集盘收集，温控加热灯可使肌肉周围小环境处于稳定的温度环境，通过营养和保
温手段使肌肉在整个过程中能保持一定活性。肌肉受到电刺激收缩产生的拉力信号经测力传感器、信号变送器和模数转换器再传回计算机。通过整个演示系统的协同运作，从而达到观察相位干涉电场刺激深部肌肉使其收缩的目的。
20.本发明的结构主要由4个部分组成，以下是各部分的主要构成。
21.(一)微处理器，本发明实施例中微控制器采用计算机。
22.1.计算机：在计算机matlab软件中编写刺激信号代码，按照预设方案自动生成电刺激信号。也可在刺激过程中任意调整刺激信号参数，演示不同的刺激信号对肌肉的刺激效果。
23.(二)刺激信号输出模块。
24.该模块包括usb
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6361多功能i/o设备和a395线性刺激隔离器。
25.2.usb
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6361多功能i/o设备：美国national instruments公司生产的usb
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6361多功能i/o设备，带配套usb连接线，通过usb接口和计算机相连。usb
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6361多功能i/o设备共有两对输出接口，每对输出接口有一正一负(ao+和ao gnd)两个螺栓端口，每对输出接口可输出一路刺激信号。在输出刺激信号过程中，usb
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6361多功能i/o设备可将电脑中生成的数字信号转换为模拟信号，再通过输出接口把刺激信号传递到隔离器。
26.3.a395线性刺激隔离器：美国world precision instruments公司生产的a395线性刺激隔离器，有一个输入接口和一正一负两个输出接口。a395线性刺激隔离器的输入接口与usb
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6361多功能i/o设备的输出接口相连，a395线性刺激隔离器的输出接口插入两根与电极片配套使用的正负导线。a395线性刺激隔离器的作用是输出一路恒定的刺激电流，使刺激电流不受终端电阻变化的干扰。
27.(三)多功能肌肉固定支架。
28.4.支柱：支柱为正方柱体，共有四根，可用来固定顶板、花瓣形固定圈和底板，形成支架。支柱上有一横向中空，大小与花瓣形固定圈的固定柱吻合，可供固定柱水平插入。
29.5.顶板：顶板呈正方形板状，在四个顶角处开孔，四根支柱从顶板开孔处插入，使顶板水平固定在四根支柱上。顶板上共均匀分布有20个螺丝孔，可用来固定测力传感器和导线。顶板中央切割出一块正方形区域，测力传感器挂钩在此处悬空，肌肉可挂于测力传感器上。
30.6.花瓣形固定圈：花瓣形固定圈外部有四根中空的固定柱，固定柱插入四根支柱，使花瓣形固定圈水平固定在四根支柱上。花瓣形固定圈的环形侧壁贴有电极片，并在侧壁中央处开孔，从a395线性刺激隔离器接出的导线穿过中空的固定柱，可在侧壁的中央开孔处与电极片相连。肌肉竖直排列在花瓣形固定圈里，花瓣形固定圈可使4块外周肌肉互相不接触，只有深层肌肉可与外周肌肉接触。
31.7.底板：底板呈正方形筛状板，底板上均匀布满了孔洞，营养液经过孔洞汇入废液收集盘。底板的四个顶角处开孔，四根支柱从底板开孔处插入，使底板水平固定在四根支柱上。
32.8.单钩砝码：单钩砝码上端带一个挂钩，重量为50g，每块肌肉下端的棉线或其它材质的线都系在一个单钩砝码上，砝码给每块肌肉提供了相同的前负荷，即肌肉的初始拉力。
33.9.强力电磁铁：强力电磁铁呈圆片状，共有五对，每对强力电磁铁通电后互相吸引
并紧贴，断电后再取下强力电磁铁。在肌肉收缩时，在每块肌肉下端的棉线或其它材质的线，用一对通电的强力电磁铁夹紧棉线或其它材质的线，从而使肌肉下端在刺激过程中保持固定。电刺激结束后，再断开强力电磁铁的电流。
34.10.蠕动泵：蠕动泵带有一进一出两条泵管，进水管插入装满新鲜营养液的试剂瓶，出水管末端接一个直通接头，并把雾化喷头接在直通接头的另一端。在蠕动泵的操作面板上可以控制流速，将营养液从试剂瓶中定量输送到雾化喷头。
35.11.雾化喷头：用铁架台上的万用夹把雾化喷头固定在5块肌肉上方，通过调节雾化喷头外部的旋钮，可以改变雾化喷头的喷孔孔径，从而控制营养液的喷洒范围和流量。
36.12.温控加热灯：温控加热灯有三部分配件，包括温控器、红外陶瓷加热灯泡和伸缩灯架。温控加热灯可以控制金属丝加热时产生的热量大小并全程测温，从而调节肌肉所处小环境的温度，使其处于稳定的温度环境中。
37.(四)拉力信号采集模块。
38.13.测力传感器：hyforcell公司生产的高精度梁式测力传感器，测力传感器尾端有4根导线，分别接电源正负极和信号变送器。测力传感器底部有两个螺丝孔，可用配套螺丝固定在顶板上，测力传感器与顶板之间用螺帽隔开。测力传感器头部下端有环形挂钩，在顶板中央的正方形区域悬空，可用棉线或其它材质的线把肌肉挂在测力传感器上，记录肌肉在刺激过程中的拉力变化。
39.14.信号变送器：hyforcell公司生产的拉压双向信号变送器，左右两端分别有2排接孔，左侧接电源正负极和usb
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6361多功能i/o设备，右侧接测力传感器。信号变送器将测力传感器的输出信号放大并转变为计算机可识别的电信号。
40.本发明系统可以直观显示在表面电极的电信号作用下，浅层肌肉不收缩，而深部肌肉受到刺激收缩。本发明操作简便，可任意改变刺激信号，结果明显，可直接评估刺激效果，特别有利于教学演示。多套测力传感器和信号变送器可在不影响电耦合情况下，由每套测力传感器和信号变送器分别记录电刺激时不同方位的单根肌肉所产生的拉力，每个单根肌肉间几乎没有力的耦合，每根肌肉的收缩相互之间无影响，可精准演示相干波信号对深部肌肉的刺激效果。
附图说明
41.图1是本发明的装配示意图。整个相位干涉电场刺激深部肌肉收缩演示系统的部件均统一放置在工作台上。
42.图2是本发明中顶板5、测力传感器13、螺帽21和压线板22放置的示意图。
43.图3是本发明中花瓣形固定圈6的示意图。
44.图4是本发明中底板7的示意图。
45.图5是本发明中支柱4的示意图。
46.图6是本发明中底板7、单钩砝码8和强力电磁铁9组合使用的示意图。
47.图7是本发明中蠕动泵10、雾化喷头11、试剂瓶17、直通接头18、铁架台19和万用夹20组合使用的示意图。
48.图8是本发明中温控加热灯12的示意图。
49.图9是本发明中刺激信号输出模块和其他部件的连接示意图，包括计算机1、usb
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6361多功能i/o设备2、a395线性刺激隔离器3、花瓣形固定圈6和导线
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电极片15。
50.图10是本发明中拉力信号采集模块和其他部件的连接示意图，包括顶板5、测力传感器13、信号变送器14、电源23、usb
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6361多功能i/o设备2和计算机1。
51.图11是本发明实际操作时离体肌肉标本的排列分布示意图。
52.图12是使用本发明演示方波对肌肉刺激效果的结果图，图12a和图12c是外周肌肉在方波刺激过程中产生的拉力变化，图12b是深部肌肉的拉力变化。图的横轴是时间轴，左侧线段表示拉力的标准值。
53.图13是使用本发明演示低频正弦波对肌肉刺激效果的结果图，图13a和图13c是外周肌肉在低频正弦波刺激过程中产生的拉力变化，图13b是深部肌肉的拉力变化。图的横轴是时间轴，左侧线段表示拉力的标准值。
54.图14是使用本发明演示高频正弦波对肌肉刺激效果的结果图，图14a和图14c是外周肌肉在高频正弦波刺激过程中产生的拉力变化，图14b为深部肌肉的拉力变化。图的横轴是时间轴，左侧线段表示拉力的标准值。
55.图15是使用本发明演示相干波对肌肉刺激效果的结果图，图15a
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b、图15d
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e是外周肌肉在相干波刺激过程中产生的拉力变化，图15c是深部肌肉的拉力变化。图的横轴是时间轴，左侧线段表示拉力的标准值。
56.1.计算机；2.usb
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6361多功能i/o设备；3.a395线性刺激隔离器；4.支柱；5.顶板；6.花瓣形固定圈；7.底板；8.单钩砝码；9.强力电磁铁；10.蠕动泵；11.雾化喷头；12.温控加热灯；13.测力传感器；14.信号变送器；15.导线
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电极片；16.废液收集盘；17.试剂瓶；18.直通接头；19.铁架台；20.万用夹；21.螺帽；22.压线板；23.电源。
具体实施方式
57.下面结合附图，对本发明做进一步说明。
58.实施例1肌肉收缩的演示系统的组装和演示
59.1.肌肉收缩的演示系统的组装
60.按图1
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图10，装配出整个演示系统的刺激信号输出模块和拉力信号采集模块，并组装多功能肌肉固定支架。微处理器为计算机1，花瓣形固定圈6、底板7、蠕动泵10的泵管、雾化喷头11和废液收集盘16使用前均要消毒，使用后要清洗。计算机1自带usb接口，用usb
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6361多功能i/o设备2配套的usb导线插入计算机1的usb接口，使计算机1和usb
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6361多功能i/o设备2相连。usb
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6361多功能i/o设备2的每对输出接口有一正一负两个螺栓端口，在螺栓端口处接配对的两根正负导线，用螺丝刀拧紧。正负导线另一端分别接上香蕉插头，两根正负导线再接一根二芯导线，二芯导线接一个bnc接头，再插入a395线性刺激隔离器3的输入接口。从usb
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6361多功能i/o设备2的两对输出接口共接出四根导线，分别接成两根二芯导线后，插入两台a395线性刺激隔离器3的输入接口。每台a395线性刺激隔离器3都有一正一负两个输出接口，两台a395线性刺激隔离器3共接出四根导线。在花瓣形固定圈6的环形侧壁贴有一定厚度的电极片15，从a395线性刺激隔离器3接出的四根导线分别穿过花瓣形固定圈6外部中空的固定柱后，插在电极片15上的接头处。经过上述刺激信号输出模块的部件连接，可以输出用于刺激肌肉的稳定相干波信号。
61.四根支柱4分别穿过顶板5四个顶角处的空隙后，竖直放置在水平面上，调节顶板5
的高度，使顶板5水平固定在支柱4上。花瓣形固定圈6的固定柱插入支柱4上的横向柱形空隙中，使花瓣形固定圈6水平固定在支柱4中段，并与顶板5平行。把底板7从支柱4的底部从下往上推入，支柱4穿过底板7四个顶角处的空隙，调节底板7的高度，使底板7水平固定在支柱4上，并与顶板5平行。由支柱4、顶板5、花瓣形固定圈6和底板7构成的肌肉固定支架竖直放置在废液收集盘16上。单钩砝码8和强力电磁铁9放置在工作台空处，等刺激肌肉时取用。蠕动泵10放置在废液收集盘16右前方，蠕动泵10的进水管插入装营养液的试剂瓶17，出水管末端接一个直通接头18，雾化喷头11接在直通接头18另一端。铁架台19放置在蠕动泵10对面，在铁架台19上带有一个角度和位置可以任意调节的万用夹20，用万用夹20夹住雾化喷头11，使雾化喷头11固定在花瓣形固定圈6的正上方。温控加热灯12放置在支架右侧，温控加热灯12的灯架可以调节成任意高度和角度。
62.五个测力传感器13的底部用螺丝固定在顶板5上，测力传感器13与顶板5之间用螺帽21隔开，五个弧形压线板22也用螺丝固定在顶板5上，用弧形压线板22固定测力传感器13的导线。每个测力传感器13带两根电源正负导线和两根信号正负导线，四根导线分别接在配套信号变送器14右侧对应的接头上。信号变送器14左侧接出的导线都接上香蕉插头，分别与电源23正负极和usb
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6361多功能i/o设备2的输入螺栓接口相连。五个测力传感器13共连接五个配套的信号变送器14，连接五对usb
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6361多功能i/o设备2的输入接口。经过上述拉力信号采集模块的部件连接，可以采集并输入拉力信号至计算机1。
63.如图2所示，五个测力传感器13的底部用螺丝固定在顶板5上，测力传感器13与顶板5之间用螺帽21隔开。其中四个测力传感器13分别固定在顶板5的两条对角线上，等距排列在同一高度的水平面上，而中央的测力传感器13垂直于顶板5的一条边固定，测力点在其余四个传感器的中心，同时中央的测力传感器高于其他四个传感器，避免因传感器接触而影响拉力信号采集。五个弧形压线板22也用螺丝固定在顶板5上，用弧形压线板22固定测力传感器13的导线。
64.图3，花瓣形固定圈6有一定厚度，每段圆弧的连接处都是互相隔开，四个环形侧壁均有圆形开孔并可贴电极片，花瓣形固定圈6外部有四根中空的固定柱，固定柱插入支柱中使花瓣形固定圈6水平固定。
65.本实施例支柱的主要尺寸如下：
66.支柱是正方柱体，高度为30厘米，长度和宽度均为2厘米。距支柱顶端14.5厘米处，有一个直径为1厘米，厚度为2厘米的横向圆柱形中空，正公差，保证花瓣形固定圈的固定柱能穿过。支柱是正方柱体，支柱中段有一横向中空，大小与花瓣形固定圈的固定柱吻合，可供固定柱水平插入，见图5。
67.本实施例顶板的主要尺寸如下：
68.顶板呈正方形板状，边长为18厘米，高度为0.4厘米。距离顶板的顶点1.5厘米处，有一个边长为2厘米，高度为0.4厘米的正方形镂空，正公差，保证支柱能穿过。顶板中央有一个边长为5厘米，高度为0.4厘米的正方形镂空。距离顶板的四条边3.5厘米处，分别有四对间隔为0.06厘米，直径为0.03的螺丝孔；距离顶板的一个顶点8.5厘米处，有一对间隔为0.06厘米，直径为0.03的螺丝孔。距离顶板的四条边2厘米处，均匀分布着五对间隔为0.06厘米，直径为0.03的螺丝孔。
69.本实施例花瓣形固定圈的主要尺寸如下：
70.花瓣形固定圈厚度为1厘米，外部的横向圆柱形固定柱直径为1厘米，长度为5厘米，负公差，保证能穿进支柱。花瓣形固定圈外部的四个圆弧直径为1.6厘米，每段圆弧角度为330
°
，每个圆弧相距0.8厘米。
71.支柱4、顶板5、花瓣形固定圈6和底板7四个部件是本发明的关键部件，顶板5、花瓣形固定圈6和底板7固定在支柱4上构成固定支架。顶板5在固定支架的最上端，顶板5给测力传感器13提供了固定位点，并使系在肌肉上端的棉线或其它材质的线能竖直固定在测力传感器13的挂钩上，从而使测力传感器13能精确采集拉力信号。花瓣形固定圈6位于固定支架的中部，由于花瓣形固定圈6能将外周4块肌肉互相分开，使外周肌肉只单独与深部肌肉接触，而且具有一定厚度，所以可用来固定5块肌肉的位置。同时，导线穿过花瓣形固定圈6的固定柱，与侧壁的电极片相连，把刺激信号传递给固定圈内的肌肉。底板7位于固定支架的底部，底板7上均匀布满了孔洞，不仅棉线或其它材质的线能穿过底板7与砝码相连，给肌肉相同的前负荷，再用一对强力电磁铁夹紧棉线或其它材质的线，从而使肌肉下端在刺激过程中保持固定。同时废液也能经底板7汇入废液收集盘16统一处理。
72.支柱4、顶板5、花瓣形固定圈6和底板7四个部件形状简单，便于操作和清理。
73.本实施例底板的主要尺寸如下：
74.底板呈正方形筛状板，边长为18厘米，高度为0.4厘米。距离底板的顶点1.5厘米处，有一个边长为2厘米，高度为0.4厘米的正方形镂空，正公差，保证支柱能穿过。底板上均匀分布着孔径为0.2厘米，高度为0.4厘米的孔洞。每块肌肉下端的棉线或其它材质的线穿过底板，把单钩砝码系在棉线或其它材质的线上，一对强力电磁铁在棉线或其它材质的线和底板接触处夹紧棉线或其它材质的线。
75.操作者在演示过程中应带橡胶手套，以防影响标本活性。
76.整个相位干涉电场刺激深部肌肉收缩演示系统的部件均统一放置在工作台上。在开始演示前，先打开温控加热灯，调节灯泡加热时产生的热量，使整个演示系统处于稳定适宜的温度中。同时在断电的情况下，检查系统各个部件的线路连接，再在花瓣形固定圈的侧壁放置电极片并插上导线。检查完毕后，给整个演示系统通电，用标准砝码校准测力传感器。确认演示系统可以正常使用后，再制备新鲜的5块蛙腓肠肌标本和营养液。每块肌肉两端的肌腱处都系上棉线或其它材质的线，把5块肌肉依次放置在花瓣形固定圈中并调整位置，使外周4块肌肉仅与深层肌肉相接触。每块肌肉上端的棉线或其它材质的线系在正上方的测力传感器挂钩处，下端的棉线或其它材质的线穿过底板系在正下方的单钩砝码上，再用5对强力电磁铁分别在底板的底部夹紧每块肌肉下端的棉线或其它材质的线。固定好肌肉后，把蠕动泵进水管插入装满新鲜营养液的试剂瓶中，雾化喷头固定在花瓣形固定圈的正上方，再打开蠕动泵，通过与蠕动泵出水管相连的雾化喷头给5块肌肉均匀喷洒营养液。完成上述操作后，在计算机中发布指令，自动生成两路正弦信号，经过usb
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6361多功能i/o设备转换数模信号和a395线性刺激隔离器输出恒定电流，再经导线
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电极片施加给肌肉。外周正交排列的每2块肌肉通一路电信号，两路有一定差频的高频正弦信号在深部肌肉处叠加生成相干波。外周肌肉受到高频正弦信号刺激后，将保持相对稳定状态。而深部肌肉在低频相干波刺激下，将收缩产生拉力。顶板上的测力传感器可以记录相连肌肉在电刺激过程中产生的拉力变化，拉力信号再经配套的信号变送器放大和usb
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6361多功能i/o设备转换模数信号，传输回计算机进行处理分析。在计算机上可以任意改变刺激信号的参数设置，因
此能快速观测到各种不同的电信号对肌肉的刺激效果，并实时获得相应的拉力数据。由于稳定的操作环境和给予充足的营养液，肌肉能维持较长时间的活性，可以满足重复实验的要求，同时减少更换标本的次数，节约操作时间。操作过程中产生的废液可从底板上的孔隙流入废液收集盘。演示结束后，检查设备并关闭系统，取下标本、电极片和废液统一处理，将花瓣形固定圈、底板、蠕动泵泵管、雾化喷头和废液收集盘进行清洗和消毒。
77.与机械振动刺激深层肌肉相比，用本发明演示相位干涉电场对深部肌肉的刺激有如下优点：操作简便，结果明显，可直接评估刺激效果，刺激信号可任意改变。
78.2.演示应用效果展示
79.在实际操作中，取5块新鲜蛙腓肠肌按图11所示排列，由于每块肌肉之间的机械耦合作用小，并且不影响电耦合，因此该深层结构可保留肌肉独立收缩的功能并完成电刺激信号传导。整个演示系统所有部件的连接和操作方法均如前文所述，电极片固定方向与肌纤维走向垂直，保证刺激电极均处于同一平面内，这一操作均由同一人完成。为更直观展示相位干涉电场对深部肌肉独特的选择性刺激作用，先选用生理学实验中经典的方波和正弦波信号刺激肌肉，再用相位干涉电场刺激肌肉，对比不同的电信号对肌肉的刺激效果。
80.振幅为0.5v,脉宽为0.5s方波对肌肉的刺激结果。当分别在相对排列的外周肌肉上给予方波刺激时，如图12所示，5块肌肉均收缩产生拉力，而外周肌肉产生的拉力明显大于深层肌肉(图12a和图12c是外周肌肉在方波刺激过程中产生的拉力变化，图12b是深部肌肉的拉力变化)。由这一结果可知，方波对肌肉的刺激效果随着与电极片间的距离越远而逐渐减弱，并且方波无法实现选择性刺激深部肌肉的目的。
81.振幅为1v,频率为100hz正弦波对肌肉的刺激结果。当分别在相对排列的外周肌肉上给予正弦波刺激时，如图13所示，5块肌肉均收缩产生拉力，而外周肌肉产生的拉力明显大于深层肌肉(图13a和图13c是外周肌肉在低频正弦波刺激过程中产生的拉力变化，图13b是深部肌肉的拉力变化)。由这一结果可知，低频正弦波对肌肉的刺激效果和方波具有相同特点，刺激效果随着与电极片间的距离越远而逐渐减弱，低频正弦波同样无法实现选择性刺激深部肌肉的目的。
82.振幅为1v,频率为3000hz正弦波对肌肉的刺激结果。当分别在相对排列的外周肌肉上给予正弦波刺激时，如图14所示，5块肌肉均保持稳定，并不收缩产生拉力(图14a和图14c是外周肌肉在高频正弦波刺激过程中产生的拉力变化，图14b是深部肌肉的拉力变化)。由这一结果可知，肌肉对高频正弦波刺激并不产生响应。
83.振幅为1.6v，频率为2000hz，两路信号比例为1:1，差频为60hz的相干波对肌肉的刺激结果。如图15所示，相干波持续对深层肌肉有明显的刺激作用，而外周肌肉保持稳定(图15a
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b、图15d
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e是外周肌肉在相干波刺激过程中产生的拉力变化，图15c是深部肌肉的拉力变化)。由这一结果可知，相位干涉电场对深部肌肉有选择性刺激作用。
84.由上述应用实例可见，相位干涉电场能实现对深部肌肉的选择性刺激。本发明提供的肌肉收缩演示系统可直观显示给予相干波刺激时，在表面电极的电信号作用下，浅层肌肉不发生响应，即不收缩，但深部肌肉受到刺激响应而收缩。本发明操作简便，可任意改变刺激信号，结果明显，可直接评估刺激效果，特别有利于教学演示。
85.上述实施例仅用以说明本发明。熟悉此项技术者在本发明精神之范围内作出的各种变形、修饰与应用均应属于本发明的范畴中。