便携式生物反馈电刺激仪控制系统的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jmfxuexi
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运动功能障碍是由于神经系统或者肌肉组织的损伤使得人体无法按照自身意愿控制肢体去实现期望的动作。造成运动功能障碍的原因主要有脑卒中等疾病引发的后遗症、交通事故等意外事件导致的功能损伤。随着人口老龄化和社会城市化进程的发展,运动功能障碍的患者人数正在逐年增长,开展针对运动功能障碍患者康复训练领域的研究具有切实的社会意义和应用价值。生物反馈电刺激设备是用于运动功能障碍康复训练的重要医疗器械。通过比较现有设备工作模式的利弊,控制系统采用“肌电反馈+人工选择+机器自动选择”相结合的工作模式,开展探索性研究。最新标准YY0505-2012规定有源医疗器械都需要通过电磁兼容检测,市面现有产品大多未通过电磁兼容检测,控制系统的开发需考虑电磁兼容,满足新版标准的技术要求。控制系统硬件以意法半导体公司的STM32F103RCT6单片机作为主控芯片,基于迪文科技公司的7寸串口触摸屏设计人机交互界面,使用表面电极采集人体表面肌电信号。前级放大电路使用运放OPA2604和仪表用放大器AD8221实现,滤波电路使用内部有四个运放的AD8625实现,模数转换电路使用14位专用芯片LTC1417,信号采集电路引入浮地电源、屏蔽驱动与右腿驱动技术来降低共模干扰。低频电流刺激脉冲的驱动信号由片内DAC和PWM调制产生,根据用户设定的刺激参数和采集到的肌电信号强度,经算法处理控制刺激脉冲的输出强度。系统使用传感器检测患者的体温和脉搏,增加康复训练的安全保障。控制系统软件基于C语言编写,使用Keil IDE完成嵌入式实时操作系统μC/OS-II在STM32处理器上的移植。人机交互界面基于DGUS开发体系,使用DGUS Tool 7.383进行设计。控制系统经过硬件、软件和设备整机测试,基本完成设计目标;可以实现表面肌电信号采集反馈和输出设定参数低频电流脉冲的功能;通过电磁兼容测试,验证系统安全可靠;交互界面设计易用美观:本设计方案为同类产品的后续研究提供了参考。
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