【摘 要】
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近些年,意外事故多发以及老龄化的因素使运动功能障碍病人数量逐渐增加。运动功能障碍病人的神经或组织受损使得无法根据自己意志操控肢体进行动作,造成日常生活上的不便和心理上的压力。所以,通过针对运动功能障碍病人康复训练工作的科学研究与设计,让病人尽早脱离疾病的困扰,对社会与个人都具有重要的意义与价值。而功能性电刺激装置则是运动功能障碍康复诊断的关键医疗器械。基于前面提到的问题,本文设计了一款新型的多通道
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近些年,意外事故多发以及老龄化的因素使运动功能障碍病人数量逐渐增加。运动功能障碍病人的神经或组织受损使得无法根据自己意志操控肢体进行动作,造成日常生活上的不便和心理上的压力。所以,通过针对运动功能障碍病人康复训练工作的科学研究与设计,让病人尽早脱离疾病的困扰,对社会与个人都具有重要的意义与价值。而功能性电刺激装置则是运动功能障碍康复诊断的关键医疗器械。基于前面提到的问题,本文设计了一款新型的多通道功能性电刺激康复仪,并提出肌电信号辅助反馈的电刺激设计方案。采用嵌入式Linux平台搭建电刺激康复仪管理系统,并使用国产SSD202芯片,配合STM32F103微处理器实现控制表面肌电采集模块和电刺激模块的功能。再通过搭配一块七寸触摸显示屏,以完成人机交互的功能。本设备功能完善且便于携带。摆脱了PC端的限制,可以满足任何场景下的康复训练。本文设计的硬件系统主要包含电刺激模块和表面肌电采集模块。功能性电刺激脉冲由刺激脉冲生成和恒流源两大电路构成,通过DAC和PWM调制产生可调整参数的刺激脉冲输出。肌电信号由表面电极获取,再通过放大、滤波和信号调整电路完成对肌电信号的采集。使用低成本运放构成肌电采集模块来代替成本较高的集成芯片。另外,本文还在构建完成的硬件系统基础上,制定系统软件方案。实现国产实时操作系统RT-Thread在STM32上的移植,并以操作系统为基础,进行任务设计和代码开发。随后本文开展了电刺激特性实验。结合电生理学知识,采用一组单通道可穿戴式电刺激系统来探究不同电刺激参数对人体肌肉收缩的影响,并划定了电刺激的刺激范围。最后,本文针对电刺激肌肉疲劳问题,提出多通道降频刺激改善单通道高频刺激的理念,并阐述多通道刺激的优势。最后本文设计了全新的多通道电刺激康复仪管理系统。该系统实现在Linux嵌入式平台运行QT图形界面软件,完成常规电刺激模式、表面肌电采集模式、基于SQLite的病症管理系统,以及肌电信号辅助反馈的电刺激模式。另外,平台采用触摸屏进行人机交互,并对刺激参数和肌电信号特征进行记录,方便用户使用和管理。本系统通过了硬件和软件的测试,实现康复效果,并且具有很强的扩展性。本文设计的系统可以基于各个模块扩展更多的功能,为康复治疗的智能化发展铺垫道路。
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