一种用于骨整合的多传感采集及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，包括：生理信号采集系统与放大滤波系统连接，将采集大腿截肢患者的相关肌肉信号进行放大滤波处理；放大滤波系统与陀螺仪系统均与采集模块连接；采集模块、控制器、驱动模块和假体电机顺序连接；采集模块将放大滤波处理后的相关肌肉信号及陀螺仪系统采集的残腿运动角度数据转换为数字信号并传输给控制器；控制器根据接收的数字信号与预设数字信号比较，控制驱动模块驱动假体电机进行相应的运动。为外接神经义肢提供上下双向电生理信号传导通路，设计了多传感采集系统，实现对植入式假肢的主动控制，实现腿部运动；其中的放大滤波系统集成度高、可对微弱信号进行放大滤波。可对微弱信号进行放大滤波。可对微弱信号进行放大滤波。

【技术实现步骤摘要】
一种用于骨整合的多传感采集及控制系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于骨整合的多传感采集及控制系统。

技术介绍

[0002]现代战争中高能武器损伤导致的截肢约占所有创伤的30％。截肢后遗留的肢体功能缺失，不仅给个体的身体和心理带来巨大创伤，给家庭，军队和社会带来巨大负担，大批有丰富实战经验的指战员或军官的提前退役也给军队战斗力带来了巨大损失。随着人工内植物材料及手术技术的进步，智能化假肢的不断发展，给高功能假肢的研发及实际应用带来了希望。近年来，来源于种植牙技术，即通过在截肢残端剩余骨内植入金属假体及相关组件，经皮肤直接与外界假肢相连接，已在少数国外医疗机构取得成功，又称为骨整合假肢，解决了传统的假肢接受腔固定困难，负重能力有限及皮肤磨损破溃等问题。
[0003]市面上或现有专利文献中对下肢针对性的假肢采集和控制系统较少，大多只使用了肌电采集，都没有解决在大腿切除后对所安装假体的控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提出一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，用以解决现有植入式假肢采集系统不完善不具体的问题，尤其是针对在大腿切除后对所安装假体控制的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]本专利技术实施例提供一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，包括：
[0007]生理信号采集系统、放大滤波系统、陀螺仪系统、采集模块、控制器、驱动模块和假体电机；
[0008]所述生理信号采集系统与所述放大滤波系统连接，将采集大腿截肢患者的相关肌肉信号进行放大滤波处理；
[0009]所述放大滤波系统和陀螺仪系统均与所述采集模块连接；
[0010]所述采集模块、控制器、驱动模块和假体电机顺序连接；
[0011]所述采集模块将放大滤波处理后的相关肌肉信号及陀螺仪系统采集的残腿运动角度数据转换为数字信号并传输给所述控制器；所述控制器根据接收的数字信号与预设数字信号比较，控制驱动模块驱动所述假体电机进行相应的运动。
[0012]进一步地，所述生理信号采集系统包括多组采集组件；每一组采集组件均包括：植入式微丝电极和导线；
[0013]多组所述采集组件的植入式微丝电极分别用于对应采集大腿截肢患者的伤腿坐骨神经信号、伤腿肌肉信号、对侧大腿肌肉信号和对侧小腿肌肉信号，并通过各自对应的导线传输到所述放大滤波系统。
[0014]进一步地，所述植入式微丝电极包括：
[0015]三根独立的软微丝和分别与其对应的三个卡夫电极；所述卡夫电极用于采集神经
束不同位置的电平，经转换成神经信号。
[0016]进一步地，所述陀螺仪系统采用MPU6050陀螺仪模块。
[0017]进一步地，所述放大滤波系统包括多路放大滤波电路；所述放大滤波电路的数量与所述采集组件的数量相同；
[0018]每一路放大滤波系统均包括顺序连接的差分采样电路、采样滤波电路、双T陷波电路和二级放大电路；
[0019]其中，差分采样电路与对应的所述采集组件中的导线连接。
[0020]进一步地，所述差分采样电路包括第一运算放大器和第二运算放大器、以及连接在第一运算放大器与第二运算放大器之间的若干电容电阻器件；
[0021]其中，第一运算放大器的
‑
IN端和+IN端分别与对应采集组件的两根导线连接，第二运算放大器的OUT端与对应采集组件的第三根导线连接；
[0022]所述第一运算放大器的OUTPUT端连接所述采样滤波电路。
[0023]进一步地，所述采样滤波电路包括：第三运算放大器以及若干电容电阻器件；
[0024]输入端连接一个电阻的一端、所述电阻的另一端通过一个RC电路到节点2
‑
2，同时通过一个电容连接到节点2
‑
3；
[0025]所述节点2
‑
2连接到第三运算放大器的正极；所述节点2
‑
3连接到第三运算放大器的负极；第三运算放大器的输出端具有节点2
‑
4；
[0026]所述节点2
‑
4连接节点2
‑
3，同时通过一个电阻后作为采样滤波电路的输出端。
[0027]进一步地，所述双T陷波电路包括：第四运算放大器以及若干电容电阻器件；
[0028]输入端通过两个电阻连接到节点3
‑
3，同时通过两个电容连接到节点3
‑
3，所述两个电阻与两个电容并联；在所述两个电阻中间的节点3
‑
1通过一个电容接地；所述节点3
‑
3连接所述第四运算放大器的正极；
[0029]在所述两个电容中间为节点3
‑
2，通过一个电阻连接到节点3
‑
4；所述节点3
‑
4一端连接所述第四运算放大器的负极，另一端连接在所述双T陷波电路的输出端；所述第四运算放大器的输出端作为所述双T陷波电路的输出端。
[0030]进一步地，所述二级放大电路包括第五运算放大器及若干电容电阻器件；
[0031]输入端连接在所述第五运算放大器的正极，所述第五运算放大器的负极作为节点4通过一个电阻接地，并通过一个电阻连接在输出端；所述输出端连接在所述第五运算放大器的输出端。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0033]本专利技术实施例提供的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，包括：生理信号采集系统、放大滤波系统、陀螺仪系统、采集模块、控制器、驱动模块和假体电机；采集模块将放大滤波处理后的相关肌肉信号及陀螺仪系统采集的残腿运动角度数据转换为数字信号并传输给所述控制器；所述控制器根据接收的数字信号与预设数字信号比较，控制驱动模块驱动所述假体电机进行相应的运动。为外接神经义肢提供上下双向电生理信号传导通路，设计多传感采集系统，实现对植入式假肢的主动控制，实现腿部运动；其中的放大滤波系统集成度高、可对微弱信号进行放大滤波。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例提供的用于骨整合的多传感采集及控制系统的总体框架图。
[0035]图2为本专利技术实施例提供用于骨整合的多传感采集及控制系统的使用场景原理图。
[0036]图3为本专利技术实施例提供的放大滤波系统结构框图。
[0037]图4为本专利技术实施例提供的差分采样电路结构图。
[0038]图5为本专利技术实施例提供的采样滤波电路结构图。
[0039]图6为本专利技术实施例提供的双T陷波电路结构图。
[0040]图7为本专利技术实施例提供的二级放大电路结构图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0042]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，包括：生理信号采集系统、放大滤波系统、陀螺仪系统、采集模块、控制器、驱动模块和假体电机；所述生理信号采集系统与所述放大滤波系统连接，将采集大腿截肢患者的相关肌肉信号进行放大滤波处理；所述放大滤波系统和陀螺仪系统均与所述采集模块连接；所述采集模块、控制器、驱动模块和假体电机顺序连接；所述采集模块将放大滤波处理后的相关肌肉信号及陀螺仪系统采集的残腿运动角度数据转换为数字信号，并传输给所述控制器；所述控制器根据接收的数字信号与预设数字信号比较，控制驱动模块驱动所述假体电机进行相应的运动。2.根据权利要求1所述的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，所述生理信号采集系统包括多组采集组件；每一组采集组件均包括：植入式微丝电极和导线；多组所述采集组件的植入式微丝电极分别用于对应采集大腿截肢患者的伤腿坐骨神经信号、伤腿肌肉信号、对侧大腿肌肉信号和对侧小腿肌肉信号，并通过各自对应的导线传输到所述放大滤波系统。3.根据权利要求2所述的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，所述植入式微丝电极包括：三根独立的软微丝和分别与其对应的三个卡夫电极；所述卡夫电极用于采集神经束不同位置的电平，经转换成神经信号。4.如权利要求1所述的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，所述陀螺仪系统采用MPU6050陀螺仪模块。5.如权利要求3所述的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，所述放大滤波系统包括多路放大滤波电路；所述放大滤波电路的数量与所述采集组件的数量相同；每一路放大滤波系统均包括顺序连接的差分采样电路、采样滤波电路、双T陷波电路和二级放大电路；其中，差分采样电路与对应的所述采集组件中的导线连接。6.如权利要求5所述的一种用于骨整合的多传感采集及控制系统，其特征在于，所述差分采样电路包括第一运算放大器和第二运算放大器、以及连接在第一运算放大器与第二运算放大器之间的若干电容电阻器件；其中，第一运算放大器的
‑
IN端和+IN端分别与对应采集组件的两根导线连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：许猛，石岩，姬涛，赵雪林，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第四医学中心，
类型：发明
国别省市：