足下垂自适应刺激器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种足下垂自适应刺激器，包括左右刺激电极选择开关、蜂鸣器、按键、内部电路等；内部电路包括单片机、可变电压高压产生电路、可变恒流控制电路、双轴角度传感器；按键电路可以人工调节刺激电流的强弱，也可以暂停或重新启动输出；可变电压高压产生电路根据患者的具体需求给定输出刺激的电压高低；恒流控制电路可以精确产生刺激电流，双轴角度传感器能够精确测量患者小腿与矢状轴的夹角，并将夹角数值传递给单片机进行处理、判断以获取精确的位置和时机来启动对患者的刺激。本实用新型专利技术安装简单、操作方便，刺激强度可以调节，适应各种正常及腿脚畸形患者使用，自动适应患者步行节奏、选择左右脚，具有跌倒报警功能等，适合广大足下垂患者使用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于人体康复辅助仪器，适用于脑中风和其它原因引起的对腓总神经 失控而造成的足下垂。涉及对患者行走时小腿姿态的检测，并在行走需要抬脚时适时释放 电刺激脉冲迫使患者自动抬脚完成行走动作，并在患者迈出小腿之前根据运动速度以一定 的周期自动持续刺激以保持抬脚。
技术介绍
目前许多患者在轻度脑中风后或其它原因会造成对腓总神经失控，进而造成足下 垂。这类患者有一定的生活自理能力，但是由于行走过程中不能自主抬起脚尖，从而产生跌 倒造成不必要的伤害，甚至危机患者生命。目前我国此类患者数量以百万计，面对高龄化社 会的来临，这类患者数量保持持续增长的趋势。提高这类患者的生活自理能力和生活质量 具有极大的社会意义和经济效益。目前公开的信息表明，对于这类患者的辅助设备都限于采用机械辅助设备来帮助 患者，如手扶支架、机械脚托和拐杖等。这类设备通常体积较大，不方便携带，同时使用不灵活。本技术针对现状的不足，采用简单的安放过程，即固定在膝关节下胫骨粗隆 处，且不论左脚还是右脚，通过左右刺激电极选择开关即可确定。使用时仅需要按照个人特 点调节刺激强度后就可以正常使用。本技术可以根据患者的行走步幅大小和速度自动 选择合适的时机发出刺激电流，并在患者迈出小腿之前根据运动速度以一定的周期自动持 续刺激以保持抬脚，使患者可以恢复正常行走功能。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术设备的不足，提供一种安全、方便、使用简单、 成本低廉、无毒副作用且能够自动适应患者行走速度的足下垂自适应刺激器。本技术 的技术解决方案是这样实现的一种足下垂自适应刺激器，包括外部电路和内部电路；外部电路包括左右刺激电 极选择开关、外部按键和按键控制电路，用于设置输出的暂停和恢复，外部按键包括“ + ”按 键、“_”按键、“ADJ”按键、“ENT”按键，这些外部按键和蜂鸣器均连接到按键控制电路；当使用外部按键进行设置操作时，每当有按键按下，蜂鸣器(SPK)就鸣叫一声；如 果出现异常、发生故障或使用者发生跌倒时，蜂鸣器发出断续的声响提醒；所述左右刺激电极选择开关，用于选择适用的刺激位置，方便患者使用。如果患者 是左脚足下垂，将左右刺激电极选择开关拨在左侧；如果患者是右脚足下垂，将左右刺激电 极选择开关拨在右。内部电路包括单片机、可变电压高压产生电路、可变恒流控制电路、双轴角度传感 器、安全输出电路；所述双轴角度传感器，用于检测患者小腿的状态。由于行走过程中，小腿与冠状轴平面的角度约为20 160度左右。以选择士 90 (180)度的双轴角度传感器(SENSOR)，采用 重力分量检测技术来精确检测与冠状轴和垂直轴的夹角，具有高达20000g的抗冲击能力 和鲁棒性，具有士0. 1度的检测重复精度、具有SPI和模拟两种输出方式和IOHz的响应速 度，完全满足本技术的设计需求。同时使用双轴角度传感器(SENSOR)可以检测患者小 腿和垂直轴的夹角，根据双轴角度传感器(SENSOR)提供的角度信息和角度变化信息通过 单片机计算出患者的姿态以及是否发生跌倒。所述的可变电压高压产生电路，是能够产生30 100V高压直流电、提供40mA以 上电流输出的高压电源电路，通过单片机提供不同占空比的20 40Khz的信号来控制其输 出电压；可变电压高压产生电路是通过单片机提供不同占空比的20 40Khz的信号来控 制晶体管Tl和T2的导通和截止。由Tl和T2的导通和截止使得通过变压器TR初级的电流 产生变化，变压器TR初级的电流产生变化使得变压器TR的次级产生感生电压。通过二极 管D2检波，电容E4和C3滤波后形成直流电压。需要直流电压的高低通过调节20 40Khz 信号的占空比来实现，需要高电压输出时将占空比调节在90 %左右，需要低电压输出时将 占空比调节在30%左右，不需要电压输出时将占空比调节在0% (逻辑低电平)即可。所述可变恒流控制电路，根据使用者设定，单片机通过可变恒流控制电路的模数 转换器将所设定的的电流数值转换成O 40mA电流；可变恒流控制电路由模数转换器 (DAC)、运算放大器(U1)、晶体管(T5)和电阻RlO组成。根据需要的的电流数值，单片机通 过接口控制模数转换器(DAC)提供基准电压，此电压通过运算放大器(Ul)、晶体管(T5)和 电阻RlO形成稳定的电流。通过模数转换器(DAC)可以产生精确稳定的刺激电流。当不需 要产生刺激电流时，通过模数转换器(DAC)输出0即可。晶体管(T5)也是安全输出控制电 路的组成部件。通过所述可变电压高压产生电路和可变恒流控制电路的双调节作用，可以根据使 用者的耐受情况精确调节刺激的强弱，以满足不同使用者的需求。所述的安全输出电路由单片机控制的双晶体管保护电路，分别由NPN和PNP两种 晶体管与其独立的控制部分组成；需要输出时，双晶体管保护电路的两个晶体管同时导通； 使刺激需要30 100V高压和0 40mA电流安全输出；如果异常、失控或器件失效时，单片 机控制的两个晶体管不能同时导通；在NPN和PNP两种晶体管的输出端串联接入测压电阻， 该电阻对的高电压进行分压并将电压信号及时输送给单片机，通过单片机对分压进行模数 转换，当单片机发现未进行刺激时出现高压或电压数值不正确时，则停止输出信号，彻底停 止高压的产生。本足下垂自适应刺激器具有安装简单、操作方便，刺激强度可以调节，可以适应各 种正常及腿脚畸形患者使用，可以自动适应患者步行节奏，可以选择左右脚和具有跌倒报 警功能等特点，适合广大足下垂患者使用。附图说明图1为本技术的主视图和俯视图；图2为本技术的电气连接图；图1的主视图为本技术的说明书摘要附图。图中1、电池盒盖，2、“ + ”按键，3、“ADJ”按键，4、“_”按键，5、“ENT”按键，6、左刺 激电极接口，7、右刺激电极接口，8、左右刺激电极选择开关，9、工作指示灯，10、电源开关。具体实施方式本技术所述可变电压高压产生电路是由单片机(MCU)根据设置的刺激强度 通过PBO脚输出一定频率的脉冲信号控制Tl和T2组成的复合管电路产生不同的脉冲电 流。通过变压器TR在次级产生30 100V左右的高压。高压电压通过电阻R7和R8的分 压，将分压输入单片机(MCU)的PA2脚，单片机(MCU)对此电压进行模数转换，并判断是否 是合适的电压数值。如果不符合，则调整PBO脚的输出信号的占空比，以使其达到理想的设 置数值。本技术为精确控制施加在患者身上的刺激电流强度，仪器通过模数转换器 (DAC)、U1、T5和RlO组成可调整电流源电路来精确控制输出电流的强度以适应各种患者的使用。为保证患者的使用安全，本技术特设计了软硬双重安全措施来保护使用人员 的安全。安全输出电路由晶体管T4和T5组成。由于刺激需要30 100V高压和0 40mA 电流，如果异常、失控或器件失效会给使用者造成严重影响。为防止异常的出现，设计由晶 体管T4和T5组成安全输出电路，只有当需要输出时，单片机控制晶体管T4和T5同时导通。 如果异常、失控或器件失效时，晶体管T4和T5不能同时导通，因而保护使用者的安全。首先，在硬件设计上设计安全输出电路，由恒流源调整晶体管T5和输出控制晶体 管T3、T4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种足下垂自适应刺激器，包括外部电路和内部电路；其特征在于，外部电路包括外部按键和按键控制电路，外部按键包括“＋”按键、“－”按键、“ＡＤＪ”按键、“ＥＮＴ”按键，这些外部按键和蜂鸣器均连接到按键控制电路；内部电路包括单片机、可变电压高压产生电路、可变恒流控制电路、双轴角度传感器、安全输出电路；所述的可变电压高压产生电路，是能够产生３０～１００Ｖ高压直流电、提供４０ｍＡ以上电流输出的高压电源电路，通过单片机提供不同占空比的２０～４０Ｋｈｚ的信号来控制其输出电压；可变电压高压产生电路是通过单片机提供不同占空比的２０～４０Ｋｈｚ的信号来控制晶体管Ｔ１和Ｔ２的导通和截止；由Ｔ１和Ｔ２的导通和截止使得通过变压器ＴＲ初级的电流产生变化，变压器ＴＲ初级的电流产生变化使得变压器ＴＲ的次级产生电压；通过二极管Ｄ２检波，电容Ｅ４和Ｃ３滤波后形成直流电压；需要直流电压的高低通过调节２０～４０Ｋｈｚ信号的占空比来实现，需要高电压输出时将占空比调节在９０％左右；需要低电压输出时将占空比调节在３０％左右，不需要电压输出时将占空比调节在０％；所述可变恒流控制电路，根据使用者设定，单片机通过可变恒流控制电路的模数转换器将所设定的的电流数值转换成０～４０ｍＡ电流；可变恒流控制电路由模数转换器、运算放大器、晶体管和电阻Ｒ１０组成；根据需要的的电流数值，单片机通过接口控制模数转换器提供基准电压，此电压通过运算放大器、晶体管和电阻Ｒ１０形成稳定的电流；通过模数转换器产生精确稳定的刺激电流；当不需要产生刺激电流时，通过模数转换器输出０；晶体管也是安全输出控制电路的组成部件；所述的双轴角度传感器是±９０度的双轴角度传感器，采用重力分量检测技术能够精确检测与冠状轴和矢状轴的夹角，具有高达２００００ｇ的抗冲击能力和鲁棒性，具有±０．１度的检测重复精度、具有ＳＰＩ和模拟两种输出方式和１０Ｈｚ的响应速度；所述的安全输出电路由单片机控制的双晶体管保护电路，分别由ＮＰＮ和ＰＮＰ两种晶体管与其独立的控制部分组成；需要输出时，双晶体管保护电路的两个晶体管同时导通；使刺激需要３０～１００Ｖ高压和０～４０ｍＡ电流安全输出；如果异常、失控或器件失效时，单片机控制的两个晶体管不能同时导通；在ＮＰＮ和ＰＮＰ两种晶体管的输入端串联接入测压电阻，该电阻对的高电压进行分压并将电压信号及时输送给单片机，通过单片机对分压进行模数转换，当单片机发现未进行刺激时出现高压或电压数值不正确时，则...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇，邱天爽，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：实用新型
国别省市：91[]