一种平衡感觉替代装置的制作方法

技术领域：

本发明涉及人体运动康复治疗技术领域，特别涉及一种平衡感觉替代装置。

背景技术：
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前庭失衡是由于多种前庭障碍导致的前庭反馈丧失而引起的严重问题。前庭康复治疗通过正规训练接受来自视觉和本体感觉的代偿而使大脑能够逐渐适应前庭功能丧失，不过适应过程可能花费几个月或者几年，甚至有时候无法完成。

提供人工平衡功能的装置分为植入式和非植入式。植入式刺激器是侵入式的，需要外科手上以嵌入至患者皮肤下面。非植入式刺激器通常从外部置于皮肤，通过刺激皮肤中的感觉末梢起作用，大部分皮肤触觉感受的空间分辨率很差，而且干燥皮肤电阻很大，要想刺激到皮肤中的感觉末梢，就必须采用相当高的电压，不够安全。

技术实现要素：
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(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种平衡感觉替代装置，电极阵列在使用过程中置于舌头表面。

(二)发明内容

本发明提供了一种平衡感觉替代装置，包括感知头盔和电极阵列；

所述感知头盔内置电路板，所述电路板包括惯性测量单元、微处理器控制单元、电刺激发生电路以及电源；

所述电极阵列是呈“+”形分布的5个电极，中心电极对应头部正立，左电极对应头部左倾，右电极对应头部右倾，上电极对应头部后仰，下电极对应头部前倾；

所述感知头盔和所述电极阵列通过集成线束连接。

所述惯性测量单元用于感知头部状态，包括陀螺仪、加速度计、位置传感器、速度传感器中的一个或多个；

所述微处理器控制单元包括：i2c/spi数字接口、输入指令寄存器、数字i/o、计时器和振荡器；所述微处理器控制单元处理来自所述惯性测量单元的数据以指示头部状态，并且控制所述电极阵列传递具有可调波形参数的电脉冲；

所述电刺激发生电路提供不含有直流分量的基准刺激电流。

所述微处理器控制单元通过所述数字i/o调制所述电刺激发生电路产生的基准刺激电流。

所述电极阵列在使用过程中置于舌头表面。

(三)有益效果

本发明提供了一种平衡感觉替代装置，是一种电极置于舌头表面的非植入式刺激器，舌头上的触觉感受空间分辨率很高，而且舌头一直处于充满电解质的环境中，可以和电极有良好的接触，只需很低的电压(相对于刺激指尖来说，只需要3％的电压)就能进行有效的刺激。同时该装置由微型电池独立供电，节能环保，安全可靠，便于移动使用。

附图说明：

图1为本发明所涉及的一种平衡感觉替代装置结构示意图。

图2为本发明所涉及的头部状态引起舌头上感觉的对应电极位置图。

图3为本发明所涉及的一种平衡感觉替代装置工作原理图。

图4为本发明所涉及的电刺激发生电路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

结合图1和图2，一种平衡感觉替代装置，包括感知头盔1和电极阵列2组成，感知头盔1和电极阵列2通过集成线束3连接。电极阵列2上的5个电极呈“+”分布，设定头部正立21’，对应中心电极21传递刺激信号；头部左倾22’，对应左电极22传递刺激信号；头部右倾23’，对应右电极23传递刺激信号；头部后仰24’，对应上电极24传递刺激信号；头部前倾25’，对应下电极25传递刺激信号。

结合图3，患者戴上感知头盔1，同时将电极阵列2置于舌头表面，内置于感知头盔1电路板上的惯性测量单元首先工作，惯性测量单元用于感知头部状态，包括陀螺仪、加速度计、位置传感器、速度传感器中的一个或多个。当患者头部处于上述五种状态之一时，惯性测量单元通过i2c/spi数字接口将状态参数送至微处理器控制单元，微处理器控制单元可为任意型号单片机。微处理控制单元中的输入指令寄存器存储上述电极阵列对应头部状态信息，处理来自惯性测量单元的数据以指示头部状态，并且控制电极阵列传递具有可调波形参数的电脉冲。计时器和振荡器用于控制微处理器控制单元如i2c、spi、i/o等外围接口的时序。微处理控制单元通过数字i/o调制电刺激发生电路产生的基准刺激电流，调制好的刺激脉冲电流通过集成线束3送至患者舌头表面的电极阵列2，使相应位置电极传递刺激信号至舌头表面对应区域，从而使患者感知头部状态。该装置可使用如纽扣电池等微型电池作为电源供电。

图4为电刺激发生电路原理图，用于产生基准刺激电流。为了确保装置感知状态的精确性，要求基准刺激电流非常稳定且不受任何外部元件影响。此电路中uin为装置电源电压，nmos管q1和q3组成电流镜，二者具有相同的栅源电压vgs，且q1的导通沟道宽长比是q2的四倍，所以i1＝4i2。pmos管q4和q5具有相同的跨导参数kp和开启电压vto。pnp三极管t的压降是一个导通压降vbe。假设q5的vgs比vto高vd，则：

vgs5＝vto+vd

i2＝kp×(vgs5-vto)²＝kp×vd²

vgs4＝vgs5+vbe＝vto+vd+vbe

i1＝kp×(vgs4-vto)²＝kp×(vd+vbe)²

i1＝4i2

(vd+vbe)²＝4vd²

vd＝vbe

i1＝4kp×vbe²

根据电流镜原理，此电路输出的基准刺激电流即为i1，因kp和vbe由器件本身参数决定，元件一经做好参数就被固定下来，基本上不随外部元件变化，因此基准参考电流很稳定。为了适应神经刺激的需要，刺激中不能含有直流分量。因为长期的直流分量会腐蚀电极，最简单的方法是用隔直电容c耦合输出。

本发明提供了一种平衡感觉替代装置，是一种电极置于舌头表面的非植入式刺激器，舌头上的触觉感受空间分辨率很高，而且舌头一直处于充满电解质的环境中，可以和电极有良好的接触，只需很低的电压(相对于刺激指尖来说，只需要3％的电压)就能进行有效的刺激。同时该装置由微型电池独立供电，节能环保，安全可靠，便于移动使用。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种平衡感觉替代装置，包括感知头盔和电极阵列；感知头盔内置电路板，电路板包括惯性测量单元、微处理器控制单元、电刺激发生电路以及电源；电极阵列是呈“+”形分布的5个电极，中心电极对应头部正立，左电极对应头部左倾，右电极对应头部右倾，上电极对应头部后仰，下电极对应头部前倾；感知头盔和电极阵列通过集成线束连接。本发明提供的装置是一种电极置于舌头表面的非植入式刺激器，舌头上的触觉感受空间分辨率很高，而且舌头一直处于充满电解质的环境中，可以和电极有良好的接触，只需很低的电压就能进行有效的刺激。同时该装置由微型电池独立供电，节能环保，安全可靠，便于移动使用。

技术研发人员：董荣琴
受保护的技术使用者：湖州健凯康复产品有限公司
技术研发日：2017.07.17
技术公布日：2017.09.08