肌电生物反馈电路的制作方法

本实用新型涉及电路技术领域，特别涉及一种肌电生物反馈电路。

背景技术：

现有肌电反馈仪产品主要有两类，一类为设备型，另一类为便携型。设备型组成很复杂，体积庞大，须外配PC电脑。便携式显示及操作界面单一，人机交互体验差。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种肌电生物反馈电路，以至少解决上述技术问题之一。

本实用新型实施例提供一种肌电生物反馈电路，其特征在于，包括主控电路、肌电检测电路、电刺激产生电路、镜像电刺激输出通路、肌电检测和电刺激输出复用通路、显示屏控制电路以及显示屏，其中：

所述主控电路分别与所述显示屏控制电路、所述肌电检测电路、所述电刺激产生电路、所述镜像电刺激输出通路相连接，所述镜像电刺激输出通路与所述电刺激产生电路相连接以实现镜像电刺激输出波形，所述显示屏控制电路与所述显示屏相连接；

所述肌电检测和电刺激输出复用通路分别与所述肌电检测电路、所述电刺激产生电路相连接；所述肌电检测和电刺激输出复用通路通过控制不同光耦的开关时序，以实现所述肌电检测电路从人体采集的肌电信号与所述电刺激产生电路反馈至人体的电刺激信号复用同一根电极线；

所述主控电路根据所述肌电检测电路采集的肌电信号，通过所述镜像电刺激输出通路反馈输出电刺激波形，同时，所述主控电路发送指令给所述显示屏实时显示采集到的肌电信号和电刺激输出波形。

本实用新型电路采用了新颖的电路设计，自带显示屏和显示屏控制电路，提高人机交互体验。

在一些实施方式中，本实用新型的肌电生物反馈电路还包括与所述主控电路相连接的气压电路，其中：

所述气压电路包括气压采集电路、充气泵驱动电路和放气阀驱动电路；

所述气压采集电路包括气压传感器、差分放大电路以及减法电路，所述气压传感器检测并将用户挤压气棒的压力转换为电信号，并将所述电信号传输给所述差分放大电路，所述差分放大电路放大所述电信号，并将放大后的电信号传输给所述减法电路，所述减法电路对放大后的电信号进行处理，并将处理后的电信号传输给所述主控电路进行分析处理；

所述充气泵驱动电路根据接收的所述主控电路的高电位指令使所述充气泵驱动电路的三极管导通，从而达到控制电机的运转来充气；

所述放气阀驱动电路根据接收的所述主控电路的高电位指令使所述放气阀驱动电路的三极管导通，从而达到控制电机的反转来放气。

由此，本实用新型的肌电生物反馈电路还能实现压力式生物反馈，通过非乳胶传感器和主机检测到人体收缩的程度，判断人体盆腔肌肉收缩力度，进而可以给出锻炼方案。

在一些实施方式中，本实用新型的反馈电路中的肌电检测和电刺激输出复用通路包括肌电检测光耦、电刺激输出光耦和右腿驱动光耦，其中，右腿驱动光耦作为人体参考点，

通过控制所述肌电检测光耦导通、所述右腿驱动光耦导通以及所述电刺激输出光耦关断，以使从人体采集的肌电信号通过所述肌电检测光耦传输到所述肌电检测电路；以及

通过控制所述电刺激输出光耦导通、所述右腿驱动光耦关断以及所述肌电检测光耦关断，以使所述电刺激产生电路产生的电刺激信号反馈到人体。

由此，本实用新型的肌电生物反馈电路能够实现肌电检测和电刺激输出复用，简化电路设计。

在一些实施方式中，本实用新型的反馈电路中的肌电检测电路包括单导联心率监护前端、隔离运算放大器、第一通用运算放大器、工频陷波器和第二通用放大器，其中：

所述单导联心率监护前端与所述的肌电检测光耦相连接，所述单导联心率监护前端与所述隔离运算放大器相连接，所述隔离运算放大器与所述第一通用运算放大器相连接，所述第一通用运算放大器与所述工频陷波器相连接，所述工频陷波器与所述第二通用运算放大器相连接；

以将所述隔离光耦从人体采集的肌电信号传输至所述单导联心率监护前端，所述肌电信号通过所述单导联心率监护前端进行放大和滤波，产生单相正弦波信号，所述隔离运算放大器对所述单向正弦波信号进行隔离和放大，所述第一通用运算放大器对信号的参考点进行调整，所述工频陷波器，滤除50Hz工频干扰信号，之后，第二通用运算放大器对滤波后的信号再次滤波和放大，并将再次处理的信号传送给主控电路。

由此，本实用新型的肌电生物反馈电路通过上述的光耦、隔离运放等实现了通道与通道之间的隔离，从而每个通道可以单独使用，互不影响。同时防止了人体与电源直接接触，增加了设备的安全性。

在一些实施方式中，本实用新型的肌电生物反馈电路包括4个生物肌电反馈通道、4个功能电刺激通道、2个镜像电刺激通道以及2个盆底肌力检测通道，其中，

所述生物肌电反馈通道用于肌电信号的采集和处理，根据肌电提供的反馈，触发产生低频电刺激；

所述功能电刺激通道用于产生电刺激信号；

所述镜像电刺激通道用于镜像电刺激信号输出；

所述盆底肌力检测通道用于盆底肌力检测。

由此，本实用新型的肌电生物反馈电路通过对4个不同通道控制信号的处理，来实现不同通道独立工作，配合不同通道之间的隔离，实现2名患者可同时使用。

在一些实施方式中，本实用新型的肌电生物反馈电路还包括开机电路和电源电路，其中：

所述开机电路控制整机开机和/或关机；

所述电源电路包括主控电路供电电路、气泵气阀供电电路、显示屏控制电路供电电路、显示屏供电电路、肌电检测电路供电电路、电刺激产生电路供电电路、镜像电刺激输出通路供电电路，其中，各供电电路分别与关联的电路连接以实现供电。

在一些实施方式中，本实用新型的肌电生物反馈电路还包括编码开关控制电路、电刺激输出指示灯和工作指示灯控制电路、遥控器控制电路、以及按键控制电路。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a和图1b为本实用新型的肌电生物反馈电路一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的肌电生物反馈电路中的肌电检测和电刺激输出复用通路的一实施例的电路连接示意图；

图3a、图3b和图4为本实用新型的肌电生物反馈电路中的肌电检测电路的一实施例的各个部分的电路连接示意图；

图5为本实用新型的肌电生物反馈电路中的电刺激产生电路的一实施例的电路连接示意图；

图6为本实用新型的肌电生物反馈电路中的气压检测电路的一实施例的电路连接示意图。

具体实施例

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1a所示，本实用新型的一实施例的肌电生物反馈电路，包括主控电路、肌电检测电路、电刺激产生电路、镜像电刺激输出通路、肌电检测和电刺激输出复用通路、显示屏控制电路以及显示屏，其中：

主控电路分别与显示屏控制电路、肌电检测电路、电刺激产生电路、镜像电刺激输出通路相连接，镜像电刺激输出通路与电刺激产生电路相连接以实现镜像电刺激输出波形，显示屏控制电路与显示屏相连接；

肌电检测和电刺激输出复用通路分别与肌电检测电路、电刺激产生电路相连接；肌电检测和电刺激输出复用通路通过控制不同光耦的开关时序，以实现肌电检测电路从人体采集的肌电信号与电刺激产生电路反馈至人体的电刺激信号复用同一根电极线；

主控电路根据肌电检测电路采集的肌电信号以及镜像电刺激输出通路镜像的电刺激输出波形向显示屏控制电路控制指令，以实现显示屏控制电路控制显示屏实时显示采集到的肌电信号和电刺激输出波形。

本实施例的肌电生物反馈电路通过将以上各电路组合在一起，可以实现简化电路，集多种功能于一体，检测的同时显示采集的信号和波形，提升用户体验。

在一些可选的实施例中，上述肌电生物反馈电路还包括开机电路，与开机电路相连为各电路供电的供电电路，包括但不限于主控电路供电电路、气泵气阀供电电路和显示屏控制电路供电电路，与主控电路和电刺激产生电路相连的强度调节、按键及LED输出指示电路，以及与显示屏控制电路相连的flash电路、程序调试接口USB电路。进一步地，在图1b中示出了包含四个检测通道(A通道、B通道、C通道和D通道)的肌电生物反馈电路，具体元器件以及连接关系与图1a相类似，在此不再赘述。

以下，结合一具体的实施例附图，对本发明的电路的组成和有益效果进行详细的介绍。需要说明的是，附图中出现了大量的组件，由于其中大部分组件都是本领域技术人员能够从图中得出的，因此在说明书中不再对其进行赘述。

本实用新型电路主要包括开机电路(A)，主控电路供电电路(B)，气泵气阀供电电路(C)，TFT液晶显示屏控制电路供电电路(D)和(E)，TFT液晶显示屏背光模组供电电路(F)，肌电检测和电刺激输出复用通路(G)(如图2所示)，镜像电刺激输出通路(H)，肌电检测电路(I)和(J)(如图3所示和图4所示)，电刺激产生电路(K)(如图5所示)，主控电路(L)，强度调节编码开关、按键及LED输出指示电路(M)，TFT液晶显示屏控制电路(N)，flash电路(O)，程序调试接口USB电路(P)，气压检测电路(Q)(如图6所示)，充气泵和放气阀驱动电路(R)。

1、开机电路(A)控制整机开机/关机。

2、电源电路：给各功能模块供电，包括主控IC供电电路(B)，气泵气阀供电电路(C)，TFT液晶显示屏控制IC供电电路(D)和(E)，TFT液晶显示屏供电电路(F)

3、肌电检测和电刺激输出复用通路(G)：此电路的优点在于通过控制光耦(AQY210S)的开/关，来控制肌电检测和电刺激输出的信号传输时序，从而实现肌电检测输入和电刺激输出复用一根电极线，简化电路和结构设计。以A通道为例，U502A/U503A是肌电检测光耦，U507A是右腿驱动光耦，U500A/U505A和U501A/U504A是电刺激输出光耦。当EMG_EN_A高电平、TENS_P_A和TENS_N_A低电平时，MOS管Q502A(BSS138TA)导通，U502A/U503A/U507A导通，此时，人体体表的电极片检测到的肌电信号通过U502A/U503A传输到肌电检测电路，U507A作为人体参考点；当EMG_EN_A低电平、TENS_P_A和TENS_N_A高电平时，MOS管Q502A(BSS138TA)关断、Q500A和Q501A导通，此时U500A/U505A和U501A/U504A光耦导通，电刺激信号通过这4个光耦反馈到人体。为了实现电刺激双相平衡波，TENS_P_A和TENS_N_A处于高电平的时间不同。TENS_P_A高电平时、TENS_N_A处于低电平，此时U501A/U504A关断，U500A/U505A导通，传输正向电刺激脉冲信号；当TENS_P_A低电平时、TENS_N_A处于高电平，此时U500A/U505A关断，U501A/U504A导通，传输反向电刺激脉冲信号，从而实现电刺激双向平衡波。双向平衡波的好处在于降低电刺激导致的化学作用。通过光耦的隔离作用，使电源与人体隔离，增加了设备的安全性。B、C、D通道与A通道原理相同。

4、镜像电刺激输出通路(H)：B通道和D通道的镜像通路的工作原理与复用通路中的电刺激输出双向平衡波的原理相同。通过控制4个光耦的开关时间，来实现镜像输出双向平衡波。同时，通过光耦的隔离作用，防止人体与电源直接接触，增加了设备的安全性。

5、肌电检测电路(I)和(J)：光耦传输进来的微弱的肌电信号，是差分信号。以A通道为例，

a、主要电路部分：信号通过U301A(AD8232)进行放大和滤波，产生单相正弦波信号；然后通过隔离运放U303A(AMC1200)的隔离和进一步放大；运放U304A(LMC6482)对信号的参考点进行调整；U320A(LTC1067)构成工频陷波器，滤除50Hz工频干扰信号；运放U321A(LMC6482)对信号进一步滤波和放大，然后把信号传送给主控IC，主控IC对放大后的肌电信号进行分析处理。电路的优点在于通过使用集成仪表放大器、运算放大器、右腿驱动放大器、导联脱落检测电路的IC(AD8232)完成肌电信号的前级处理，简化了电路设计。

b、本电路采用AD8232自带的直流导联脱落检测方式：当+IN电极断开连接时，LOD+处于高电平状态，当与-IN电极断开连接时，LOD-处于高电平状态，反之则处于低电平状态。电极脱落信号通过数字隔离器U302A(ADuM1200)隔离，然后通过双二极管BAT54C传输到主控IC。当有一个电极脱落时，则BAT54C输出高电平，反之则输出低电平。

c、供电电路：3.3V电压通过由U360A(SN6501QDBVRQ1)、隔离变压器T350A、D360A/D361A组成的半波整流电路、C362A/C363A组成的滤波稳压电路，几部分电路组成的boost开关电源，然后通过LDO(LP2985-33)稳定输出3.3V电压给肌电检测电路的隔离前的部分电路供电；Q300A/Q301A及其周边电路肌电检测电路的隔离后的部分电路供电；通过EMG_POWER_A信号控制肌电检测部分电路的供电，以达到降低功耗的作用；

d、自校准功能：光耦U307A/U308A/U309A(CPC1006N)及其周边电路组成自校准电路。开机瞬间，3个光耦导通，I/O处检测到的信号即为电路本身的噪声信号。在对电极片采集到的信号进行处理时，I/O处检测到的信号减去电路本身的噪声信号，才是真正采集到的肌电信号。提高了信号的准确性；

e、快速恢复电路：由光耦U305A/U306A(CPC1006N)及其周边电路组成。由于肌电信号的高通滤波器采用低截止频率(低于20Hz)，信号建立时间可能长达数秒。为了缩短建立时间，每次肌电采集之前，光耦U305A/U306A导通，使高通滤波器的电阻并联一个低阻值的电阻，提高高通滤波器的截止频率。光耦U310A(CPC1006N)及其周边电路组成，在助力电刺激模式和触发电刺激模式下，每次电刺激输出后光耦导通，使信号检测前端接地，从而达到电路快速放电的功能；

f、放大倍数切换功能：由光耦U322A及其周边电路组成，当检测到的信号低于100uV时，光耦导通，使电路放大倍数增加，从而提高对微弱信号处理的准确性；

A、B、C、D这4个通道肌电检测部分电路通过上述的光耦、隔离运放、数字隔离器和隔离变压器实现了通道与通道之间的隔离，从而每个通道可单独使用，互不影响。同时防止了人体与电源直接接触，增加了设备的安全性

6、电刺激产生电路(K)：是电刺激的产生电路。以A通道为例：

a、电刺激产生电路：主控IC产生的PWM信号，通过R421A/C409A/R409A/C404A组成的2阶整流滤波电路转换为直流电压信号，通过控制PWM的占空比实现不同的电刺激电压输出；STIM_Pulse_A控制MOS管Q404A的导通/关断来实现电刺激的不同脉宽。运放U400A(LMC6482)、MOS管Q403A和电阻R406A组成恒流源，使电极片外接负载不同时，输出的电刺激电流强度相同；变压器T400A是一个三绕组变压器，N1∶N2∶N3＝1∶20∶1，变压器初级侧电流到变压器N2侧使电流强度缩小20倍，以实现设计要求的电刺激强度；

b、N3侧由U402A(LM397)及其周边电路组成电极脱落判定电路。当电极脱落时，外接负载类似于无穷大，则N1侧电压无穷大，由于电路总供电电压是电池电压，根据N1∶N3＝1∶1，则N3侧的电压则是电池电压，D404A(SS310)使电刺激信号单向导通，D405A及R418A为脉冲信号反向波提供通路，减少尖峰。U402A(LM397)及R413A/R414A/R415A/R416A组成电压比较器，电极脱落时，反向输入端电压高于参考电压，输出低电平，反之则输出高电平；

c、强度调节是通过电路(M)中的编码开关控制电路来实现的。主控IC通过检测编码开关产生的脉冲信号，来调整PWM的占空比，从而控制电刺激输出强度。

d、STIM_EN_A信号控制Q402A/Q401A的导通/关断来控制电刺激电路的供电，从而降低了功耗；隔离变压和隔离光耦使电源部分和人体不直接接触，提高了设备的安全性。A、B、C、D这4个通道可独立工作，互不影响。

7、主控电路(L)是整个电路的心脏，其主要是一颗主芯片MCU(STM32F103ZE)，所有指令均由它发出，它接收到肌电检测电路送来的信号后，经过分析处理，确认肌电信号的大小；根据患者设定的参数(包括治疗频率、脉宽、丛宽、从间、幅值及总治疗时间等)来输出电刺激信号用于治疗。通过控制不同光耦的开关时序，来实现肌电检测输入/电刺激输出复用同一根电极线、触发电刺激和助力电刺激功能；同时，通过对4个不同通道控制信号的处理，来实现不同通道独立工作，配合不同通道之间的隔离，实现2名患者可同时使用；另外通过控制放气阀和充气泵，实现系统自动充/放气，患者挤压气棒后使气压采集电路采集有用信号并发送给主控进行分析，选择适宜的电刺激治疗方案进行治疗。与TFT液晶显示屏控制IC之间的通信，控制显示屏实时显示相关信息；

8、电路(M)由编码开关控制电路、电刺激输出指示灯和工作指示灯控制电路、遥控器控制电路、以及按键控制电路组成。

9、TFT液晶显示屏控制电路(N)：是7时TFT液晶显示屏的显示控制电路，通过MCU(N32905U1DN)发出的各个指令，控制显示屏实时显示采集到的肌电信号、电刺激输出波形等，提高人机交互体验；

10、flash电路(O)：flash ROM(MT29F1G08A)比普通的ROM读写速度快，擦写方便，用来存储用户程序和需要永久保存的数据；TFT液晶显示屏控制电路(N)通过程序调试接口USB电路(P)来实现程序调试的。

11、气压电路包括三部分：气压检测电路(Q)、充气泵驱动电路(R)、放气阀驱动电路(R)。以A通道为例：

a、气压采集电路(Q)：首先通过气压传感器U102A(MPS-3117-006GC)检测将挤压气棒的压力值转换为微弱的电信号，再通过U100A(LMC6482)及其周边电路组成的差分放大电路放大气压信号，U101A(LMC6482)及其周边电路组成减法电路，对放大后的气压信号进行处理，提供给主控电路分析处理。

b、充气泵驱动电路(R)通过主芯片给出高电位使三极管导通，从而达到控制电机(充气泵)的运转来充气

c、放气阀驱动电路(R)通过主芯片给出高电位使三极管导通，从而达到控制电机(放气阀)的反转来放气

d、气压电路分A/C通道，两个通道可单独使用，互不影响。

本实用新型电路主要实用于新型涉及医用治疗及康复技术产品，更具体的说是涉及一种集肌电检测、功能电刺激、触发电刺激、助力电刺激、盆底肌力检测及液晶显示于一体的治疗仪。

综上，本实用新型相对于现有技术，至少可以实现以下有益效果：

1、超大液晶屏显示电路；

2、生物肌电反馈电路：通过患者肢体体表电极，采集患者肌肉在静止或收缩时的微弱生物电信号，经过信号处理后，提取患者自主肌电及肌力强度表达信号，根据肌电提供的反馈信号，触发产生低频电刺激；

3、压力式生物反馈技术：通过非乳胶传感器和主机检测到你收缩的程度，判断你盆腔肌肉收缩力度从而给出锻炼方案；

4、电极分离技术：肌电和电刺激使用同一根电极线；

5、功能电刺激电路：对称式双相平衡波；

6、通道隔离技术：4个生物肌电反馈通路之间相互隔离，互不影响，每个通道可独立工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。