一种肌电信号控制的外周磁刺激系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于康复医疗器械领域，涉及一种用肌电信号控制的外周磁刺激系统。
【背景技术】
[0002] 疲劳是人们日常生活中的常见现象，主要表现为体力和脑力活动后过早出现的精 疲力竭，难以启动或者维持主动运动，疲劳者可能需要花费更大的力气来完成在疲劳之前 轻易完成的活动，严重影响日常生活，甚至危害人体健康。此外，在运动医学中，积极有效 地消除疲劳，恢复体力也是提高体育成绩的一个关键条件。
[0003] 磁刺激技术由于其无创、无痛及在刺激深度和聚焦性上的优点已广泛应用于多个 领域。磁刺激是利用时变电流流入线圈产生时变磁场，从而在生物组织中产生感应电场和 感生电流，使组织产生兴奋。强磁场对于仪器设备的要求很高，需要专业人士操作，一般在 医院中使用，出于安全性考虑，刺激时间一般不宜过长。极低频磁场的磁场强度一般为几 mT 到几十mT，在临床诊断和治疗中可以长时间使用，一般的刺激时间为几十分钟到一个小时， 治疗疗程为一周或者两周。低频弱磁场使得磁刺激能够方便、安全且有效地被使用。
[0004] 刺激线圈是磁刺激系统中的重要部分，现有的外周磁刺激系统大都采用圆形线圈 或者传统经颅磁刺激仪常用的8字形线圈，不能很好的适应人体目标肌肉群和外周神经的 分布范围大、形状不规则和位置较深等特点。外周磁刺激系统的刺激线圈需要根据目标肌 肉群和外周神经进行针对性的设计。
[0005] 现有的刺激系统多是根据医生经验选择相关刺激参数，如刺激波形、刺激强度、刺 激频率、刺激时间等，不能对刺激效果定量化，并根据量化结果进行动态调节。经验性的参 数设置与传统的刺激模式难以满足个性化的治疗需求，容易导致过量刺激或刺激不足，不 能达到有效的或最佳治疗效果。个体化的治疗模式具有迫切的市场需求和重要研宄意义。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种肌电信号控制的外周磁刺激系统及方法， 利用使用者自身的肌电信号来设定个性化的刺激参数，可用于缓解使用者的疲劳感，而且 低频、低强度使得磁刺激能够方便、安全且有效地被使用。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供的一种肌电信号控制的外周磁刺激系统，其特征在 于，依次包括肌电信号采集模块、ARM处理器、功率放大器和刺激线圈，LCD触摸屏连接到 ARM处理器；所述的肌电信号采集模块包括肌电放大模块和A/D转换器；所述的ARM处理 器包括肌电信号分析模块和刺激信号产生模块；所述的IXD触摸屏包括显示模块和按键模 块；所述的刺激线圈为双矩形线圈或四叶形线圈；
[0008] 所述的ARM处理器包括肌电信号分析模块和刺激信号产生模块，所述的肌电信号 分析模块用于计算运动中的肌电信号均方根和平均功率频率的下降幅度，进而决定是否推 荐进行磁刺激，若推荐进行磁刺激则给出一组刺激参数；所述的刺激信号产生模块用于根 据设定的刺激频率、强度、刺激持续时间等参数产生刺激信号、进行D/A转换并输出。
[0009] 进一步，刺激信号采用单相脉冲，重复磁刺激方式，刺激频率、刺激强度和刺激的 持续时间可调：刺激频率的最小档位为50Hz，最大档位100Hz，调节步长为10Hz，档位数为 6 ;刺激强度的最小档位为10mT，最大档位为30mT，调节步长为5mT，档位数为5 ;刺激时间 的最小档位为l〇min，最大档位为30min，调节步长为5min，档位数为5。
[0010] 进一步，所述的功率放大器包括前置放大器、低通滤波器、光电耦合、后置放大器 和50Hz陷波器，低通滤波器的截止频率为500Hz。
[0011] 所述的肌电信号分析模块的工作方法，包括：
[0012] 步骤1，计算运动中肌电信号的均方根（RMS)和平均功率频率（MPF)的下降趋势， 即计算运动结束前30s的肌电信号的RMS和MPF与运动开始30s的肌电信号的RMS和MPF 的百分比 PERr 和 PERm，并取 per = min [PERr, PERm];
[0013] 步骤2,根据per判断是否疲劳，规定per小于90%为疲劳，若判断为疲劳则推荐 进行磁刺激，否则不推荐进行磁刺激；
[0014] 步骤3,推荐进行磁刺激时，根据per计算刺激频率、刺激强度和刺激持续时间的 推荐值，设某种调节参数的步长为ss，可调档位数为d，调节因子为n，那么该调节参数的推 荐值
【主权项】
1. 一种肌电信号控制的外周磁刺激系统，其特征在于，依次包括肌电信号采集模块、 ARM处理器、功率放大器和刺激线圈，LCD触摸屏连接到ARM处理器；所述的肌电信号采集模 块包括肌电放大模块和A/D转换器；所述的ARM处理器包括肌电信号分析模块和刺激信号 产生模块；所述的LCD触摸屏包括显示模块和按键模块；所述的刺激线圈为双矩形线圈或 四叶形线圈； 所述的双矩形线圈，采用铜巧直径0. 35mm的漆包铜线绕制，内部长为10cm，宽为5畑1， 高2cm，边厚7. 5mm ;作用范围为10-20cm2,刺激深度为1. 5-3cm ; 所述的四叶线圈，采用铜巧直径0. 35mm的漆包铜线绕制，组成四叶形线圈的四个圆的 内半径为20mm，外半径26mm，高15mm ;作用范围为10-20cm2,刺激深度为1. 5-3畑1。
2. 如权利要求1所述的肌电信号控制的外周磁刺激系统，其特征在于，刺激信号采用 单相脉冲，重复磁刺激方式，刺激频率、刺激强度和刺激的持续时间可调：刺激频率的最小 档位为50化，最大档位lOOHz，调节步长为10化，档位数为6 ;刺激强度的最小档位为lOmT， 最大档位为30mT，调节步长为5mT，档位数为5 ;刺激时间的最小档位为lOmin，最大档位为 30min，调节步长为5min，档位数为5。
3. 如权利要求1所述的肌电信号控制的外周磁刺激系统，其特征在于，所述的功率放 大器包括前置放大器、低通滤波器、光电禪合、后置放大器和50化陷波器，低通滤波器的截 止频率为500Hz。
4. 应用如权利要求1-3任意一项所述系统的方法，其特征在于，步骤如下： 步骤1，计算运动中肌电信号的均方根MS和平均功率频率MPF的下降趋势，即计算运 动结束前30s的肌电信号的RMS和MPF与运动开始30s的肌电信号的RMS和MPF的百分比 阳化和阳Rm，并取per = min [阳化，PERm]; 步骤2,根据per判断是否疲劳，规定per小于90%为疲劳，若判断为疲劳则推荐进行 磁刺激，否则不推荐进行磁刺激； 步骤3,推荐进行磁刺激时，根据per计算刺激频率、刺激强度和刺激持续时间的推荐 值，设某种调节参数的步长为SS，可调档位数为d，调节因子为n，那么该种调节参数的推荐 值为
其中，Smi。是指该种调节参数设定的最小档位，S 是指该种调节参数设定的最大档位， 调节因子n是关于per的函数，计算方法如下
上式中的CEILINGQ为向上取整函数。
【专利摘要】本发明提供了一种肌电信号控制的外周磁刺激系统及方法。所述的外周磁刺激系统包括肌电信号采集模块、ARM处理器、LCD触摸屏、功率放大器和刺激线圈，其中，ARM处理器包括肌电信号分析模块和刺激信号产生模块。该系统的工作方法为：肌电信号采集模块获取目标区域在运动开始30s和运动结束前30s的肌电信号，利用肌电信号分析模块，计算此次运动肌电信号的均方根和平均功率频率的下降幅度，进而决定是否推荐刺激，若推荐刺激则给出一组刺激参数；之后选择开始或者停止磁刺激；刺激信号产生模块，根据设定的刺激参数产生刺激信号，经D/A转换输出，再通过功率放大器驱动刺激线圈，对目标肌肉群和外周神经进行磁刺激，从而到达缓解外周疲劳的目的。
【IPC分类】A61N2-04, A61B5-0488
【公开号】CN104587605
【申请号】CN201510013335
【发明人】郝冬梅, 曹镠, 周亚男, 荣瑶, 宾光宇, 张松, 杨益民, 杨琳
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月11日