一种动态电压调整的恒流刺激电路的制作方法

本发明属于医用恒流电刺激器技术领域，尤其涉及一种动态电压调整的恒流刺激电路。

背景技术：

临床上，肌肉恒流电刺激是一种较为常用的刺激方法，通常应用于肌肉、神经兴奋性检测及康复治疗等领域，其主要原理是根据医生设定参数，通过电极释放电刺激脉冲，对肌肉或神经组织施加恒定电流的电脉冲刺激，在刺激过程中，人体组织电阻可近似为恒定值，刺激时组织上的电压值与电极间阻抗呈正相关，故通常此类刺激装置具有输出电流恒定、输出电压随阻抗变化的特点。

现有技术中，应用于神经、肌肉的恒流刺激装置，其电路结构一般包含刺激电源电路，恒流刺激电路、控制电路以及信号反馈四部分。刺激电源电路功能是为恒流刺激电路提供工作电压，恒流刺激电路基于电压钳位原理，在恒流刺激电路的回路电阻上形成基准电流，通过回路电阻和开关器件与输出电极串联，刺激时，将串联电阻上的电压钳位在设定值，进而控制串联刺激回路中流过的电流大小，实现恒流输出，其具有结构简单，控制灵活等特点。

但现有技术的恒流刺激电路也存在一定缺陷，其仅具有恒定电流单项输出功能，无法保证输出电压幅值，通常为了匹配不同阻抗值的肌肉、神经组织，同时维持一定范围内电流恒流输出能力，刺激电路电源电压需保证不小于最大恒流值时的电极输出电压值，当组织阻抗较低或恒流电流未达到最大值时，输出刺激电压未能达到最大恒流电压，较多的剩余电压加载到串联电阻和开关器件上，无疑增加了回路损耗，且在多次连续刺激时，剩余电压对相关器件不断冲击，对器件的性能也是一种考验。

技术实现要素：

本发明提供了一种动态电压调整的恒流刺激电路，以解决现有技术中，恒流刺激电路存在的剩余电压会加大回路损耗，进而影响恒流刺激电路的使用寿命的问题。

为实现以上发明目的，采用的技术方案为：

一种动态电压调整的恒流刺激电路，包括：依次闭环连接的电源电压模块、恒流输出模块、等效负载和阻抗检测电路；所述电源电压模块用于向所述恒流输出模块输出一电源电压，所述恒流输出模块用于向所述等效负载加载一恒定刺激电流，所述阻抗检测电路用于检测所述等效负载的阻抗大小并将检测信号反馈至所述电源电压模块；其中，所述电源电压模块还设有控制单元，所述控制单元接收所述阻抗检测电路反馈的检测信号并调节所述电源电压模块输出的电源电压的大小。

本发明进一步设置为：所述阻抗检测电路反馈的检测信号为数字信号。

本发明进一步设置为：所述阻抗检测电路包括：分别与所述等效负载接触的第一电极和第二电极；用于向所述第一电极提供高频正弦交流电信号的激励模块；用于对所述第二电极的电压反馈信号进行检测与转换的解调模块。

本发明进一步设置为：所述激励模块的输入端输入有高频正弦交流电信号，所述激励模块的输出端与所述第一电极连接。

本发明进一步设置为：所述解调模块的输入端接收有所述第二电极的电压反馈信号，所述解调模块的输出端与所述控制单元连接。

本发明进一步设置为：所述激励模块包括：用于对所述高频正弦交流电信号进行过滤与除噪的滤波单元；用于对所述高频正弦交流电信号进行放大处理的放大单元。

本发明进一步设置为：所述解调模块包括：用于对所述电压反馈信号进行滤波与放大的处理单元；用于对所述电压反馈信号进行模数转换的a/d转换器。

本发明进一步设置为：所述等效负载为人体肌肉、神经组织。

本发明进一步设置为：所述阻抗检测电路检测的人体肌肉、神经组织的阻抗为皮肤阻抗。

本发明进一步设置为：所述滤波单元与所述放大单元依次连接，所述处理单元与所述a/d转换器依次连接。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过电源电压模块、恒流输出模块和阻抗检测电路，使得所述恒流输出模块在向等效负载加载一恒定电流时，所述阻抗检测电路可通过实时监测所述等效负载的阻抗大小并将检测信号反馈至控制单元，进一步的，所述控制单元调整所述电源电压模块输出的电源电压大小，即通过上述设置，使得所述等效负载的阻抗与电源电压相匹配，在所述恒流输出模块输出有不同恒定刺激电流的情况下，所述电源电压模块配置相应的电源电压，使之满足恒流输出模块的输出需求，以降低恒流刺激电路中的剩余电压，极大的提高了系统的安全性和工作稳定性，提升了恒流刺激电路的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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1为本发明实施例公开的一种动态电压调整的恒流刺激电路的框架图；

图2为本发明实施例公开的阻抗检测电路的框架图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开了一种动态电压调整的恒流刺激电路，如图1所示，包括：依次闭环连接的电源电压模块10、恒流输出模块20、等效负载30和阻抗检测电路40；所述电源电压模块10用于向所述恒流输出模块20输出一电源电压，所述恒流输出模块20用于向所述等效负载30加载一恒定刺激电流，所述阻抗检测电路40用于实时检测所述等效负载30的阻抗大小并将检测信号反馈至所述电源电压模块10；其中，所述电源电压模块10还设有控制单元11，所述控制单元11接收所述阻抗检测电路40反馈的检测信号并调节所述电源电压模块10输出的电源电压的大小。

在具体实施过程中，所述恒流输出模块20在向所述等效负载30加载一恒定电流时，所述阻抗检测电路40可通过实时监测所述等效负载30的阻抗大小并将检测信号反馈至控制单元11，进一步的，所述控制单元11调整所述电源电压模块10输出的电源电压大小，使得所述等效负载30的阻抗与电源电压相匹配，在所述恒流输出模块20输出有不同恒定刺激电流的情况下，所述电源电压模块10配置相应的电源电压，使之满足恒流输出模块20的输出需求，以降低恒流刺激电路中的剩余电压。

需要说明的是，所述阻抗检测电路40反馈的检测信号为时间离散、幅值也离散的数字信号，所述数字信号亦称为解调信号，其便于所述控制单元11采集、处理及转换。

如图2所示，所述阻抗检测电路40包括：分别与所述等效负载30接触的第一电极41和第二电极42；用于向所述第一电极41提供高频正弦交流电信号的激励模块43；用于对所述第二电极42的电压反馈信号进行检测与转换的解调模块44，其中，所述激励模块43的输入端输入有高频正弦交流电信号，所述激励模块43的输出端与所述第一电极41连接，所述解调模块44的输入端接收有所述第二电极42的电压反馈信号，所述解调模块44的输出端与所述控制单元11连接。

在具体实施过程中，所述等效负载30为人体肌肉、神经组织，所述阻抗检测电路40检测的人体肌肉、神经组织的阻抗为皮肤阻抗，需要说明的是，所述人体肌肉、神经组织间的阻抗分为接触阻抗和皮肤阻抗，其中接触阻抗呈电容性，在高频正弦交流电激励下阻抗逐渐减小，而皮肤阻抗保持不变，即可通过高频正弦交流电激励的方式，检测到人体皮肤阻抗值，在所述恒流输出模块20刺激时，所述人体肌肉、神经组织的阻抗即指此固定阻抗值，因此，设置所述激励模块43的输入端输入有高频正弦交流电信号。

在具体实施过程中，所述第一电极41与所述第二电极42接入所述人体肌肉、神经组织后，所述激励模块43释放经处理后的高频正弦交流电信号，通过所述第一电极41作用到所述人体肌肉、神经组织，在不同阻抗的人体肌肉、神经组织上形成不同峰值的电压，受皮肤阻抗作用，上述电压形成明显压降，进而通过所述解调模块44检测所述第二电极42处电压即可获取包含人体肌肉、神经组织的阻抗信息的载波信号，即获取了所述等效负载30的阻值大小，在所述恒流输出模块20输出的刺激电流恒定的情况下，通过欧姆定律运算即可得到能够维持恒流刺激的最小刺激电源电压，所述控制单元11调整所述电源电压模块10的输出，使其与最小刺激电源电压相等，从而达到了在保证所述恒流输出模块20恒流刺激的同时，将恒流刺激电路的电源电压降到最低的目的，相应的，本发明减弱了恒流刺激电路中剩余电压带来的安全隐患，提高了系统工作安全性且降低功耗。

如图2所示，所述激励模块43包括：用于对所述高频正弦交流电信号进行过滤与除噪的滤波单元431；用于对所述高频正弦交流电信号进行放大处理的放大单元432。

在具体实施过程中，所述滤波单元431与所述放大单元432依次连接，所述滤波单元431可对高频正弦交流电信号进行整形，过滤掉所述高频正弦交流电信号的衰减无用频率信号，同时亦起到抑制干扰和噪声的目的，进而达到提高信噪比的目的，保证所述高频正弦交流电信号的传递质量，再经过所述放大单元432放大后，通过所述第一电极41作用到人体肌肉、神经组织。

如图2所示，所述解调模块44包括：用于对所述电压反馈信号进行滤波与放大处理的处理单元442；用于对所述电压反馈信号进行模数转换的a/d转换器441。

在具体实施过程中，所述处理单元442与所述a/d转换器441依次连接，所述处理单元442将所述第二电极42的电压反馈信号经跟随、滤波、放大、比较处理后，输出一幅度稳定的电压反馈信号至所述a/d转换器441，所述a/d转换器441通过模数转化，将电压反馈信号转换为数字信号输出至所述所述控制单元11。

需要说明是的，所述控制单元11可包含升压、降压、控制电路、信号反馈比较等，其可由变压器或相关集成电路、芯片等构成升降压电路，如可通过pwm的方式调整电源电压，由控制电路对其脉宽进行调制实现电压幅度调整等，这里不在敷述。

本发明通过所述阻抗检测电路40向所述等效负载30加载一高频正弦交流电信号，通过检测所述第二电极42处的电压反馈信号获取所述等效负载30的阻抗大小，在所述恒流输出模块20输出的刺激电流恒定的情况下，通过欧姆定律计算得到能够维持恒流刺激的电源电压，所述控制单元11调整所述电源电压模块10的输出与计算值相等，从而减弱了恒流刺激电路中剩余电压带来的安全隐患，实现了结合所述阻抗检测电路40，实现所述电源电压模块10的动态电压调整功能，与以往神经、肌肉恒流刺激方式相比，本发明在保证恒流刺激的同时，将恒流刺激电路的电压降到最低，极大的降低了人体肌肉、神经组织接触高刺激电源电压的风险，同时消除了恒流刺激电路中剩余电压带来的安全隐患，提高了恒流刺激电路的工作安全性和稳定性，亦降低了恒流刺激电路的功耗。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。