技术特征：
1.一种单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统，其特征在于包括：—刺激器，与上位机通讯，根据上位机的指令输出脉冲信号给生物刺激电极；采集膝关节角度采集器两个传感器的位置信息，并据此计算得到大鼠后肢的膝关节角度变化数据并发送给上位机进行保存；—生物刺激电极，采用钨丝单端电极或者表面电极，固定于脊髓表面诱发步态运动的关键位点，对该关键位点施加电激励以实现步态重建，所述脊髓表面诱发步态运动的关键位点是指位于脊髓l2节段背侧表面，对其施加电激励脉冲即能产生左右下肢中一个向前迈另一个往后蹬的动作、改变电激励脉冲的极性可使左右下肢动作方式交换反转的位点；—参考电极，置于距离所述关键位点4cm以内的肌肉或脊髓处；—膝关节角度采集器，包含两个固定于大鼠后肢的传感器，实时得将传感器的位置信息并发送至刺激器；—阻抗测量电路，包含阻抗测量芯片，用于测量与脊髓接触时电极端口间的阻抗；—继电器切换电路，用于将参考电极和生物刺激电极在接入阻抗测量电路和刺激电路之间进行切换，切换指令由刺激器发出。2.根据权利要求1所述的一种单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统，其特征在于：所述脉冲信号包含交替的正电压脉冲信号串和负电压脉冲信号串，所述正电压脉冲信号串和负电压脉冲信号串中，脉冲信号的脉宽为200us，脉冲信号的间隔为30ms，脉冲信号的数量为25
‑
35个，正电压脉冲信号串起始和负电压脉冲信号串起始之间的时间间隔为步态周期的二分之一。3.根据权利要求1所述的一种单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统，其特征在于：所述继电器切换电路包括串联在回路中的继电器和三极管，三极管的基极连接刺激器的切换指令输出端，继电器具有与生物刺激电极连接的第一端口、与参考电极连接的第二端口；当继电器不得电时，第一端口与阻抗测量芯片的阻抗测量输出端连接，第二端口与阻抗测量芯片的阻抗测量输入端连接，此时通过阻抗测量芯片测量与脊髓接触时电极端口间的的阻抗，并发送给刺激器；当继电器得电时，第一端口与刺激器的脉冲信号发生端口连接，第二端口接地，此时刺激器通过刺激电极刺激大鼠cpg位点。4.根据权利要求1所述的一种单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统，其特征在于：关键位点左右各一个，右侧关键位点的坐标范围为x=（0.377
±
0.196）*l1/2；y=(0.780
±
0.143)*l2，左侧关键位点坐标范围为x=（
‑
0.385
±
0.182）*l1/2；y=(
‑
0.779
±
0.147)*l2；x为脊髓腰膨大横径方向，y为脊柱的头尾方向，l1是脊髓腰膨大横径的宽度；l2是脊椎t12节段的长度，坐标原点为脊髓后正中沟与脊椎t12节段头侧横截面的交点。5.根据权利要求1所述的一种单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统，其特征在于：正脉冲信号的电流幅值范围为220～500μa，负脉冲信号的电流幅值范围为
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500～
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220μa。6.权利要求1
‑
5任一项单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统的使用方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1、刺激器获取上位机“开始试验”的指令，通过阻抗测量电路测量与脊髓接触时电极端口间的的阻抗，并将测量结果反馈给刺激器；步骤2、刺激器判断与脊髓接触时电极端口间的阻抗是否在允许范围内，如果在允许范
围内，则执行步骤3，否则向实验者发出提醒；步骤3、刺激器向继电器切换电路输出控制信号，使继电器得电动作，使得参考电极和生物刺激电极接入刺激电路，刺激器通过刺激电极刺激大鼠cpg位点。7.根据权利要求6所述的单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统的使用方法，其特征在于：步骤3还包括刺激脉冲的闭环调控方法：根据上位机选择的大鼠膝关节角度变化的参考系，刺激器以10hz的频率采集大鼠后肢的膝关节角度，每采集一次与同一时刻的参考系角度进行对比，按照刺激器通过按键调控幅值得到膝关节角度变化的关系模型，刺激器自动增加或者减少脉冲的幅值以让大鼠的膝关节角度始终维持在参考系角度附近。8.根据权利要求7所述的单端口电极刺激大鼠cpg位点的双后肢步态调控系统的使用方法，其特征在于：刺激脉冲的电压调控范围在
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2.255v~2.255v之间，步长为0.161v，每次调控的幅值为0.161v的整数倍。
技术总结
本发明涉及一种单端口电极刺激大鼠CPG位点的双后肢步态调控系统，包括：上位机、刺激器、生物刺激电极、参考电极、膝关节角度采集器、阻抗测量电路和继电器切换电路。本发明系统通过正负电压脉冲刺激信号刺激特定的CPG位点，利用传感器跟踪捕获膝关节角度数据，建立信号与步态的映射关系模型，通过实时反馈给处理器的步态关节角度信息，形成闭环调控。根据映射关系模型设定训练参数对SCI大鼠进行步态训练。与正常步态相比，可以在正常步态一定范围内进行调控。围内进行调控。围内进行调控。
技术研发人员：沈晓燕 邵巍 鲁松
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2021.07.02
技术公布日：2021/10/8