可穿戴上肢功能性电刺激仪的设计与实验
2022年电子技术应用第6期
苏栋楠1，2，尚 鹏2，胡志刚1，曾梓琳1，魏 风2，吴继鹏2，杨德龙2
1.河南科技大学 医学技术与工程学院，河南 洛阳471000；2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳518055
摘要： 功能性电刺激已经成为医院脑卒中运动康复治疗的常用有效手段，但治疗仪机器体积庞大，训练地点固定且电刺激模式单一。针对以上问题，设计一款基于STM32芯片可穿戴四通道功能性电刺激仪。它需要能够实时调控电刺激模式与参数，还能够满足患者自主居家的上肢康复训练。电刺激仪系统由STM32主控芯片、电源管理模块、boost升压模块、电刺激驱动电路以及串口屏人机交互模块等组成。实验结果表明，该仪器能有效引起肌肉的收缩，正确地输出电刺激波形，达到行康复治疗的疗效。
中圖分類號： TP242.3
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222527
中文引用格式： 蘇棟楠，尚鵬，胡志剛，等. 可穿戴上肢功能性電刺激儀的設計與實驗[J].電子技術應用，2022，48(6)：92-97.
英文引用格式： Su Dongnan，Shang Peng，Hu Zhigang，et al. Design and experiment of a wearable functional electrical stimulation instrument for upper limbs[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：92-97.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222527
中文引用格式： 蘇棟楠，尚鵬，胡志剛，等. 可穿戴上肢功能性電刺激儀的設計與實驗[J].電子技術應用，2022，48(6)：92-97.
英文引用格式： Su Dongnan，Shang Peng，Hu Zhigang，et al. Design and experiment of a wearable functional electrical stimulation instrument for upper limbs[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：92-97.
Design and experiment of a wearable functional electrical stimulation instrument for upper limbs
Su Dongnan1，2，Shang Peng2，Hu Zhigang1，Zeng Zilin1，Wei Feng2，Wu Jipeng2，Yang Delong2
1.College of Medical Technology and Engineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471000，China； 2.Shenzhen Institute of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Shenzhen 518055，China
Abstract： Functional electrical stimulation has become a commonly used and effective method for the rehabilitation of stroke in hospitals. However, due to the large size of the therapeutic apparatus, the fixed training location, and the single electrical stimulation mode, a wearable four-channel functional electrical stimulator based on the STM32 chip was designed to solve the above problems. It needs to be able to control the electrical stimulation mode and parameters in real-time, and also to meet the upper limb rehabilitation training of patients at home. The electric stimulator system includes the STM32 main control chip, power management module, boost module, electric stimulation drive circuit, and serial screen human-computer interaction module. Experimental results show that the instrument can effectively cause muscle contraction, output electrical stimulation waveforms correctly, and achieve the curative effect of rehabilitation therapy.
Key words : functional electrical stimulation；electrical stimulation parameters；upper limb；hardware
0 引言
當今腦卒中(俗稱中風)患者數量與日俱增，截至2020年底，我國統計的腦卒中患者已有1 200多萬人，且呈現年輕化趨勢，25歲以上的成年人罹患腦卒中終身風險為39.3%[1]。此外，腦卒中往往伴隨著患者的運動功能損傷，對患者的生活與工作造成不便，而早期的康復治療能一定程度上有效恢復患者的運動功能[2-7]。功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation，FES)就是使用低頻電信號刺激肌肉，使失能肌肉產生收縮，釋放神經遞質，通過下運動神經元反饋刺激上運動神經元，達到患者康復治療的療效。如今，功能性電刺激已經成為醫院康復治療的常用有效手段，但是目前醫院用于功能性電刺激的儀器體積龐大，使用場地局限性較大，不便于患者實時和任意場所的康復訓練。針對以上問題，本文設計了一款針對上肢康復訓練的可穿戴四通道功能性電刺激儀，可以自主控制升壓范圍，多頻率可調，且治療儀體積小巧便攜，滿足患者居家上肢康復訓練。
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作者信息：
蘇棟楠1，2，尚 鵬2，胡志剛1，曾梓琳1，魏 風2，吳繼鵬2，楊德龍2
(1.河南科技大學 醫學技術與工程學院，河南 洛陽471000；2.中國科學院深圳先進技術研究院，廣東 深圳518055)
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