基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器的制造方法
【專利摘要】基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，屬于生機電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明為解決現(xiàn)有經(jīng)皮電刺激裝置可靠性不足，存在安全隱患的問題。本發(fā)明方案：控制器首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片、信號復(fù)用電路和電極復(fù)用電路，DDS芯片通過信號復(fù)用電路輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路，阻抗測量激勵信號給電極；同時矢量阻抗測量反饋電路將電極-皮膚阻抗測量結(jié)果反饋給控制器；控制器根據(jù)測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當滿足安全條件時，轉(zhuǎn)入經(jīng)皮電刺激狀態(tài)；控制器再發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令，電刺激電路輸出電刺激電流通過電極給人體進行經(jīng)皮電刺激。
【專利說明】基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種經(jīng)皮電刺激系統(tǒng)，屬于生機電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 矢量阻抗測量是一種同時測量待測物體電阻、容抗和感抗特性的技術(shù)，其將物體 的電氣特性轉(zhuǎn)化為一個復(fù)數(shù)，用該復(fù)數(shù)的實部表征物體的電阻，虛部表征物體的非阻性電 抗。相對于單純的電阻測量，其不僅描述了物體的直流伏安特性，還描述了物體的交流頻帶 特性。
[0003] 經(jīng)皮電刺激是一種在人體皮膚表面敷設(shè)電極釋放電流，刺激皮下目標區(qū)域或深層 組織的電刺激手段。由于其不用將電刺激裝置植入人體，因此具有創(chuàng)傷小，操作簡便的優(yōu) 點，被廣泛用于理療、鎮(zhèn)痛、假肢的感覺替代和功能康復(fù)中。
[0004] 選擇恰當?shù)碾姶碳?shù)，可以使被刺激者感到震動、觸動、麻木和壓迫等不同的感 覺，另一方面若電刺激參數(shù)選擇不當，則會使被刺激者感到疼痛，甚至引起灼傷或其他組織 損傷等不良后果。由于經(jīng)皮電刺激的刺激電流通過人體皮膚注入皮下組織，電極-皮膚界 面的變化影響著經(jīng)皮電刺激的效果以及被刺激者的主觀感覺，而電極與皮膚的極化效應(yīng)， 會在電極-皮膚界面形成雙電層，導(dǎo)致電極-皮膚界面在具有阻性電抗的同時還具有容性 電抗，單純的電阻測量不能有效反映真實的人體電生理特性以及電極-皮膚界面狀態(tài)。
[0005] 但現(xiàn)有的經(jīng)皮電刺激裝置可靠性差，由于電刺激參數(shù)選擇的規(guī)范性差，無法有效 消除電極-皮膚界面變化引起的不安全隱患，不能準確觀測人體的電生理狀態(tài)和電極-皮 膚界面參數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有經(jīng)皮電刺激裝置可靠性不足，存在安全隱患的問題， 提供了 一種基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器。
[0007] 本發(fā)明所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器包括控制器、DDS芯 片、信號復(fù)用電路、電刺激電路、電極復(fù)用電路、電極、矢量阻抗測量激勵電路和矢量阻抗測 量反饋電路；電極貼在人體的皮膚表面；
[0008] 控制器首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片、信號復(fù)用電路和電極復(fù)用電路，DDS芯 片通過信號復(fù)用電路輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路，矢量阻抗測量激勵電路 輸出阻抗測量激勵信號給電極；同時矢量阻抗測量反饋電路將電極-皮膚阻抗測量結(jié)果反 饋給控制器；
[0009] 控制器根據(jù)電極-皮膚阻抗測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)電刺 激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當電極-皮膚阻抗測量結(jié)果滿足安全條件時，轉(zhuǎn)入經(jīng) 皮電刺激狀態(tài)；
[0010] 控制器發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令給DDS芯片、信號復(fù)用電路和電極復(fù)用電路，DDS芯片 通過信號復(fù)用電路輸出電刺激信號給電刺激電路，電刺激電路輸出電刺激電流通過電極給 人體進行經(jīng)皮電刺激。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點：安全性高，能夠反饋測量皮膚的矢量阻抗信息，方便經(jīng)皮電刺激的 自動進行。監(jiān)測皮膚的矢量阻抗信息后再進行經(jīng)皮電刺激，安全可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器的原理框圖；
[0013] 圖2是信號復(fù)用電路與DDS芯片的電氣連接具體電路圖；
[0014] 圖3是電刺激電路的具體電路圖；
[0015] 圖4是矢量阻抗測量激勵電路的具體電路圖；
[0016] 圖5是電極復(fù)用電路的具體電路圖；
[0017] 圖6是電極的具體結(jié)構(gòu)及與人體組織的關(guān)系圖；
[0018] 圖7是復(fù)阻抗測量反饋電路的具體電路圖。

【具體實施方式】

【具體實施方式】 [0019] 一：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于矢量阻抗 反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，它包括控制器1、DDS芯片2、信號復(fù)用電路3、電刺激電 路4、電極復(fù)用電路5、電極6、矢量阻抗測量激勵電路7和矢量阻抗測量反饋電路8 ;電極6 貼在人體的皮膚表面；
[0020] 控制器1首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片2、信號復(fù)用電路3和電極復(fù)用電路5， DDS芯片2通過信號復(fù)用電路3輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路7,矢量阻抗測 量激勵電路7輸出阻抗測量激勵信號給電極6 ;同時矢量阻抗測量反饋電路8將電極-皮 膚阻抗測量結(jié)果反饋給控制器1 ;
[0021] 控制器1根據(jù)電極-皮膚阻抗測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極6與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié) 電刺激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當電極-皮膚阻抗測量結(jié)果滿足安全條件時，轉(zhuǎn) 入經(jīng)皮電刺激狀態(tài)；
[0022] 控制器1發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令給DDS芯片2、信號復(fù)用電路3和電極復(fù)用電路5， DDS芯片2通過信號復(fù)用電路3輸出電刺激信號給電刺激電路4,電刺激電路4輸出電刺激 電流通過電極6給人體進行經(jīng)皮電刺激。
[0023] 電極6包括正相刺激電極6-1、反相刺激電極6-2和參考地電極6-3,三枚電極構(gòu) 成星形連接。其貼在人體皮膚表面，由于人體組織是良導(dǎo)體，三枚電極構(gòu)成了一個星形連 接，為了測量該星形連接網(wǎng)絡(luò)中各電極-皮膚阻抗，每次選擇兩枚電極接入網(wǎng)絡(luò)，并測量二 者的阻抗和。
[0024] 經(jīng)皮電刺激器的工作分為兩個狀態(tài)，即阻抗測量狀態(tài)和經(jīng)皮電刺激狀態(tài)。為了保 護使用者的安全，在每次進行經(jīng)皮電刺激之前要對電極的阻抗進行測量。
[0025] 控制器1通過串行接口通信協(xié)議傳遞控制指令，設(shè)置DDS芯片2的頻率設(shè)置寄存 器、相位設(shè)置寄存器、幅值設(shè)置寄存器的數(shù)值，以實現(xiàn)對DDS芯片2各通道輸出三角函數(shù)波 形的頻率、相位和幅值。所述的DDS芯片2基于數(shù)字頻率直接合成技術(shù)，在控制器1的控 制下產(chǎn)生參數(shù)可調(diào)的電刺激信號或矢量阻抗測量激勵信號。DDS芯片2應(yīng)具有偶數(shù)個輸出 通道，為實現(xiàn)多通道電刺激，DDS芯片的輸出通道數(shù)不少于2,當需要多通道時，可采用多枚 DDS芯片并聯(lián)組成多個DDS輸出通道，為減少共模輸出噪聲對電刺激的影響，每一 DDS輸出 通道具有正反兩個輸出端口（記為CHX+和CHX-);

【具體實施方式】 [0026] 二：下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進 一步說明，DDS芯片2具有至少兩個輸出通道：通道0和通道1，每個輸出通道具有正反兩個 輸出端口，分別為CH0+、CH0-和CH1+、CH1-;
[0027] 信號復(fù)用電路3由模擬開關(guān)SO來實現(xiàn)；
[0028] 模擬開關(guān)S0置1時，DDS芯片2輸出電刺激波形，通道0和通道1串聯(lián)；CH0+與 CH1-相連，并作為電刺激電路4的輸入端子IN+ ;CH〇-與CH1+相連，并作為電刺激電路4的 輸入端子IN-;輸入端子IN+和IN-接收電刺激波形給電刺激電路4,電極地MGND與實際地 GND相連；
[0029] 模擬開關(guān)S0置0時，DDS芯片2輸出矢量阻抗測量激勵波形，通道0和通道1并 聯(lián)，CH0+、CH0-、CH1+和CH1-分別作為矢量阻抗測量激勵電路7的輸入端子SIN+、SIN-、 CIN+和CIN-，輸入端子SIN+、SIN-、CIN+和CIN-接收矢量阻抗測量激勵波形給矢量阻抗測 量激勵電路7 ;電極地MGND與實際地GND之間串聯(lián)測量電阻RM。

【具體實施方式】 [0030] 三：下面結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進 一步說明，電刺激電路4包括差分放大器A、差分放大器B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻 R4、電阻R5和電阻R6 ;差分放大器A的同相輸入端通過電阻R1連接輸入端子IN+ ;差分放 大器A的反相輸入端通過電阻R2連接輸入端子IN-;差分放大器A的反相輸入端和電刺激 波形輸出端子0UT+之間并聯(lián)電阻R3 ;
[0031] 差分放大器B的同相輸入端通過電阻R5連接輸入端子IN-;差分放大器B的反相 輸入端通過電阻R4連接輸入端子IN+ ;差分放大器B的反相輸入端和電刺激波形輸出端子 OUT-之間并聯(lián)電阻R6 ;
[0032] 差分放大器A和差分放大器B的正極供電端子連接+20V直流電源；差分放大器A 和差分放大器B的負極供電端子連接-20V直流電源；
[0033] 輸入端子IN+和IN-接收電刺激波形，電刺激波形輸出端子0UT+和OUT-輸出功 率放大后的正反兩相電刺激波形。
[0034] 所述電刺激電路4用于功率放大DDS芯片2發(fā)出的電刺激波形，并為每一通道電 刺激波形輸出正反兩相刺激。
[0035] 為了保證正反兩相刺激電流相等，以抵消刺激電流對其它測量設(shè)備的干擾，要滿 足條件：電阻R1和電阻R2的阻值相等，電阻R4和電阻R5的阻值相等，電阻R3與電阻R1 的阻值比值和電阻R6與電阻R4的阻值比值相等。

【具體實施方式】 [0036] 四：下面結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進 一步說明，矢量阻抗測量激勵電路7包括正弦波形放大電路和余弦波形放大電路；
[0037] 正弦波形放大電路包括差分放大器A、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ;差分放大器A的 同相輸入端通過電阻R1連接輸入端子SIN+ ;差分放大器A的反相輸入端通過電阻R2連接 輸入端子SIN-;差分放大器A的反相輸入端和正弦激勵輸出端子S0UT之間并聯(lián)電阻R3 ;
[0038] 余弦波形放大電路包括差分放大器C、電阻R7、電阻R8和電阻R9 ;差分放大器C的 同相輸入端通過電阻R7連接輸入端子CIN+ ;差分放大器C的反相輸入端通過電阻R8連接 輸入端子CIN-;差分放大器C的反相輸入端和余弦激勵輸出端子C0UT之間并聯(lián)電阻R9 ;
[0039] 正弦激勵輸出端子S0UT輸出的正弦激勵波形和余弦激勵輸出端子C0UT輸出的余 弦激勵波形的幅值相等、頻率相等。
[0040] 所述矢量阻抗測量激勵電路7用于功率放大DDS芯片2發(fā)出的每一通道矢量阻抗 測量激勵波形，輸出正弦激勵波形（端口為S0UT)和同等幅值同等頻率的余弦激勵波形。
[0041] 為了保證正弦激勵波形與余弦激勵波形電壓相等，要滿足條件：電阻R1和電阻R2 的阻值相等，電阻R7和電阻R8的阻值相等，電阻R3與電阻R1的阻值比值和電阻R9與電 阻R7的阻值比值相等。
[0042] 為了節(jié)約元件與布線空間，矢量阻抗測量激勵電路5的正弦波形放大電路與電刺 激電路4的正相波形放大電路為同一套電路，

【具體實施方式】 [0043] 五：下面結(jié)合圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式對實施方式一 作進一步說明，電極復(fù)用電路5包括與門D1、或門D2、或門D3、或門D4、非門D5、非門D6、模 擬開關(guān)S1、模擬開關(guān)S2、模擬開關(guān)S3、模擬開關(guān)S4、模擬開關(guān)S5和模擬開關(guān)S6 ;
[0044] 電極復(fù)用電路5的接入端子CTL1和CTL2接收控制器1發(fā)出的阻抗測量指令/經(jīng) 皮電刺激指令；
[0045] CTL1置1，CTL2置1，則Sl，S2, S3, S4, S5, S6均置1，正相刺激電極6-1與電刺激 波形輸出端子0UT+相連，反相刺激電極6-2與電刺激波形輸出端子OUT-相連，參考地電極 6-3與電極地MGND相連，此時三枚電極釋放正反雙相電刺激電流；
[0046] CTL1置1，CTL2置0,則S1、S3、S6置0, S2, S4, S5置1，正相刺激電極6-1與余弦 激勵輸出端子C0UT相連，反相刺激電極6-2與電極地MGND相連，參考地電極6-3不接入電 路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極6-1與反相刺激電極6-2,可測量二者的 串聯(lián)阻抗，記為Z1 ;
[0047] CTL1置0, CTL2置1，則S1、S3、S4置0, S2, S5, S5置1，正相刺激電極6-1與余弦 激勵輸出端子C0UT相連，參考地電極6-3與MGND相連，反相刺激電極6-2不接入電路，此 時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極6-1與參考地電極6-3,可測量二者的串聯(lián)阻 抗，記為Z2 ;
[0048] CTL1置0, CTL2置0,則SI、S2、S3、S5置0, S4, S6置1，參考地電極6-3與余弦激 勵輸出端子C0UT相連，反相刺激電極6-2與電極地MGND相連，正相刺激電極6-1不接入電 路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過參考地電極6-3與反相刺激電極6-2,可測量二者的串 聯(lián)阻抗，記為Z3;
[0049] 通過線性變換可得正相刺激電極6-1的電極-皮膚阻抗ZP = (Zl+Z2-Z3)/2,反相 刺激電極6-2的電極-皮膚阻抗ZN = (Z1+Z3-Z2) /2，參考地電極6-3的電極-皮膚阻抗Ze =(Ζ2+Ζ3-Ζ1)/2。
[0050] 模擬開關(guān)Sl，S2, S3, S4, S5, S6,其由兩個布爾量CTL1，CTL2通過一系列邏輯門元 件控制。

【具體實施方式】 [0051] 六：下面結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進 一步說明，矢量阻抗測量反饋電路8包括模擬乘法器Ml、模擬乘法器M2、低通濾波器F1、低 通濾波器F2和ADC芯片；
[0052] 模擬乘法器Ml的一個輸入端和模擬乘法器M2的一個輸入端同時連接電極6的一 個電極、測量電阻RM的一端和電極地MGND ;測量電阻RM的另一端連接實際地GND ;
[0053] 模擬乘法器Ml的另一個輸入端連接正弦激勵輸出端子SOUT ;
[0054] 模擬乘法器M2的另一個輸入端同時連接余弦激勵輸出端子C0UT和連接電極6的 另一個電極；
[0055] 模擬乘法器Ml的輸出端連接低通濾波器F1的輸入端，低通濾波器F1的輸出端連 接ADC芯片的一個模擬信號輸入端；
[0056] 模擬乘法器M2的輸出端連接低通濾波器F2的輸入端，低通濾波器F2的輸出端連 接ADC芯片的另一個模擬信號輸入端；
[0057] ADC芯片的輸出端連接控制器1的反饋信號輸入端；
[0058] 控制器1得到的C0UT與MGND兩端口間的電極的矢量阻抗為：
[0059]

【權(quán)利要求】
1. 基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，它包括控制器（1)、 DDS芯片（2)、信號復(fù)用電路（3)、電刺激電路（4)、電極復(fù)用電路（5)、電極（6)、矢量阻抗測 量激勵電路（7)和矢量阻抗測量反饋電路（8);電極（6)貼在人體的皮膚表面； 控制器（1)首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片（2)、信號復(fù)用電路（3)和電極復(fù)用電路 (5)，DDS芯片（2)通過信號復(fù)用電路（3)輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路（7)， 矢量阻抗測量激勵電路（7)輸出阻抗測量激勵信號給電極（6);同時矢量阻抗測量反饋電 路（8)將電極-皮膚阻抗測量結(jié)果反饋給控制器（1); 控制器（1)根據(jù)電極-皮膚阻抗測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極（6)與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié) 電刺激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當電極-皮膚阻抗測量結(jié)果滿足安全條件時，轉(zhuǎn) 入經(jīng)皮電刺激狀態(tài)； 控制器⑴發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令給DDS芯片（2)、信號復(fù)用電路（3)和電極復(fù)用電路 (5)，DDS芯片⑵通過信號復(fù)用電路（3)輸出電刺激信號給電刺激電路（4)，電刺激電路 (4)輸出電刺激電流通過電極（6)給人體進行經(jīng)皮電刺激。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，DDS芯片（2)具有至少兩個輸出通道：通道0和通道1，每個輸出通道具有正反兩個輸出 端口，分別為 CHO+、CHO-和 CH1+、CH1-; 信號復(fù)用電路（3)由模擬開關(guān)SO來實現(xiàn)； 模擬開關(guān)SO置1時，DDS芯片⑵輸出電刺激波形，通道0和通道1串聯(lián)；CH0+與 CH1-相連，并作為電刺激電路（4)的輸入端子IN+ ;CH〇-與CH1+相連，并作為電刺激電路 (4)的輸入端子IN-;輸入端子IN+和IN-接收電刺激波形給電刺激電路（4)，電極地MGND 與實際地GND相連； 模擬開關(guān)SO置0時，DDS芯片⑵輸出矢量阻抗測量激勵波形，通道0和通道1并聯(lián)， CH0+、CH0-、CH1+和CH1-分別作為矢量阻抗測量激勵電路（7)的輸入端子SIN+、SIN-、CIN+ 和CIN-，輸入端子SIN+、SIN-、CIN+和CIN-接收矢量阻抗測量激勵波形給矢量阻抗測量激 勵電路（7);電極地MGND與實際地GND之間串聯(lián)測量電阻RM。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，電刺激電路（4)包括差分放大器A、差分放大器B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電 阻R5和電阻R6 ;差分放大器A的同相輸入端通過電阻R1連接輸入端子IN+ ;差分放大器A 的反相輸入端通過電阻R2連接輸入端子IN-;差分放大器A的反相輸入端和電刺激波形輸 出端子0UT+之間并聯(lián)電阻R3 ; 差分放大器B的同相輸入端通過電阻R5連接輸入端子IN-;差分放大器B的反相輸 入端通過電阻R4連接輸入端子IN+ ;差分放大器B的反相輸入端和電刺激波形輸出端子 OUT-之間并聯(lián)電阻R6 ; 差分放大器A和差分放大器B的正極供電端子連接+20V直流電源；差分放大器A和差 分放大器B的負極供電端子連接-20V直流電源； 輸入端子IN+和IN-接收電刺激波形，電刺激波形輸出端子0UT+和OUT-輸出功率放 大后的正反兩相電刺激波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，電阻R1和電阻R2的阻值相等，電阻R4和電阻R5的阻值相等，電阻R3與電阻R1的阻 值比值和電阻R6與電阻R4的阻值比值相等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，矢量阻抗測量激勵電路（7)包括正弦波形放大電路和余弦波形放大電路； 正弦波形放大電路包括差分放大器A、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ;差分放大器A的同 相輸入端通過電阻R1連接輸入端子SIN+ ;差分放大器A的反相輸入端通過電阻R2連接輸 入端子SIN-;差分放大器A的反相輸入端和正弦激勵輸出端子SOUT之間并聯(lián)電阻R3 ; 余弦波形放大電路包括差分放大器C、電阻R7、電阻R8和電阻R9 ;差分放大器C的同 相輸入端通過電阻R7連接輸入端子CIN+ ;差分放大器C的反相輸入端通過電阻R8連接輸 入端子CIN-;差分放大器C的反相輸入端和余弦激勵輸出端子COUT之間并聯(lián)電阻R9 ; 正弦激勵輸出端子SOUT輸出的正弦激勵波形和余弦激勵輸出端子COUT輸出的余弦激 勵波形的幅值相等、頻率相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，電阻R1和電阻R2的阻值相等，電阻R7和電阻R8的阻值相等，電阻R3與電阻R1的阻 值比值和電阻R9與電阻R7的阻值比值相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，電極（6)包括正相刺激電極（6-1)、反相刺激電極（6-2)和參考地電極（6-3)，三枚電極 構(gòu)成星形連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，電極復(fù)用電路（5)包括與門D1、或門D2、或門D3、或門D4、非門D5、非門D6、模擬開關(guān) S1、模擬開關(guān)S2、模擬開關(guān)S3、模擬開關(guān)S4、模擬開關(guān)S5和模擬開關(guān)S6 ; 電極復(fù)用電路（5)的接入端子CTL1和CTL2接收控制器（1)發(fā)出的阻抗測量指令/經(jīng) 皮電刺激指令； CTL1置1，CTL2置1，則Sl，S2, S3, S4, S5, S6均置1，正相刺激電極（6-1)與電刺激波 形輸出端子OUT+相連，反相刺激電極（6-2)與電刺激波形輸出端子OUT-相連，參考地電極 (6-3)與電極地MGND相連，此時三枚電極釋放正反雙相電刺激電流； CTL1置1，CTL2置0,則S1、S3、S6置0，S2，S4，S5置1，正相刺激電極（6-1)與余弦激 勵輸出端子COUT相連，反相刺激電極（6-2)與電極地MGND相連，參考地電極（6-3)不接入 電路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極（6-1)與反相刺激電極（6-2)，可測量 二者的串聯(lián)阻抗，記為Z1 ; CTL1置0, CTL2置1，則S1、S3、S4置0, S2, S5, S5置1，正相刺激電極（6-1)與余弦激 勵輸出端子COUT相連，參考地電極（6-3)與MGND相連，反相刺激電極（6-2)不接入電路， 此時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極￠-1)與參考地電極￠-3)，可測量二者的 串聯(lián)阻抗，記為Z2 ; CTL1置0，CTL2置0,則S1、S2、S3、S5置0，S4，S6置1，參考地電極（6-3)與余弦激勵 輸出端子COUT相連，反相刺激電極（6-2)與電極地MGND相連，正相刺激電極（6-1)不接入 電路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過參考地電極￠-3)與反相刺激電極￠-2)，可測量二 者的串聯(lián)阻抗，記為Z3; 通過線性變換可得正相刺激電極（6-1)的電極-皮膚阻抗ZP= (Zl+Z2-Z3)/2,反相刺 激電極（6-2)的電極-皮膚阻抗21<= (Zl+Z3-Z2)/2,參考地電極（6-3)的電極-皮膚阻抗 ZG= (Ζ2+Ζ3-Ζ1)/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在 于，矢量阻抗測量反饋電路（8)包括模擬乘法器Ml、模擬乘法器M2、低通濾波器F1、低通濾 波器F2和ADC芯片； 模擬乘法器Ml的一個輸入端和模擬乘法器M2的一個輸入端同時連接電極（6)的一個 電極、測量電阻RM的一端和電極地MGND ;測量電阻RM的另一端連接實際地GND ; 模擬乘法器Ml的另一個輸入端連接正弦激勵輸出端子SOUT ; 模擬乘法器M2的另一個輸入端同時連接余弦激勵輸出端子COUT和連接電極（6)的另 一個電極； 模擬乘法器Ml的輸出端連接低通濾波器F1的輸入端，低通濾波器F1的輸出端連接 ADC芯片的一個模擬信號輸入端； 模擬乘法器M2的輸出端連接低通濾波器F2的輸入端，低通濾波器F2的輸出端連接 ADC芯片的另一個模擬信號輸入端； ADC芯片的輸出端連接控制器（1)的反饋信號輸入端； 控制器⑴得到的COUT與MGND兩端口間的電極的矢量阻抗為：
式中：Vm為正弦激勵輸出端子SOUT與余弦激勵輸出端子COUT輸出的正弦、余弦波幅 值，R為測量電阻RM的電阻值，V,為模擬乘法器Ml和M2的倍數(shù)電壓，Vi為ADC芯片測量得 到的低通濾波器F1的平均輸出，V 2為低通濾波器F2的平均輸出。
【文檔編號】A61N1/36GK104096314SQ201410338946
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】黃琦, 姜力, 趙京東, 楊大鵬, 樊紹巍, 劉宏, 曾博 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)