技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及人體運動康復(fù)治療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平衡感覺替代裝置。

背景技術(shù)：
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前庭失衡是由于多種前庭障礙導(dǎo)致的前庭反饋喪失而引起的嚴(yán)重問題。前庭康復(fù)治療通過正規(guī)訓(xùn)練接受來自視覺和本體感覺的代償而使大腦能夠逐漸適應(yīng)前庭功能喪失，不過適應(yīng)過程可能花費幾個月或者幾年，甚至有時候無法完成。

提供人工平衡功能的裝置分為植入式和非植入式。植入式刺激器是侵入式的，需要外科手上以嵌入至患者皮膚下面。非植入式刺激器通常從外部置于皮膚，通過刺激皮膚中的感覺末梢起作用，大部分皮膚觸覺感受的空間分辨率很差，而且干燥皮膚電阻很大，要想刺激到皮膚中的感覺末梢，就必須采用相當(dāng)高的電壓，不夠安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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(一)解決的技術(shù)問題

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種平衡感覺替代裝置，電極陣列在使用過程中置于舌頭表面。

(二)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種平衡感覺替代裝置，包括感知頭盔和電極陣列；

所述感知頭盔內(nèi)置電路板，所述電路板包括慣性測量單元、微處理器控制單元、電刺激發(fā)生電路以及電源；

所述電極陣列是呈“+”形分布的5個電極，中心電極對應(yīng)頭部正立，左電極對應(yīng)頭部左傾，右電極對應(yīng)頭部右傾，上電極對應(yīng)頭部后仰，下電極對應(yīng)頭部前傾；

所述感知頭盔和所述電極陣列通過集成線束連接。

所述慣性測量單元用于感知頭部狀態(tài)，包括陀螺儀、加速度計、位置傳感器、速度傳感器中的一個或多個；

所述微處理器控制單元包括：i2c/spi數(shù)字接口、輸入指令寄存器、數(shù)字i/o、計時器和振蕩器；所述微處理器控制單元處理來自所述慣性測量單元的數(shù)據(jù)以指示頭部狀態(tài)，并且控制所述電極陣列傳遞具有可調(diào)波形參數(shù)的電脈沖；

所述電刺激發(fā)生電路提供不含有直流分量的基準(zhǔn)刺激電流。

所述微處理器控制單元通過所述數(shù)字i/o調(diào)制所述電刺激發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)刺激電流。

所述電極陣列在使用過程中置于舌頭表面。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種平衡感覺替代裝置，是一種電極置于舌頭表面的非植入式刺激器，舌頭上的觸覺感受空間分辨率很高，而且舌頭一直處于充滿電解質(zhì)的環(huán)境中，可以和電極有良好的接觸，只需很低的電壓(相對于刺激指尖來說，只需要3％的電壓)就能進(jìn)行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節(jié)能環(huán)保，安全可靠，便于移動使用。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所涉及的一種平衡感覺替代裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所涉及的頭部狀態(tài)引起舌頭上感覺的對應(yīng)電極位置圖。

圖3為本發(fā)明所涉及的一種平衡感覺替代裝置工作原理圖。

圖4為本發(fā)明所涉及的電刺激發(fā)生電路圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所涉及的實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1和圖2，一種平衡感覺替代裝置，包括感知頭盔1和電極陣列2組成，感知頭盔1和電極陣列2通過集成線束3連接。電極陣列2上的5個電極呈“+”分布，設(shè)定頭部正立21’，對應(yīng)中心電極21傳遞刺激信號；頭部左傾22’，對應(yīng)左電極22傳遞刺激信號；頭部右傾23’，對應(yīng)右電極23傳遞刺激信號；頭部后仰24’，對應(yīng)上電極24傳遞刺激信號；頭部前傾25’，對應(yīng)下電極25傳遞刺激信號。

結(jié)合圖3，患者戴上感知頭盔1，同時將電極陣列2置于舌頭表面，內(nèi)置于感知頭盔1電路板上的慣性測量單元首先工作，慣性測量單元用于感知頭部狀態(tài)，包括陀螺儀、加速度計、位置傳感器、速度傳感器中的一個或多個。當(dāng)患者頭部處于上述五種狀態(tài)之一時，慣性測量單元通過i2c/spi數(shù)字接口將狀態(tài)參數(shù)送至微處理器控制單元，微處理器控制單元可為任意型號單片機(jī)。微處理控制單元中的輸入指令寄存器存儲上述電極陣列對應(yīng)頭部狀態(tài)信息，處理來自慣性測量單元的數(shù)據(jù)以指示頭部狀態(tài)，并且控制電極陣列傳遞具有可調(diào)波形參數(shù)的電脈沖。計時器和振蕩器用于控制微處理器控制單元如i2c、spi、i/o等外圍接口的時序。微處理控制單元通過數(shù)字i/o調(diào)制電刺激發(fā)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)刺激電流，調(diào)制好的刺激脈沖電流通過集成線束3送至患者舌頭表面的電極陣列2，使相應(yīng)位置電極傳遞刺激信號至舌頭表面對應(yīng)區(qū)域，從而使患者感知頭部狀態(tài)。該裝置可使用如紐扣電池等微型電池作為電源供電。

圖4為電刺激發(fā)生電路原理圖，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)刺激電流。為了確保裝置感知狀態(tài)的精確性，要求基準(zhǔn)刺激電流非常穩(wěn)定且不受任何外部元件影響。此電路中uin為裝置電源電壓，nmos管q1和q3組成電流鏡，二者具有相同的柵源電壓vgs，且q1的導(dǎo)通溝道寬長比是q2的四倍，所以i1＝4i2。pmos管q4和q5具有相同的跨導(dǎo)參數(shù)kp和開啟電壓vto。pnp三極管t的壓降是一個導(dǎo)通壓降vbe。假設(shè)q5的vgs比vto高vd，則：

vgs5＝vto+vd

i2＝kp×(vgs5-vto)²＝kp×vd²

vgs4＝vgs5+vbe＝vto+vd+vbe

i1＝kp×(vgs4-vto)²＝kp×(vd+vbe)²

i1＝4i2

(vd+vbe)²＝4vd²

vd＝vbe

i1＝4kp×vbe²

根據(jù)電流鏡原理，此電路輸出的基準(zhǔn)刺激電流即為i1，因kp和vbe由器件本身參數(shù)決定，元件一經(jīng)做好參數(shù)就被固定下來，基本上不隨外部元件變化，因此基準(zhǔn)參考電流很穩(wěn)定。為了適應(yīng)神經(jīng)刺激的需要，刺激中不能含有直流分量。因為長期的直流分量會腐蝕電極，最簡單的方法是用隔直電容c耦合輸出。

本發(fā)明提供了一種平衡感覺替代裝置，是一種電極置于舌頭表面的非植入式刺激器，舌頭上的觸覺感受空間分辨率很高，而且舌頭一直處于充滿電解質(zhì)的環(huán)境中，可以和電極有良好的接觸，只需很低的電壓(相對于刺激指尖來說，只需要3％的電壓)就能進(jìn)行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節(jié)能環(huán)保，安全可靠，便于移動使用。

上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種平衡感覺替代裝置，包括感知頭盔和電極陣列；感知頭盔內(nèi)置電路板，電路板包括慣性測量單元、微處理器控制單元、電刺激發(fā)生電路以及電源；電極陣列是呈“+”形分布的5個電極，中心電極對應(yīng)頭部正立，左電極對應(yīng)頭部左傾，右電極對應(yīng)頭部右傾，上電極對應(yīng)頭部后仰，下電極對應(yīng)頭部前傾；感知頭盔和電極陣列通過集成線束連接。本發(fā)明提供的裝置是一種電極置于舌頭表面的非植入式刺激器，舌頭上的觸覺感受空間分辨率很高，而且舌頭一直處于充滿電解質(zhì)的環(huán)境中，可以和電極有良好的接觸，只需很低的電壓就能進(jìn)行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節(jié)能環(huán)保，安全可靠，便于移動使用。

技術(shù)研發(fā)人員：董榮琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖州健凱康復(fù)產(chǎn)品有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.17
技術(shù)公布日：2017.09.08