[发明专利]一种用于窄脉冲电流的采集与测试电路系统

说明书

本发明提出了一种用于窄脉冲电流的采集与测试电路系统，包括：前级小电流采样电路与功能性刺激器的输出端连接，功能性刺激器输出的窄脉冲小电流信号经过采样电阻，通过检测经过采样电阻的输出信号以实现实时采集窄脉冲小电流信号；后级信号处理电路与前级小电流采样电路连接，前级小电流采样电路与后级信号处理电路中的ADC采样电路连接，对由前级小电流采样电路输出的采集的窄脉冲小电流信号进行量化处理，将量化的后数据进行缓存、预处理和格式打包，并通过ADC采样电路进行采样，以平均的方法来降低系统白噪声，生成ADC数据发送至上位机，由上位机对数据进行分析实时绘制窄脉冲小电流信号的波形，并自动分析测量出窄脉冲小电流信号的电信号参数。

技术领域

本发明涉及功能性电刺激技术领域，特别涉及一种用于窄脉冲电流的采集与测试电路系统。

背景技术

功能性电刺激(FES)技术是一种使用人体能够适应的脉冲电流刺激失去神经控制或者神经控制不完善的肌肉，从而使肌肉产生收缩力以便逐步替代或矫正器官及肢体的功能，进而恢复甚至重建人体适应外界环境的能力的方法。该技术已广泛用于各种肌肉骨骼系统疾病的治疗，包括增强肌力、缓解痉挛、逆转关节的挛缩和粘连、矫正脊柱侧弯等，治疗应用可以改善或阻止残疾状态的进一步发展。其核心功能单元是通过安全有效的安全的方法使截瘫患者可以通过有顺序，有规律的刺激，控制肌肉来实现功能性运动，用以实现代替或矫正肢体和器官已丧失的功能。在刺激神经肌肉的同时，也刺激传导神经，加上不断重复的运动模式信息，传入中枢神经系统，在皮层形成兴奋痕迹，逐渐恢复原有的运动机能。

功能性电刺激FES是一种康复技术，它使用电流刺激神经来诱发肌肉收缩，目的是产生功能性的运动。结合先进的多通道FES控制技术和智能控制系统，构建模式化、节律性、智能化的康复机器人系统。向多组目标肌肉或肌群的周围神经发送与患者运动相适应的同步程序化低频电刺激，控制肌肉来实现上下肢的周期性运动，改善肌群的力量和质量，达到运动功能重建的目标。

功能性电刺激输出的以周期重复出现的电流或电压脉冲称为脉冲电流，它或是以同一方向出现，或是以正、负交替变换方向出现。通过整流从交流电中得到的脉冲电流也称为“脉动直流电流”以及“脉动直流电压”。其输出的波形特点是电压高、脉宽窄、输出电流小、双极性变换，在临床医学领域需要直接作用到人体上，需要输出波形稳定，安全可靠。

在功能性电刺激技术开发领域需要对电刺激输出的电流、频率、电压和脉宽等参数进行验证，保证设计开发的正确性。电刺激输出的波形、频率、电压和脉宽参数可以通过在标准测试负载端用示波器采集信号直接测量出，能够满足设计开发的需求。但是，电刺激器输出的窄脉冲电流一般的脉宽为50～500us，持续时间非常短；输出电流一般为1～100mA，周期变化占空比小，且输出毫安级的脉冲型交流电流。常用的窄脉冲测量方法有如下几种：

(1)万用表直接测量法：采用传统的万用表只能做直流测试，且需断开连接线，万用表测试直流分量精度满足要求，但是无法测量这种交流型窄脉冲小电流。

万用表直接测量法存在如下缺陷：采用传统的万用表只能做直流测试，且需断开连接线串接到被测系统中，采用直流档直接测量直流小电流能够满足要求，但是万用表的交流档位输入信号带宽窄，响应慢，无法测量这种快速变化的交流型窄脉冲小电流。

(2)示波器间接测量法：采用高精度示波器电流探头通过电磁耦合进行非接触测量，要求电流探头的量程要在5A以内，量程大的电流探头精度分辨率太低，可以测试到几十毫安的持续小电流是没有问题的。

示波器间接测量法存在如下缺陷：一般的高精度示波器电流探头通过电磁耦合进行非接触测量，可以测试到几十毫安的持续小电流是没有问题的，但是测试这种窄脉冲的小电流很难精确捕捉到，尤其是测量到10mA以下的小电流，通用的电流探头无能为力，且要求电流探头的量程要在5A以内，量程大的电流探头精度分辨率太低，即使通过示波器和高精度电流探头能测试到几十毫安的电流，对示波器和探头的性能和精度要求都很高，成本非常高昂。