[发明专利]一种两用电极及采用两用电极实现表面肌电提取及经皮电刺激的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生机电一体化领域。

背景技术

表面肌电信号作为一种常用的肌肉运动监测手段，具有监测准确、无创伤、价格低廉的优点，被广泛应用于肌肉的病理诊断、假肢控制、神经肌肉的理疗康复等。由于肌电信号比较微弱，电极与皮肤间的电化学反应、电极-皮肤界面的阻抗变化、电极的窜动往往会引起较大的伪迹噪声，为了减少这些伪迹噪声，肌电电极应具有稳定的电化学特性和电极-皮肤阻抗，并能够以一定的附着力粘结在皮肤表面。

经皮电刺激是一种在人体皮肤表面敷设电极释放电流，刺激皮下目标区域或深层组织的电刺激手段，选择恰当的电刺激参数，可以使被刺激者感到震动、触动、麻木、压迫等不同的感觉，并可替代神经控制瘫痪的肌肉收缩。由于其不用将电刺激装置植入人体，因此具有创伤小，操作简便的优点，被广泛用于理疗、镇痛、假肢的感觉替代Sensory Substitution、功能康复中。为了使刺激效果明显，刺激电流均匀流入人体而避免局部灼伤，电刺激电极的设计尤为重要。

随着康复医学的发展，目前越来越多的场合将经皮电刺激与表面肌电信号提取结合使用，其中比较典型的是采用经皮电刺激作为感觉反馈的肌电假肢和采用肌电反馈的功能性电刺激。由于电刺激电流的强度远大于肌电信号的幅值，电刺激电流不可避免地会对肌电信号提取产生干扰。另一方面，当前经皮电刺激与表面肌电信号提取往往采用不同的电极，这既增加了成本，又增加了系统复杂度，需要占据较大的皮肤面积。而且，经皮电刺激系统与肌电信号提取系统的电磁兼容性不强。

发明内容

本发明为了解决现有的经皮电刺激与表面肌电信号提取之间相互干扰、且结构复杂不能有效利用皮肤面积及电磁兼容性不强的问题，也是为了满足实现表面肌电提取及经皮电刺激的装置的需求，提出了一种两用电极及采用两用电极实现表面肌电提取及经皮电刺激的装置及方法。

一种两用电极，它包括N个电极单元，N为大于等于2的正整数；每个电极单元由上至下依次固定有钮扣式电连接触点、无纺布层、电极层和导电胶层；钮扣式电连接触点穿过无纺布层与电极层相连接；

电极层包括主电极和参考电极；参考电极与主电极同轴，且参考电极包围主电极；且参考电极与主电极之间的距离为2mm～3mm。

主电极包括1个或多个圆形电极块。

电极层还包括副电极；副电极位于参考电极与主电极之间，参考电极、副电极和主电极同轴，且副电极与主电极之间的距离为2mm～3mm，副电极与参考电极之间的距离为2mm～3mm；

钮扣式电连接触点位于副电极的上表面。

采用两用电极实现表面肌电提取及经皮电刺激的装置，该装置包括外围电路及两用电极；

所述外围电路包括电极复用电路、表面肌电信号处理电路、经皮电刺激电路及上位机；表面肌电信号处理电路包括差分放大电路、工频陷波电路、低通滤波电路和模数转换电路；

上位机的控制端连接电极复用电路的控制端；上位机的经皮电刺激信号端连接经皮电刺激电路的经皮电刺激信号端；电极复用电路的输入端连接经皮电刺激电路的输出端；差分放大电路的输入端作为表面肌电信号处理电路的输入端连接电极复用电路的输出端，所述差分放大电路的输出端连接工频陷波电路的输入端，所述工频陷波电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端作为表面肌电信号处理电路输出端连接上位机的肌电信号输入端；

两用电极的主电极的输入输出端连接电极复用电路输出输入端。

采用两用电极实现表面肌电提取及经皮电刺激的方法，该方法包括：

上位机向电极复用电路发送经皮电刺激指令，此时电极复用电路将经皮电刺激电路与两用电极连通，实现对人体肌肉或神经的经皮电刺激；

上位机向电极复用电路发送表面肌电信号指令，两用电极采集人体肌肉的表面肌电信号，采用表面肌电信号处理电路对采集到的表面肌电信号进行信号处理后，上传至上位机。

本发明适用于肌肉的理疗康复和肌电假肢的人机交互。

根据本发明所记载的内容，两用电极的电极单元中的电极层只含有主电极和参考电极，电磁兼容性强，且有效地利用了皮肤面积，本发明所述的两用电极的结构简单，既能实现经皮电刺激信号的传输，还能实现表面肌电信号的传输，解决了经皮电刺激与表面肌电信号提取之间相互干扰的问题。

附图说明

图1为本发明的两用电极中的电极单元的层次结构图；

图2为本发明的两用电极中的电极单元的俯视图；