技术领域
本发明涉及以治疗为目的的电刺激技术领域。
背景技术
神经肌肉电刺激在临床康复、物理治疗领域应用广泛，电极阵列电刺激是一种新的神经肌肉电刺激技术，它为刺激位点、刺激组合方式、运动功能控制等方面提供了更多的选择，以获得最佳的刺激模式。电极阵列电刺激需要控制的刺激位点多，刺激位点组合方式多样，要求无极性刺激电流能够加载到任意一组电极上。一般情况下，人体阻抗约为1 000～3 000Ω，如果刺激电流为10mA，则需要至少30V的电源，在目前的恒流电刺激器中，电源一般为100V左右，以保证有足够大的电流加载到人体。有文献采用光耦隔离电路来选择刺激位点，由于光耦元件内的光电三极管的单向导电性，不适合用于无极性电刺激，并且刺激位点组合方式单一。有专利中采用模拟开关CD4052来选择刺激通道，由于CD4052不能承受100V的高压，不适用于神经肌肉电刺激，并且也没有隔离作用，不便于控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种能够任意选择刺激位点，能够加载无极性刺激电流，高压和低压隔离便于控制刺激组合方式的电路。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种电极阵列无极性恒流电刺激电路，其特征在于:包括H桥式电路模块、高压发生模块、电源控制模块、微控制器和电极阵列。
所述微控制器型号为：。其P1.0、P1.1和P1.2引脚分别串联电阻R5、R6和R7后连接VCC。
所述H桥式电路模块包括光电双向可控硅U5、光电双向可控硅U6、光电双向可控硅U17和光电双向可控硅U18。光电双向可控硅U5的阳极串联电阻R8后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.3引脚、输出端1连接100V电源、输出端2连接A端子。光电双向可控硅U17的阳极串联电阻R20后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.5引脚、输出端1连接高压发生模块、输出端2连接B端子。光电双向可控 硅U6的阳极串联电阻R9后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.4引脚、输出端1连接连接A端子、输出端2连接电源控制模块的连接端子。光电双向可控硅U18的阳极串联电阻R21后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.6引脚、输出端1连接连接B端子、输出端2连接电源控制模块的连接端子。
所述电源控制模块由运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R10和电阻R11构成。所述运算放大器AR1由VCC供电，其正输入端接收刺激脉冲、负输入端连接三极管Q1的发射极。所述运算放大器AR1的输出端串联电阻R10后，连接三极管Q1的基极。所述三极管Q1的发射极串联电阻R11后接地。所述三极管的集电极即为电源控制模块的连接端子。
所述电极阵列包括n个单元，n为大于或等于4的自然数。
n个单元中，包括第1单元、第i单元和第j单元，i为大于或等于2且小于或等于n的偶数数列，j为大于或等于3且小于或等于n的奇数数列：
第1单元包括电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4，以及光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3、U1-4、U1-5、U1-6、U1-7和U1-8，以及，以及数据芯片P1，所述数据芯片P1是74HC595。。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的阴极分别串联电阻R1-1、R1-2、R1-3和R1-4后共地连接。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的阳极分别连接数据芯片P1的QA、QB、QC和QD引脚。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的输出端2分别连接电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4。
电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4分别连接光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的输出端2。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的阴极分别串联电阻R1-5、R1-6、R1-7和R1-8后共地连接。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的阳极分别记为端子1-6、端子1-7、端子1-8和端子1-9。
数据芯片P1的QE、QF、QG、QH和QH’引脚分别记为端子1-1、端子1-2、端子1-3、端子1-4和端子1-5。数据芯片P1的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚接微控制器的P1.0引脚、GND引脚接地。
第i单元包括电极Ai-1、Ai-2、Ai-3和Ai-4，以及光电双向可控硅Ui-1、Ui-2、Ui-3、Ui-4、Ui-5、Ui-6、Ui-7和Ui-8，以及数据芯片Pi，所述数据芯片Pi是74HC595。
光电双向可控硅Ui-1、Ui-2、Ui-3和Ui-4的阴极分别串联电阻Ri-1、Ri-2、Ri-3和Ri-4后共地连接。
光电双向可控硅Ui-1、Ui-2、Ui-3和Ui-4的阳极分别记为端子i-1、端子i-2、端子i-3和端子i-4。端子i-1、端子i-2、端子i-3和端子i-4分别连接端子(i-1)-1、端子(i-1)-2、端子(i-1)-3和端子(i-1)-4。
光电双向可控硅Ui-1、Ui-2、Ui-3和Ui-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅Ui-1、Ui-2、Ui-3和Ui-4的输出端2分别连接电极Ai-1、Ai-2、Ai-3和Ai-4。
电极Ai-1、Ai-2、Ai-3和Ai-4分别连接光电双向可控硅Ui-5、Ui-6、Ui-7和Ui-8的输出端2。
光电双向可控硅Ui-5、Ui-6、Ui-7和Ui-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅Ui-5、Ui-6、Ui-7和Ui-8的阴极分别串联电阻Ri-5、Ri-6、Ri-7和Ri-8后共地连接。
光电双向可控硅Ui-5、Ui-6、Ui-7和Ui-8的阳极分别连接数据芯片Pi的QE、QF、QG和QH引脚。
数据芯片Pi的QA、QB、QC和QD引脚分别记为端子i-6、端子i-7、端子i-8和端子i-9。端子i-6、端子i-7、端子i-8和端子i-9分别连接端子(i-1)-6、端子(i-1)-7、端子(i-1)-8 和端子(i-1)-9。
数据芯片Pi的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚记为端子i-5、GND引脚接地。端子i-5连接端子(i-1)-5。
第j单元包括电极Aj-1、Aj-2、Aj-3和Aj-4，以及光电双向可控硅Uj-1、Uj-2、Uj-3、Uj-4、Uj-5、Uj-6、Uj-7和Uj-8，以及数据芯片Pj，所述数据芯片Pj是74HC595。
光电双向可控硅Uj-1、Uj-2、Uj-3和Uj-4的阴极分别串联电阻Rj-1、Rj-2、Rj-3和Rj-4后共地连接。
光电双向可控硅Uj-1、Uj-2、Uj-3和Uj-4的阳极分别连接数据芯片Pj的QA、QB、QC和QD引脚。
光电双向可控硅Uj-1、Uj-2、Uj-3和Uj-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅Uj-1、Uj-2、Uj-3和Uj-4的输出端2分别连接电极Aj-1、Aj-2、Aj-3和Aj-4。
电极Aj-1、Aj-2、Aj-3和Aj-4分别连接光电双向可控硅Uj-5、Uj-6、Uj-7和Uj-8的输出端2。
光电双向可控硅Uj-5、Uj-6、Uj-7和Uj-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅Uj-5、Uj-6、Uj-7和Uj-8的阴极分别串联电阻Rj-5、Rj-6、Rj-7和Rj-8后共地连接。
光电双向可控硅Uj-5、Uj-6、Uj-7和Uj-8的阳极分别记为端子j-6、端子j-7、端子j-8和端子j-9。
数据芯片Pj的QE、QF、QG、QH和QH’引脚分别记为端子j-1、端子j-2、端子j-3、端子j-4和端子j-5。数据芯片Pj的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚记为端子j-10，GND引脚接地。端子j-10连接端子(j-1)-10。
值得说明的是，参见图1，该图文本发明的电路模型示意图。图中，高压发生模块能够输出足够大的刺激电流，电流控制模块能 够控制刺激电流的大小，开关S1、S2、S3、S4组成的H桥式电路能够切换刺激电流的方向：S1和S2闭合、S3和S4断开时，电流由A点经电极流向B点。S1和S2断开、S3和S4闭合时，电流由B点经电极流向A点。电极阵列中，每个电极连接到两个开关上，一个开关连接到A点，另外一个连接到B点，只要控制开关的通断就可以选择任意一组电极通电。例如:控制SA1、SB5闭合，其它开关断开，则电流在电极1和电极5之间流通。控制SA1、SA2、SB7、SB8闭合，其它开关断开，则电流在电极1、电极2和电极7、电极8之间流通。
本发明具有以下几个优点：
1.通过光电可控硅构成的H桥电路，便于低压电路和高压电路的隔离。
2.使用光电双向可控硅构成电极切换开关，低压电路与高压电路隔离，便于控制，双向可控硅能使无极性刺激电流加载到人体。
3.一个电极连接两个开关的这种组合，可以选择任意一组电极通电，能够提供丰富的刺激位点和刺激方式
4.阵列式电极中的每个电极与电路的连接只需要一根线，简化电极连接方式，便于扩展更多的电极。
5.光电双向可控硅的控制采用串行数据转并行数据芯片74HC595，能节省微控制器的端口，便于扩展。
附图说明
图1文本发明的电路模型示意图。
图2为H桥式电路模块。
图3为电源控制模块。
图4为微控制器。
图5为电极阵列中的第1单元电路图。
图6为电极阵列中的第1单元电路图。
图7为电极阵列中的第1单元电路图。
图8为本发明实施例的电路图；
图9为本发明使用过程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换 和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
一种电极阵列无极性恒流电刺激电路，其特征在于:包括H桥式电路模块、高压发生模块、电源控制模块、微控制器和电极阵列。
所述微控制器型号为：msp430f169。其P1.0、P1.1和P1.2引脚分别串联电阻R5、R6和R7后连接VCC。
所述H桥式电路模块包括光电双向可控硅U5、光电双向可控硅U6、光电双向可控硅U17和光电双向可控硅U18。光电双向可控硅U5的阳极串联电阻R8后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.3引脚、输出端1连接高压发生模块(直流，其中一极接入参考地)、输出端2连接A端子。光电双向可控硅U17的阳极串联电阻R20后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.5引脚、输出端1连接高压发生模块、输出端2连接B端子。光电双向可控硅U6的阳极串联电阻R9后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.4引脚、输出端1连接连接A端子、输出端2连接电源控制模块的连接端子。光电双向可控硅U18的阳极串联电阻R21后连接VCC、阴极接所述微控制器P1.6引脚、输出端1连接连接B端子、输出端2连接电源控制模块的连接端子。
所述电源控制模块由运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R10和电阻R11构成。所述运算放大器AR1由VCC供电，其正输入端接收刺激脉冲、负输入端连接三极管Q1的发射极。所述运算放大器AR1的输出端串联电阻R10后，连接三极管Q1的基极。所述三极管Q1的发射极串联电阻R11后接地。所述三极管的集电极即为电源控制模块的连接端子。
所述电极阵列包括n个单元，n为大于或等于4的自然数。
四个单元中，包括第1单元、第2单元、第3单元和第4单元：
第1单元包括电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4，以及光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3、U1-4、U1-5、U1-6、U1-7和U1-8，以及，以及数据芯片P1，所述数据芯片P1是74HC595。。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的阴极分别串联电阻R1-1、R1-2、R1-3和R1-4后共地连接。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的阳极分别连接数据芯片P1的QA、QB、QC和QD引脚。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅U1-1、U1-2、U1-3和U1-4的输出端2分别连接电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4。
电极A1-1、A1-2、A1-3和A1-4分别连接光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的输出端2。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的阴极分别串联电阻R1-5、R1-6、R1-7和R1-8后共地连接。
光电双向可控硅U1-5、U1-6、U1-7和U1-8的阳极分别记为端子1-6、端子1-7、端子1-8和端子1-9。
数据芯片P1的QE、QF、QG、QH和QH’引脚分别记为端子1-1、端子1-2、端子1-3、端子1-4和端子1-5。数据芯片P1的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚接微控制器的P1.0引脚、GND引脚接地。
第2单元包括电极A2-1、A2-2、A2-3和A2-4，以及光电双向可控硅U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U2-5、U2-6、U2-7和U2-8，以及数据芯片P2，所述数据芯片P2是74HC595。
光电双向可控硅U2-1、U2-2、U2-3和U2-4的阴极分别串联电阻R2-1、R2-2、R2-3和R2-4后共地连接。
光电双向可控硅U2-1、U2-2、U2-3和U2-4的阳极分别记为端子2-1、端子2-2、端子2-3和端子2-4。端子2-1、端子2-2、端子2-3和端子2-4分别连接端子1-1、端子1-2、端子1-3和端子1-4。
光电双向可控硅U2-1、U2-2、U2-3和U2-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅U2-1、U2-2、U2-3和U2-4的输出端2分别连接电极A2-1、A2-2、A2-3和A2-4的一极。
电极A2-1、A2-2、A2-3和A2-4的另外一极分别连接光电双向可控硅U2-5、U2-6、U2-7和U2-8的输出端2。
光电双向可控硅U2-5、U2-6、U2-7和U2-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅U2-5、U2-6、U2-7和U2-8的阴极分别串联电阻R2-5、R2-6、R2-7和R2-8后共地连接。
光电双向可控硅U2-5、U2-6、U2-7和U2-8的阳极分别连接数据芯片P2的QE、QF、QG和QH引脚。
数据芯片P2的QA、QB、QC和QD引脚分别记为端子2-6、端子2-7、端子2-8和端子2-9。端子2-6、端子2-7、端子2-8和端子2-9分别连接端子1-6、端子1-7、端子1-8和端子1-9。
数据芯片P2的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚记为端子2-5、GND引脚接地。端子2-5连接端子1-5。
第3单元包括电极A3-1、A3-2、A3-3和A3-4，以及光电双向可控硅U3-1、U3-2、U3-3、U3-4、U3-5、U3-6、U3-7和U3-8，以及数据芯片P3，所述数据芯片P3是74HC595。
光电双向可控硅U3-1、U3-2、U3-3和U3-4的阴极分别串联电阻R3-1、R3-2、R3-3和R3-4后共地连接。
光电双向可控硅U3-1、U3-2、U3-3和U3-4的阳极分别连接数据芯片P3的QA、QB、QC和QD引脚。
光电双向可控硅U3-1、U3-2、U3-3和U3-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅U3-1、U3-2、U3-3和U3-4的输出端2分别连接电极A3-1、A3-2、A3-3和A3-4的一极。
电极A3-1、A3-2、A3-3和A3-4的另外一极分别连接光电双向可控硅U3-5、U3-6、U3-7和U3-8的输出端2。
光电双向可控硅U3-5、U3-6、U3-7和U3-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅U3-5、U3-6、U3-7和U3-8的阴极分别串联电阻R3-5、R3-6、R3-7和R3-8后共地连接。
光电双向可控硅U3-5、U3-6、U3-7和U3-8的阳极分别记为端 子3-6、端子3-7、端子3-8和端子3-9。
数据芯片P3的QE、QF、QG、QH和QH’引脚分别记为端子3-1、端子3-2、端子3-3、端子3-4和端子3-5。数据芯片P3的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚记为端子3-10，GND引脚接地。端子3-10连接端子2-10。
第4单元包括电极A4-1、A4-2、A4-3和A4-4，以及光电双向可控硅U4-1、U4-2、U4-3、U4-4、U4-5、U4-6、U4-7和U4-8，以及数据芯片P4，所述数据芯片P4是74HC595。
光电双向可控硅U4-1、U4-2、U4-3和U4-4的阴极分别串联电阻R4-1、R4-2、R4-3和R4-4后共地连接。
光电双向可控硅U4-1、U4-2、U4-3和U4-4的阳极分别记为端子4-1、端子4-2、端子4-3和端子4-4。端子4-1、端子4-2、端子4-3和端子4-4分别连接端子3-1、端子3-2、端子3-3和端子3-4。
光电双向可控硅U4-1、U4-2、U4-3和U4-4的输出端1均连接A端子。
光电双向可控硅U4-1、U4-2、U4-3和U4-4的输出端2分别连接电极A4-1、A4-2、A4-3和A4-4的一极。
电极A4-1、A4-2、A4-3和A4-4的另外一极分别连接光电双向可控硅U4-5、U4-6、U4-7和U4-8的输出端2。这些电极即为贴在皮肤上的电极片。
光电双向可控硅U4-5、U4-6、U4-7和U4-8的输出端1均连接B端子。
光电双向可控硅U4-5、U4-6、U4-7和U4-8的阴极分别串联电阻R4-5、R4-6、R4-7和R4-8后共地连接。
光电双向可控硅U4-5、U4-6、U4-7和U4-8的阳极分别连接数据芯片P4的QE、QF、QG和QH引脚。
数据芯片P4的QA、QB、QC和QD引脚分别记为端子4-6、端子4-7、端子4-8和端子4-9。端子4-6、端子4-7、端子4-8和端子4-9分别连接端子3-6、端子3-7、端子3-8和端子3-9。
数据芯片P4的OE引脚接地、VCC引脚接VCC、RCLK引脚 接微控制器的P1.2引脚、SRCLR引脚接VCC、SRCLK引脚接微控制器的P1.1引脚、SER引脚接微控制器的P1.0引脚、GND引脚接地。
参见图9，使用时，首先由P1.0、P1.1和P1.2控制输出4个字节至4片74HC595(选择需要加载电流的电极)，接着P1.0、P1.1和P1.2控制H桥电路臂的接通(控制电流正向加载或反向加载)，最后输入刺激脉冲电流。
本实施例用到的元件清单为：