技術領域：
本發明涉及人體運動康復治療技術領域，特別涉及一種平衡感覺替代裝置。
背景技術：
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前庭失衡是由于多種前庭障礙導致的前庭反饋喪失而引起的嚴重問題。前庭康復治療通過正規訓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前庭功能喪失，不過適應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，就必須采用相當高的電壓，不夠安全。
技術實現要素：
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(一)解決的技術問題
為了解決上述問題，本發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)發明內容
本發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，中心電極對應頭部正立，左電極對應頭部左傾，右電極對應頭部右傾，上電極對應頭部后仰，下電極對應頭部前傾；
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，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數字接口、輸入指令寄存器、數字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據以指示頭部狀態，并且控制所述電極陣列傳遞具有可調波形參數的電脈沖；
所述電刺激發生電路提供不含有直流分量的基準刺激電流。
所述微處理器控制單元通過所述數字i/o調制所述電刺激發生電路產生的基準刺激電流。
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的環境中，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)就能進行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節能環保，安全可靠，便于移動使用。
附圖說明：
圖1為本發明所涉及的一種平衡感覺替代裝置結構示意圖。
圖2為本發明所涉及的頭部狀態引起舌頭上感覺的對應電極位置圖。
圖3為本發明所涉及的一種平衡感覺替代裝置工作原理圖。
圖4為本發明所涉及的電刺激發生電路圖。
具體實施方式：
下面結合附圖對本發明所涉及的實施例做進一步詳細說明。
結合圖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，設定頭部正立21’，對應中心電極21傳遞刺激信號；頭部左傾22’，對應左電極22傳遞刺激信號；頭部右傾23’，對應右電極23傳遞刺激信號；頭部后仰24’，對應上電極24傳遞刺激信號；頭部前傾25’，對應下電極25傳遞刺激信號。
結合圖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，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。當患者頭部處于上述五種狀態之一時，慣性測量單元通過i2c/spi數字接口將狀態參數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。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頭部狀態信息，處理來自慣性測量單元的數據以指示頭部狀態，并且控制電極陣列傳遞具有可調波形參數的電脈沖。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字i/o調制電刺激發生電路產生的基準刺激電流，調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，使相應位置電極傳遞刺激信號至舌頭表面對應區域，從而使患者感知頭部狀態。該裝置可使用如紐扣電池等微型電池作為電源供電。
圖4為電刺激發生電路原理圖，用于產生基準刺激電流。為了確保裝置感知狀態的精確性，要求基準刺激電流非常穩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具有相同的跨導參數kp和開啟電壓vto。pnp三極管t的壓降是一個導通壓降vbe。假設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
根據電流鏡原理，此電路輸出的基準刺激電流即為i1，因kp和vbe由器件本身參數決定，元件一經做好參數就被固定下來，基本上不隨外部元件變化，因此基準參考電流很穩定。為了適應神經刺激的需要，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的環境中，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)就能進行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節能環保，安全可靠，便于移動使用。
上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
技術特征：技術總結本發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，中心電極對應頭部正立，左電極對應頭部左傾，右電極對應頭部右傾，上電極對應頭部后仰，下電極對應頭部前傾；感知頭盔和電極陣列通過集成線束連接。本發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的環境中，可以和電極有良好的接觸，只需很低的電壓就能進行有效的刺激。同時該裝置由微型電池獨立供電，節能環保，安全可靠，便于移動使用。
技術研發人員：董榮琴
受保護的技術使用者：湖州健凱康復產品有限公司
技術研發日：2017.07.17
技術公布日：2017.09.08