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基于嵌入式系统的脑卒中综合康复治疗仪控制系统研究

作　者: 刘虔铖
导　师: 田学隆
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学电子与信息技术
关键词: 脑卒中嵌入式系统神经肌肉电刺激小脑顶核电刺激
分类号: TH772
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

脑卒中因其极高的发病率、死亡率以及致残率而严重危害着人类的健康。脑卒中导致的肢体瘫痪、肌肉痉挛、抑郁、失语等病症不仅会给患者的身心健康造成极大的影响,降低他们的生活质量,而且也给社会和家庭带来沉重的负担。现有的研究表明运用多种疗法结合起来的综合康复手段,才能获得满意的临床康复效果。随着嵌入式技术的日益成熟及其在生物医学工程领域的广泛应用,医疗器械正在向小型化、便携化发展。本课题综合分析了国内外神经康复领域的理论成果,针对目前脑卒中康复治疗仪的不足,研究开发了一种基于ARM/Linux的便携式脑卒中综合康复治疗仪,该治疗仪以生物反馈法为基础,以肌电触发的神经肌肉电刺激(EMG-Triggered-NMES)为主要治疗手段,以小脑顶核电刺激(FNS)为辅助治疗手段,能够对脑卒中患者运动功能的恢复、脑神经的保护以及卒中后抑郁的治疗起到积极的作用,为患者全面康复提供一种新的康复治疗设备。这既顺应了医疗仪器的技术发展趋势,又为脑卒中康复治疗设备向综合型、便携型发展做出了贡献,有着重要的现实意义。本论文的主要内容是研究开发基于ARM9芯片S3C2410和嵌入式LINUX操作系统的脑卒中综合康复治疗仪的控制系统,重点是硬件电路设计和设备驱动程序开发,包括:肌电采集电路、神经肌肉电刺激电路、小脑顶核电刺激电路、LCD显示、4×4键盘、USB接口、网卡接口等电路模块设计及其相应的设备驱动程序开发。为了评价该治疗仪对脑卒中瘫痪患者的治疗作用,用该仪器对脑卒中瘫痪患者作了初步的临床康复实验。结果表明,该治疗仪对脑卒中瘫痪具有明确的治疗作用,无明显副作用,而且具有无创伤性、操作方便、交互能力强等特性,能够为脑卒中患者运动功能的全面康复提供一种新的治疗设备。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 问题的提出及研究意义  9-10
    1.1.1 问题的提出  9
    1.1.2 研究的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 电刺激的基本原理  10-11
    1.2.2 电刺激的分类  11
    1.2.3 电刺激的临床应用  11-15
    1.2.4 脑卒中康复治疗仪器的研究现状  15-16
    1.2.5 国内外研究现状分析与总结  16
  1.3 课题的研究目的与研究内容  16-18
2 嵌入式系统解析  18-23
  2.1 嵌入式系统定义  18
  2.2 嵌入式系统特点  18-19
  2.3 嵌入式系统结构  19
  2.4 嵌入式系统的应用  19-20
  2.5 ARM 微处理器  20-21
  2.6 嵌入式 Linux 系统  21-23
3 系统总体设计  23-29
  3.1 仪器的医学原理  23-24
  3.2 系统构成  24-25
  3.3 核心控制部分构建  25-26
  3.4 S3C2410 的资源分配  26-29
4 系统主要功能模块的设计  29-51
  4.1 肌电采集模块设计  29-40
    4.1.1 肌电信号及其特点  29
    4.1.2 肌电放大电路设计要求  29-31
    4.1.3 肌电放大电路的设计  31-38
    4.1.4 肌电放大器的抗干扰和低噪声设计  38-40
  4.2 EMG 数据转换电路  40-41
  4.3 神经肌肉电刺激电路设计  41-47
    4.3.1 神经肌肉电刺激波形种类  41-42
    4.3.2 神经肌肉电刺激波的参数  42-44
    4.3.3 神经肌肉电刺电路的设计  44-47
  4.4 小脑顶核电刺激电路设计  47-51
    4.4.1 小脑顶核电刺激参数的选择  47-48
    4.4.2 小脑顶核电刺激电路的设计  48-51
5 人机接口与辅助接口设计  51-58
  5.1 LCD 显示模块  51-53
    5.1.1 LCD 简介  51-52
    5.1.2 LCD 模块的硬件接口  52-53
  5.2 4×4 矩阵小键盘模块  53-54
  5.3 USB 接口模块  54-55
  5.4 串口模块  55-56
  5.5 网络接口模块  56-58
    5.5.1 DM9000 简介  56-57
    5.5.2 硬件连接原理图  57-58
6 设备驱动程序开发  58-77
  6.1 Linux 设备驱动概述  58-63
    6.1.1 设备驱动程序的概念  58
    6.1.2 Linux 设备驱动的组织结构  58-59
    6.1.3 Linux 设备驱动的设计和实现步骤  59-63
  6.2 肌电放大增益控制驱动  63-64
  6.3 A/D 和D/A 转换驱动  64-65
  6.4 NMES 电路和FNS 电路的载波产生驱动  65-68
  6.5 小键盘驱动程序  68-69
  6.6 LCD 驱动程序  69-72
  6.7 DM9000 网卡驱动  72-74
  6.8 串口驱动  74-76
  6.9 USB 驱动  76-77
7 初步临床实验  77-80
  7.1 对象与方法  77-78
    7.1.1 对象  77
    7.1.2 方法  77-78
  7.2 观察指标  78-79
  7.3 结果  79
  7.4 讨论  79-80
8 结论与展望  80-82
  8.1 主要结论  80-81
  8.2 后续研究展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
附录  87-89
  附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录  87
  附录B 作者在攻读学位期间参加的其他科研项目及获得的奖励  87-89

基于嵌入式系统的脑卒中综合康复治疗仪控制系统研究

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