基于嵌入式系统的脑卒中综合康复治疗仪控制系统研究

论文摘要

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。

论文目录

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