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　　摘要 以单片机作为神经刺激器的控制核心%可以很方便地产生各种刺激模式。两级恒流，脉宽监控和浮地，不但保证了高质量恒流刺激脉冲的产生，而且也保证了电气安全。无论使用针型电极或者体表敷贴电极，都能达到超强刺激。关键词神经刺激器；恒流脉冲

　　在肌松检测、诱发电位EFGH等医用仪器中，神经刺激器是一个很重要的组成部分，它的性能直接影响着检测结果。对神经的电刺激强度是根据刺激脉冲的宽度和电流强度来衡量的。保证刺激强度稳定的关键是保证刺激电流的恒定。

　　所谓单相EGH是指两刺激电极间的电流方向是固定而非交替的；所谓恒流是指刺激电流恒定（尽管刺激电极间的皮肤电阻是在随时变化的）。刺激脉冲（电流方波）的上升沿越陡，引起神经兴奋所需的刺激电流强度越小EIH。

　　为保证人身安全，刺激脉冲输出电路必须浮地。当使用体表敷贴电极时，刺激电极间的皮肤电阻变化范围较大（最大可达!J!）E4KH，为达到超强刺激（刺激电流L#(M），刺激电极间的电压要能达到G##N。这些要求增加了神经刺激器的电路设计难度。

　　控，都有可能灼伤皮肤。因此，对刺激脉冲的电流强度和宽度的控制是神经刺激器的重点和难点。

　　关RSI#!ETH的引脚M（图G）为低电平时，其输出端U与输入端U#连接并接地，使场效应管V的栅极接地，V截止，无刺激电流输

　　刺激模式（特定的脉冲数目和频率，如肌松监测的;OP刺激模式EFGH）。单片机根据键盘的设定通过扩展接口电路，控制刺激

　　W、WK的电流都等于：&0XWK。因此，SXM转换输出的电压&0决定了刺激电流的大小，RSI#!引脚M的脉冲宽度决定了刺激脉冲的宽度。

　　两级恒流使脉冲电流更加稳定。当键盘设定的刺激电流强度为YWZ时，第一级恒流电路就提供约:YWZ，经过第二级恒流电路的再次稳定，输出稳定的刺激电流YWZ，而第一级恒流电

　　作者简介：周广清，工程师，硕士；陈光杰，教授，博士生导师。本课题由广东省自然科学基金资助。

　　如图%所示，单片机通过其&位扩展接口’($向!)*转换芯片+$%输出一个&位二进制数!$，经!)*转换为电压+$,，+$,决定了第一级恒流电路的输出电流。单片机&位扩展接口’(%的’(%-.控制着+&的*端电平，因此，’(%-.的负脉冲宽度决定了第一级恒流电路输出的脉冲宽度。

　　#$的初、次级线.，初、次级电压之比64)651$).。#$的升压作用保证了在刺激电极间的皮肤电阻达78!时2刺激电流也能达到9.:*。

　　’(0的!0决九游app定，脉冲宽度由扩展接口’(%的’(%-$决定。一个刺激脉冲的输出过程分为%个阶段，参看图。

　　第一阶段，=导通，第一级 恒流电路开始工作。由于#$线圈 的感抗作用 ，电 流不能突变 ，使

　　作用有关 ，,%使 这种波动减弱。 在这一阶段 ，=?导 通 ，将 预加 负 载;7&接入 （必 须给#$预加负载， 否则，#$初 次 、级 电流为.），而=&

　　善刺激脉冲的后沿形状 ，约.5后 截止。 至此 ，一 个神经刺激 脉冲的输出过程结束。

　　无 论 刺 激 脉 冲 的 宽 度 失 控 还 是 电 流 强 度 失 控，都能灼伤皮肤。因此，控制好刺激脉冲的电流 强度和宽度是安全保护的重点。

　　上述的两级恒流电路不仅使刺激电流更加稳 定，而且也是防止电流失控的强有力措施。

　　图%中的;%0是$ ) D的$!电阻 ，;$是$ ) &D的7.!电阻。 刺 激脉冲的宽度一般小于7..5E$F%G，频率小于$..HIE$F%G，占 空比很 小，使;%0、;$在脉宽正常情况下能正常工作。但在脉宽失控的 情况下;%0、;$会 因功率过载而很快被烧断， 停止刺激电流的 输出，提供了可靠的保护。

　　除此之外 ，还 设计了专门的脉冲宽度监控电路 ，如 脉冲宽 度超过设定值 ，图%的 继电器J$就立即切断C06电源 ，停 止输 出刺激电流。

　　第二阶段。=继续导通。当34达到预定值后，=?截止，去掉 预加负载 ，=&立 即导九游app通 ，第 二级恒流电路开始工作 ，输 出 稳 定 的刺激电流：

　　第三阶段。 当刺激脉冲达到设定的宽度后 ，=、=&关 断的 同时，=?再次导通 ，以 吸收变压器 、电 容器的残余能量 ，以 改

　　’#反相后将!触发器+$$置.， +$$的第9脚输出高电平 ，=0导 通，J$工作，恒流刺激电路得到C06的电源。

　　+9,的第?脚设置为C.-06。只有在第一级恒流电路工作期 间，;%0上才有电压，+9,的 第$.脚电压才能超过第?脚， 使+9,输 出约为C$06的电压 ，并 通过;%7向,%?充电 ，参 看图9，充 电公式E?G 是：

　　如第一级恒流电路输出的脉冲宽度在设定的范围内 ，’:B 的电压就不会超过]*^反相端 电 压]9，]*^输 出 低 电 平 ，^触 发 器]00的状态不变。 脉冲过后 ，]*’的 输出恢复至_，’:B通 过(:$ 迅速放电，为下一次脉宽监控做好准备，放电公式3B4是：

　　]68是’:B的放电初始电压，(是‘a:1-的低 电平输出阻抗(‘ 与(:$之和。

　　如第一级恒流电路输出的脉冲宽度超过设定的范围 （由 ’:B、(:$设 定 ）， ’:B的电压]’就超过]*^反相端电压]9，]*^输 出 电压约为;01_， 来自(:*滑动触点的;$_电压使^触发器]00的

　　状态翻转 ，一 方面使b1截止 ，切 断;1-_电源 ，终 止刺激电流的

　　通过人体试验证实 ，该 神经刺激器运行稳定 、安 全。 当皮 肤电阻从0到$/变化时， 刺激器都能输出高质量的恒流刺 激脉冲 ，刺 激电流可由0Q5至*Q5连续调节 ，而 且 ，刺 激器的 负载越小， 脉冲的质量越好。 即使在最大负载时： 刺激电流

　　*Q5，负载电阻$/，输出脉冲的前沿和 后沿都不超过+!7，脉 冲顶部平坦，宽度稳定，电流波动不超过1Q5。

　　$ 童诗白) 模拟电子技术基础)第二版)北京W高等教育出版社V 0B++

　　* 唐庆玉V 张唯真) 体感诱发电位电流刺激器的研制)中国医疗器械 杂志，0BB-，0+（:）：0:+X0-0

　　. 何立民) 单片机应用文集30，1，$4)北京：北京航空航天大学出版社，

　　+ 赵保经)中国集成电路大全’a@c集成电路)北京 ：国 防工业出版社V 0B+$

　　带通滤波器电路如图-，采用的是带 反馈的有源滤波器。 该电路 前半部分是)$%&的高通滤波器，后半部分为0%&的低通滤波器。

　　噪。当然，在降噪过程中还可以增加屏蔽技 术 ，以 进一步减少外部信 号的干扰。带通滤波器还可以设计成只带一个放大器的滤波器，使电 路更为简单，但是精确率可能会降低。

　　图-中各电阻电容值的选取， 除了能够滤波以外还具有放大作 用。以上全部电路所用的放大器均是?公司的@A510:.。

　　电路中各滤波器的性能 与 滤 波 器 的 参 数 有 直 接 关 系，需经过正确计算。陷波器 双 型 网 络 中 的 电 阻 和 电 容 需要精确匹配 ，以 保证双网 络的对称， 否则陷波深度会 受影响。 变阻器如何调节将 会影响波形的好坏， 可在实

　　1 杨福生)生物医学信号的处理和识别)天津：天津科技翻译出版公 司，0BB.

　　- 张唯真)生物放大器前置级的设计)医疗器械，0B++V01（0）W:$X-