基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式腦卒中康復(fù)儀的設(shè)計(jì)
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便攜式腦卒中康復(fù)儀要為患者和操作人員提供友好、簡便的圖形用戶界面(GUI)。GUI要求簡單、直觀、可靠、占用資源小且反應(yīng)快速，并且可以根據(jù)硬件具有較好的可移植性和裁剪性。系統(tǒng)選用了Qt/Embedded-2.3.10作為腦卒中康復(fù)治療儀的應(yīng)用程序開發(fā)平臺。
Qt/Embedded是Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。Qt/Embedded是Server/Client結(jié)構(gòu)，在底層摒棄了X lib，僅采用framebuffer作為底層圖形接口。Qt使用特有信號/槽(singal/slot)機(jī)制，對象間的通信非常簡便和靈活。Qt/Embedded將外部輸入設(shè)備抽象為keyboard和mouse輸入事件，底層接口可以較好地支持用戶自定義的設(shè)備[6]。
應(yīng)用軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，把整個(gè)軟件系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)自檢模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、實(shí)時(shí)處理模塊、顯示模塊和刺激模塊。功能模塊圖如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/152220.htm
操作系統(tǒng)啟動完畢后，系統(tǒng)自檢模塊加載各個(gè)外圍設(shè)備，并對設(shè)備進(jìn)行測試。設(shè)備自檢正常運(yùn)行之后，按給定的初始值對設(shè)備進(jìn)行參數(shù)初始化，等待治療過程的開始。治療程序運(yùn)行之前，用戶可以通過參數(shù)設(shè)置模塊修改治療參數(shù)，外設(shè)驅(qū)動程序根據(jù)加載的參數(shù)配置外設(shè)。治療程序運(yùn)行過程中，通過實(shí)時(shí)處理模塊將采集到的肌電信號經(jīng)過濾波處理后顯示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)肌電的視覺反饋；刺激模塊根據(jù)用戶設(shè)定的治療方式對患者進(jìn)行MMES或者FNS。
康復(fù)治療儀根據(jù)用戶的設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，然后采集并顯示實(shí)時(shí)的肌電信號，將患者的肌電信號通過LCD反饋給患者。當(dāng)患者肌電超過預(yù)先設(shè)定的刺激閾值時(shí)，系統(tǒng)按照治療方案給予患者一次電刺激。在不同的治療模式下，系統(tǒng)提供不同的方式誘發(fā)電刺激。治療過程中，用戶可以根據(jù)患者的實(shí)際情況調(diào)節(jié)治療模式、刺激方式、強(qiáng)度、治療時(shí)間等參數(shù)以達(dá)到最好的效果?？祻?fù)治療流程如圖3所示。
GUI是系統(tǒng)與用戶相互交流和溝通的平臺，是系統(tǒng)的重要組成部分。該康復(fù)儀GUI的首要功能是實(shí)現(xiàn)視覺信號的心理反饋?zhàn)饔?。考慮到腦卒中患者肌電水平主要集中在200 μV以下，而正常EMG的范圍在2μV~2000 μV之間，坐標(biāo)縱軸的描繪運(yùn)用了對數(shù)函數(shù)變換。取對數(shù)函數(shù)：
Y=log10(X)
當(dāng)X取值為10、100、1 000時(shí)，所對應(yīng)的Y值分別為1、2、3。即在X=10~100和X=100~1 000內(nèi)，Y的增量都等于1，這樣就可以在等間距的情況下突出2 μV~200 μV這部分的數(shù)值，又可以照顧到整個(gè)輸出范圍的要求。界面中，橫軸為時(shí)間，而且設(shè)計(jì)成1min剛好顯示1屏治療數(shù)據(jù)的方式。這樣使患者既能觀察到一段時(shí)間內(nèi)的治療情況，也有較充裕的時(shí)間來主動活動患肢，能誘發(fā)NMES進(jìn)行治療，而不會因?yàn)轱@示過快等造成視覺和身體的疲勞。主界面的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。
便攜式腦卒中康復(fù)儀采用了嵌入式ARM-Linux系統(tǒng)及Qt/Ebedded開發(fā)設(shè)計(jì)，與目前國內(nèi)外同類儀器相比較，具有體積小、可靠性高、效率高、成本低、功耗低等特點(diǎn)，便于將治療儀推廣到社區(qū)醫(yī)院、鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院甚至患者家庭使用，符合我國醫(yī)療衛(wèi)生改革的發(fā)展要求，具有良好的應(yīng)用前景。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在LCD上實(shí)時(shí)顯示采集到的肌電信號，并同時(shí)顯示刺激閾值；兩種電刺激輸出的各項(xiàng)參數(shù)均能達(dá)到預(yù)期水平；圖形用戶界面簡便友好、操作方便，人機(jī)交互效果良好，完全能滿足腦卒中康復(fù)系統(tǒng)要求，達(dá)到了預(yù)期效果。
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