王祖銘，嚴(yán)郁（通信作者），季倩云，曲振宇，肖富男

1 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院設(shè)備處 （江蘇南京 210029）；2 常州市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備科 （江蘇常州 213003）

周圍神經(jīng)損傷是臨床常見、多發(fā)疾病，我國大約有2 000萬人正在遭受周圍神經(jīng)損傷帶來的肢體麻木、疼痛甚至畸形、殘疾的困擾，并且每年增長約200萬人次[1]。雖然顯微外科手術(shù)技術(shù)的發(fā)展為損傷神經(jīng)修復(fù)及功能恢復(fù)提供了良好的基礎(chǔ)，但是顯微外科手術(shù)后周圍神經(jīng)再生是不完整的，而且比較緩慢，短時間內(nèi)無法恢復(fù)。即使在經(jīng)過足夠長的神經(jīng)再生時間之后，許多患者仍表現(xiàn)出感覺異常的癥狀。在接受神經(jīng)損傷修復(fù)后，只有不足50%患者的運動和感覺功能恢復(fù)能達到滿意的效果[1-2]。因此，如何促進神經(jīng)再生，改善再生神經(jīng)功能，恢復(fù)肢體功能，是周圍神經(jīng)損傷患者康復(fù)領(lǐng)域的一大難題。本研究介紹了一種新型周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀， 該治療儀將周圍神經(jīng)損傷再生的基礎(chǔ)理論研究成果與傳統(tǒng)中醫(yī)康復(fù)治療理論相結(jié)合，可利用外加電勢的方法來促進損傷的周圍神經(jīng)加速生長。以期為周圍神經(jīng)損傷患者的全面康復(fù)提供一種全新的治療方法和治療平臺。

1 醫(yī)學(xué)機制與參數(shù)設(shè)計

當(dāng)發(fā)生周圍神經(jīng)損傷后，損傷的神經(jīng)斷端回縮，遠(yuǎn)端軸突、髓鞘發(fā)生Waller變性，雪旺細(xì)胞分裂增殖，斷端回縮球表面長出軸突支芽（生長錐），在雪旺細(xì)胞的引導(dǎo)下，以每天2～4 mm的速度向靶器官方向生長，直至終末器官恢復(fù)功能。因此，周圍神經(jīng)修復(fù)后，要經(jīng)過變性、再生，穿越修復(fù)處瘢痕及終末端器官生長成熟等過程，生長周期長，功能恢復(fù)慢[1-4]。

現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)研究表明，通過適當(dāng)?shù)目祻?fù)治療可以促進神經(jīng)修復(fù)，加快患者的康復(fù)速度[5-16]。目前臨床上主要采用針刺、物理治療、功能性電刺激等傳統(tǒng)中醫(yī)康復(fù)治療方法促進神經(jīng)修復(fù)。這3種康復(fù)治療方法都能有效地促進損傷神經(jīng)的修復(fù)，減輕患者的痛苦[5-6，9-12]。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生理學(xué)研究表明，直流電場存在于所有發(fā)育和再生的動物組織中，其存在對組織修復(fù)和發(fā)育具有很大的潛在影響[6，11-14]。國內(nèi)外長期研究證明，人體周圍神經(jīng)由于外傷等原因損傷被切斷后，其神經(jīng)纖維可以再生[11-14]。在再生神經(jīng)斷口前端生長錐處會聚集大量正離子，帶有很強的正電荷，即在再生神經(jīng)近端會產(chǎn)生正向電位[14]。如果在其生長方向的遠(yuǎn)端加載一定量的反向電荷及負(fù)向電位，則會加快神經(jīng)的生長速度，從而促進神經(jīng)功能恢復(fù)，可極大地縮短患者的康復(fù)周期，并減輕其痛苦[14-16]。

根據(jù)上述基礎(chǔ)理論研究成果，并結(jié)合傳統(tǒng)中醫(yī)康復(fù)治療手段，本治療儀的設(shè)計采用電磁場技術(shù)，在人體損傷部位施加相對神經(jīng)生長遠(yuǎn)端的負(fù)向電位，以提高損傷神經(jīng)的生長速度。本設(shè)計的核心技術(shù)在于精確確定對神經(jīng)生長遠(yuǎn)端施加負(fù)電荷以形成的電位差值范圍，這將直接關(guān)系到所施加負(fù)電荷是否能加快神經(jīng)生長速度。同時，為保證電壓輸出誤差控制在±10%以內(nèi)，本設(shè)計利用極板間的電容值判定極板間距，通過微處理器及數(shù)據(jù)庫比對值輸出相應(yīng)的治療電壓值；通過采用帶寬120 M的高速運算放大器構(gòu)成的高精度可調(diào)伺服直流電源，微處理器控制，輸出電壓精度以20 mV遞增或遞減，輸出端電壓近乎零波動，從而保證輸出電場的穩(wěn)定性；另外，本設(shè)計采用多級濾波、隔離與屏蔽等多種手段，阻斷網(wǎng)電源及其他外來干擾，以保證設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

2 硬件設(shè)計

周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀的硬件設(shè)計如圖1所示，包括電源模塊、單片機中心控制模塊、電場發(fā)生模塊、電場強度設(shè)置模塊和顯示模塊。220 V交流電通過隔離濾波單元為電源模塊供電，然后通過單片機中心控制模塊控制電場強度設(shè)置模塊，為電場發(fā)生器模塊提供輸出電場參數(shù)，再通過治療電極輸出特定治療電場。液晶顯示模塊顯示當(dāng)前治療信息。

單片機中心控制模塊控制處理器采用STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2是8051系列單片機，該處理器具有處理速度快、功耗低、抗干擾能力強、控制精度高、通用性好等優(yōu)點。電源模塊采用ESP-15-36，有短路保護、過載保護和過電壓保護。電壓模塊采用LM2596，具有完善的保護電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等功能，LM2596系列開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，只要添加少量的外部元件就可以使用該電壓調(diào)節(jié)器，其可調(diào)輸出電壓范圍為1.2～37.0 V。該調(diào)節(jié)器內(nèi)部集成有頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。另外該調(diào)節(jié)器在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%范圍，振蕩頻率誤差在±15%范圍，完全符合誤差控制在±10%的設(shè)計技術(shù)要求。顯示模塊采用LCM12864J圖形點陣液晶顯示器，此顯示器的連接十分可靠，采用6位控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出，適配M6800系列時序，可實現(xiàn)全屏幕點陣，能夠顯示治療模式選擇、治療強度選擇、治療時間設(shè)定，控制簡單方便。

圖1 周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀硬件設(shè)計

該治療儀包括關(guān)機、待機和治療3種狀態(tài)。關(guān)機狀態(tài)下，只有電源控制轉(zhuǎn)換芯片處于關(guān)斷休眠模式，其他部分完全斷電，整機功耗極低；待機狀態(tài)指治療儀已經(jīng)通電，用戶可以選擇治療模式、治療強度、治療時間等；當(dāng)治療儀處于治療狀態(tài)時，患者會明顯感到脈沖電流的刺激，并可調(diào)整治療強度、治療時間，并可選擇終止治療。

該治療儀通過電極片在人體四肢及軀干損傷部位產(chǎn)生相對神經(jīng)生長端正向電位的負(fù)向電位，電極片包括人體四肢用和軀干用，分為全纏繞型和粘貼型等不同型號，以針對不同患者的治療需要。

3 軟件設(shè)計

周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀的軟件設(shè)計如圖2所示，主要包括鍵處理程序、電場電壓調(diào)節(jié)程序、顯示屏驅(qū)動程序、電極脫落檢測程序和治療模式控制程序。

圖2 周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀軟件設(shè)計

鍵處理程序主要包括治療模式選擇、治療強度調(diào)節(jié)、治療時間設(shè)定、鍵盤鎖定、開始/結(jié)束、緊急停止等相關(guān)治療設(shè)置。治療模式選擇鍵可以對連續(xù)波、脈沖波、混合波等3種治療模式進行選擇；治療強度調(diào)節(jié)鍵可以根據(jù)臨床治療需要調(diào)節(jié)不同的治療強度，通過微處理器控制電場發(fā)生模塊產(chǎn)生相應(yīng)的治療電壓值；時間設(shè)定鍵可以設(shè)定所需治療時間；鍵盤鎖定鍵可以鎖定鍵盤防止誤觸，在鎖定狀態(tài)時按下鍵盤上除了此鍵外的任何鍵，治療儀均無反應(yīng)，再次按下此鍵時將會解鎖鍵盤；開始/結(jié)束鍵分別代表治療的開始和結(jié)束；緊急停止鍵可以將當(dāng)前治療緊急停止，防止因意外對治療部位產(chǎn)生損傷。

治療電壓調(diào)節(jié)程序主要調(diào)節(jié)治療儀的電場電壓，以確保治療儀更加精確地產(chǎn)生促使神經(jīng)生長的電位場，設(shè)計要求電位差值范圍為100～250 mV/mm。如果需要調(diào)節(jié)治療電壓，就進入電壓調(diào)節(jié)程序流程，確認(rèn)當(dāng)前參數(shù)，啟動治療。

顯示屏驅(qū)動程序是針對所選128×64 點陣圖形液晶控制器進行編程，可顯示治療模式選擇、治療強度選擇、治療時間設(shè)定，為治療儀提供良好的人機交互界面。

電極脫落檢測程序用來檢測電極是否脫落，其是利用微處理器IO 端口中斷功能，在10 s內(nèi)如果IO上沒有輸入脈沖引起的中斷，則可判斷電極脫落，此時治療儀內(nèi)部會發(fā)出警報聲，提醒醫(yī)護人員重新調(diào)整電極位置。

治療模式控制程序是治療儀的核心功能模塊，主要用于控制主機的3種工作模式，包括連續(xù)波、脈沖波和混合波。其原理是通過對微控制器的節(jié)拍定時器、16位定時器進行編程操作，設(shè)置定時器寄存器不同參數(shù)，就能夠產(chǎn)生頻率、占空比可調(diào)的脈沖輸出。治療時，輸出功率5～100 mW連續(xù)可調(diào)，可任意設(shè)置，誤差＜±5%。

該治療儀的工作流程如圖3所示。按開機鍵，治療儀首先進行微控制器初始化、LCD初始化，選擇治療模式，確定治療強度，調(diào)節(jié)治療時間，啟動治療。治療開始后，治療儀電極脫落檢測程序每10秒檢測1次，如果發(fā)生脫落則停止治療，并報警提醒醫(yī)護人員重新安裝電極，再按開始鍵，治療繼續(xù)。

圖3 周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀軟件流程

4 小結(jié)

周圍神經(jīng)損傷康復(fù)治療儀是利用外加電勢的方法來促進損傷的周圍神經(jīng)加速生長，可大大提高神經(jīng)生長速度，使神經(jīng)生長速度達到正?；謴?fù)的幾倍以上。應(yīng)用此方法對周圍神經(jīng)損傷患者進行康復(fù)治療，可以大大提高神經(jīng)再生速度，加快神經(jīng)損傷修復(fù)進程，縮短愈合期，增強愈合效果，從而極大地提高患者的生命質(zhì)量。該康復(fù)治療儀結(jié)合中西醫(yī)基礎(chǔ)理論和實驗研究成果而設(shè)計，具有明確的理論依據(jù)和作用機制，開創(chuàng)性地解決了傳統(tǒng)中醫(yī)理療不能解決的神經(jīng)損傷修復(fù)進程緩慢、愈后效果不佳、作用機制不明的問題。目前該設(shè)備的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計已完成，但設(shè)備安全性和有效性尚需臨床研究進一步證實。