[发明专利]一种体感触觉激励发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种体感触觉装置，尤其是一种体感触觉激励发生器。 

背景技术

皮肤作为人类重要的感觉器官，是一种非常灵敏的感受器，其触点非常密集，而且触点分辨率在身体的不同部位也有所不同。人通过接触或触摸（包含振动觉、触觉、痛觉等）可以获得两种基本的感受：机体感受和本体感受。机体感受提供了我们关于物体形状、表面纹理或粗糙程度以及温度方面的信息；本体感受是肌肉以及筋腱感受到的肌肉内部力量和运动，从而深层次地获得物体形状、力度和硬度的信息。由此可见，皮肤这种特殊的感觉器官，其作用和功效是其它功能器官所无法替代的。 

在体感诱发电位SEP（Somatosensory Evoked Potentials，简称SEP）研究中，常用电流脉冲刺激指、趾皮神经或肢体大的混合神经干中的感觉纤维，达到体感刺激的目的。这种皮肤电刺激方式，一般对仪器设备的性能参数要求非常高，而且装置复杂、价格昂贵，在推广应用方面存在着一定的局限性。此外，这种电流脉冲刺激的方式对某些诸如振动、接触和疼痛的刺激效果难以逼真模拟，而且刺激效果并没有定量定性的指标（例如，一般刺激量要求达到同侧拇指或小趾球肌有可见收缩为宜），具有一定的主观性和随机性。从本质上而言，电流脉冲刺激方式对被试是有一定的创伤性和危险性的（施加的电刺激过强，可能使被试产生痉挛现象）。 

理论上，电刺激能够引起相对多类型的神经纤维的兴奋，增加了波形的复杂性。但是实验也表明，通过对被试施加一定的触觉、振动觉或痛觉激励同样能够达到检测人体某些机能的目的。有文献报道，通过对被试食指施加一定的电磁振动刺激，能有效地诊断精神分裂症。此外，触觉激励是一种无创或低创、易控的体感激励，安全系数高，被试的接受程度也高。因此基于触觉的体感激励得到了广泛的认可和接受。 

目前常用的几种体感激励装置主要有以下几种： 

文献1：K.A.Kaczmarek,K.M.Kramer,J.G.Webster,and R.G.Radwin,“A16-channel 8-parameter waveform electrotactile stimulation system”,IEEE Trans.Biomed.Eng.,vol.38,pp.933-943,1991报道了一种基于电脉冲的体感刺激装置，该装置通过计算机接口对人体进行电刺激以模拟生理触觉：这种刺激器采用表面电极或针状电极，对被试的腕部、肘部或腘部的神经肌肉施加刺激，以诱发脑电波相关电位，有一定的创伤性。一般对装置的可靠性、安全性要求极高。这种装置的价格一般比较昂贵、操作技术性高、装置复杂，缺乏一定的灵活性。 

基于静电吸附式的刺激装置：这种刺激器主要用于SEP研究或虚拟现实技术领域的人机接触交互应用研究中。其原理是利用硅基片在其之上制作相应的电极阵列，并覆盖高强度的电绝缘材料聚酰亚胺薄膜。当电极上施加一定的高电压，该硅片能够产生静电吸附力，从而对被试相应的刺激部位产生触觉刺激。如文献2：http://www.dcs.gla.ac.uk/～stephen/workshops/haptic/papers/stone.pdf所述的美国Wisconsin大学研制的Teletact Ⅱ和Tacticon 1600触觉刺激装置。相似的装置，还有利用可充气的气囊进行体感触觉刺激，不同之处在于利用气阀控制装置进行充气放气，以模拟触觉刺激。通常，这类装置的结构复杂、成本高而且仅能够产生简单的触觉刺激信号，使用的灵活性比较差。 

基于振动音圈的刺激装置：这种装置利用电磁效应原理，通过对振动音圈施加一定频率和强度的电流信号，使线圈起振，从而产生类似的触觉刺激。如文献3：http://www.cs.unc.edu/～welch/class/comp239/media/pdf/touch_force/touch_forc e.pdf中所述的美国Virtual Technologies公司开发的“CyberTouch”及EXOS公司开发的“Touch Master”系统就采用了振动音圈作为触觉发生器，以作为简单的振动触觉器。这种装置的刺激频率一般不高，仅为0～250Hz左右，而且体积比较大，只能提供简单的振动觉或触觉刺激。