CN101502698A

CN101502698A - 可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪

Info

Publication number: CN101502698A
Application number: CNA2009100681115A
Authority: CN
Inventors: 殷涛; 刘志朋; 李颖; 靳静娜
Original assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Current assignee: Institute of Medical Biology of CAMS and PUMC; Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2009-08-12

Abstract

一种可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，包括有：电源电路和电针探头，还设置有微控制单元MCU、保护电路、D/A转换器、双极性功率输出电路和键盘输入部分，其中，所述的电源电路与微控制单元MCU相连，所述的键盘输入部分和D/A转换器分别通过数据总线与微控制单元MCU相连，D/A转换器的输出端与双极性功率输出电路的输入端相连，双极性功率输出电路的输出端与保护电路输入相连；保护电路输出分别与微控制单元MCU及电针探头的输入端相连。本发明能够输出多路波形各不相同的具有独立双极性的治疗波形信号，可将基本电针、电刺激和特定处方电针或电刺激结合使用，实现在保持经典针刺手法和电刺激疗法波形的同时，最大限度考虑病人的个体差异和耐受，达到治疗的更好效果。

Description

可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪

技术领域

本发明涉及一种电针和电刺激治疗仪。特别是涉及一种能够在很宽范围内任意调整幅度、频率和脉宽，最大限度考虑病人的个体差异和耐受，达到治疗的更好效果的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪。

背景技术

针灸的记载最早出现在黄帝内经(约公元前三世纪)中，经过数千年的演化变迁，形成了古典中医针灸。美国物理治疗协会(APTA)在1990年定义了经皮神经电刺激(Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation，TENS)，称之为一种经过皮肤对身体施加电流来缓解疼痛的方法。第一种现代TENS专利出现于1974年(U.S.Patent3,817,254)。我国生理学家韩济生在电针止痛做出重要贡献，其阐明了不同频率电脉冲的镇痛原理。

电针是传统毫针与电刺激疗法相结合的产物，并且成为针灸临床最为常见的医疗设备。在毫针的基础上，通以一定波幅的电流，使其在原来毫针刺激的基础上，加上不同波幅的电刺激，以代替手法运针的人工机械震荡，使机体处于较持续的刺激状态，从而提高疗效。韩氏认为，在镇痛方面，TENS、电针和手法运针相比较，前两者的疗效相同，并均远大于第三种。

市场上曾有过多种电针仪器：(1)蜂鸣式电针仪，这种脉冲电流波形较窄，如针尖状，且不对称，由于耗电量大，有噪音，现在已很少使用；(2)降压式交流电针仪，由于频率不可调，现在也很少使用；(3)音频振荡电针仪，由于波形单纯，目前亦很少应用；(4)声波电针仪，不易引起人体的适应性，然而，其固定有效治疗成分难以设定。(5)脉冲式电针仪，目前我国普遍使用的电针仪都是属于脉冲发生器的类型，如经典的G6805型治疗仪。

尽管电针和电脉冲仪器多种多样，然而，他们各自有优缺点：有的由简单的电子线路实现，它只能输出简单的、无较多变化的电脉冲信号，存在容易被人体适应的缺点。有的信号产生是采用音乐芯片或接收广播音乐信号，驱动变压器得到输出信号，此种信号尽管一定程度上解决了人体适应性问题，但存在采用纯随机声电信号不能保证治疗的重复性，采用一种声电信号不能对所有疾病取得良好效果的缺点。有的虽然采用定制的单片计算机产生较为复杂的规则输出信号，提高了自动化程度，但也有波形较为单一的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够产生较为复杂的治疗波形，并且能够在很宽范围内任意调整幅度、频率和脉宽，从而实现在保持经典针刺手法和电刺激疗法波形的同时，最大限度考虑病人的个体差异和耐受，达到更好治疗效果的具有输出多种波形的电针和电刺激的治疗仪。

本发明所采用的技术方案是：一种可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，包括有：电源电路和电针探头，还设置有微控制单元MCU、保护电路、D/A转换器、双极性功率输出电路和键盘输入部分，其中，所述的电源电路与微控制单元MCU相连，所述的键盘输入部分和D/A转换器分别通过数据总线与微控制单元MCU相连，D/A转换器的输出端与双极性功率输出电路的输入端相连，双极性功率输出电路的输出端与保护电路输入相连；保护电路输出分别与微控制单元MCU及电针探头的输入端相连。

还设置有显示单元，所述的显示单元通过数据总线与微控制单元MCU相连。

所述的双极性功率输出电路，包括有接在单向置数方式的D/A转换器后面的具有加法器接法的运算放大器，以及与运算放大器输出相连、由推挽级达林顿管组成的功率输出，从而实现正负双向信号的输出。

所述的保护电路，是由正负两组包括稳压、电压判断和限流的电路组成；其中，稳压电路由齐纳二极管组成，电压判断环节由电压比较器、两支分压电阻、参考电平和上拉电阻组成，限流环节由两支二极管、两支电阻和一支三极管组成；两组正负判断信号线与微控制单元MCU外中断引脚相连；保护电路最后还连接有功率电阻和隔离变压器。

所述的保护电路的输出的参数为脉冲宽度在100至1000微秒间变动，频率在1至100赫兹间变动；治疗模式包括有连续波，断续波，频率波，幅度波四种；镇痛模式参数为低频2赫兹，高频100赫兹，两种波形各3秒交替进行，并且输出波形和频率可以根据具体治疗情况在仪器所设定的范围内任意调整。

所述的电针探头是由多路电针输出探头构成，输出正负两种电压，并且所述的多路电针输出各自独立输出，互不干扰。

在电针方式下，是按照给定处方针法，设定电针探头的电针输出探头的组合。

还可以将所述的电刺激方式、镇痛电刺激方式和给定处方针法三种治疗方式混合使用，或将其中任意两种治疗方式混合使用。

本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，是一种依照经典针刺手法的电针和电刺激融合的多功能复杂波治疗仪器，它能够通过普通DAC的单向置数方式，实现双向输出，利用直接数字合成理论，产生多路独立的较为复杂的治疗波形，仪器内设定有多种复杂波形，并且能够根据需要设定和/或组合生成参数范围较宽泛的治疗波形；能够输出多路波形各不相同的具有独立双极性的治疗波形信号，可将基本电针、电刺激和特定处方电针或电刺激结合使用，实现在保持经典针刺手法和电刺激疗法波形的同时，最大限度考虑病人的个体差异和耐受，达到治疗的更好效果。其具有独特的过压保护、过压检测和限流电路可以防止电压电流过大，对患者造成不良影响。

附图说明

图1是本发明的电路构成框图；

图2是具有意外电压保护的双极性功率输出电路原理图；

图3是单脉冲平稳补偿方式波形图；

图4为时间控制示意图；

图5为单脉冲平稳补偿方式流程图；

图6为保护电路。

其中：

1：微控制单元MCU 2：电源电路

3：保护电路 4：D/A转换器

5：双极性恒流功率输出电路 6：电针探头

7：键盘输入部分 8：显示单元

9：数据总线 t1：脉冲间隔

t2：脉冲宽度 t3：负补偿宽度

Vmax：脉冲幅度 Vneg：负补偿幅度

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪做出详细说明。

如图1所示，本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，包括有：微控制单元MCU1、电源电路2、保护电路3、D/A转换器4、双极性恒流功率输出电路5、电针探头6、键盘输入部分7和显示单元8，其中，所述的电源电路2与微控制单元MCU1相连，所述的键盘输入部分7、显示单元8和D/A转换器4分别通过数据总线与微控制单元MCU1相连，D/A转换器4的输出端与双极性功率输出电路5的输入端相连，双极性功率输出电路5的输出端与保护电路3的输入端相连，一路输入经过以电压比较器为中心的过压判断环节，其输出与微控制单元MCU1的外中断引脚INT1相连，另一路输入通过保护电路3中的隔离变压器输出到电针探头6，保护电路3的输出还与微控制单元MCU1的输入端相连。本发明的微控制单元MCU1是采用型号为89C52的单片机；所述的D/A转换器4采用型号为AD7528的芯片。

本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪内设定有多种波形，并且能够根据需要设定和/或组合生成参数范围较宽泛的治疗波形；能够输出多路波形各不相同的具有双极性的治疗波形信号，可将基本电针、电刺激和特定处方电针或电刺激结合使用。

所述的电针探头6是由多路电针输出探头构成，如由四个或八个电针输出探头构成(根据仪器类型)，输出正负两种电压，并且所述的多路电针输出探头如四路或八路电针输出探头各自独立输出，互不干扰。

所述的电针探头6输出波形和频率在仪器参数范围内可以任意调整。其中，

在电刺激方式下，脉冲宽度为200微秒。连续波脉冲频率为60*(1±15％)Hz。断续波脉冲频率为60*(1±15％)Hz，持续时间1.5*(1±15％)秒，重复周期3*(1±15％)s。疏密波脉冲频率为80至20Hz，重复周期2*(1±15％)秒。调幅波脉冲频率为70*(1±15％)Hz，锯齿波调制周期2*(1±15％)秒。医生也可根据具体治疗方案，改变电针探头6的输出波形幅度和频率。

在镇痛电刺激方式下，脉冲宽度为200至400微秒，2Hz治疗波和100Hz治疗波按照每种3秒的顺序交替输出。医生也可根据具体治疗方案，改变电针探头6的输出波形幅度和频率。

在电针方式下，脉冲宽度为800微秒以内，频率在20Hz以内，是按照给定处方针法，设定电针探头6的电针输出探头的组合。

还可以将所述的电刺激方式、镇痛电刺激方式和给定处方针法三种治疗方式混合使用，或将其中任意两种混合使用产生新的治疗或刺激波形。

如图2所示，所述的双极性恒流功率输出电路5，包括有接在单向置数方式的D/A转换器4后面的具有加法器接法的运算放大器，以及与运算放大器输出相连、由推挽级达林顿管组成的功率输出部分，从而实现正负双向信号的输出。运放部分对单向置数方式下的输出电压进行比较计算，通过运放的计算功能，实现输出双向的信号，在功率环节运用推挽极进行匹配双向输出，从而得到双极性功率输出治疗信号，电路中的DACOut是DAC的输出，而DACRef是DAC的参考电压，由电源电路提供。

如图6所示，所述的保护电路3，是由正负两组包括稳压、电压判断和限流的电路组成；其中，稳压电路由齐纳二极管组成，电压判断环节由电压比较器、两支分压电阻、参考电平和上拉电阻组成，所述的电压比较器采用型号为LM311，限流环节由两支二极管、两支电阻和一支三极管组成；两组正负判断信号线与微控制单元MCU1外中断引脚相连；保护电路最后还连接有功率电阻和隔离变压器。

所述的保护电路3的输出的参数为脉冲宽度在100至1000微秒间变动，频率在1至100赫兹间变动；治疗模式包括有连续波，断续波，频率波(疏密波)，幅度波四种；镇痛模式参数为低频2赫兹，高频100赫兹，两种波形各3秒交替进行，并且输出波形和频率可以根据具体治疗情况在仪器所设定的范围内任意调整。

本发明的保护电路，用两支齐纳二极管组成的过电压防护，防止输出电压过高，电压比较器对输入电压与参考电压进行对比，超过范围则产生输出信号翻转，正负向电压比较器产生的信号通过线与逻辑与上拉电阻相连，当电压超过正负阈值时，电路将在微控制单元MCU1的INT1管脚低电平，使MCU获得外部中断，MCU迅速截断输出，从而主动防止电压过大，在保护电路回路中，还有三极管、两支二极管和两支电阻组成的限流电路通过对三极管电流的限制，达到限制隔离变压器初级线圈电流的目的。

本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，是具有输出复杂波形能力的电针和电刺激治疗仪，例如较简单的单脉冲平稳补偿方式：如图3所示，输出等量正负电荷，正向为短时高幅度脉冲，而负向为较长时间低幅度脉冲。正向脉冲宽度t2小于负补偿时间宽度t3，正脉冲幅度Vmax远大于负补偿幅度Vneg。此种方式在得到正向脉冲的同时，也不积累电荷，也避免的负向强烈刺激。

本发明还具有报警功能，如图4所示，报警为扫描模式产品：控制程序以一个最小基本单元t为单位，报警间隔t4为t的若干倍，频率幅度控制间隔为t5为t4的若干倍，显示间隔t6为t5的若干倍。

图5为基本时间基准的程序框图，产生定时中断后，首先进行减一操作，然后进行零判断：为零，则重新置数，不输出并退出中断；不为零，则进行阈值判断。阈值判断有三分支：等于，则输出正脉冲；小于，则输出负补偿；大于，则不输出。阈值判断后退出中断。

所有时间控制点都以此为计时单位，波形输出、工作状态检查和显示等都以此为基准，该基准即为任意波的极限参数。

波形设计依据以下五个方面：

1)按照连续波、断续波、调频波(频率在一定范围反复变化)、调幅波(频率一定，幅度在一定范围内反复变化)的四大类，设定基本电刺激波形参数。

2)按照补法、泻法等，设定电针刺激波形参数。

3)按照闸门控制理论和针刺镇痛学说，设定特定频率的镇痛电刺激波形。

4)按照以上三种方法的组合，组成混合波形参数。

5)按照使用者设定，在仪器参数范围内产生其他波形参数。

本发明的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪的工作原理是，治疗仪开机后，首先进行自检；自检完成后，开始进行液晶显示、功率输出部分等的初始化，确保开机输出功率为零，使用者通过设置在治疗仪前面板上的按键对治疗参数进行设定，由单片机构成的控制单元处理这些设定结果，对数据进行处理。在治疗过程中，单片机对治疗数据进行处理，向DAC传递数据，DAC接收数据，结合控制口线的状态，向功率输出部分输出信号，在双极性恒流功率输出部分形成治疗信号，保护电路对治疗信号进行检测和控制，正常的治疗信号通过隔离变压器，把治疗波形输出到探头上，最终由探头接到人体。

Claims

1.一种可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，包括有：电源电路(2)和电针探头(6)，其特征在于，还设置有微控制单元MCU(1)、保护电路(3)、D/A转换器(4)、双极性功率输出电路(5)和键盘输入部分(7)，其中，所述的电源电路(2)与微控制单元MCU(1)相连，所述的键盘输入部分(7)和D/A转换器(4)分别通过数据总线与微控制单元MCU(1)相连，D/A转换器(4)的输出端与双极性功率输出电路(5)的输入端相连，双极性功率输出电路(5)的输出端与保护电路(3)输入相连；保护电路(3)输出分别与微控制单元MCU(1)及电针探头(6)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，还设置有显示单元(8)，所述的显示单元(8)通过数据总线与微控制单元MCU(1)相连。

3.根据权利要求1所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，所述的双极性功率输出电路(5)，包括有接在单向置数方式的D/A转换器(4)后面的具有加法器接法的运算放大器，以及与运算放大器输出相连、由推挽级达林顿管组成的功率输出，从而实现正负双向信号的输出。

4.根据权利要求1所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，所述的保护电路(3)，是由正负两组包括稳压、电压判断和限流的电路组成；其中，稳压电路由齐纳二极管组成，电压判断环节由电压比较器、两支分压电阻、参考电平和上拉电阻组成，限流环节由两支二极管、两支电阻和一支三极管组成；两组正负判断信号线与微控制单元MCU(1)外中断引脚相连；保护电路最后还连接有功率电阻和隔离变压器。

5.根据权利要求3所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，所述的保护电路(3)的输出的参数为脉冲宽度在100至1000微秒间变动，频率在1至100赫兹间变动；治疗模式包括有连续波，断续波，频率波，幅度波四种；镇痛模式参数为低频2赫兹，高频100赫兹，两种波形各3秒交替进行，并且输出波形和频率可以根据具体治疗情况在仪器所设定的范围内任意调整。

6.根据权利要求1所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，所述的电针探头(6)是由多路电针输出探头构成，输出正负两种电压，并且所述的多路电针输出各自独立输出，互不干扰。

7.根据权利要求6所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，在电针方式下，是按照给定处方针法，设定电针探头(6)的电针输出探头的组合。

8.根据权利要求5或6或7所述的可输出多种波形的电针和电刺激治疗仪，其特征在于，还可以将所述的电刺激方式、镇痛电刺激方式和给定处方针法三种治疗方式混合使用，或将其中任意两种治疗方式混合使用。