CN108187231A - 一种脉冲磁场镇痛仪 - Google Patents

Abstract

本发明根据疼痛感觉神经传导和控制的机理，根据经皮电刺激和经颅磁刺激镇痛有效的临床依据，设计一种无副作用的高效安全的脉冲磁刺激镇痛仪器和镇痛操作方法，主电路是用电压可调的储能电容通过全桥开关电路向刺激线圈发出脉冲电流，产生脉冲磁场来镇痛，采用交流‑直流，直流‑直流的电压转换过程，用交流电源滤波模块消除设备电磁干扰，通过整流模块把交流整流后成为直流，在通过功率因素调节电路，使设备的电流波形与电压波形一直，通过直流‑直流电压变换升压电路，谐振软开关恒流充电模块，电压比较器与反馈电路，通过微处理器把储能电容充电到设置的水平。

Description

一种脉冲磁场镇痛仪

技术领域

本发明属于磁疗镇痛技术领域，特别涉及脉冲磁场经皮刺激设备和抑制痛觉神经兴奋性的镇痛方法。

背景技术

疼痛是伤病刺激神经产生的不愉快的情绪和感受，医治疼痛是现代医学中长期面对难题。

常见的疼痛治疗药物如***和***，但长时间的服用会有成瘾的副作用；电刺激要用电极接触皮肤，会对皮肤产生电化学反应或过敏反应而又产生新的刺激疼痛；外科手术的电刺激在体内植入电刺激电极和刺激发生器，价格昂贵并有创伤，且手术还会破坏神经组织结构；经颅磁刺激这种无创性神经调制方法来抑制疼痛是目前研究的热点，但随着刺激强度和频率的增加会增加刺激部位的疼痛和增加诱发癫痫的风险。

低频脉冲磁疗技术作为一种科学治疗人体关节，肌肉组织，经络，穴位等部位疾病的手段，如CN202236890U中公开了一种脉冲磁疗仪，其主要是通过对人体相应穴位(部位)对体液、神经施加影响，CN202236890U中公开了一种脉冲磁疗仪，其主要是通过对人体相应穴位(部位)对体液、神经施加影响，CN203777504U以利用脉冲磁场增强肿瘤放疗和化疗的效果，CN103505812A中采用低频电磁场用于治疗骨质疏松，CN203577146U中通过磁场磁通量的变化使创面产生生物电场从而达到促创面愈合，CN106581861A中低频脉冲电磁仪用于治疗膝骨关节炎及软骨损伤，CN106540375 A利用磁场对人体美容、除皱。

目前的低频磁疗仪主要有旋磁式和电磁脉冲式，旋磁是由电动机带动恒定磁场的永久磁铁转动产生交变磁场，目前的磁铁的磁场强度一般不超过4000高斯，电机的旋转一般只有几千转/分钟，电磁脉冲式的磁疗仪磁场强度一般不超过2000高斯，所有类型的磁疗仪的磁场强度和磁场变化率都不足以直接刺激神经产生兴奋性动作电位，所有磁疗时没有任何感觉，不产生运动。

另外，线圈的设计大都集中于外形结构和增强磁通量的改变上，如CN203494061U将磁疗块可以是手状型、条状型、环状型，CN101234232 A的线圈是螺线线圈、平面线圈等，CN101284160A微线圈的匝数可以为1匝或多匝，形状可以是圆形、方形等规则形状或非规则形状，空间结构以及微线圈尺寸等参数可根据应用场合、加工工艺等因素确定，CN106390292 A使耐热绝缘管路根据不同需要弯折缠绕成各种形状，现在有技术中并没有而根据人体各个部位结构的不同，而改变线圈的形状。

因此，寻找一种具有无创性、安全有效无副作用的镇痛方法和镇痛仪器是目前国内外的技术空白，为临床疼痛医学的迫切需求。

利用疼痛机理研究中的痛觉神经通路的可塑性发生长时程兴奋（LTP）的改变，可以用低频刺激痛觉神经回路，逆转LTP现象，使痛觉回路产生长时程抑制（LTD）效应来镇痛，另外脊髓对疼痛控制的闸门机制和经颅磁刺激对神经调控的原理，本发明利用脉冲磁场刺激技术，不刺激头部，避免磁场刺激诱发癫痫和头疼，以无痛感的刺激强度靠近疼痛部位以及周围区域，以有感觉和引起肌肉抽动的慢节律温柔刺激，选择性的刺激低阀值的粗纤维神经，让粗纤维兴奋传导到脊髓关闭脊髓疼痛的门控机构从而阻止疼痛的感觉，经常用低频刺激痛点还可以使痛觉过敏的神经通路的LTP逆转为LTD而治疗疼痛。

目前还没有依据上述理论，专门用于治疗疼痛的低频脉冲镇痛仪，本发明的镇痛仪即是利用上述原理，采用低频脉宽调制的磁场来缓解治疗疼痛。

发明内容

本发明涉及一种脉冲磁场镇痛仪、一种抑制痛觉神经兴奋性的镇痛方法以及一种经皮脉冲磁场刺激设备。

本发明的一种脉冲磁场镇痛仪，创新点之一，包括主电路，且主电路是用电压可调的储能电容通过全桥开关电路向刺激线圈发出脉冲电流，产生脉冲磁场来镇痛。

创新点之二，还包括，由充电电路组成的电压可调的储能电容，且该电容充电是交流-直流，直流-直流的电压转换过程；交流电源滤波模块，消除设备的电磁干扰，提高电磁兼容性；通过整流模块把交流整流后成为直流，再通过功率因素调节电路，使设备的电流波形与电压波形一致，使功率因素接近于1，再通过直流-直流电压变换升压电路，谐振软开关恒流充电模块，电压比较器与反馈电路，通过微处理器把储能电容充电到设定的水平。

创新点之三，滤波电路由两个X电容、4个Y电容和共模电感组成，整流模块由桥式镇流器和吸收电容组成，功率因素调节模块由储能电感、MOS管、整流二极管12、储能电容13、功率因素调节控制器、高压充电模块由DC-DC隔离开关电源组成，还包括高压储能电容、柔性刺激线圈，可关断电子开关IGBT，和多用途微处理器的自检、保护、可编程控制充电电压和IGBT驱动时序及PWM（脉冲占空比）控制。

创新点之四，采用全桥IGBT功率模块作为电子开关，用脉冲宽度调控模式来改变输出电流的大小与方向，改变触发电路的脉冲宽度，用脉宽调节电路改变每个脉冲输出时间和关断时间，通过随意改变脉冲电流方向，使镇痛仪有更多的输出参数可调，产生模拟的触摸、轻拍、按摩刺激模式。

创新点之五，还包括磁场镇痛线圈，该线圈尽量靠近疼痛部位，采用多股软铜线或玻璃纤维包绕的多股铜线来缠绕镇痛刺激线圈，用硅胶材料浇注成软体柔性线圈，适用于人体不同的部位。

创新点之六，其以产生低频脉宽调制的磁场为主，调节刺激强度和脉冲宽度，以感觉阀值以上，痛觉阀值以下的刺激强度，以无痛、无创、无接触的低频刺激促进传导疼痛的神经通路的突触连接部位产生长时程的抑制效应。

创新点之七，选择性刺激疼痛部位脊髓节段以上的外周神经A类粗纤维，促使脊髓部位关闭疼痛传导的闸门机构发生疼痛抑制作用。

创新点之八，不刺激头部，不接触人体，产生的脉冲磁场经过皮肤刺激外周神经。

创新点之九，根据疼痛的部位或者疼痛的类型，可以选择相应的治疗模式和刺激参数。

创新点之十，对于急性疼痛，有触摸轻柔刺激组合低频单脉冲刺激治疗模式。

创新点之十一，能够采用1Hz低频阵发性强刺激作为神经调制的仿真信号，促使痛觉传导通路产生LTD样抑制效应。

创新点之十二，根据疼痛的局部神经末梢刺激、疼痛节段的神经根刺激、或寻经络刺激的不同选择相应的个体化镇痛治疗。

创新点之十三，将常见的疼痛的参数模块化，可一键进入刺激模式，模式包括触摸、抚摸、轻拍、按摩。

创新点之十四，用超过10000高斯（1特斯拉T）以上的脉冲磁场经皮（不是经颅）刺激外周神经。

创新点之十五，磁场变化范围在1-40kT/s。

创新点之十六，调节模式有调频、调幅、调节占空比（调宽）三种模式。

创新点之十七，使用IGBT可关断电子开关，使磁场的刺激强度更趋向于方波。

一种抑制痛觉神经兴奋性的镇痛方法，采用如权利要求1-14任一项所述的镇痛仪。

一种经皮脉冲磁场刺激设备，其采用权利要求1-15所述的镇痛仪。

有益效果

1 以瞬变脉冲（磁场强度变化率在1~40kT/s，磁场强度在0.1~3T范围可调）磁场刺激大脑以外的部位，安全、无接触、无痛苦痛感的神经调节和抑制的简单方法。

2 利用经颅磁场刺激的原理，使用IGBT作为可断开的电子开关，而不是可控硅单向不可关断的电子开关，使原来靠储能电容和刺激线圈并联谐振的正弦波磁场改为IGBT可关断电子开关，使脉冲磁场波形趋向于方波，方波有陡峭的前沿和后沿，因此磁场的变化率增加，磁场的刺激强度与变化率增加，方波开关更便于用脉宽调制的方式控制电流大小和电流方向，可以产生更多的电磁波形，更有效的提高磁场利用率，在同样刺激强度的情况下可以降低储能电容的电压，可以降低设备总成本、减少刺激线圈的发热，延长设备工作时间与寿命。

3刺激线圈通常为平面圆形和8字形，刺激部位小，与身体的曲线部分不能吻合，刺激作用小，效率低，本申请用柔性可弯折线圈，可以更好的贴合人体不同的部位，刺激部位可调，刺激效率高。

4 磁场镇痛的参数多样化，比TMS增加了调频，调幅和调宽的功能，并能随意改变磁场方向，模拟抚摸、轻拍、按摩等感觉，仿真生理性动作电位的阵发性特点，使镇痛更加有效。

5 个体化镇痛模式，常见疼痛的参数设置模式化，可以一键进入刺激模式，操作简单，便于实现普及化，家庭化。

6 本发明的磁疗镇痛仪利用经颅磁刺激原理，用超过10000高斯（1特斯拉T）以上的脉冲磁场经皮（不是经颅）刺激外周神经，既有明显的震动感觉又可产生刺激部位肌肉的明显抽动，且刺激外周比刺激大脑更安全，同样起到镇痛作用，这些都是以往设备和方法办不到的，是一种全新的突破。

7 本发明设备的性能参数：0~3T（特斯拉）可调，超过所有磁疗产品，刺激波形：方波，比经颅磁刺激的正弦波上升速度更快，刺激更有效；调节模式可以用调频、调幅、调节占空比（调宽）三种模式，比以往的各种磁刺激多一种调宽模式，更多的刺激模式能形成更多有效的刺激组合，使刺激不会被神经快速适应，刺激性治疗镇痛更有效。

8本发明的创新首先是脉冲磁场应用于镇痛领域的创新，然后是具体镇痛仪结构的创新，再是设备参数的创新。

附图说明

图1本发明脉冲磁场镇痛仪主电路的示意图；图2柔性刺激线圈和主角示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1附图标记说明：滤波电路包括X电容1、2，Y电容3-6，共模电感7，桥式镇流器8，吸收电容9，储能电感10，MOS管11，整流二极管12，储能电容13，DC-DC隔离开关电源14，高压储能电容15，柔性刺激线圈16，电子开关全桥IGBT17，18PFC控制器，微处理器19

图2附图标记说明：柔性可折叠线圈1，操作手柄2，链接电缆3，机箱4，显示屏5，调节控制旋钮开关6。

Claims (19)

1.一种脉冲磁场镇痛仪，其特征在于，包括主电路，且主电路是用电压可调的储能电容通过全桥开关电路向刺激线圈发出脉冲电流，产生脉冲磁场来镇痛。

2.如权利要求1所述的镇痛仪，其特征在于，还包括，由充电电路组成的电压可调的储能电容，且该电容充电是交流-直流，直流-直流的电压转换过程；交流电源滤波模块，消除设备的电磁干扰，提高电磁兼容性；通过整流模块把交流整流后成为直流，再通过功率因素调节电路，使设备的电流波形与电压波形一致，使功率因素接近于1，再通过直流-直流电压变换升压电路，谐振软开关恒流充电模块，电压比较器与反馈电路，通过微处理器把储能电容充电到设定的水平。

3.如权利要求2所述的镇痛仪，其特征在于，滤波电路由两个X电容、4个Y电容和共模电感组成，整流模块由桥式镇流器和吸收电容组成，功率因素调节模块由储能电感、MOS管、整流二极管、储能电容、功率因素调节控制器、高压充电模块由DC-DC隔离开关电源组成，还包括高压储能电容、柔性刺激线圈，可关断电子开关IGBT，和多用途微处理器的自检、保护、可编程控制充电电压和IGBT驱动时序及PWM（脉冲占空比）控制。

4.如权利要求1所述的镇痛仪，其特征在于，采用全桥IGBT功率模块作为电子开关，用脉冲宽度调控模式来改变输出电流的大小与方向，改变触发电路的脉冲宽度，用脉宽调节电路改变每个脉冲输出时间和关断时间，通过随意改变脉冲电流方向，使镇痛仪有更多的输出参数可调，产生模拟的触摸、轻拍、按摩刺激模式。

5.如权利要求1所述的镇痛仪，其特征在于，还包括磁场镇痛线圈，该线圈尽量靠近疼痛部位，采用多股软铜线或玻璃纤维包绕的多股铜线来缠绕镇痛刺激线圈，用硅胶材料浇注成软体柔性线圈，适用于人体不同的部位。

6.如权利要求1所述的镇痛仪，其以产生低频脉宽调制的磁场为主，调节刺激强度和脉冲宽度，以感觉阀值以上，痛觉阀值以下的刺激强度，以无痛、无创、无接触的低频刺激促进传导疼痛的神经通路的突触连接部位产生长时程的抑制效应。

7.如权利要求1所述的镇痛仪，选择性刺激疼痛部位脊髓节段以上的外周神经A类粗纤维，促使脊髓部位关闭疼痛传导的闸门机构发生疼痛抑制作用。

8.如权利要求1所述的镇痛仪，其特征在于，不刺激头部，不接触人体，产生的脉冲磁场经过皮肤刺激外周神经。

9.如权利要求1-4任一项所述的镇痛仪，其特征在于，根据疼痛的部位或者疼痛的类型，可以选择相应的治疗模式和刺激参数。

10.如权利要求5所述的镇痛仪，其特征在于，对于急性疼痛，有触摸轻柔刺激组合低频单脉冲刺激治疗模式。

11.如权利要求5所述的镇痛仪，其特征在于，能够采用1Hz低频阵发性强刺激作为神经调制的仿真信号，促使痛觉传导通路产生LTD样抑制效应。

12.如权利要求5所述的镇痛仪，根据疼痛的局部神经末梢刺激、疼痛节段的神经根刺激、或寻经络刺激的不同选择相应的个体化镇痛治疗。

13.如权利要求1所述的镇痛仪，将常见的疼痛的参数模块化，可一键进入刺激模式，模式包括触摸、抚摸、轻拍、按摩。

14.如权利要求1所述的镇痛仪，用磁场超过10000高斯（特斯拉T）以上的脉冲磁场经皮（不是经颅）刺激外周神经。

15.如权利要求1所述的镇痛仪，磁场变化范围在1-40kT/s。

16.如权利要求1所述的镇痛仪，调节模式有调频、调幅、调节占空比（调宽）三种模式。

17.如权利要求1所述的镇痛仪，使用IGBT可关断电子开关，使磁场的刺激强度更趋向于方波。

18.一种抑制痛觉神经兴奋性的镇痛方法，采用如权利要求1-14任一项所述的镇痛仪。

19.一种经皮脉冲磁场刺激设备，其采用权利要求1-15所述的镇痛仪。