CN109010008A - 神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种神经肌肉电刺激器的主机，包括电源模块；与电源模块电连接的控制模块，用于输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号；与控制模块电连接的调制模块，用于对输入的一对高频载波信号分别与输入的一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波；及与调制模块电连接的逆变模块，用于将输入的一对调制波逆变成对称的交流信号并进行一对以上的输出，交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号。本发明还公开了一种神经肌肉电刺激器、神经肌肉电刺激方法。其不但具有中低频神经肌肉刺激功能，又具有高频电温热效应的功能，适用于消炎、镇痛，也可用于美容、塑身及肌肉的增强。

Description

神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机。

背景技术

根据中医经络理论，通过温灸能调整生理机能，提高免疫功能，达到强身健体、防病保健的目的。

目前临床上神经和肌肉刺激器使用的电极大部分不具备温灸发热功能。虽然确有极少部分的刺激器使用加热电极板，但加热电极板的结构复杂，内部须植入加热材料。且为实现加热电极板发热，设计仪器时必须增加加热电源。因此带加热电极板的神经和肌肉刺激器存在以下问题：

（1）电极板表面发热不均匀；（2）一般不控制电极板加热温度，有烫伤使用者的危险；（3）加热电极板温度提升需要时间；（4）电极板接头处容易损坏；（5）电极板寿命受加热温度的影响；（6）相对一般电极，对制造工艺要求高；（7）加热电极板本身成本高；（8）***成本高等。

而且，目前加热电极板最主要问题是体外热辐射加热。要使体验者有温热感，须先让加热电极板发热，然后电极板的热量才能通过贴紧电极板的皮肤由表及里地传送，热量渗透深度不够，表面热，内部组织疼痛处温度低，造成目前加热电极板的疗效低。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机,其不但具有中低频神经肌肉刺激功能，又具有高频电温热效应的功能，适用于消炎、镇痛，也可用于美容、塑身及肌肉的增强。

为解决上述技术问题，本发明提供一种神经肌肉电刺激器的主机，所述主机包括：电源模块，用于提供电源；与所述电源模块电连接的控制模块，用于输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号；与所述控制模块电连接的调制模块，用于对输入的一对高频载波信号分别与输入的一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波；以及与所述调制模块电连接的逆变模块，用于将输入的一对调制波逆变成对称的交流信号并进行一对以上的输出，其中，所述交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号。

进一步地，所述逆变模块是逆变隔离升压模块，电压调节模块分别与所述电源模块、控制模块和所述逆变隔离升压模块电连接，其中，所述电压调节模块用于根据所述控制模块的控制，输出大小不等的电压至所述逆变隔离升压模块，所述逆变隔离升压模块进而用于根据所述电压调节模块输出的电压将所述调制模块输出的一对调制波逆变成幅值增加、且对称的交流信号并进行一对以上的输出。进一步地，所述主机包括分别与所述逆变隔离升压模块和所述控制模块电连接的检测与保护模块，所述检测与保护模块用于检测所述逆变隔离升压模块的输出是否空载或过载并将检测信号传递给所述控制模块，所述控制模块进而根据接收到的检测信号判断所述逆变隔离升压模块输出的交流信号是否与人体接触、以及判断所述逆变隔离升压模块输出的交流信号是否超过安全电流和/或电压阈值，并在超过安全电流和/或电压阈值时将交流信号限制于安全电流和/或电压阈值范围内或者进行短路保护，与所述逆变隔离升压模块输出连接的电极若没与人体接触或接触不良，所述主机则不启动输出。

进一步地，所述主机包括与所述控制模块电连接的输入输出模块，所述输入输出模块搭载有人机界面，用于完成对所述主机的工作参数设定、工作状态显示及***启停，所述工作参数包括工作程序参数、工作时间参数、输出强度参数，所述控制模块输出的高频载波信号及中低频调制信号随工作程序参数的不同而变化，所述逆变模块输出的交流信号的电压和电流幅值随输出强度参数的不同而变化。

进一步地，所述主机包括分别与所述调制模块和所述逆变隔离升压模块电连接的驱动模块，用于将所述调制模块输出的调制波的波形进行整形后输出至所述逆变隔离升压模块。

进一步地，所述交流信号的输出电压范围为0-50V；所述交流信号的输出电流范围为0-100mA。

进一步地，所述高频载波信号的频率范围为500KHz-2MHz；所述中低频调制信号的频率范围为1Hz-10KHz。

进一步地，所述中低频调制信号的波形是方波、指数波、正弦波、梯形波中的任意一种或其组合。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种神经肌肉电刺激器，包括如上述任一项实施例所述的主机以及与所述主机中逆变模块连接的一对以上的对电极，其中，所述主机输出对称且兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号的交流信号借助一对以上的所述对电极与人体组织形成回路。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种神经肌肉电刺激方法，包括如下步骤：输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号；将一对高频载波信号分别与一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波；将一对调制波逆变成交流信号并进行一对以上的输出，并用至少一对对电极作用于治疗部位。其中，所述交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号特性和高频温热效应信号特性。

本发明的神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机，具有如下有益效果：

通过将一对互补的高频载波信号分别于一中低频调制信号进行调制生成一对调制波，再将该一对调制波逆变成对称的交流信号并进行至少一对输出，用至少一对对电极作用于治疗部位，使得该交流信号兼具中低频神经肌肉刺激特性和高频温热效应特性，适用于消炎、镇痛，也可用于美容、塑身及肌肉的增强。

附图说明

图1是本发明神经肌肉电刺激器的功能模块示意图。

图2是图1所示神经肌肉电刺激器中调制模块的电路结构图。

图3是图1所示神经肌肉电刺激器中驱动模块及部分逆变隔离升压模块的电路结构图。

图4是图1所示神经肌肉电刺激器中电压调节模块的电路结构图。

图5是图1所示神经肌肉电刺激器中逆变隔离升压模块及检测与保护模块的电路结构图。

图6是图1所示神经肌肉电刺激器中控制模块的电路结构图。

图7是图1所示神经肌肉电刺激器的操作流程图。

图8是图1所示神经肌肉电刺激器的作用效果示意图。

图9是本发明神经肌肉电刺激方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供一种神经肌肉电刺激器。参阅图1，该电刺激器包括由外壳11收容以进行保护的主机1。主机1具有一对以上的输出端，而与之相应的，外壳11上设置与主机1的输出端电连接的一对以上的接线端。一对以上的对电极2对应与上述的接线端可拆卸地连接进而实现主机1与对电极2的连接。主机1、对电极2与人体组织12形成回路产生电流实现电刺激功能。值得注意的是，本发明所述的对电极2是一般的对电极2，其是内部不具备如加热丝等加热元件的对电极2，举例如可选择导电凝胶或柔性金属导电布等。

具体而言，主机1包括电源模块3，其用于提供主机1工作的电源。该电源模块3在本实施例中采用AC/DC（电源变换）模块结合DC/DC模块的方式，用于将市电先转换成直流电，如从220VAC转换成12VDC及5VDC供主机1使用。当然，该电源模块3还可以采用电池模块结合DC/DC模块的方式，由直流电直接经转换供电。在其它实施例中，可以同时具备AC/DC模块、电池模块、以及DC/DC模块，此处不作详细描述。

进一步地，主机1包括控制模块4，该控制模块4与电源模块3电连接，其核心意义在于用于输出一对互补的高频载波信号PWMB0、PWMB1，并用于输出一个中低频调制信号PWMW3。该控制模块4在本实施例中采用单片机，当然，在其它实施例中可以用其它集成芯片如CPU、FPGA等及其周边元器件组成实现。图6示意了其中一种控制模块4的实施例的具体电路图。

进一步地，主机1包括调制模块5，该调制模块5与控制模块4电连接，其用于将由控制模块4输出的一对高频载波信号分别与一个中低频调制信号进行调制并输出一对对称的调制波。具体的，即将高频载波信号PWMB0和中低频调制信号PWMW3调制成一个调制波，并同时将高频载波信号PWMB1和中低频调制信号PWMW3调制成另一个调制波，而该两个调制波是对称的。

结合图2进行参阅，举例而言，该调制模块5包括两个调制单元，该两个调制单元举例分别可由IC3A（构成与门电路）、IC4A（构成非门电路）、IC4B（构成非门电路）及IC3B（构成与门电路）、IC4C（构成非门电路）、IC4D组成（构成非门电路），每个调制单元分别调制形成一个调制波。其中，IC3A、IC4A、IC4B共同完成对高频载波信号PWMB0和中低频调制信号PWMW3的调制，IC3B、IC4C、IC4D共同完成对高频载波信号PWMB1和中低频调制信号PWMW3的调制。在该例举的实施例中，与门电路即IC3A及IC3B具有四个输入端，因此控制模块4根据与门电路的选择，除了分别为其输入一个高频载波信号和一个低频载波信号之外，还输出两个高电平的控制信号（即PWMW0、PWMW1、PWMW2），通过该与门电路的设置基本实现了调制波的形成。而非门电路即IC4A、IC4B及IC4C、IC4D的设置主要是为了提高输出能力。

进一步地，主机1包括逆变模块，该逆变模块与调制模块5电连接，其用于将由调制模块5输出的一对调制波逆变成对称的交流信号并进行一对以上的输出，此处需要注意的是，该逆变模块仅仅起到将直流电转换成交流电的作用。其中，由于该交流信号具备高频和中低频的特性，因而该交流信号兼具中低频神经肌肉刺激特性和高频温热效应特性。作用于人体组织12时，低频电对浅表组织作用好，容易引起肌肉收缩，高频电进入人体深部，温热效应明显，能够消炎、镇痛，另外也可以适用于美容、塑身及肌肉的增强。其电刺激的作用效果详见图7，其中，低频（涵盖低频和中频）主要作用于皮肤及皮下脂肪等浅表组织，而高频主要作用于肌肉、血管等深部组织。

同时, 由于本发明的高频温热效应特性，能够避免现有技术中因为需要采用加热电极而存在的下列问题：（1）电极表面发热不均匀，（2）电极接头容易损坏，（3）为减少工艺问题，一般不控制电极加热温度，有烫伤危险，（4）电极寿命受加热温度的影响，（5）加热需要时间等。而最主要问题是要先加热电极，然后热量才能由表及里地传导，且热量渗透深度不够，表面热，内部温度不够。

前文所述的中低频调制信号涵盖了低频和中频这两个范围，实际上，也可以统一称之为低频调制信号。其中，高频载波信号的频率范围介于500KHz-2MHz，较佳的，其介于1MHz-2MHz，如1MHz、2MHz。其中，中低频调制信号的频率范围介于1-10KHz，较佳的，低频调制信号的频率范围介于1-120Hz或300-700Hz,中频调制信号的频率范围介于3-10KHz。通过上述频率的选择，可以实现更好的电刺激效果。

较佳的，中低频调制信号的波形是方波、指数波、正弦波、梯形波中的任意一种或其组合，不同波形也对应拥有着不同的电刺激模式和效果。高频载波信号的波形通常可以是方波，该方波可以根据需要设置不同的占空比，举例如50%等的占空比。其中，该中低频调制信号的波形由控制模块4输出的数字信号模拟所形成。温热效应随主机1输出强度设定变化，输出设定的强度（即幅值）越高，温热感越明显。而且信号设定的工作频率越高，温热感也越明显。较佳的，温热感人体表皮温度不超过40℃，防止灼伤人体组织12。

在一较佳实施例中，结合图1、图3和图4进行参阅，该逆变模块是逆变隔离升压模块7，不仅起到直流转交流的作用，同时起到升压隔离作用。相应地，该主机1还包括一电压调节模块8，该电压调节模块8分别与电源模块3、控制模块4和逆变隔离升压模块7电连接。其中，控制模块4还用于输出PWM信号，电压调节模块8用于根据控制模块4输出的PWM信号的脉冲宽度大小，输出大小变化的电压（如图3所示的VDC-Main，其电压可调节范围在电源模块3可输出的最大范围内进行调节，举例如12V或者5V内）至逆变隔离升压模块7，逆变隔离升压模块7进而用于根据电压调节模块8输出的电压将调制模块5输出的一对调制波逆变成幅值增加、且对称的交流信号并进行一对以上的输出。通过设置逆变隔离升压模块7和电压调节模块8，能够对电刺激的强度进行调节，有利于因人而异或者因情况而异实现更好的电刺激效果。较佳的，该交流信号的输出电压范围为0-50V连续可调。较佳的，交流信号的电流范围与输出电压范围相关联，为0-100mA连续可调。

继续参阅图3，举例而言，逆变隔离升压模块7通过其内的半桥或全桥电路把输入调制的单方向信号（即调制波）逆变成对称的交流信号并使其幅值增加。本实施例选择为半桥电路。通过V12、V13及变压器T2初级线圈组成半桥电路。变压器T2除实现隔离作用外，也实现升压的功能。逆变隔离升压7可以是一对输出，也可以是多对输出。本实施例中设计2对输出，两对输出可同时工作，也可单独工作。其中，电压调节模块8输出的电压（即VDC-Main）作用于V12、V13上，V12、V13根据输入的一对调制波相应进行导通或截止，进而在变压器T2初级侧形成幅值为VDC-Main的交流信号并通过变压器T2进行升压。

进一步地，电压调节模块8根据控制模块4识别的人机界面设定输入参数把电源模块3的VIN固定输出变化为输出连续可调的0-VDC直流电压到逆变隔离升压模块7。该电压调节模块8由集成芯片IC1、IC2及周边器件组成。来自控制模块4的PWM-PWR控制信号输入到V2栅极，经IC2变换成直流信号，再经电阻R8连接到IC1输出控制端，控制电压调节电路8 输出0-VDC可调的直流电压，同时IC1具有过压保护及最大输出电流保护功能以实现***的安全可靠。

在一较佳实施例中，如图5所示，主机1还包括一检测与保护模块10。该检测与保护模块10分别与逆变隔离升压模块7和控制模块4电连接，其用于检测逆变隔离升压模块7的输出是否空载或过载并将检测信号（或称为检测结果）传递给控制模块4，进而由控制模块4根据从检测逆变隔离升压模块7接收到的检测信号判断逆变隔离升压模块7输出的交流信号是否与人体接触、以及判断逆变隔离升压模块7输出的交流信号是否超过安全电流和/或电压阈值并在超过安全电流和/或电压阈值（即过载）时将交流信号限制于安全电流和/或电压阈值范围内或者进行短路保护。与所述逆变隔离升压模块输出连接的电极若没与人体接触或接触不良，主机则不启动输出。举例而言，控制模块4在交流信号超过安全电流和/或电压阈值输出一个控制信号，控制前述的电压调节模块8输出一个0V的电压给逆变隔离升压模块7，进而使得无交流信号输出从而实现保护。

举例而言，检测与保护模块10由IC5、IC6及周边元器件构成。该IC5、IC6为线性光电耦合器件，IC5的1、2端串联到主机1的输出端，IC6的1、2端与R48并联后也串联到主机1的输出端（具体为逆变隔离升压模块7的输出端OUT1-1、OUT1-2），3、4端输出信号LOAD1 CHECK及OVERCURRENT CHECK1分别与控制模块4的IC7的输入端连接。

在一具体实施例中，继续参阅图1，主机1还包括一输入输出模块9，该输入输出模块9与控制模块4电连接，并搭载有供操作和显示用的人机界面。该输入输出模块9用于完成对主机1的工作参数设定、工作状态显示及***启停，主要是对控制模块4进行操作和接收控制模块4的反馈并显示。其中，该工作参数包括工作程序参数、工作时间参数、输出强度参数。进一步地，控制模块4输出的高频载波信号及中低频调制信号随工作程序参数的不同而变化，逆变模块输出的交流信号的幅值随输出强度参数的不同而变化。

较佳的，该输入输出模块9可以选择为触摸屏，通过触摸对应的按键或者滑动触摸条进行相应操作。其中，工作程序举例可以设置为5种或更多种，举例如揉、按、灸、敲、锤等，可进行循环选择；工作时间可设置初值为10分钟，间隔5分钟变化，最大工作时间可设定为30分钟；工作状态显示这些设定的参数及随时间的变化，同时温热显示随输出强度的设定而变化；启停键完成***启动或暂停。按启动后，可设定输出强度，最大输出强度举例为50档可设定。

在一具体实施例中，继续参阅图3，主机1还包括一驱动模块6，该驱动模块6分别与调制模块5和逆变隔离升压模块7电连接，用于将调制模块5输出的调制波的波形进行整形后输出至逆变隔离升压模块7，以提高后续逆变隔离升压模块7的安全性及转换效率。

举例而言，驱动模块6由V4、V6、V8、V10二极管、V5、V7、V9、V11三极管及周边电阻、电容组成。驱动信号输入为对称的调制波，输出到后级逆变隔离升压模块7 V12、V13的栅极。

上述实施例中，IC1举例选择EUP3453；IC2举例选择SGM358YS；IC3举例选择SN74HC21APW；IC4举例选择SN74LV14ADR；IC5举例选择EL817(B)；IC6举例选择EL817(B)；IC7举例选择M058LDN；IC8举例选择MAX708S。

如图8所示，使用如上所述的电刺激器时，使用者连接主机1输入线到市电插座，连接对电极2连线到逆变隔离升压模块7的输出端。然后打开主机1的电源开关，通过主机1的人机界面设定工作程序、工作时间后，人机界面同时显示设定的工作程序、工作时间。把治疗对电极2紧贴在治疗部位，按人机界面启停键，仪器开始工作。通过人机界面逐渐调节输出强度，人机界面同时也显示设定的输出强度（电压强度和/或电流强度），使用者电流刺激感随之逐渐变化。输出强度（电压和/或电流强度）的选择以使用者舒服可接受为准。人机界面时间倒计时显示，主机1时间设定完成后，仪器报警提示并自动关机。最后取下对电极2，关市电开关，完成一次操作。

本发明还提供一种神经肌肉电刺激方法。请参阅图9，该方法包括如下步骤：

步骤S11，输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号。

其中，该高频载波信号和中低频调制信号可以根据设置的工作参数进行调节，比如根据设定的工作程序调节。

步骤S12，将一对高频载波信号分别与一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波。

步骤S13，将一对调制波逆变成对称的交流信号。

至此，可以将交流信号进行输出以作用于人体组织。其中，该交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号特性和高频温热效应信号特性。

在一较佳实施例中，具体在步骤S13之后，还包括：

步骤S14，提升对称的交流信号的幅值。

步骤S15，用至少一对对电极作用于治疗部位。

其中，在步骤S13中并不是最终输出交流信号作用于人体组织，而是将其幅值逐渐提升的同时进行输出作用于人体组织。进而该交流信号能够实现更合适的电刺激强度。

其中在步骤S15实施例中，可以用3对对电极作用于腹部，进而在对胃胀、消化不良、胃神经功能紊乱、便秘等症状具有很好的疗效。

本发明的神经肌肉电刺激方法、神经肌肉电刺激器及其主机，具有如下有益效果：

通过将一对互补的高频载波信号分别于一中低频调制信号进行调制生成一对调制波，再将该一对调制波逆变成对称的交流信号并进行至少一对输出，用至少一对对电极2作用于治疗部位，使得该交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号特性和高频温热效应信号特性，适用于消炎、镇痛，也可用于美容、塑身及肌肉的增强。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种神经肌肉电刺激器的主机，其特征在于，所述主机包括：

电源模块，用于提供电源；

与所述电源模块电连接的控制模块，用于输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号；

与所述控制模块电连接的调制模块，用于对输入的一对高频载波信号分别与输入的一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波；

以及与所述调制模块电连接的逆变模块，用于将输入的一对调制波逆变成对称的交流信号并进行一对以上的输出，其中，所述交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号。

2.根据权利要求1所述的主机，其特征在于：

所述逆变模块是逆变隔离升压模块，电压调节模块分别与所述电源模块、控制模块和所述逆变隔离升压模块电连接，其中，所述电压调节模块用于根据所述控制模块的控制，输出大小不等的电压至所述逆变隔离升压模块，所述逆变隔离升压模块进而用于根据所述电压调节模块输出的电压将所述调制模块输入的一对调制波逆变成幅值增加、且对称的交流信号并进行一对以上的输出。

3.根据权利要求2所述的主机，其特征在于：

所述主机包括分别与所述逆变隔离升压模块和所述控制模块电连接的检测与保护模块，所述检测与保护模块用于检测所述逆变隔离升压模块的输出是否空载或过载并将检测信号传递给所述控制模块，所述控制模块进而根据接收到的检测信号判断所述逆变隔离升压模块输出的交流信号是否与人体接触、以及判断所述逆变隔离升压模块输出的交流信号是否超过安全电流和/或电压阈值，并在超过安全电流和/或电压阈值时将交流信号限制于安全电流和/或电压阈值范围内或者进行短路保护，与所述逆变隔离升压模块输出连接的电极若没与人体接触或接触不良，所述主机则不启动输出。

4.根据权利要求2所述的主机，其特征在于：

所述主机包括与所述控制模块电连接的输入输出模块，所述输入输出模块搭载有人机界面，用于完成对所述主机的工作参数设定、工作状态显示及***启停，所述工作参数包括工作程序参数、工作时间参数、输出强度参数，所述控制模块输出的高频载波信号及中低频调制信号随工作程序参数的不同而变化，所述逆变模块输出的交流信号的电压和电流幅值随输出强度参数的不同而变化。

5.根据权利要求2所述的主机，其特征在于：

所述主机包括分别与所述调制模块和所述逆变隔离升压模块电连接的驱动模块，用于将所述调制模块输出的调制波的波形进行整形后输出至所述逆变隔离升压模块。

6.根据权利要求2所述的主机，其特征在于：

所述交流信号的输出电压范围为0-50V；

所述交流信号的输出电流范围为0-100mA。

7.根据权利要求1所述的主机，其特征在于：

所述高频载波信号的频率范围为500KHz-2MHz；

所述中低频调制信号的频率范围为1Hz-10KHz。

8.根据权利要求1所述的主机，其特征在于：

所述中低频调制信号的波形是方波、指数波、正弦波、梯形波中的任意一种或其组合。

9.一种神经肌肉电刺激器，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的主机以及与所述主机中逆变模块连接的一对以上的对电极，其中，所述主机输出对称且兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号的交流信号借助一对以上的所述对电极与人体组织形成回路。

10.一种神经肌肉电刺激方法，其特征在于，包括如下步骤：

输出一对互补的高频载波信号及输出一个中低频调制信号；

将一对高频载波信号分别与一个中低频调制信号进行调制并输出一对调制波；

将一对调制波逆变成对称的交流信号并进行一对以上的输出，用至少一对对电极作用于治疗部位，其中，所述交流信号兼具中低频神经肌肉刺激信号和高频温热效应信号。