一研究论著一种新型低频脉冲治疗仪的研制王显安,陆尧胜’沈以鸿2;(1暨南大学电子工程系广州市5106322广州三瑞医疗器械有限公司广州市105520摘要介绍了一种新型低频脉冲治疗仪的基本结构工作原理疗脉冲信号电极双向脉冲输出治疗仪采用了一种新型的单片机可产生多种特定的治系统具有良好的安全性并带有自动电极阻抗检测功能;关键词低频脉冲治疗:中图分类号TH7722;电极阻杭检侧研制:一文章编号10038868《2005)12一0013一03:文献标识码ADeveloPmentfoeE1anovelIow一reqnluenycersuanoeele改ronnicPulsetheraPeuticaPPaartusWANGXian一aLURao一sheglSHENYi一hongZgzhou510632;ZSUNRAYMediealAPParatus(1DePaAbstarBasetmentorfctornieEngineeirngJinanUnivDneiytGuanCoeTLtheGiPlegzhoau510520)lOIw一freeraenUcqthTaeisPaPerinnovertodue一eesthesrtumeeteureessonar,rdPifnoveyseleeeertoialniePulsese5theraspeanuteipaoupatratputveusdonlnsinglehipmiemporsadeviedeteneeanegentemultipleauppult1l邵aseeudbi-direetionlaleertoiepulseeneAttheetimeiteeantthimpedaneeeetomatiea」lyandhusitsirty15impordKyweo1rdslow一介equyleetornietherapy:leetroieimpedandeteetion:Reseatrhocman侧aFctuer概述混和信号系统级MCU芯片低频脉冲治疗是一种利用低频率低电压小电流的脉冲来治疗疾病的一种方法常用的治疗波形有三角波尖波方波梯形波和正弦波等具有高速的8051内核个数字UO引脚DAC2个12位k工作时电流通过2个电极对人体有关部位或k片内RAM内置4穴位进行电刺激使肌肉收缩激活中枢神经促进分泌某些生FLASH存贮器等该部分主:物成分而达到治疗的目的根据电流方向的不同治疗方式又可要完成以下任务显示及键盘响应(1)LCD分为直流电治疗和交流电治疗直流电治疗便于药物的导人;交流治疗比一般直流电治疗时电解的产物少清晰明了可以减轻酸碱物质的界面便于人机交互处理图,系统原理图对治疗局部皮肤的不适刺激真正实现了程控化处方化本文介绍的治疗仪将以往单一的治疗方法发展成多重治疗方式可使药物直接作用于病灶区使电刺激药物离子导人融为一体同时该系统还有一大特点可防止由于开机瞬方便医生操作(2)参数调节及显示刷新医生可以根据不同病人及时选择不同的治疗处方治疗脉冲输出强度以及治疗时间以便提高治疗效果22电源电路.间或者治疗过程中电极松动而造成患者受到突然刺激的情况发生本电路主要为LCD显示驱动提供12V电压为系统中的系33V的电压统运放提供SV电压并为单片机控制电路提供.本系统在每次输出电脉冲前及治疗过程中都定时对输电出电极进行检测另外系统采用了液晶屏及高速的单片机源电路原理图如图2所示市电先经变压器lT隔离降压得一这种全按键控制图文化显示方式大大提高了系统的可操作性方便医生根据不同患者选择不同的治疗处方调节治疗8V交流电压经整流C11和CZ滤波后得Vl作为开关集成稳压器Ul(LM257612V)和功率放大电路的输人电源ul稳压后得脉冲强度及治疗时间等参数2硬件电路设计到的+lZv电压经串连的7个二极管降压后作为UZ(7085三端稳压器)的输人UZ稳压得到的+5V电压不仅仅作为运放电路的该系统由电源电路单片机控制电路LCD显示驱动电路键盘电路电极阻抗检测电路功率放大电路及输出电极等构成(见图1).V电压为单片机供电电源其再经U3(A51117)稳压后得+33这里我们用7个串连的普通二极管D6一D12的目的在于控制由于篇幅有限本文将重点介绍电源电路电7805三端稳压器输入和输出2个端口的压差使其压降在ZV左极阻抗检测电路功率放大电路及输出电路这些技术难点而甘大家熟知的单片机控制电路LCD显示区动电路及键盘电路将不作深人探讨!1单片机控制电路SP系统采用C805l0F20混和信号IIASH微控制器该器件是完全集成的作者简介王显安硕士研究生主要从事虚拟义器与现代医学仪器的研究;陆尧胜副教授主磨从事生物医学电子学方面的研究本课题由广刊三瑞医疗器械有限公司资助,Q医疗卫生装备2005年第26卷第12期以ChjeeMdeica}qEiPme以Jom创020526V心ON12研究论著一右这样既降低了UZ的功耗又提高了它的工作性能23功率放大电路.一之后送到输出电极24.变压器输出及阻抗检测电路为了克服线性稳压电路效率低(通常为30%40%)调整变压器输出电路主要是将单片机D/A输人的单边包络信号调制为正负向对称的双向脉冲并将其升压后输出这样可以消除直流电刺激产生的组织极化现象管配备大的散热片等固有缺点脉宽调制控制集成电路T拼94轻了电路板的体积和成本我们选用了一种电压驱动型这样就提高了电源的效率减达到最佳的治疗效原理图见图3果利用阻抗检测电路定时地对电极进行检测是本电路设计丝的一大特点这样避免了开机瞬间或者治疗过程中电极接触2不良致使患者受到大幅度脉冲的突然刺激1消除了患者的畏布一蒸弋塑溯朗R0惧感改善了治疗效果CD40变压器输出及阻抗检测的原理图如图4所示反相器96电位器Wl和电容1C4组成振荡器l]由D触发器分频后产生相位严格相反的信号分别经Q7和Qg放大后驱动QS和。Q0交替截止与饱和使升压后的处方信号V经变压器藕合1科监后变为交变信号输出到电极R17R18和C13组成滤波电路防止变压器根合输出时产生尖锐的脉冲刺激光祸U6三极管图3功率放大电路:2等组成阻抗检测电路其工作原理如下Q6电容C1正常工作时若QIO导通光祸U6工作端口4被拉为低TM94是一个固定频率的脉冲宽度调制电路内置了线性锯齿波振荡器其提供的振荡频率可通过外部的一个电阻和一个奋飞一二电容进行调节产生的振荡频率“osfc一}曙变化的信号转换成与脉冲宽度成正比变化的直流信号各个引脚如图3所示其中12脚是误差载它能把脉冲宽度明川邓导蔽厂,选就放大器I的同相和反相输人端振荡器产生的锯齿波送到PWM比较器的反相输人端脉冲调宽电压送到PWM比较器的同相输入端通过PWM比较器进行比较输出一定宽度的脉冲波脚3为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端输出时表现为或输出控制特性也就是图4变压器输出及阻抗检测电路说在2个放大器中输出幅度大者起作用;4脚为间歇期调理电平电容C12放电则三极管Q6截止;QS导通时光祸U6不工作电源通过Rn对电容C12充电但RllxC12的值足够大33V电压时可使截止时间从4%线性变化到96%;56其上加0一.当三极管Q10再次导通时光祸U6的端口4仍然为低电平这脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容;7脚为接地端脚和;样三极管Q6仍截止所以在正常工作情况下开关电源的输2充人信号不受FBI控制若电极接触不良电源将一直对C1电使光祸U6的端口4为高电平Q6饱和导通FBI为低电平从而将开关电源的输人信号拉为低电平F是阻抗检测电路对单片机的一个反馈信号当单片机检测到其为高电平时则110脚分别为TM914内部两个末级输出三极管集电极和发射2脚为电源供电端113脚为输出控制端极;;该脚接地时为并;联单端输出方式接14脚时为推挽输出方式14脚为SV基准电压输出端最大输出电流10mA;516脚是误差放大器n的反1相和同相输人端图中Ql和QZ是调整管Q3的驱动电路电感4组成滤波电路Rg和Ro1r组成取2LCg和C10和续流二极管D说明此时电极接触不良在软件上也降低输出治疗脉冲的幅度从而彻底避免了输出电极再次接触良好时对患者产生突样电路oFBI是阻抗检测的反馈信号当电极开路时FBI变为然的刺激3低电平时它会将开关电源的输人信号拉为低电平从而将输出V拉为低电平JA在输人为零时输出不为零由于运放I4V为零时送到U52所以我们在这软件设计整个程序设计采用模块型设计的方法除主程序外治疗处方键盘检测键盘响应等均由子程序编写在主程里加了一个二极管D13以确保从单片机DA过来的处方信号序中创建了一个任务队列当对键盘定时中断检测的过程中脚反相输人端的电压为零又因1脚是误差发现有按键按下则将相应的任务压人队列在系统不进行中断处理时对队列中的任务逐个处理;当主程序检测到任务队列为空时程序仅仅一直查询任务队列等待定时中断将任务压人队列放大器的同相输人端所以~FB二一压v0里貂奢旦=B卫F器一坦x工全翌升压后的输出电卫琪lRIV偿严其经过变压器,合sksat其主程序段如下当队列中有任务时Tat=rOK,然后通过指向函数的指针执行相(卜卜下转第16页卜卜)2期162No12医疗卫生装备Chin2005年第26卷第esMedicalEqiPmentJoumal2005Vol14研究论著一据的长度前导以及单双极性的格式出时钟端FOCOLCK为输人/输t`其时钟脉冲由DSP的CLOCK提供通过改变CLOCK合SLB)=(R叶`kfl)x6opFx`n(8192)的频率可以改变采样所需的时间频率增高则采样的时间就缩短这个时间必须少于在时序图中所示的转换器采样时间52EOC为转换结束端在最后的FOCLOCK下降沿之后转换芯片时序图EOC从高电平变为低电平并保持低直到转换完成及数据准备转换芯片的时序图见图31425脚传输DSP将采集到的数据进行处理通过(S卫送人上位机进行刀L-0N)A工l/汗I几人Ar汁分析判断n刃2543决丽INUC】习CEOCCE卜FO)少S和iX三亘又口诬、一一卜肆巫二枢欧巫颐汉亘双巫x亚又至、lCLCJOUTTOT之二L困一图353.一{一筑罐一R〔F用己弓进行12个时钟的传送以MSB导前的时序图软件系统流程图灯D转换图4图25的流程见}将丽州一延时l系统的硬件接口原理图6结束语将丽里O系统软件的设计本文介绍了生化仪的基本原理51简化的模拟输入分析s在1/2LSB中将模拟输人电容从0充到V所需的时间可推并给出了送通遭模式式数到1尤数据采集模块的设计方案导如下经过软硬件的结合送通道傲式接收前面锁存的巧B并存储岱B电容所充的电压由下式给出V户V::实验验证该系统设计数到孔C53是成功可靠的(1一e该系统z接收前面锁存的MSB并存储MSBB前:(1)采集速度达75kH精度返回其中民R二s十r为2输完全满足用户的要求图4模数转换流程框图1/ZLSB达到的最终电压由下式给出V`省(:璐B,=V厂(揣一)t(2)目下:参考文献l将(1)代人(2)式并解出夕V厂刘和平严利平张学锋等TMS犯OLF24X0DsP结构原理及应用垫l8192,二V(`北京航空航天大学出版社2002众(8192)2王念旭DSP基础与应用系统设计北京北京航空航天大学出版可得ct`告LSB)=RxtCx,n社201一一(2X)50606(:收稿一一2X)51121(修回)所以在给定值的条件下模拟输人信号的建立时间是(4阅上接第14页4月)关任务ofr导下将电疗热疗药物治疗等结合起来以提高了治疗效果(t=r本文研制的治疗仪是针对医院而设计的根据当前脉冲治疗仪的发展趋势及医生和病人的需求可将电疗热疗药物离子导pMsg&Ta(skMs{Tasksta1f(TPOg:)入融为一体疗效显著并且治疗方法无副作用无痛苦病人感觉良好愿意接受适合在医院基层医疗单位应用参考文献1askStat==O)K【*osass(KMg[TkMg])0:14沈以鸿DM一2型电脑脉冲理疗仪的研制中国医疗器械杂志18(l):14一171994结果与讨论根据应用环境的不同脉冲治疗仪可分为家庭型和医院应2沙宪政新一代低频电治疗仪的研制医疗设备信息7~920318(2)用型家庭型脉冲治疗仪的发展趋向于结构简单造价低整机3张微柳梁TL494及其在开关稳压电源中的应用仪表技术(4)40一41(2005一06一06204小巧方便携带电疗但它的治疗方式单一用途局限于一般的脉冲医院应用型主要考虑治疗方式多样并且可在医生的指收稿一一2X)51121(修回)6黯蔗总蒸;藻1嚓黔黑品
