CN101716394B

CN101716394B - 治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁仪

Info

Publication number: CN101716394B
Application number: CN200910263498XA
Authority: CN
Inventors: 何成奇; 樊庆文; 何竟; 杨永红; 王德麾; 邓川云
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: CN101716394A

Abstract

本发明涉及一种治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪。包括电源模块、刺激信号产生模块、人机交互模块三个部分。电源模块与刺激信号产生模块连接，人机交互模块一端与刺激信号产生模块连接，另一端与电源模块连接，刺激信号产生模块输出特定可调治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁信号。使用时，输出刺激信号通过两组六个刺激电极作用于人体需要治疗部位，控制刺激信号产生模块，调整刺激信号组别、类型、刺激时间及刺激强度等参数，实现不同患者对刺激信号的要求。临床试验表明，在低频脉冲电磁信号产生的具有特定的强度和频率的环境下每次刺激30～60分钟，平均治疗10～14次具有较好的治疗吞咽障碍的效果。

Description

治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁仪

技术领域

本发明属于治疗吞咽障碍的仪器，特别涉及一种能产生特定可调的低频脉冲信号并通过所述特定可调的低频脉冲信号对吞咽障碍进行治疗的仪器。

背景技术

吞咽障碍是指由于与吞咽有关的神经损伤或吞咽器官损伤使吞咽的一个或多个阶段损伤而导致各种症状出现的一组临床综合症。吞咽功能障碍是脑卒中患者常见的临床症状，因此出现了多种治疗吞咽障碍的仪器设备。

目前国内市场普遍使用的治疗吞咽障碍的低频电磁仪主要是美国生产的Vitalstim。该电磁仪结构主要包括电源，刺激电极，刺激信号产生装置三部分。它主要运用电刺激的原理，采用脉冲电磁刺激，促进脑组织修复，促进神经功能重建达到治疗吞咽困难的目的。现有的Vitalstim的电源部分采用电池供电，刺激信号产生装置采用低端处理器，其电路结构复杂，价格昂贵、刺激信号单一、信号强度可调范围小。人机交互能力较差，对于中国用户来说使用者不容易得知采用什么样的刺激频率，什么样的刺激波形和刺激强度才能达到最佳的治疗效果。

发明内容

本发明的目的正是为了克服现有技术的不足，提供一种结构简单，能产生特定可调的低频脉冲信号，人机交互友好，性价比高，疗效好的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，此种仪器产生的可调低频脉冲信号具有适合刺激吞咽障碍的脉冲频率、脉冲波形和脉冲强度。

为实现本发明的目的，本发明采用以下措施构成的技术方案来实现的。

本发明所述治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，包括电源、刺激信号产生装置和人机交互装置三部分；按照本发明，所述电源采用开关电源，稳压器，噪声过滤器，保护器构成的电源模块，刺激信号产生装置采用高速处理器加外围电路构成的刺激信号产生模块，人机交互装置采用薄膜按钮和显示器构成的人机交互模块；其中，刺激信号产生模块中处理器与外围电路中的D/A数字模拟转换器、电压电流转换器、输出缓冲器、刺激信号输出接口、电流电压转换器，比较器顺次连接；电源模块与刺激信号产生模块连接，人机交互模块一端与刺激信号产生模块连接，另一端与电源模块连接；刺激信号产生模块输出特定可调的治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁信号。

使用本发明电磁仪时，输出刺激信号通过刺激电极作用于人体需要治疗的部位，并通过薄膜按钮控制刺激信号产生模块，调整刺激信号组别、类型、刺激时间及刺激强度等参数，实现不同使用患者对刺激信号的要求；并通过实时显示刺激信号的强度，刺激时间，治疗时间以及刺激信号类型等。

上述技术方案中，所述刺激信号的输出刺激电流在0～20mA可调。

上述技术方案中，所述刺激信号的刺激时间在0～60min可调。

上述技术方案中，所述刺激信号的刺激波形为方波，或锯齿波，或正弦波。

上述技术方案中，所述每种波形都是双向正负波，其各占300ms，且正负波有100ms的间隔。

上述技术方案中，所述刺激信号产生模块中设置有第一组输出刺激电极和第二组输出刺激电极两组独立的输出刺激电极。

上述技术方案中，所述两组独立的输出刺激电极中，每组输出刺激电极各有三对共六个输出刺激电极。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明电磁仪其器件集成度高，数量少，结构简单，性价比高。

2、本发明电磁仪人机交互友好，能实时动态显示刺激脉冲信号的设置和运行强度、信号类型、时间等参数，操作简单、使用方便。

3、本发明电磁仪通电时具有自检和纠错功能，刺激治疗过程中实时检测输出脉冲输出强度，输出脉冲信号超出安全范围时自动报警和停机的功能，从而确保仪器使用安全性。

4、本发明电磁仪在低频脉冲电磁信号产生的具有特定的强度和频率的环境下每次刺激30～60分钟，平均治疗10～14次具有较好的治疗吞咽障碍的效果。

附图说明

图1为本发明所述治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁仪的结构方框示意图；

图2为本发明所述刺激信号产生模块的电路原理图；

图3是图2中高速处理器程序运行流程图；

图4为本发明所述电压电流变换器原理图；

图5为本发明所述电流电压变换器原理图；

图6为图1中电源模块结构方框示意图；

图7是图2中刺激信号输出接口的两组独立输出刺激电极放置示意图。

图中，1电源模块，2刺激信号产生模块，3人机交互模块，4高速处理器，5外围电路，6D/A数字模拟转换器，7电压电流转换器，8输出缓冲器，9刺激信号输出接口，10电流电压转换器，11比较器，12功率放大器，13第一运算放大器，14第二运算放大器，15第三运算放大器，16第四运放，17第五运放，18开关电源，19稳压器，20噪声过滤器，21保护器，22第一组输出刺激电极，23第二组输出刺激电极；

C1第一电容，C2第二电容，C3第三电容，R1第一电阻，R2第二电阻，R3第三电阻，R4第四电阻，R5第五电阻，R6第六电阻，R7第七电阻，R8第八电阻，R9第九电阻，R10第十电阻，R11第十一电阻，R12第十二电阻，R13第十三电阻，R14第十四电阻，R15第十五电阻，R16第十六电阻，R17第十七电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪的结构作进一步说明，但并不意味着对本发明内容的任何限定。

如图1所示，所述治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪包括电源模块1，刺激信号产生模块2，人机交互模块3；电源模块1与刺激信号产生模块2连接，人机交互模块3一端与刺激信号产生模块2连接，另一端与电源模块1连接；电源模块1连接在220V 50HZ的交流电源输入线路上即可，电源模块1采用市售高精度开关电源，电源模块输出3.3V-24V直流稳压电源提供给刺激信号产生模块2和人机交互模块3的工作电压，使整个电磁仪内部系统稳定工作。

人机交互模块3采用液晶显示器(LCD)和薄膜按钮，其主要功能是与刺激信号产生模块2通信，提供运行的实时参数信息；人机交互模块3中的薄膜按钮部分包括治疗时的组别选择、波形设置、时间设置、强度设置、启停按钮等。

如图2所示，高速处理器4与外围电路5中的D/A数字模拟转换器6、电压电流转换器7、输出缓冲器8、刺激信号输出接口9、电流电压转换器10，电容C1，比较器11，电阻R1顺次相连接通。该模块主要工作流程如下：高速处理器4通过人机交互模块3的薄膜按钮得到需要输出的刺激信号类型，强度等信息，高速处理器4在其内部程序的控制下，经过算法流程，将需要输出的刺激信号输出到D/A数字模拟转换器6上，D/A数字模拟转换器输出的可控电压信号经过电压电流转换器7转换后输出为刺激电流信号，输出缓冲器8起到输出信号隔离保护和缓冲作用，刺激信号输出接口9，电流电压转换器10是输出的刺激信号电流强度反馈回路前端，电容C1，比较器11，电阻R1组成反馈电压检测电路，反馈回的电压通过与高速处理器4输出的(PWM)电压信号做出逐次逼近比较得到电压信号的大小。高速处理器4内部程序通过检测该电压信号的大小，调整输出到D/A数字模拟转换器6的值，完成输出的电流维持在设定值。

该电磁仪有两组独立的输出刺激电极，每组各有三对输出刺激电极，共六个输出刺激电极，每组刺激电极可单独设置刺激信号的类型，强度等。输出刺激电极连接到刺激信号产生模块2中外围电路5中的刺激信号输出接口9上，并作用于人体需要治疗的部位。其输出刺激电流0～20mA；可选刺激波形为方波，或锯齿波，或正弦波等；可调刺激时间0～60min。人机交互模块3中薄膜按钮及液晶显示器(LCD)实现全汉化显示；在硬件设置不变的情况下，只需调整高速处理器4内部程序即可根据患者需求提供更多种类型、更多种强度的刺激信号和人机交互显示，具有较好的可扩展性和后期升级特性。

如图3所示，高速处理器4内部程序运行流程如下：低频脉冲电磁仪在接通电源启动后，程序进行外围硬件的自检，初始化工作，发现故障时进行报警警告；打开看门狗进行系统监控，确保程序运行的稳定性；初始化工作完成后，主程序进行循环扫描，实时检测外部薄膜按钮的输入，并根据薄膜按钮的输入进行刺激波形信号的设置、输出和在液晶显示器(LCD)上实时显示波形参数信息；实时反馈检测输出刺激波形的大小，并进行相应的调整以满足刺激效果。

如图4所示，电压电流变换器由电阻R2，电容C2，电阻R3，功率放大器12，电阻R4，电阻R5，电容C3，电阻R6，第一运算放大器13构成。D/A数字模拟转换器6输入电压信号V_i再输入到第一运算放大器13构成的缓冲器，缓冲器将该电压信号V_i输入由电阻R2，电容C2，电阻R3，功率放大器12，电阻R4，电阻R5，电容C3，电阻R6构成的压控恒流源。该压控恒流源输出的电流大小为I_o，I_o的大小仅与电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6以及V_i的大小线性相关，与所接负载无关，实现了恒流输出。电容C2，电容C3接入电路的目的是为了实现电路中负反馈大于正反馈效果，避免电路振荡，实现电路稳定输出。

如图5所示，电流电压变换器由第二运算放大器14，电阻R7，电阻R8，第三运算放大器15，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，第四运算放大器16，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，第五运算放大器17构成。该电流电压变换器串接在刺激信号输出接口9和模拟地之间，实现输出电流信号I_i的采集，并将其转换成电压信号V_o反馈输出。该电流电压信号变换器并不影响输出电路的电路特性，反馈输出电压信号V_o的大小仅仅与其中的电阻大小和电流大小I_i成线性关系。

如图6所示，电源模块1由开关电源18，稳压器19，噪声过滤器20，保护器21顺次连接构成。

如图7所示是刺激信号产生模块2中刺激信号输出接口9上的第一组输出刺激电极22和第二组输出刺激电极23两组独立的输出刺激电极，共有六对输出刺激电极。

实施例

本电磁仪使用的具体操作过程如下：

1、治疗前准备工作：电磁仪外接到220V 50HZ电源上，刺激电极插接到电磁仪的刺激信号输出接口9上。

2、打开电磁仪左侧的电源开关，观察LCD显示提示，有故障会进行相应的报警显示；正常时会提供出波形参数的显示信息，包括组别、强度、类型、刺激时间等。

3、按下组别按钮，LCD上指示符“▲”会根据选择跳转到相应的组别，接下来就可以针对选择的组别进行刺激输出波形的设置。

4、按下波形按钮，LCD上会自动切换到选择的刺激波形或方波，或锯齿波，或正弦波，本实例刺激波形选择方波；按下刺激波形强度按钮，刺激波形的强度会根据选择自行进行增加或减少；按下刺激治疗时间按钮，刺激治疗时间会自动进行增加或减少。注意：刺激强度首先不应设置太大，从0开始，刺激过程中根据患者感觉逐渐增加刺激强度。

5、波形参数设置完成后，将电极放置到患者需要刺激治疗的部位，告知患者治疗时的皮肤感觉，治疗的进度和预期的刺激治疗效果；按下启动按钮，刺激波形开始输出，并开始累计刺激治疗时间，注意：此时询问患者的感觉，并逐渐增加刺激电流强度，直到患者有被捏住、推揉等感觉，此时表示达到刺激治疗强度，停止增加刺激电流强度。

6、刺激治疗时间结束，自动停止刺激治疗，在LCD有相应的显示提示；如需要进行下一次治疗，重复第3-5步即可。治疗时间：每次0.5～1小时，每天1～2次，每周5次左右。

7、关闭电磁仪时，需要先按下启停按钮停止刺激输出，然后取下电磁仪刺激电极，关闭电源开关。

Claims

1.一种治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，包括电源模块、刺激信号产生模块和人机交互模块三个部分；其特征在于开关电源(18)、稳压器(19)、噪声过滤器(20)、保护器(21)构成电源模块(1)；高速处理器(4)加外围电路(5)构成刺激信号产生模块(2)；薄膜按钮和显示器构成人机交互模块(3)；刺激信号产生模块(2)中高速处理器(4)与外围电路(5)中的D/A数字模拟转换器(6)、电压电流转换器(7)、输出缓冲器(8)、刺激信号输出接口(9)、电流电压转换器(10)和比较器(11)顺次连接；

所述高速处理器(4)通过人机交互模块(3)的薄膜按钮得到需要输出的刺激信号类型、强度信息，高速处理器(4)在其内部程序控制下，经过算法流程，将需要输出的刺激信号输出到D/A数字模拟转换器(6)上，D/A数字模拟转换器(6)输出的控制电压信号经过电压电流转换器(7)转换后输出为刺激电流信号；输出缓冲器(8)起到输出信号隔离保护和缓冲作用；刺激信号输出接口(9)、电流电压转换器(10)是输出的刺激信号电流强度反馈回路前端，电容(C1)、比较器(11)、电阻(R1)组成反馈电压检测电路；反馈回的电压通过与高速处理器(4)输出的脉冲宽度调制PWM电压信号做出逐次逼近比较得到电压信号的大小；高速处理器(4)内部程序通过检测该电压信号大小，调整输出到D/A数字模拟转换器(6)的值，完成输出的电流维持在设定值；

电源模块(1)与刺激信号产生模块(2)连接，人机交互模块(3)一端与刺激信号产生模块连接，另一端与电源模块连接；刺激信号产生模块输出特定可调的治疗吞咽障碍的低频脉冲电磁信号。

2.根据权利要求1所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述刺激信号产生模块(2)中刺激信号的输出刺激电流在0～20mA可调。

3.根据权利要求1所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述刺激信号产生模块(2)中刺激信号的刺激时间在0～60min可调。

4.根据权利要求1所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述刺激信号产生模块(2)中刺激信号的刺激波形为方波，或锯齿波，或正弦波。

5.根据权利要求4所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述每种波形都是双向正负波，其各占300ms，且正负波有100ms的间隔。

6.根据权利要求1所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述刺激信号产生模块(2)中设置有第一组输出刺激电极(22)和第二组输出刺激电极(23)两组独立的输出刺激电极。

7.根据权利要求6所述的治疗吞咽障碍的可调低频脉冲电磁仪，其特征在于所述两组独立的输出刺激电极每组各三对，共六对输出刺激电极。