CN101972512A - 声、光、电心脑血管病治疗仪 - Google Patents

Abstract

一种声、光、电心脑血管病治疗仪，由单片机、可编程扩展器件、电刺激电路、超声波电路、激光电路组成，电刺激电路由电脉冲信号合成器、可变增益衰减器以及一号电针、二号电针构成，可变增益衰减器由第一、第二宽带功率放大器以及第二数字电位器构成，超声波电路由正弦波发生器、第一数字电位器、集成四运放、推挽式功率放大器以及五个超声波探头构成，激光电路由锁存器、多通道选择模拟开关以及激光头构成，本治疗仪集低频电针、激光、超声波三种治疗手段于一体，相辅相成，既可单独使用，也可配伍使用，治疗效果显著提高，达到事半功倍的效果。

Description

声、光、电心脑血管病治疗仪

技术领域

本发明涉及医疗仪器，特别涉及一种集低频电针、激光、超声波三种治疗手段于一体的物理治疗仪。

背景技术

电、光、声是三种不同的物理因子，对人体的穴位、神经、经络有不同的刺激作用，可以调节中枢神经、周围神经，改善血管状态，起到治疗心脑血管病的作用，这些物理因子各有特色，也有一定的局限性，如果单一使用，治疗效果往往不明显，但若是配伍使用，则能相辅相成，治疗效果显著提高，现有的物理治疗仪一般只有一种治疗手段，如低频电针治疗仪只有电疗功能，激光治疗仪只有激光治疗功能，超声波治疗仪仅提供超声波治疗功能，无法用一台治疗仪实现三种物理治疗手段配伍，这不仅延长了治疗时间，还增加了治疗成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种声、光、电心脑血管病治疗仪，集低频电针、激光、超声波三种治疗手段于一体，相辅相成，既可单独使用，也可配伍使用，治疗效果显著提高，达到事半功倍的效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种声、光、电心脑血管病治疗仪，由单片机、可编程扩展器件、电刺激电路、超声波电路、激光电路组成，其特征是：

电刺激电路由电脉冲信号合成器、可变增益衰减器以及一号电针、二号电针构成，可变增益衰减器由第一、第二宽带功率放大器以及第二数字电位器构成，单片机的通用I/O端口P3口中的第零位口线、第一位口线分别与电脉冲信号合成器内部的第一运算放大器的同相输入端、反相输入端连接，单片机的通用I/O端口P3口中的第二位口线、第三位口线分别与电脉冲信号合成器内部的第二运算放大器的同相输入端、反相输入端连接，电脉冲信号合成器内部的第一运算放大器的输出端与第一宽带功率放大器的同相输入端连接，第一宽带功率放大器的反相输入端与第二数字电位器的一号滑动端连接，电脉冲信号合成器内部的第二运算放大器的输出端与第二宽带功率放大器的同相输入端连接，第二宽带功率放大器的反相输入端与第二数字电位器的二号滑动端连接，单片机的通用I/O端口P2口中的第零位口线、第一位口线、第四位口线分别与二号数字电位器的时钟端口、数据端口、片选端口连接，第一宽带功率放大器的输出端与一号变压器的原边连接，一号变压器的副边经过一号继电器的常开触点与一号电针连接，第二宽带功率放大器的输出端与二号变压器的原边连接，二号变压器的副边经过二号继电器的常开触点与二号电针连接，超声波电路由正弦波发生器、第一数字电位器、集成四运放、推挽式功率放大器以及五个超声波探头构成，正弦波发生器的时钟信号控制端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第零位口线连接，正弦波发生器的频率信号更新控制端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第六位口线连接，正弦波发生器的数据端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第一位口线连接，正弦波发生器的外部参考时钟输入端口与单片机的晶振端口连接，正弦波发生器的输出端与集成四运放内部的第四放大器的同相输入端连接，集成四运放内部第四放大器的输出端与第一数字电位器内部的二号电位器的高端连接，第一号数字电位器内部的二号电位器的滑动端与集成四运放内部的第三放大器的同相输入端连接，集成四运放内部的第三放大器的输出端与推挽式功率放大器的输入端连接，推挽式功率放大器的输出端与三号变压器的原边连接，三号变压器的副边的一端分五路输出：第一路经过三号继电器的常开触点与一号超声波探头的输入端连接，第二路经过四号继电器的常开触点与二号超声波探头的输入端连接，第三路经过五号继电器的常开触点与三号超声波探头的输入端连接，第四路经过六号继电器的常开触点与四号超声波探头的输入端连接，第五路经过七号继电器的常开触点与五号超声波探头的输入端连接，三号变压器的副边的另一端经过八号继电器的常开触点与上述一号、二号、三号、四号、五号超声波探头的公共端连接，激光电路由锁存器、多通道选择模拟开关以及激光头构成，锁存器的八个数据输入端分别与单片机的通用I/O端口P1口中的八位口线连接，锁存器的三个输出端分别与可编程扩展器件的两条地址线以及片选线连接，可编程扩展器件的通用I/O端口PC口中的低四位口线分别与多通道选择模拟开关的使能端口以及三条地址线连接，多通道选择模拟开关的八个负输出端经过电阻分压网络与激光头的负信号端连接，多通道选择模拟开关的正输出端与激光头的正信号端连接，激光头的电源端经过九号继电器的常开触点与正电源连接，所述一号、二号继电器的线圈分别与可编程扩展器件的PB口中的前两位口线连接，所述三号、四号、五号、六号、七号、八号继电器的线圈分别与可编程扩展器件的PA口中的前六位口线连接，所述九号继电器的线圈与可编程扩展器件的PC口中的第八位口线连接，单片机的通用I/O端口P0口中的第二位口线与锁存器的使能端连接，单片机的通用I/O端口P0口中的第三位口线、第四位口线、第五位口线分别与可编程扩展器件的读控制端、写控制端、复位端连接。

附图说明

图1是本发明的电路方框图。

图2是本发明电刺激电路的原理图。

图3是本发明超声波电路的原理图。

图4是本发明可编程扩展芯片与继电器连接的原理图。

图5是本发明激光电路的原理图。

图6是第一路电脉冲方波信号的波形图。

图7是第二路电脉冲方波信号的波形图。

图8是第一路、第二路电脉冲方波信号叠加后的波形图。

图9是第一路、第二路电脉冲方波信号叠加滤波后的波形图。

具体实施方式

请参照图1、图2、图3、图4、图5，本发明是一种声、光、电心脑血管病治疗仪，由单片机C8051F000、可编程扩展器件82C55、电刺激电路、超声波电路、激光电路组成，

电刺激电路由电脉冲信号合成器LM348、可变增益衰减器以及一号电针、二号电针构成，可变增益衰减器由第一、第二宽带功率放大器TDA2003A、TDA2003B以及第二数字电位器MAX5403B构成。

单片机C8051F000的通用I/O端口P3口中的第零位口线P3.0、第一位口线P3.1分别与电脉冲信号合成器LM348内部的第一运算放大器的同相输入端IN1+、反相输入端IN1-连接，

单片机C8051F000的通用I/O端口P3口中的第二位口线P3.2、第三位口线P3.3分别与电脉冲信号合成器LM348内部的第二运算放大器的同相输入端IN2+、反相输入端IN2-连接，

电脉冲信号合成器LM348内部的第一运算放大器的输出端OUT1与第一宽带功率放大器TDA2003A的同相输入端IN+连接，

第一宽带功率放大器TDA2003A的反相输入端IN-与第二数字电位器MAX5403B的一号滑动端WA连接，

电脉冲信号合成器LM348内部的第二运算放大器的输出端OUT2与第二宽带功率放大器TDA2003B的同相输入端IN+连接，

第二宽带功率放大器TDA2003B的反相输入端IN-与第二数字电位器MAX5403B的二号滑动端WB连接，

单片机C8051F000的通用I/O端口P2口中的第零位口线P2.0、第一位口线P2.1、第四位口线P2.4分别与二号数字电位器MAX5403B的时钟端口SCLK、数据端口DIN、片选端口CS连接，

第一宽带功率放大器TDA2003A的输出端OUT与一号变压器T1的原边连接，一号变压器T1的副边经过一号继电器K1的常开触点与一号电针E1连接，

第二宽带功率放大器TDA2003B的输出端OUT与二号变压器T2的原边连接，二号变压器T2的副边经过二号继电器K2的常开触点与二号电针E2连接，

超声波电路由正弦波发生器AD9850、第一数字电位器MAX5403A、集成四运放LT1356、推挽式功率放大器Q1-Q2以及五个超声波探头组成，

正弦波发生器AD9850的时钟信号控制端口W_CLK与单片机C8051F000的通用I/O端口P2口中的第零位口线P2.0连接，

正弦波发生器AD9850的频率信号更新控制端口FQ_UD与单片机C8051F000的通用I/O端口P2口中的第六位口线P2.6连接，

正弦波发生器AD9850的数据端口D7与单片机C8051F000的通用I/O端口P2口中的第一位口线P2.1连接，

正弦波发生器AD9850的外部参考时钟输入端口CLKIN与单片机C8051F000的晶振端口XTAL1连接，

正弦波发生器AD9850的输出端IOUT与集成四运放LT1356内部的第四放大器的同相输入端IND+连接，集成四运放LT1356内部第四放大器的输出端OUTD与第一数字电位器MAX5403A内部的二号电位器B的高端HB连接，第一数字电位器MAX5403A内部的二号电位器B的滑动端WB与集成四运放LT1356内部第三放大器的同相输入端INC+连接，集成四运放LT1356内部第三放大器的输出端OUTC与推挽式功率放大器Q1-Q2的输入端连接，推挽式功率放大器Q1-Q2的输出端与三号变压器T3的原边连接，

请参照图4，三号变压器T3的副边的一端SS_POUT分五路输出：

第一路经过三号继电器K3的常开触点与一号超声波探头的输入端SS_01连接，

第二路经过四号继电器K4的常开触点与二号超声波探头的输入端SS_02连接，

第三路经过五号继电器K5的常开触点与三号超声波探头的输入端SS_03连接，

第四路经过六号继电器K6的常开触点与四号超声波探头的输入端SS_04连接，

第五路经过七号继电器K7的常开触点与五号超声波探头的输入端SS_05连接，

三号变压器T3的副边的另一端SS_OC经过第八号继电器K8的常开触点与上述一号、二号、三号、四号、五号超声波探头的公共端SS_0C连接，

激光电路由八D锁存器74ALS573、多通道选择模拟开关HEF4051RT以及激光头构成，

八D锁存器74ALS573的八个数据输入端1D-8D分别与单片机C8051F000的通用I/O端口P1口中的八位口线P1.0-P1.7连接，

八D锁存器74ALS573的三个输出端1Q、2Q、3Q分别与可编程扩展器件82C55的地址线A0、地址线A1和片选线CS连接，

可编程扩展器件82C55的通用I/O端口PC口中的低四位口线PC0、PC1、PC2、PC3分别与多通道选择模拟开关HEF4051RT的使能端口INH以及三条地址线A、B、C连接，

多通道选择模拟开关HEF4051RT的八个负输出端X0-X7经过电阻分压网络与激光头LASER的负信号端LO_R-连接，电阻分压网络由八个电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18构成。

多通道选择模拟开关HEF4051RT的正输出端与激光头LASER的正信号端LO_R+连接，

激光头LASER的电源端POWER经过九号继电器K9的常开触点与正电源VD5连接，

一号、二号继电器的线圈K1、K2分别与可编程扩展器件82C55的PB口中的前两位口线PB0、PB1连接，

三号、四号、五号、六号、七号、八号继电器K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈分别与可编程扩展器件82C55的PA口中的前六位口线PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6连接，

九号继电器的线圈K9与可编程扩展器件82C55的PC口中的第八位口线PC7连接，

单片机C8051F000的通用I/O端口P0口中的第二位口线P0.2与八D锁存器74ALS573的使能端E连接，

单片机C8051F000的通用I/O端口P0口中的第三位口线P0.3、第四位口线P0.4、第五位口线P0.5分别与可编程扩展器件82C55的读控制端RD、写控制端WD、复位端RESET连接。

本治疗仪的工作原理如下：

使用时，本治疗仪由上位机控制，操作人员只需通过键盘和鼠标在上位机的菜单中选择适当的治疗处方，上位机通过UART串行数据发送端口与单片机C8051F000进行通信，即可完成电刺激治疗、超声治疗激、激光治疗。

一、电刺激治疗：

单片机C8051F000接收到上位机的指令后，根据处方不同，可产生10-1000Hz频率的电刺激信号，输出电压范围0.1-110V，频率由单片机C8051 F000按照程序的设定进行控制，电压输出值由第二数字电位器MAX5403B对一号、二号宽带功率放大器进行调整产生。单片机C8051F000首先按照程序产生所需脉冲方波，由P3.0、P3.1发出一个脉宽为100US的方波如图6所示，由P3.2、P3.3发出一个空100US的方波，并延迟于前一个100US的方波如图7所示，两个脉冲方波信号传给电脉冲信号合成器LM348进行叠加，输出所需脉冲波如图8所示，此波形经过一号、二号宽带功率放大器TDA2003A、TDA2003B内部的电容滤去直流分量后，成为如图9所示的波形，产生这种波形的目的是使在平均时间内加在人体上的电压中和为零，不对人体构成额外伤害。此电刺激信号为两路，由一号、二号继电器K1、K2输出，一号、二号继电器K1、K2的型号为JY5H-K。

MAX5403系列数字电位器是MAXIM公司推出的一种双模数字电位器。是一种理想的低温度系数可变电阻，在本发明中，利用MAX5403构成低漂移可变增益放大器，MAX5403双模数字电位器将两个独立的电位器A、B(一号、二号电位器)集成在一起，每个电位器在整个电阻范围内有256个均匀滑臂分支点(抽头)，在八位数据信号(DIN)的控制下，电位器A或B具有自动改变滑动端与固定端阻值的功能，因此，这种数字电位器又被称为可编程数字电位器，它通过一个三线串行口(SPI)来实现与单片机C8051F000之间的通信。

数字电位器MAX5403B的电阻范围为0-10KΩ，分辨率为39Ω，本治疗仪将单片机C8051F000的通用I/O端口P2口中的第零位口线P2.0、第一位口线P2.1、第四位口线P2.4分别与二号数字电位器MAX5403B的时钟端口SCLK、数据端口DIN、片选端口CS连接，这就实现了用单片机C8051F000对数字电位器MAX5403B进行控制。

八位数据信号DIN的第一位A0表示地址码，A0＝0，表示数据访问A电位器(一号电位器)，A0＝1，表示数据访问B电位器(二号电位器)，在每个SCLK上升沿对DIN上的数据进行采集。

二、超声波治疗：

本治疗仪采用AD9850作为超声波信号源，产生0.8MHZ的标准正弦波。AD9850是美国模拟器件(AD)公司生产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS(Direct Digital Synthesis)系统、高性能模数变换器(DAC)和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。它可以产生一个频谱纯净，频率和相位都可编程且稳定的正弦波，这个正弦波能直接作为基准信号源，可编程DDS系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24～32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。查表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC输出模拟量。相位寄存器每过2N/M个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相应地进行正弦查询，每经过一个循环也回到初始位置，从而使整个DDS系统输出一个正弦波。AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC，DAC再输出两个互补的电流。DAC满量程输出电流通过RSET端口外接的电阻R7进行调节，电阻R7的典型值是3.9千欧。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制(低32位)，5位用于相位控制，1位用于电源休眠(Powerdown)控制，2位用于选择工作方式。在125MHz的时钟下，32位频率控制字可使AD9850输出频率分辨率达0.0291Hz。这40位控制字可通过并行或串行方式输入到AD9850。本发明采用串行方式装入，单片机C8051F000通过AD9850的数据端口D7将控制字输入到寄存器，在W_CL K的上升沿装入1位数据，在重复40次之后再在FQ_UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位)，同时把地址指针复位到第一输入寄存器。从而使AD9850产生所须占空比以及强度的正弦信号，此信号经过第一数字电位器MAX5403A的调整幅度后，交给推挽式功率放大器Q1-Q2。

推挽式功率放大器由两个型号为IRF9630的功率管Q1、Q2构成，其输出电压最大摆幅为-15V至+15V，此功率信号经过变比为1∶5左右的三号变压器T3转换为满摆幅70V，达到治疗的要求，三号变压器T3有升压和隔离的作用。

三号变压器T3分五路输出所需电压的波形，经过五个继电器K3、K4、K5、K6、K7传给五个超声波探头，五个继电器K3、K4、K5、K6、K7的型号为KUAN HS1，治疗时，五个超声波探头在3秒的间隔下，轮流产生超声波进行治疗，超声波的频率可以是800KHz，占空比可以是1∶2，输出电压可以是70V，具体的参数值根据处方进行调整。

请参照图2、图3、图4，一号、二号继电器K1、K2的线圈供电回路由可编程扩展器件82C55的PB口中的前两位口线进行控制，三号、四号、五号、六号、七号、八号继电器K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈供电回路由可编程扩展器件82C55的PA口中的前六位口线进行控制，由于单片机C8051F000的通用I/O端口P1口既用作地址线，又用作数据线(分时使用)，因此需要加一个八位锁存器74ALS573，先把八位地址送锁存器暂存，再由锁存器给系统提供8位地址，然后，P1口就可作为数据线使用。单片机C8051F000经由八D锁存器的三态的数据总线1D到7D，进行与可编程扩展芯片8255的数据传输。

下面对82C55的使用方法进行简单介绍：

端口RESET是82C55的复位端口，高态动作，82C55复位后会清除所有内部缓存器的值，并设定A端口、B端口及C端口皆为输入模式。

端口CS是82C55的片选端口，低态动作。

端口A1及端口A0是82C55的地址线端口，8255有4个内部缓存器，分别是A端口缓存器、B端口缓存器、C端口缓存器及控制缓存器。

当单片机C8051F000要读写82C55的内部缓存器时，必须利用端口A1及端口A0指定要对那一个暂器进行读写动作。

端口RD是82C55的读控制端，当端口RD信号从1变为0时，由82C55的端口A1及端口A0所指定的缓存器的内容将被送到总线上，单片机C8051F000可以读取82C55内部数据。

端口WR是82C55的写控制脚，当端口WR从1变为0时，82C55会将数据总线上的数据存入由端口A1及端口A上的信号所指定的内缓存器中，单片机C8051F000可以将数据写入82C55中。

三、激光治疗：

本治疗仪的激光头采用西安赛朴林激光技术研究所生产的红光D系列激光发生器，可满足医学对于人体治疗所需的波长，频率等参数的要求。本治疗仪可以输出多种功率的激光，如1.8mv、2.4mv、3.4mv、3.7mv，以配合相应的处方，为输出不同的功率，本治疗仪采用的方案是用单片机C8051F000经过可编程扩展器件82C55的PC(PC0、PC1、PC2、PC3)控制多通道选择模拟开关HEF4051RT，多通道选择模拟开关HEF4051RT内部集成有8个模拟开关，每个模拟开关的打开与关断由三条地址线A、B、C上的数据决定，8个模拟开关通过电阻分压网络接入不同的阻值，从而按照处方的要求产生不同功率的激光，电阻分压网络由电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18组成，其阻值为200-1000欧姆。激光头的起停(电源端)由单片机C8051F000经过可编程扩展器件82C55的PC口(PC7)控制九号继电器K9的线圈，实现对其电源的开关控制。

Claims (1)

1.一种声、光、电心脑血管病治疗仪，由单片机、可编程扩展器件、电刺激电路、超声波电路、激光电路组成，其特征是：

电刺激电路由电脉冲信号合成器、可变增益衰减器以及一号电针、二号电针构成，可变增益衰减器由第一、第二宽带功率放大器以及第二数字电位器构成，单片机的通用I/O端口P3口中的第零位口线、第一位口线分别与电脉冲信号合成器内部的第一运算放大器的同相输入端、反相输入端连接，单片机的通用I/O端口P3口中的第二位口线、第三位口线分别与电脉冲信号合成器内部的第二运算放大器的同相输入端、反相输入端连接，电脉冲信号合成器内部的第一运算放大器的输出端与第一宽带功率放大器的同相输入端连接，第一宽带功率放大器的反相输入端与第二数字电位器的一号滑动端连接，电脉冲信号合成器内部的第二运算放大器的输出端与第二宽带功率放大器的同相输入端连接，第二宽带功率放大器的反相输入端与第二数字电位器的二号滑动端连接，单片机的通用I/O端口P2口中的第零位口线、第一位口线、第四位口线分别与二号数字电位器的时钟端口、数据端口、片选端口连接，第一宽带功率放大器的输出端与一号变压器的原边连接，一号变压器的副边经过一号继电器的常开触点与一号电针连接，第二宽带功率放大器的输出端与二号变压器的原边连接，二号变压器的副边经过二号继电器的常开触点与二号电针连接，超声波电路由正弦波发生器、第一数字电位器、集成四运放、推挽式功率放大器以及五个超声波探头构成，正弦波发生器的时钟信号控制端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第零位口线连接，正弦波发生器的频率信号更新控制端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第六位口线连接，正弦波发生器的数据端口与单片机的通用I/O端口P2口中的第一位口线连接，正弦波发生器的外部参考时钟输入端口与单片机的晶振端口连接，正弦波发生器的输出端与集成四运放内部的第四放大器的同相输入端连接，集成四运放内部第四放大器的输出端与第一数字电位器内部的二号电位器的高端连接，第一号数字电位器内部的二号电位器的滑动端与集成四运放内部的第三放大器的同相输入端连接，集成四运放内部的第三放大器的输出端与推挽式功率放大器的输入端连接，推挽式功率放大器的输出端与三号变压器的原边连接，三号变压器的副边的一端分五路输出：第一路经过三号继电器的常开触点与一号超声波探头的输入端连接，第二路经过四号继电器的常开触点与二号超声波探头的输入端连接，第三路经过五号继电器的常开触点与三号超声波探头的输入端连接，第四路经过六号继电器的常开触点与四号超声波探头的输入端连接，第五路经过七号继电器的常开触点与五号超声波探头的输入端连接，三号变压器的副边的另一端经过八号继电器的常开触点与上述一号、二号、三号、四号、五号超声波探头的公共端连接，激光电路由锁存器、多通道选择模拟开关以及激光头构成，锁存器的八个数据输入端分别与单片机的通用I/O端口P1口中的八位口线连接，锁存器的三个输出端分别与可编程扩展器件的两条地址线以及片选线连接，可编程扩展器件的通用I/O端口PC口中的低四位口线分别与多通道选择模拟开关的使能端口以及三条地址线连接，多通道选择模拟开关的八个负输出端经过电阻分压网络与激光头的负信号端连接，多通道选择模拟开关的正输出端与激光头的正信号端连接，激光头的电源端经过九号继电器的常开触点与正电源连接，所述一号、二号继电器的线圈分别与可编程扩展器件的PB口中的前两位口线连接，所述三号、四号、五号、六号、七号、八号继电器的线圈分别与可编程扩展器件的PA口中的前六位口线连接，所述九号继电器的线圈与可编程扩展器件的PC口中的第八位口线连接，单片机的通用I/O端口P0口中的第二位口线与锁存器的使能端连接，单片机的通用I/O端口P0口中的第三位口线、第四位口线、第五位口线分别与可编程扩展器件的读控制端、写控制端、复位端连接。

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