CN102430212B - 一种超声疼痛治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声信号控制领域，尤其涉及一种数字化超声疼痛治疗装置。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种数字化超声疼痛治疗仪将高频电能转换为超声波能输出，利用超声波在生物组织中具有的机械效应、热效应和理化效应，进行超声治疗的装置。本发明通过各个电路连接完成本发明，本发明应用于及超声信号控制领域。

Description

一种超声疼痛治疗装置

技术领域

本发明涉及超声信号控制领域，尤其涉及一种数字化超声疼痛治疗装置。

背景技术

众所周知，软组织损伤（或）慢性疼痛是医学领域中最为庞大的一类疾患，包括的范围非常广，病程缠绵，被医学界视为难以治愈的顽症。目前，治疗方法一般是采用： 

1、  西药止痛：只能止痛，不能治痛，长期服用易产生依赖性和毒副作用，不但无益并且刺激肠胃，损伤肝肾。

2、  物理治疗: 物理治疗包括电疗、红外线照射、热疗等办法，所有做过理疗的病人全部晓得，在做理疗时会舒服点，不做后又会和从前同样。

3、  针灸推拿：和物理治疗目的基本相同。便是以缓解病人的临床症状为主，而非根治手段。

4、  封闭疗法：俗称“打封闭针”，就是直接把药物注射到椎管内或神经根周围，局部麻醉以达到止痛效果。封闭药效过后症状马上又恢复

5、  手术治疗：由于适应症要求非常严格，临床上适合做手术的人群不足5%，加上费用高，创伤大，恢复期长，易复发等特点，所以没法全面推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种数字化超声疼痛治疗仪将高频电能转换为超声波能输出，利用超声波在生物组织中具有的机械效应、热效应和理化效应，进行超声治疗的装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种超声疼痛治疗装置，包括组合式晶片超声治疗头、显示控制装置、处理器，用于接收和解析显示控制装置发送的控制命令，并输出控制信号；耦合电路，用于接收处理器控制信号，并将处理后的信号输出；信号脉冲电路，用于产生高频数字信号，同时接收耦合电路输出信号，并将处理后的信号输出；高频数字功率放大器，用于接收处理器控制信号，同时接收信号脉冲电路输出的频率信号，并对其进行功率放大后，将调制输出信号送到组合式晶片超声治疗头输入端。

所述信号脉冲电路包括晶体振荡器，用于产生高频信号；分频电路，用于将晶体振荡器产生的高频信号分频，分频信号与组合式晶片超声治疗头工作频率匹配；调制电路，用于接收分频电路产生的分频信号，同时接收处理器通过耦合电路发送的控制频率信号进行调制输出；前置放大器，用于对调制电路输出信号进行电压放大；并将放大电压信号输出至高频数字功率放大器。

所述耦合电路包括光耦合器U、稳压二极管D、三极管Q、第一电阻R1、第二电阻R2、12V电源端口、Vout输出端，所述处理器第一输出端口、处理器第二输出端口分别与光耦合器件U第二管脚、光耦合器件U第三管脚连接，光耦合器件第五管脚、光耦合器件U第六管脚分别与三极管Q发射极、三极管Q基极连接，光耦合器件U第七管脚分别与第一电阻R1一端、稳压二极管D正极连接，第一电阻R1另一端口分别连接12V电源端口、第二电阻R2一端连接，稳压二极管D负极接地，第二电阻R2另一端与三极管Q集电极连接，第二电阻R2另一端与三极管集电极作为耦合电路Vout输出端。

所述高频数字功率放大器包括高频放大器、高频功率源，高频功率源输出端与高频放大器一输入端连接，信号脉冲电路与高频放大器另一输入端连接，高频放大器输出端与组合式晶片超声治疗头一输入端连接，处理器第三端口与高频功率源输入端连接。

所述高频放大器包括耦合隔离电路，用于对信号脉冲电路输出信号整形后通过隔离处理；功率放大器，用于耦合隔离电路处理信号进行电压、电流放大功能；高频变压电路，用于将功率放大器输出的调制信号耦合到高频变压器次级与组合式晶片超声治疗头匹配工作；所述信号脉冲电路输出端与耦合隔离电路、功率放大器、高频变压电路一输入端口顺序连接，高频功率源Ctrl输出端口与高频变压电路另一输入端连接，高频变压电路输出端与组合式晶片超声治疗头连接。

所述高频变压电路包括场效应管Q2、高频变压器T，所述高频功率源输出Ctrl信号端与场效应管Q2栅极连接，场效应管Q2源极接地，场效应管Q2漏极与高频变压器原边一端口连接，高频变压器原边另一端接+V电源，变压器副边与组合式晶片超声治疗头连接。

一种超声疼痛治疗装置，还包括冷却装置，所述冷却装置分别与处理器、显示控制装置连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

利用非放射性的机械超声波，在人体组织内具有良好的穿透性、可聚性的特点，运用超声波的机械效应、热效应、空化效应实现治疗目的。而超声波的穿透深度与超声的频率、调制频率、声输出功率与治疗效果有着密切的关系。通过以上的设计方案，可以达到对超声频率、调制频率、声输出功率控制目的，具有治疗参数设置灵活、操作方面，满足治疗的要求。并且

（1）   光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。

（2）   光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。 

（3）   光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

（4）   光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。

（5）   经高频功放后的1.7MHz的调制频率，通过高频变压器与超声换能器进行匹配，以达到最大的超声发射效能。特点是：高频变压器不发热、不发烫，并且能够承受4000V的高压能够达到国家安全标准。

（6）   信号脉冲电路中通过分频电路将晶体振荡器的频率信号分频为1.7MHz的调制频率后经高频功放进行电压、电流放大。控制声输出是：由处理器发出信号，控制固态继电器，进行高、中、底电压转换，特点是：把处理器的地与电源地隔开，进行耐压检测时不会影响处理器的性能，不会损坏处理器的元器件。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明硬件原理图；

图2是耦合电路原理图；

图3是信号脉冲电路原理图；

图4高频放大器原理图；

图5是高频变压电路原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

整个装置工作过程是：以处理器为主控制，控制信号脉冲电路产生（2Hz、4Hz、6Hz）调制频率、治疗时间、开始、暂停、停止等参数，控制高频数字功率放大器的声输出，来实现整个装置的控制。

如图1所示，一种超声疼痛治疗装置，包括组合式晶片超声治疗头、显示控制装置、处理器，用于接收和解析显示控制装置发送的控制命令，并输出控制信号；耦合电路，用于接收处理器控制信号，并将处理后的信号输出；信号脉冲电路，用于产生高频数字信号，同时接收耦合电路输出信号，并将处理后的信号输出；高频数字功率放大器，用于接收处理器控制信号，同时接收信号脉冲电路输出的频率信号，并对其进行功率放大后，将调制输出信号送到组合式晶片超声治疗头输入端。

1、信号脉冲电路

如图2所示，信号脉冲电路包括晶体振荡器、分频电路、调制电路、前置放大器。晶体振荡器用于产生高频信号。分频电路用于将晶体振荡器产生的高频信号分频，分频信号与组合式晶片超声治疗头工作频率匹配。调制电路，用于接收分频电路产生的分频信号，同时接收处理器通过耦合电路发送的控制频率信号进行调制输出。前置放大器用于对调制电路输出信号进行电压放大；并将放大电压信号输出至高频数字功率放大器。晶体振荡器、分频电路、调制电路一输入端口依次连接，耦合电路与调制电路另一输入端口连接、调制电路输出端口与前置放大器输入端连接，前置放大器输出与高频数字功率放大器连接。晶体振荡器（型号为TPS2813）产生6.78MHz的高频信号，经过分频电路为1.7MHz（与组合式晶片超声治疗头的工作频率一致）频率信号；同时处理器通过耦合电路的Vout端口产生控制信号（本设计中可以输出2Hz、4Hz、6Hz）；晶体振荡器经过分频输出的频率与处理器通过耦合电路发送的控制频率信号共同作为调制电路（型号TPS2814）的输入信号，调制电路输出的信号经过前置放大器（型号为TPS2811）对信号幅值进行放大，最后将信号送入高频数字功率放大器。

2、耦合电路

如图3所述，耦合电路包括光耦合器U、稳压二极管D、三极管Q、第一电阻R1、第二电阻R2、+12V、Vout输出端，所述处理器第一输出端口、处理器第二输出端口分别与光耦合器件U第二管脚、光耦合器件U第三管脚连接，光耦合器件第五管脚、光耦合器件U第六管脚分别与三极管Q发射极、三极管Q基极连接，光耦合器件U第七管脚分别与第一电阻R1一端、稳压二极管D正极连接，第一电阻R1另一端口分别连接+12V电源端口、第二电阻R2一端连接，稳压二极管D负极接地，第二电阻R2另一端与三极管Q集电极连接，第二电阻R2另一端与三极管集电极作为耦合电路Vout输出端。

通过处理器产生的2HZ、4HZ、6HZ频率控制信号，送到光耦合器件U第三脚，光耦合器件U第二脚与处理器部分的地相连接，构成回路。光耦合器件U第五脚、光耦合器件U第六脚与信号脉冲电路部分构成回路。光耦合器件U第七脚提供一个基准电压。当处理器产生的2HZ、4HZ、6HZ频率控制电信号送入光电耦合器U的第三脚输入端时，光电耦合器内部的发光二极体通过电流而发光，光电耦合器内部的光敏元件受到光照后产生电流，光耦合器件U第5、6脚导通，改变三极管Q基极与三极管Q发射极之间的电压，使得三极管Q 集电极电压变化，就得到2HZ、4HZ、6HZ频率电压通过Vout端口输出。

3、         高频数字功率放大器

高频数字功率放大器包括高频放大器、高频功率源。高频功率源输出端与高频放大器一输入端连接，信号脉冲电路与高频放大器另一输入端连接，高频放大器输出端与组合式晶片超声治疗头一输入端连接，处理器第三端口与高频功率源输入端连接。高频数字功率放大器是将调制后的信号经前置放大{把信号幅度放大}再送到功率放大器进行电压、电流放大。通过高频变压器把信号耦合到高频变压器的次级，与组合式晶片超声治疗头产生震荡通过超声换能器进行电声转换，发出功率超声波进行治疗。

如图4所示，高频放大器包括耦合隔离电路、功率放大器、高频变压电路，耦合隔离电路用于对信号脉冲电路输出信号整形后通过隔离处理；功率放大器用于对耦合隔离电路处理信号进行电压、电流放大功能；高频变压电路是将功率放大器输出的调制信号耦合到高频变压器次级与组合式晶片超声治疗头匹配工作；信号脉冲电路输出端与耦合隔离电路、功率放大器、高频变压电路一输入端口顺序连接，高频功率源Ctrl输出端口与高频变压电路另一输入端连接，高频变压电路输出端与组合式晶片超声治疗头连接。

如图5所示，高频变压电路包括场效应管Q2、高频变压器T，所述高频功率放大器输入端信号与场效应管Q2栅极连接，场效应管Q2源极接地，场效应管Q2漏极与高频变压器原边一端口连接，高频变压器初边另一端口并与电源端口连接。变压器次边与组合式晶片超声治疗头连接。

高频功率源包括固态继电器、电磁继电器、整流桥、滤波稳压电路。固态继电器、电磁继电器用于选择电源输入电压；整流桥，将交流信号整流为直流电压；滤波稳压电路，对整流桥输出的脉动直流进行滤波、稳压，得到较稳定的直流电压。

4.显示控制装置

通过触摸屏及按键电路实现，具有可视化操作的人机界面（HMI），使治疗参数的设置与调整更为快捷与方便。

5.处理器

采用ARM7、ARM9、FPGA、单片机等芯片实现。

6.组合式晶片超声治疗探头

组合式晶片超声治疗头是由处理器控制高频数字功率放大器进而控制组合式晶片超声治疗头发射晶片工作，发射晶片是聚焦型或是平面型超声换能器，可选频率在0.2MHz～2MHz±20%任意一频率点或多频率点的晶片组成超声治疗头。例如： 0.2 MHz、0.5MHz、1MHz、2MHz等的超声治疗头，达到治疗不同部位所需要的工作方式，实现在一个超声换能器上有多种发射方式可选，方便用户的操作，提高治疗效率

7.循环水装置

作用是对组合式晶片超声治疗头进行冷却，将组合式晶片超声治疗探头中的换能器产生的温度，通过循环水把温度降下来，同时，循环水具有良好的超声穿透性，降低了超声损耗，延长换能器的工作寿命，从而达到有效治疗的目的。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (5)

1.一种超声疼痛治疗装置，包括组合式晶片超声治疗头、显示控制装置，其特征在于还包括：

处理器，用于接收和解析显示控制装置发送的控制命令，并输出控制信号；

耦合电路，用于接收处理器控制信号，并将处理后的信号输出；

信号脉冲电路，用于产生高频数字信号，同时接收耦合电路输出信号，并将处理后的信号输出；

高频数字功率放大器，用于接收处理器控制信号，同时接收信号脉冲电路输出的频率信号，并对其进行功率放大后，将调制输出信号送到组合式晶片超声治疗头输入端；所述信号脉冲电路包括：

晶体振荡器，用于产生高频信号；

分频电路，用于将晶体振荡器产生的高频信号分频，分频信号与组合式晶片超声治疗头工作频率匹配；

调制电路，用于接收分频电路产生的分频信号，同时接收处理器通过耦合电路发送的控制频率信号进行调制输出；

前置放大器，用于对调制电路输出信号进行电压放大；并将放大电压信号输出至高频数字功率放大器；所述耦合电路包括光耦合器件（U）、稳压二极管（D）、三极管（Q）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、+12V电源端口、Vout输出端，所述处理器第一输出端口、处理器第二输出端口分别与光耦合器件U第二管脚、光耦合器件（U）第三管脚连接，光耦合器件第五管脚、光耦合器件（U）第六管脚分别与三极管（Q）发射极、三极管（Q）基极连接，光耦合器件（U）第七管脚分别与第一电阻（R1）一端、稳压二极管（D）正极连接，第一电阻（R1）另一端口分别连接+12V电源端口、第二电阻（R2）一端连接，稳压二极管（D）负极接地，第二电阻（R2）另一端与三极管（Q）集电极连接，第二电阻R2另一端与三极管集电极作为耦合电路Vout输出端。

2.根据权利要求1所述的一种超声疼痛治疗装置，其特征在于所述高频数字功率放大器包括高频放大器、高频功率源，高频功率源输出端与高频放大器一输入端连接，信号脉冲电路与高频放大器另一输入端连接，高频放大器输出端与组合式晶片超声治疗头一输入端连接，处理器第三端口与高频功率源输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种超声疼痛治疗装置，其特征在于所述高频放大器包括

     耦合隔离电路，用于对信号脉冲电路输出信号整形后通过隔离处理；

     功率放大器，用于耦合隔离电路处理信号进行电压、电流放大功能；

     高频变压电路，用于将功率放大器输出的调制信号耦合到高频变压器次级与组合式晶片超声治疗头匹配工作；

所述信号脉冲电路输出端与耦合隔离电路、功率放大器、高频变压电路一输入端口顺序连接，高频功率源Ctrl输出端口与高频变压电路另一输入端连接，高频变压电路输出端与组合式晶片超声治疗头连接。

4.根据权利要求3所述的一种超声疼痛治疗装置，其特征在于所述高频变压电路包括场效应管（Q2）、高频变压器（T），所述高频功率源输出Ctrl信号端与场效应管（Q2）栅极连接，场效应管（Q2）源极接地，场效应管（Q2）漏极与高频变压器原边一端口连接，高频变压器原边另一端接+V电源，变压器副边与组合式晶片超声治疗头连接。

5.根据权利要求1至4之一所述的一种超声疼痛治疗装置，其特征在于还包括循环水装置，所述循环水装置分别与处理器、组合式晶片超声治疗头连接。