CN102716549A - 神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法涉及一种医用神经和肌肉刺激器中对电极负载进行实时监测并控制输出的装置及其控制方法，用于避免此类仪器在医院临床治疗中因负载开路产生高电压对患者或使用者造成的电击。包括输出插口、负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块、主控芯片、显示单元和音响单元；所述主控芯片设置有数据处理模块、显示模式生成模块、显示输出模块；隔离输出模块通过电子线路板与主控芯片中的数据处理模块相连，隔离输出模块通过负载传感器与输出插口相连；所述主控芯片中的数据处理模块通过显示模式生成模块与显示输出模块相连，显示单元和音响单元与显示输出模块相连。

Description

神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法

技术领域

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法涉及一种医用神经和肌肉刺激器（以下简称刺激器）中对电极负载进行实时监测并控制输出的装置及其控制方法，用于避免此类仪器在医院临床治疗中因负载开路产生高电压对患者或使用者造成的电击。

背景技术

在医疗领域中，各类刺激器普遍使用皮肤电极作为与人体接触的电流通道。刺激器的输出电路一般采用恒流源设计，其特点是输出电压随负载阻值变化而变化，以保持输出电流的恒定。在刺激器工作时，如果因某种原因导致电极负载开路（负载阻值很大），因刺激器在大功率输出状态，其输出电压较高，一般可达到几百伏特（YY 0607-2007/IEC 60601-2-10:1987《医用电气设备 第2部分：安全专用要求》规定为不超过500V）,如此数值的电压一旦接触人体，将产生强烈的电击。

在实际使用中，因电极输出插头接触不良、电极连接线老化出现内部断裂、电极片与患者皮肤接触不良、患者移动使电极片发生脱落等负载开路或电阻突然增大的现象是经常发生的，所以此种电击的发生也较经常。

因此，在刺激器的设计中，应该具备对电极负载进行实时监测的功能，当发现负载异常（阻值突然增大）时，能及时进行判断并对输出状态进行相应控制，减小输出电压或切断输出通道，即刺激器的输出状态能自动适应负载的变化，避免高电压接触人体，从而保证患者和使用人员的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，是一种对神经和肌肉刺激器的电极负载进行实时监测并控制输出的方法，实现安全角度的负载自适应控制，可以彻底地避免在电极负载上出现高数值的输出电压，从而防止对人体产生的电击，保证患者和使用人员的安全。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法是采取以下技术方案实现：

神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置包括输出插口、负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块、主控芯片、显示单元和音响单元。所述主控芯片设置有数据处理模块、显示模式生成模块、显示输出模块。

隔离输出模块通过电子线路板与主控芯片中的数据处理模块相连，隔离输出模块通过负载传感器与输出插口相连；所述主控芯片中的数据处理模块通过显示模式生成模块与显示输出模块相连，显示单元和音响单元与显示输出模块相连。

所述输出插口通过负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块与主控芯片中的数据处理模块相连，组成各输出通路的闭环控制回路。

负载传感器分为开关数字型和增量数字型2种，开关数字型负载传感器内部稳压管D与分流电阻R*并联（电流小时R*可不装），稳压管D一端与引脚1和限流电阻R相连，另一端与引脚2和引脚4相连，限流电阻R一端与稳压管D和引脚1相连，另一端与引脚3相连。增量数字型负载传感器内部取样电阻R一端与引脚1和压控振荡器VCO信号输入脚IN相连，另一端引脚2、引脚4和压控振荡器VCO公共脚GND相连，压控振荡器VCO输出脚OUT与引脚3相连。

所述输出插口设置有至少1个。所述负载传感器设置有至少1个。所述隔离输出模块设置有至少1个。所述隔离反馈模块设置有至少1个。所述显示单元设置有至少1个。

所述输出插口1至输出插口N，是当刺激器具备多路输出功能时不同输出通路的输出插孔；同理，负载传感器1～N、隔离输出模块1～N、隔离反馈模块1～N，均是当刺激器具备多路输出功能时不同输出通路的功能模块。这些模块与主控芯片中的数据处理模块相连，组成各输出通路的闭环控制回路。当刺激器为单路输出时，上述各模块数量均只有一个，组成一个输出通路闭环控制回路。

所述输出插口，可接外部电极负载，使刺激器输出的治疗电流通过电极片到达患者人体。

所述负载传感器，能在刺激器工作时，感知电极负载的状态，对负载超出正常范围的突然增大和负载开路状态给出数字状态参数。

所述隔离反馈模块，能将负载传感器测量的数字量反馈至主控芯片中的数据处理模块，并能对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

所述隔离输出模块，受数据处理模块控制，将主控芯片输出的数据转换为模拟量后，进行功率放大，经过负载传感器向输出插孔提供足够功率的输出电压，同时对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

所述数据处理模块，依据对负载监测得到的数据进行判断，负载正常时，向隔离输出模块提供正常的输出数据，并控制显示生成模块产生正常的显示数据；发现负载异常增大或负载开路时，控制隔离输出模块减小输出电压或关闭输出，同时控制显示模式生成模块产生报警显示数据。

所述数据处理模块，当负载故障排除恢复正常后，继续提供保护控制：控制输出端仍然保持关闭输出的状态，输出端无高电压出现；控制输出显示为零。此时只有重新进行输出强度调节，才能达到正常输出状态。

所述显示模式生成模块，依据数据处理模块提供的数据指令生成相应的显示模式，将生成的显示数据送至显示输出模块。负载正常时，生成正常显示数据；负载异常时，生成报警显示模式，同时驱动音响单元发出报警声。

所述显示输出模块，依据显示模式驱动各显示单元进行显示。

为了达到上述目的，本发明提供一种对刺激器负载进行实时监测并控制输出的方法，其实现方案是：在刺激器电极输出端接入由负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块和数据处理模块组成的闭环控制回路，该闭环控制回路由刺激器电子线路板上的电子线路和电子元器件与主控芯片（单片微处理器）组成。

在多路输出的刺激器中，每路输出都是独立工作的闭环控制回路。所有回路均共用主控芯片（单片微处理器）为控制核心，经过适当的硬件电路设计和软件设计，对电极输出端的负载进行实时监测，测量结果返回到主控芯片中的数据处理模块，按测量结果对输出进行控制。

神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置的控制方法如下：

当负载正常时，输出电压按正常程序执行，刺激器进行正常治疗工作。当负载异常时，负载传感器检测到负载电阻突然增大或无穷大即开路，该测量结果经反馈通道返回到主控芯片，主控芯片依据返回数据控制刺激器输出电压减小或控制输出为零即输出闭锁，避免电极输出端出现高电压。

当负载正常时，显示电路显示正常工作数据，音响电路无报警声。当负载异常时，该路在切断输出的同时，相关显示电路闪动进行显示报警，同时音响报警电路发出报警声。

当刺激器某路负载异常并发生输出闭锁后，该路没有输出，该路输出显示亦为零。此时如果负载恢复正常，输出仍然保持为零，须重新调节输出强度至正常输出状态。这样可彻底避免负载突然接通时，输出端高电压对人体产生电击。

对于多路输出的刺激器，当某一路输出的负载出现异常时，该路发生输出闭锁动作并进行声光报警时，并不会影响其他输出通路的正常工作。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，设计合理，结构紧凑，可对刺激器各输出通路的负载分别进行实时监测，当出现某路负载异常增大或出现负载开路时，能迅速控制该路输出电压的减小或关闭输出，同时进行声光报警，彻底避免输出端出现高电压。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，优于（YY 0607-2007/IEC 60601-2-10:1987《医用电气设备 第2部分：安全专用要求》中开路电压最高为500V的指标。可将负载端电压限制在正常治疗电压（约几十伏特）范围内或彻底关闭输出（输出电压为0），能有效防止因负载异常而产生的对人体的电击。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，当因负载开路关闭输出后，如果负载突然恢复正常，刺激器仍将保持关闭输出状态，此时必须重新调节输出强度才能恢复治疗。也就是说，如果电极开路接触不良后又突然接触人体，因输出端并无电压输出，确保不会产生对人体的电击。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，当负载正常时，不会对刺激器的正常工作产生影响。

本发明神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置及其控制方法，采用市售通用元件和自行研制的电路模块，成本低（占整机成本10%），便于应用于各类神经和肌肉刺激器产品。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置结构及控制方法流程示意图。

图2是神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置的开关数据型负载传感器原理图

图3是神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置的增量数据型负载传感器原理图。

具体实施方式

参照附图1、2、3，神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置包括输出插口、负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块、主控芯片、显示输出模块、显示单元和音响单元。所述主控芯片设置有数据处理模块、显示模式生成模块。

隔离输出模块通过电子线路板与主控芯片中的数据处理模块相连，隔离输出模块通过负载传感器与输出插口相连；所述主控芯片中的数据处理模块通过显示模式生成模块与显示输出模块相连，显示单元和音响单元与显示输出模块相连。

所述输出插口通过负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块与主控芯片中的数据处理模块相连，组成各输出通路的闭环控制回路。

所述输出插口设置有至少1个。所述负载传感器设置有至少1个。所述隔离输出模块设置有至少1个。所述隔离反馈模块设置有至少1个。所述显示单元设置有至少1个。

所述输出插口采用市售两芯莲花插口。所述负载传感器，分为开关数据型和增量数据型2种（见附图2、3），开关数据型内部采用采用普通电阻和稳压二级管，增量数字型内部采用普通电阻和市售通用压控振荡器VCO如555时基电路或通用压控振荡器。所述隔离输出模块内含市售数模转换器如0832或其他8位数模转换器、输出变压器、市售音频功率放大器如LA4225、TPA3007等。所述隔离反馈模块采用市售通用光电耦合器如4N25、TLP521-1等。所述主控芯片采用市售8位单片机如AT89C52等。所述显示输出模块为通用数字电路用来驱动LED。所述显示单元采用市售LED数码管和LED发光管。所述音响单元采用市售电磁蜂鸣器或压电蜂鸣器。

所述输出插口1至输出插口N，是当刺激器具备多路输出功能时不同输出通路的输出插孔；同理，负载传感器1～N、隔离输出模块1～N、隔离反馈模块1～N，均是当刺激器具备多路输出功能时不同输出通路的功能模块。这些模块与主控芯片中的数据处理模块相连，组成各输出通路的闭环控制回路。当刺激器为单路输出时，上述各模块数量均只有一个，组成一个输出通路闭环控制回路。

所述输出插口，可接外部电极负载，使刺激器输出的治疗电流通过电极片到达患者人体。

所述负载传感器，能在刺激器工作时，感知电极负载的状态，对负载超出正常范围的突然增大和负载开路状态给出数字状态参数。

所述隔离反馈模块，能将负载传感器得到的数字量反馈至主控芯片中的数据处理模块，并能对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

所述隔离输出模块，受数据处理模块控制，将数字量转换为模拟量，经过负载传感器向输出插孔提供足够功率的输出电压，同时对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

所述数据处理模块，依据对负载监测得到的数据进行判断，负载正常时，向隔离输出模块提供正常的输出数据，并控制显示生成模块产生正常的显示数据；发现负载异常增大或负载开路时，控制隔离输出模块减小输出电压或关闭输出，同时控制显示模式生成模块产生报警显示数据。

所述数据处理模块，当负载故障排除恢复正常后，继续提供保护控制：控制输出端仍然保持关闭输出的状态，输出端无高电压出现；控制输出显示为零。此时只有重新进行输出强度调节，才能达到正常输出状态。

所述显示模式生成模块，依据数据处理模块提供的数据指令生成相应的显示模式。负载正常时，生成正常显示数据；负载异常时，生成报警显示模式送至显示输出模块，同时驱动音响单元发出报警声。

所述显示输出模块，依据显示模式驱动各显示单元显示正常数据或显示报警闪动指示。

神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置的控制方法如下：

当负载正常时，输出电压按正常程序执行，刺激器进行正常治疗工作。当负载异常时，测量结果返回为负载电阻突然增大或无穷大（开路），刺激器控制输出电压减小或控制输出为零（输出闭锁），避免电极输出端出现高电压。

当负载正常时，显示电路显示正常工作数据，音响电路无报警声。当负载异常时，该路在切断输出的同时，相关显示电路闪动进行显示报警，同时音响报警电路发出报警声。

当刺激器某路负载异常并发生输出闭锁后，该路没有输出，该路输出显示亦为零。此时如果负载恢复正常，输出仍然保持为零，须重新调节输出强度至正常输出状态。这样可彻底避免负载突然接通时，输出端高电压对人体产生电击。

对于多路输出的刺激器，当某一路输出的负载出现异常时，该路发生输出闭锁动作并进行声光报警时，并不会影响其他输出通路的正常工作。

综上所述，本发明的神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，在保证刺激器正常治疗功能的基础上，对负载进行实时监测。发生负载异常增大或负载开路时，控制输出端无高电压输出并进行声光报警。负载恢复正常后，须重新进行输出强度调节才能正常输出，彻底避免了因负载异常时产生高电压对人体的电击。

Claims (10)

1.一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：包括输出插口、负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块、主控芯片、显示单元和音响单元；所述主控芯片设置有数据处理模块、显示模式生成模块、显示输出模块；

隔离输出模块通过电子线路板与主控芯片中的数据处理模块相连，隔离输出模块通过负载传感器与输出插口相连；所述主控芯片中的数据处理模块通过显示模式生成模块与显示输出模块相连，显示单元和音响单元与显示输出模块相连；

所述输出插口通过负载传感器、隔离输出模块、隔离反馈模块与主控芯片中的数据处理模块相连，组成各输出通路的闭环控制回路。

2.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述输出插口，接外部电极负载。

3.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述负载传感器，能在刺激器工作时，感知电极负载的状态，对负载超出正常范围的突然增大和负载开路状态给出数字状态参数。

4.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述隔离反馈模块，能将负载传感器测量的数字量反馈至主控芯片中的数据处理模块，并能对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

5.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述隔离输出模块，受数据处理模块控制，将主控芯片输出的数据转换为模拟量后，进行功率放大，经过负载传感器向输出插孔提供足够功率的输出电压，同时对主控芯片和负载输出端口之间实行电气隔离，保证其技术指标满足有关电介质强度、漏电流等医疗器械安全要求。

6.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述数据处理模块，依据对负载监测得到的数据进行判断，负载正常时，向隔离输出模块提供正常的输出数据，并控制显示生成模块产生正常的显示数据；发现负载异常增大或负载开路时，控制隔离输出模块减小输出电压或关闭输出，同时控制显示模式生成模块产生报警显示数据；

所述数据处理模块，当负载故障排除恢复正常后，继续提供保护控制：控制输出端仍然保持关闭输出的状态，输出端无高电压出现；控制输出显示为零，此时只有重新进行输出强度调节，才能达到正常输出状态。

7.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述显示模式生成模块，依据数据处理模块提供的数据指令生成相应的显示模式，将生成的显示数据送至显示输出模块，负载正常时，生成正常显示数据；负载异常时，生成报警显示模式，同时驱动音响单元发出报警声；

所述显示输出模块，依据显示模式驱动各显示单元进行显示。

8.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：所述输出插口设置有至少1个；所述负载传感器设置有至少1个；所述隔离输出模块设置有至少1个；所述隔离反馈模块设置有至少1个；所述显示单元设置有至少1个。

9.根据权利要求1所述的一种神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置，其特征在于：负载传感器分为开关数字型和增量数字型2种，开关数字型负载传感器内部稳压管D与分流电阻R1并联，稳压管D一端与引脚1和限流电阻R2相连，另一端与引脚2和引脚4相连，限流电阻R2一端与稳压管D和引脚1相连，另一端与引脚3相连；增量数字型负载传感器内部取样电阻R3一端与引脚1和压控振荡器VCO信号输入脚IN相连，另一端引脚2、引脚4和压控振荡器VCO公共脚GND相连，压控振荡器VCO输出脚OUT与引脚3相连。

10.权利要求1所述的神经和肌肉刺激器负载自适应控制装置的控制方法，其特征在于：

当负载正常时，输出电压按正常程序执行，刺激器进行正常治疗工作；当负载异常时，负载传感器检测到负载电阻突然增大或无穷大即开路，该测量结果经反馈通道返回到主控芯片，主控芯片依据返回数据控制刺激器输出电压减小或控制输出为零即输出闭锁，避免电极输出端出现高电压；

当负载正常时，显示电路显示正常工作数据，音响电路无报警声；当负载异常时，该路在切断输出的同时，相关显示电路闪动进行显示报警，同时音响报警电路发出报警声；

当刺激器某路负载异常并发生输出闭锁后，该路没有输出，该路输出显示亦为零，此时如果负载恢复正常，输出仍然保持为零，须重新调节输出强度至正常输出状态，这样可彻底避免负载突然接通时，输出端高电压对人体产生电击；

对于多路输出的刺激器，当某一路输出的负载出现异常时，该路发生输出闭锁动作并进行声光报警时，并不会影响其他输出通路的正常工作。

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