CN1033443A - 无输出变压器恒流型电刺激器 - Google Patents

Abstract

一种医疗用的电刺激器，包括一高阻抗无变压器 输出电路，一控制波形发生电路和一升压电路。所述 的高阻抗无变压器输出电路在所述的控制波形发生 电路的控制下，以一定的频率和波形，对人体输出由 所述升压电路提供的足够高的电压而产生流过人体 的恒定电流。所述电刺激器还可有选择地包括一输 出电流调节电路和输出指示电路。本发明的电刺激 器提高了输出电流产生电刺激强度的稳定性，提高了 临床治疗效果，并且实现了袖珍化和节省电池。

Description

本发明涉及医疗用的电刺激器。具体地说，涉及的是一种无输出变压器的医用电刺激器。更具体地说，涉及的是一种无输出变压器恒流型袖珍电疗器或电针麻器。

常用电疗器、针麻仪等电刺激器，一般都有一只由硅钢片叠成的低频变压器，它或是作为间隙振荡变压器经升压后直接输出，或是作为输出变压器升压后输出。例如，G6805型治疗仪（沪Q/W S₂-747-80）即采用这样的输出变压器。在现有技术中，还可以罗列一些电刺激器，如BT701电麻仪（沪Q/yyx-1109-82）;DZ12针麻仪（沪Q/W S₂-748-80）;DZ22综合电针仪（沪Q/W S₂-750-80）等等，一般都是由变压器的一个升压绕组输出一个需要的电压来达到治疗或麻醉的目的。由此，容易带来下述的一些不足之处。

首先，变压器升压绕组的圈数较多，对绝缘也有较高的要求，因而要缩小该变压器的体积就比较困难。这样，电刺激器的小型化，特别是薄型袖珍化便难以做到。而且，变压器的生产速度慢，成本也相应见高。

其次，为了减小变压器的变压比，常采用较高的电源电压，例如采用价格较高的9伏电池。由于多数产品的电路在空载时仍消耗较大的电能，故而电池的使用寿命缩短，电刺激器的效率亦低。

再则，在采用电池供电的产品电路中，当电池电压降低时，输出的电压幅度会明显受到影响，因而输出的电压幅度和产生的电刺激强度不稳定。

在临床应用中，现有的多数产品都是以输出电压幅度和电压波形为其主要技术参数。但是，人体的阻抗是一个难以严格确定的值。在进行电刺激医疗过程中，实际流过人体的电流因不同的人、不同的部位、不同的体位以及电极对人体接触的不同状况而发生变化。当输出的电压幅度不变时，流过人体的电流强度仍会因人体阻抗变化而发生变化。流过人体的电流强度决定了对人体的电刺激强度，电流强度的上述不稳便会造成对人体电刺激强度不稳定。

本发明人基于上述对现有技术的认识和分析，得出了这样一些结论，即，电刺激的输出应该以通过人体的电流波形为技术依据。这就是说，电刺激器应是一种能对人体产生电流波形的、不受人体阻抗变化影响的恒流源装置。但是，就发明人所知，目前在现有技术中尚找不到这样的恒流型电刺激器。

本发明的目的之一就是提供一种恒流型电刺激装置，它产生电刺激的输出是以通过人体的稳定的电流波形为技术依据，从而对人体产生一种或多种电流波形的恒流电刺激，以克服上述现有技术中由电压幅度和电压波形输出造成电刺激强度的不稳定性，提高临床治疗效果。

本发明的另一个目的是在上述输出电刺激强度稳定的基础上，大大缩小整个装置的体积和重量，实现电刺激器的薄型袖珍化，以对使用和携带都带来很大方便，与此同时，整个装置的成本也在相当程度上得到降低。生产速度大大提高。

本发明再有一个目的是降低整机功耗，提高电源电池的可利用性和延长其使用寿命。

本发明上述目的以及其它的一些目的、特征和优点将从下文的详细说明中看得更充分、更清楚。

本发明的目的是通过提供包括一具有良好输出特性的高阻抗无输出变压器恒流输出电路、一升压电路以及一输出控制波形发生电路的电刺激装置来达到的。

现在参照附图1来对本发明加以说明。本发明的电刺激装置是通过它包含的高阻抗无变压器输出电路[1]，在输出控制波形发生电路[2]的控制下，以一定的频率和波形，例如临床要求约2赫兹到150赫兹左右的矩形波，对人体施加一个由电压升压电路[3]提供的足够高的电压，譬如约20伏至70伏左右，较优选的是约50～60伏左右的电压，从而产生一个流过人体的恒定电流脉冲和稳定的电刺激强度。这个恒定的电流输出不随人体阻抗变化而变化，因为本发魃鲜鍪涑龅缏穂1]具有输出阻抗相对于人体阻抗来说要大三个数量级，人体阻抗变化几乎可以忽略不计。因此，本发明的电刺激装置或电刺激器是恒流型的。其电流的最大值可根据临床经验，设定或调节在约0～45毫安左右的范围。又由于本发明提供的高阻抗输出电路[1]为无变压器输出电路，从而使整个装置的体积和重量，特别是厚度大大缩小，制造成本降低，使本发明电刺激器的薄型袖珍化得以实现。另一方面，又由于本发明的无变压器输出电路[1]和升压电路[3]等的空载电流很小，从而提高了整机的效率和电源电池的利用率，延长了电池的使用寿命。按照本发明的另一个技术特征，本发明提供的升压电路[3]在低压电源，例如3伏电源在供电下，可以产生足够高的电压，例如20伏至70伏左右，较可取的是50～60伏左右，又由于输出电路[1]具有相当大的输出阻抗，于是对人体输出而流过人体的电流强度就能保持基本恒定不变，例如波动在百分之十左右的范围内，因为人体阻抗的变化对这个相当大的输出阻抗来说，其影响可以忽略不计。这样，本发明电刺激装置就克服了电刺激强度不稳定这个因素，提高了临床治疗效果。

按照本发明的一个可供选择的特征，本发明还可以通过有选择地提供一种输出电流调节电路[4]来调节所需输出电流的大小，从而调节为达到不同治疗效果的电刺激强度。另一方面，更有利的是，当电池电压从2×1.6伏降低到2×1.1伏左右时，通过电流调节电路[4]的调节，可以使最大输出电流都能保持在临床要求所设定的范围，例如0～45毫安，较可取的约为30～40毫安。这样就达到了提高电池的利用率和延长使用寿命的目的。当然，如果不必考虑电池寿命和它的经济性这样的因素的话，本发明的装置也可以略去或不采用电流调节电路[4]而使整机电路十分简单。另外，电流调节电路[4]也可以是各种波形的变换电路，这样使本发明电刺激器可以输出各种波形的电流，以便适合医疗临床和科研等各种需要。

本发明包含的上述升压电路[3]，可以设计成非常简单的间歇振荡器，其间歇振荡变压器的匝数不必很多就可以获得高出电源3伏电压近20倍的电压。假如采用其它逆变器电路，也可以达到同样的功能，只是其升压变压器匝数增加，体积将增大。另一方面采用间歇振荡电路因其功率有限，当输出电路由于某种原因万一发生故障，如短路等故障时，提升的电压就会因负载增加而下降，不会发生使接受治疗者受到过度电刺激的危险。

本发明包含的输出控制波形发生电路[2]，可以用各种振荡器来获得对所需输出电流的波形控制，例如：三角波、矩形波、针形波、上升波或起伏波等等，只要用产生出来的波形去激励输出电路[1]中输出晶体管的输入端，就可以在输出端获得相应的电流波形。譬如，为求简单起见，采用多谐振荡器产生一种常用的矩形波，脉冲宽度设定为约425μs，频率范围在5～100次/秒，这在临床上已足够达到电疗的作用。又例如，用ICM7556集成块的时基电路，可以构成脉冲频率和脉宽都可调节的波形发生电路[2]，其频率范围在2～1000赫兹，脉宽在50μs～500μs范围内都可调节。

下文结合附图，对本发明电刺激装置的实施例予以详细说明。

图面的简单说明如下：

图1为本发明电刺激装置的原理方框图，其中[1]表示高阻抗输出电路，[2]表示输出波形发生电路;[3]表示升压电路;[4]表示输出电流调节电路;[5]表示输出指示电路。虚线的联接线表示可联接亦可不联接。

图2为本发明的基本原理图。

图3为本发明实施例1的整机线路图，其中[Ⅰ]相应于图1中的[1];[Ⅱ]相应于图1中的[2];[Ⅲ]相应于图1中的[3];[Ⅳ]相应于图1中的[4];[Ⅴ]相应于图1中的[5]。

图4为本发明实施例2的线路图。

图5为本发明实施例3的线路图。

图6为本发明实施例4的线路图。

图7为本发明实施例5的线路图。

图8为本发明实施例6的线路图。

图9为本发明实施例7的线路图。

参照附图2，对本发明电刺激器的基本原理加以进一步说明。由于晶体管技术已可使晶体管在共发射极状态下，集电极的输出阻抗做得相当大。只要电源电压足够大，在基极电流不变的条件下，当电极位置或人体阻抗有所变化时，流过人体的电流始终保持基本恒定不变，这就是所谓的恒流源。调节注入晶体管[T]基极的电流就可以改变流过人体的电流大小;采用不同波形的电流偏置，可以使人体得到不同电流波形的电刺激;如果这个电流偏置再以一定频率的波形加以控制，例如用一定频率的矩形波来控制，则输出的电刺激将是具有一定频率一定波形的稳定的电流脉冲刺激。对照图1来看，晶体管[T]就相当于高阻抗输出电路[1];电源[E]相当于升压电路[3];而晶体管[T]的基极偏置则由输出波形发生电路[2]来提供。这样，就形成了本发明电刺激装置的整机基本电路。

根据上述对本发明基本原理和方框图的分析，本发明电刺激装置可以完全达到缩小体积、减轻重量、降低电耗和稳定输出性能提高临床治疗效果的目的。以一般临床要求的电疗器来看，其输出脉冲的宽度约在50～500μs范围;频率约为0.5～150赫兹，作电疗时的电流强度不超过约45毫安。由于本发明电刺激器-电疗器不用输出变压器、因此可以使其重量和体积，特制是厚度，大大缩小。根据现有的技术条件，本发明电刺激器可以做得与打火机差不多大小。又因其功耗低，所以能采用8号电池或者钮扣电池供电。考虑到采用电池的经济性和使用寿命，本发明电刺激器的一个实施例采用二节5号电池，则当电源电压从新电池的1.6伏降至1.1伏时，本发明仍能保持良好的工作状态。本发明电刺激的空载电流可做到小于5毫安，最小可作到0.5毫安数量级，所以电池的使用寿命较长。

现结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

图3所示为本发明电刺激器整机电路的一个实施例。图中分别以[Ⅰ]、[Ⅱ]、[Ⅲ]和[Ⅳ]来表示图1中的高阻抗恒流输出电路[1]、输出波形发生电路[2]、升压电路[3]和输出电流调节电路[4]。另外，以[Ⅴ]来表示输出指示电路[5]。

升压电路[Ⅲ]包括一间歇振荡器它是这样工作的：由于人体的阻抗一般正常时小于1KΩ，考虑到各种因素，假设负载约为1～2KΩ，则要达到最大刺激电流，较可取地设定为35mA，电源电压E应达到60伏左右。本实施例较可取地设定为54伏。由图3可知，当开机之后，串连的稳压管D₁D₂（2×27V）截止，Q₁在R₂偏置下饱和导通，于是由R₁C₂Q₂T₁形成的间歇振荡器开始工作，选择R₁C₂和T₁等参数使振荡频率达到一定值，例如本实施例在图3中的参数产生约8000赫兹的振荡频率。在振荡过程中，每当Q₂由导通到突然截止时，其集电极会产生一个高于电源电压几十倍的正脉冲。该脉冲经D₃向C₃充电。当C₃两端的电压上升，达到54伏左右时，D₁D₂反向导通而使Q₁反偏截止，Q₂因无偏置而停振;当C₃两端的电压稍有降低时，D₁D₂又截止，Q₁导通，Q₂工作，使C₃两端电压复又上升。因此，在C₃两端的电压保持54伏而又不输出的情况下，电路[Ⅲ]只有几百微安的电流消耗。当C₃两端输出放电多了，即负载重了，间歇振荡就连续进行;负载轻了，就断续进行;无负载就几乎不振荡。这样就大大降低了电耗，提高了电池的使用寿命。电路[Ⅲ]中的T₁是用φ7×3.5mm的工字磁芯绕制的，所以体积相当小。C₃的耐压约100伏左右，所以体积也不大。对所用的D₁和D₂的参数加以调整，就可以获得不同提升电压的值，例如达到20～70伏这样的范围，可根据需要而定。

输出电流调节电路[Ⅳ]是这样工作的：为保证电源电池从2×1.6伏至2×1.1伏范围内最大输出电流都能保持在临床应用的最佳范围，例如30至35毫安左右，本实施例采用发光二极管LED的正向特性作稳压用，图3中D₅就是既作电源指示又作稳压之用的发光二极管。D₅的正向压降约1.8～1.9伏左右。本电路包括R₈～R₁₁、C₆、D₅、Q₅和W₂。调节W₂即可调节输出电流。当W₂滑动臂调至LED（D₅）正极端时，输出电流最大;反之最小。C₆为高频旁路之用。本电路也可代之以可变换各种波形的电路，从而可以使本发明电刺激器输出各种波形的电刺激电流。本电路还可以与微机技术相结合，以做成能任意设定电流波形的电刺激装置。

本实施例的输出波形发生电路[Ⅱ]是一种多谐振荡器，包括Q₃、Q₄、C₄、C₅、R₃～R₇、W₁和D₄，其中W₁为振荡频率调节，当W₁向增大阻值方向调节时，振荡频率降低;反之频率升高。根据临床经验，本实施例的这个振荡频率范围约为5～100赫兹左右，脉冲宽度约为425μs。本电路中的D₄、R₆是为改善输出脉冲的波形特性而设。

本实施例的无输出变压器输出电路[Ⅰ]包括R₁₂、R₁₃、Q₆、Q₇、Q₈发射极、K₂、J及D₆。当多谐振荡器[Ⅱ]中的Q₄集电极为正时，Q₆饱和导通，Q₇截止，无电流输出经过人体;当Q₄集电极为低电平时，Q₅集电极电流注入Q₇基极，使Q₇有相应的集电极电流，这就是说，C₃上的54伏电压经人体再经Q₇、Q₈发射极放电。由于所选晶体管Q₇形成具有良好的高阻抗输出特性的无变压器恒流输出电路，（Q₇相当于图2中的T），从而就可以得到一个稳定的电流输出，即得到稳定的电刺激强度。另外还可以看到，上述波形发生电路[Ⅱ]对输出电路[Ⅰ]起了一种“波形控制”或者类似于“开关”的作用。故而采用任何产生类似作用的电路，都可以达到同样的功能。

本实施例提供了一个输出指示电路[Ⅴ]（可任意选用），它包括Q₈、R₁₄、R₁₅、C₇和D₇。当输出的脉冲电流流过Q₈发射极时，电流就经R₁₄对C₇充电，并经R₁₅使发光管D₇（LED）燃亮;在脉冲过后，充在C₇上的电压经R₁₄R₁₅继续对D₇放电，从而延长了LED的导通时间，以便于观察。通过对输出电路中D₆和R₁₃的调节，可以调节D₇燃亮的灵敏度。如果略去本输出指示电路[Ⅴ]，只要重新调整一下最大输出电流;这可以通过例如调节R₁₀来达到，对整机性能不会产生任何不良影响。

用本实施例整机电路制成的袖珍电疗器可以达到例如下述的一些性能：

输出：单向矩形脉冲电流，正负可变换;

频率5～100Hz;

脉冲宽度：425μs±25μs;

恒流输出调节：0～40mA;

最大输出电压：50V;

电源：直流3V，可用5号电池二节;

电源指示：有LED发光管指示;

输出指示：有或无LED发光管指示;

功率消耗：当负载为1KΩ，空载时小于5mA，

100次/秒，40mA时，不大于35mA，

30次/秒，20mA时，不大于15mA;

体积：小于11.5×5.0×1.8cm³;

重量：小于60克（不带电池）。

实施例2

图4所示为本发明实施例2的电刺激器整机电路的简单型电路图。可以看到，与实施例1比较，本实施例只包含高阻抗恒流输出电路[1]、输出控制波形发生电路[2]和升压电路[3]这三个部分，而其整机性能基本上与实施例1一样，完全可以达到恒流输出性能稳定。临床治疗效果好，以及电池使用寿命长和体积小重量轻这些特点。本实施例上述这三部分电路基本上与实施例1所包含各部分电路的一样。实际上本实施例比实施例1更省电，重量和体积也更小一些。

实施例3

图5所示为本⒚魇凳├?的电刺激器采用集成块的整机电路图。

本实施例的升压电路[3]的升压值设计为48V，静态时的电流值仅为0.3mA₈输出波形控制电路[2]采用555时基电路作多谐振荡器，其频率f由W₁进行调节：

$\mathrm{f\; \approx }\frac{\mathrm{1.44}}{{\mathrm{(R}}_3{\mathrm{+R}}_{\mathrm{W1}}{\mathrm{)C}}_5}$

输出为负脉冲，脉宽td＝0.7R₄C₅。调整R₄值就可调整脉冲宽度。输出的负脉冲由R₅及稳压管D₄稳定在2.2伏左右，以保证在电池电压变化时脉冲幅度基本稳定。输出脉冲电流的值由W₂调节。输出电路[1]仍为共发射极输出。R₈、R₉为Q₃、Q₄的电流负反馈电阻。本电路仍采用3V电源，可用8号电池二节。时基电路采用扁平封装结构，可以使整机体积更为缩小。本实施例3可达到例如下述的一些性能：

输出脉冲频率：2～100Hz，连续可调;

输出脉冲宽度：0.45ms，0.3～0.5ms半可调;

输出脉冲电流：0～35mA，连续可调;

静态电流：不大于0.5mA;

中等强度输出时：整机电流不大于10mA;

最大输出时：整机电流不大于30mA;

电源：DC3V，可用8号电池二节;

体积：70×36×12mm³;

重量：小于35克（不带电池）。

实施例4

本发明实施例4由图6所示，这是一种恒流特性更好的输出电路[1]，可与任何形式的输出波形控制电路[2]和升压电路[3]组合成整机电路。由图6可以看出，由于D₂（LED）的正向稳压特性，使A点电压约为+1.8V左右，在无正脉冲输入时，Q₁、Q₂都截止，因而B点电压高于A点，Q₃亦截止，无电流输出。当正脉冲到来时，在D₁的钳位作用下使C点的脉冲电压稳定在2.4V左右（为电池电压变化而设），射极跟随器Q₁及作为输出晶体管Q₃发射极恒流源的Q₂导通，B点电压相对A点下降，Q₃导通，于是便有一由W设定的相应的电流输出。由于输出晶体管Q₃是处在共基极输出状态，且其发射极回路为一恒流源，所以该电路具有良好的恒流输出特性。调节W滑动臂至C端，调节R₃的阻值就可以调整最大输出电流值。

实施例5

图7所示为本发明电刺激器的另一种采用集成块的控制波形发生电路[2]。它可以产生2～150Hz连续可调的脉冲波、疏密交替脉冲波和断续脉冲波等需要的波形，其脉冲宽度可以调节，例如按电路中的参数可得到50μs～500μs。本实施例电路中，由1/2 IC₂等组成多谐振荡器电路，另1/2 IC₂等组成单稳态脉冲宽度调节电路。输出的是正向脉冲波形。S₁S₂S₃为模拟开关，当S₃导通时，得到2～150Hz的连续脉冲振荡。W₄为频率调节。IC₁等组成的多谐振荡器频率为0.5～0.25Hz，由W₁调节。当S₁、S₂都导通时，由IC₁输出的矩形波交替地使IC₂作疏波脉冲和密波脉冲振荡。W₂为密波频率调节（约30～150Hz）;W₃为疏波频率调节（约为5～30Hz）。当只有S₁导通时，则为断续脉冲波振荡。W₅为脉冲宽度调节。IC₁多谐振荡器周期为T＝0.7×（R₁+Rw₁+2R₂）×C₁（秒）;1/2 IC₂多谐振荡器周期为T＝0.7×RC₃（秒）（其中R视S₁～S₃导通情况而定）;1/2 IC₂单稳态电路脉冲宽度为td＝1.1×（R₁₀+Rw₅）×C₅（秒）。

实施例6

图8所示为本发明电刺激器采用集成块的升压电路[3]。由7555时基电路组成多谐振荡器。在接通电源后，因D₁D₂截止，Q₁饱和导通，时基电路多谐振荡器开始工作，输出一定宽度的负脉冲。Q₂在负脉冲到来时导通，并使Q₃饱和导通，L中的电流呈线性增长;在负脉冲结束时Q₃截止，L中储存的能量经D₃向C₄充电，C₄上的电压上升至+54V，D₁D₂反向导通，Q₁截止，多谐振荡器停振。Q₁的导通程度决定了多谐振荡器的频率：当负载大时，振荡频率升高;反之则下降;在无负载时，振荡器便基本无脉冲输出。所以，本实施例的升压电路为定脉宽调频式的开关电源。L的电感量可以相对取得小一些，有利于缩小电感L的体积。因为负载电流不大，所以对输出电压的纹波要求也不高。电路中的D₄为L提供了一条反向通路，并且保护了晶体管Q₃。

实施例7

图9所示为本发明电刺激器采用7556集成块的整机电路的实施例。其中1/2    ICM7556用于升压电路[3];1/2    ICM7556用于控制波形发生电路[2]。这样用一块集成块做成两个电路便可以进一步缩小体积和重量，从而制成袖珍型或微型的电刺激器。

本发明的电刺激器，经华东医院等单位临床试用，对55例病人包括落枕、扭伤及一些长期劳伤病人甚至胃痛病人进行理疗，获得显著疗效的达到90%左右，其余10%左右的病人都有不同程度的疗效。因本发明电刺激器小巧省电携带方便且疗效显著，很受医务人员和病人的欢迎。

本发明已结合上述实施例和附图进行详细的描述，可以理解的是，对于本领域技术人员来说，可以作出各种改变而不偏离本发明权利要求所提出的保护范围。

Claims (11)

1、一种医疗用电刺激器，其特征在于包括一高阻抗输出电路[1]，一控制波形发生电路[2]和一升压电路[3]，所述的高阻抗输出电路[1]在所述的控制波形发生电路[2]的控制下，对人体以一定的频率和波形输出由所述的升压电路[3]提供足够高的电压而产生的流过人体的恒定电流。

2、如权利要求1所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的输出电路[1]采用无输出变压器电路，具有恒流输出特性。

3、如权利要求2所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的控制波形发生电路[2]可以采用各种振荡器来获得控制所需输出电流波形的各种波形，包括其频率和脉冲宽度。

4、如权利要求3所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的控制波形发生电路[2]采用一种多谐振荡器，产生一种常用的矩形波。

5、如权利要求3所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的控制波形发生电路[2]采用集成块组成的电路，构成脉冲频率和波形以及脉冲宽度都可调节的控制波形发生电路。

6、如权利要求2所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的升压电路[3]可以采用任何一种逆变振荡器电路使低电源电压提升到足以产生电刺激强度之脉冲电流的高电压。

7、如权利要求6所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的升压电路[3]采用的逆变器电路是一种间歇振荡器，它利用所包括的稳压管导通和截止的作用而停止和开始振荡，从而维持所提升高电压的恒定。

8、如权利要求6所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的升压电路[3]采用集成块时基电纷槌啥嘈痴竦雌鳎梦妊构艿纪ê徒刂沟淖饔枚Ｖ购涂颊竦矗佣炙嵘叩缪沟暮愣ā?

9、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的电刺激器还包括一输出电流调节电路[4]，以进一步调节输出的电流波形并保持在电源电池电压降低时最大输出电流仍能调节在最佳范围。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的电刺激器，其进一步特征在于，所述的电刺激器还包括一输出指示电路[5]，以发光管来显示病人受理疗的强度。

11、如权利要求9所述的电刺激器，其进一步特征在于，还包括一输出指示电路[5]，以发光管来显示病人受理疗的强度。

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