CN103948445A - 一种新型口腔综合治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型口腔综合治疗设备，属于医疗电子产品制造技术领域。其主要技术特点是它包括电源模块、中央处理模块、工业总线、功能模块和功能装置。本发明采用工业总线测控技术、模块化总线节点式新型结构设计，在硬件上实现装置的模块化集成，并可方便实现先进功能及先进治疗手段的不断升级。本发明应用于口腔综合治疗装置上具备了良好的品质、先进的功能和性价比高等显著特点，必将给国内口腔医疗装置带来更安全、舒适、高效、低价的医疗服务，提高广大民众口腔疾病综合治疗的质量，为我国口腔综合治疗装置增添新的技术内容。

Description

一种新型口腔综合治疗设备

一、技术领域

本发明涉及一种数字化口腔医学综合诊断治疗装置，特别涉及一种新型口腔综合治疗设备，属于医疗器械制造技术领域。

二、背景技术

牙科综合治疗装置通常用于口腔疾病检查和治疗，是口腔医学的主要诊疗装置。当代最新式的牙科综合治疗装置，是牙科治疗椅与牙科综合治疗机有机结合为一体的整机装置。其基本配置包括：电路控制部分与基础结构装置。电路控制部分包括整机的操作控制、牙椅升降和保护控制、治疗机部分电路控制。基础结构装置包括牙椅、牙科治疗机、手机类等牙科治疗中常用或必用装置。目前的牙科综合治疗装置虽已具备了安全、舒适、精准等治疗要求，但在细节等方面还存在着一些缺点，例如布线脚控装置不仅受空间位置的限制，也增加了电线的束缚感；操作控制方式是手控操作面板进行，属于接触按压开关控制方式，从而容易引起交叉感染；病人在治疗过程中无生命体征监护装置，增大了口腔疾病治疗过程中的风险等等。鉴于当代牙科综合治疗装置存在的诸多问题以及随着可视化、网络化、数字化未来医疗的发展趋势，本发明产品应运而生，在国内口腔装置制造业率先应用数字化、网络化等先进技术，实现从机电产品向光机电软一体化产品的技术升级。

我国医疗器械产业是一个新兴的产业，由于发展不久，其不论是产能上还是研发上都远远不能满足市场的需求，未来全球医疗器械市场将形成两大格局，这两大格局一方面是以欧美发达国家为主的以高科技为主的新型医疗器械产业链，另一格局是以劳动密集型且技术含量不高的传统型医疗器械产品向发展中国家转移。而我国的高端医疗器械产品有七成都是从国外进口，而它们也垄断了全球绝大多数的市场。

三、发明内容

针对上述问题，本发明的目的是为了解决现有口腔综合治疗装置所存在的牙科椅不稳定性、治疗方面局限性、治疗过程不人性化等问题，各种功能主要依靠接触操作来完成，容易产生交叉感染，病人在治疗过程中无生命体征监护装置，从而提供一种新的技术方案。通过几种功能模块的集成和连接，真正实现口腔诊疗装置功能集成化、自动化、智能化及医疗器械的安全需求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种新型口腔综合治疗设备，它包括电源模块、中央处理模块、工业总线、功能模块和功能装置，所述的电源模块通过变压器的次级输出三路互相独立的交流电源AC220V、AC24V、AC15V向中央处理模块和各个功能模块供电；所述的中央处理模块通过总线接口芯片连接在工业总线上；所述功能模块包括牙科椅控制模块、器械盘控制模块、心电监护控制模块、主箱体控制模块和助手位控制模块，而各个功能模块是由它们各自独立的MCU处理器、控制电路和总线接口芯片通过线路环形电连接组成；所述MCU处理器和控制电路通过总线接口芯片连接在工业总线上；所述的功能装置由所述各个功能模块中的牙科椅控制模块、器械盘控制模块、心电监护控制模块、主箱体控制模块和助手位控制模块控制；所述中央处理模块负责整体的状态逻辑控制，内置触控配置文件，通过总线通信控制方式向所述的各个功能模块中分发控制指令，以及收集指定功能模块中的牙科椅控制模块、器械盘控制模块、心电监护控制模块、主箱体控制模块和助手位控制模块的实时信息并进行处理；所述的功能模块中的牙科椅控制模块、器械盘控制模块、心电监护控制模块、主箱体控制模块和助手位控制模块通过工业总线接收控制指令并由独立的MCU处理器和控制电路进行处理后控制功能装置；

电源模块内部设有过流保护、过温度保护、输出短路保护以及抗干扰保护，提高了设备的稳定性；

牙科椅控制模块采用MCU处理器在电机启动和停转时产生脉冲宽度调制信号PWM1，该信号耦合到控制电路中的MOSFET管后通过继电器控制后给电机两端提供斜坡升压电源和降压电源，实现牙科椅软启动及软停止；

器械盘控制模块采用MCU处理器通过LM358运放控制电路实现器械盘的升降；

心电监护控制模块采用MCU处理器通过控制电路对病人治疗过程中的生命体征信息进行采集并监控；

主箱体控制模块中采用MCU处理器对接收到三个限位开关的信号进行识别与判断，并将识别与判断的结果转换为控制指令输出至控制电路，进而控制痰盂电机的转动；

助手位控制模块中采用芯片SP3232实现MCU处理器与根管测量装置之间的通信，进而完成病人牙齿的根管治疗。

它是以工业总线接口控制生命体征监护、远程诊断治疗、示教采集、三维数据采集等多项的数字化口腔综合治疗设备。

所述中央处理模块包括按键操作控制装置和非接触感应控制装置。

所述牙科椅控制模块包括牙科椅运行软启动控制装置和无线脚控装置。

所述器械盘控制模块包括器械盘升降机构和手机类驱动控制装置。

所述主箱体控制模块包括口腔治疗控制装置、感应重力双重漱口水装置和痰盂自动避让装置。

所述非接触感应控制装置包括壳体、感应板电路和非接触感应控制主板电路。

所述牙科椅运行软启动控制装置由电源电路、控制电路电源、控制电路、电机控制电路组成。

所述无线脚控装置包括壳体、无线发送主板电路和无线接收主板电路。

所述痰盂自动避让装置包括椅位感应开关、痰盂避让位感应开关、吐痰位感应开关通过连接电路与电源电路、控制电路电源、MCU控制电路、电机控制电路和痰盂电机相电连接。

本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比具有以下优点：1、本发明由于采用工业总线测控技术、模块化总线节点式结构设计，在硬件上实现装置的模块化集成，并可方便实现先进功能及先进治疗手段的不断升级。2、本发明由于设计了一种基于单通道触摸传感器QT100的非接触控制感应装置，能够使治疗者不用接触任何按键或开关而达到对外部装置进行有效控制。3、本发明由于采用牙科椅软启动控制装置，启动或停止瞬间冲击电流小，对电源的干扰小，牙科椅运行平稳，病人感觉舒适，且可保护电机并延长其使用寿命。4、本发明由于采用无线脚控装置，取消了布线复杂且受空间位置限制的有线控制，增强了脚控的自由感。5、本发明由于采用心电监护模块，医生-装置-患者三位一体设计，便捷的可视化人机交互界面，集诊断、修复、手术等多种功能的实现，使该产品成为了真正意义的口腔诊疗综合装置和工作站，为医患提供高效的一站式服务。6、本发明由于采用痰盂自动避让装置，解决了现行牙科综合治疗机在牙科椅上升时，痰盂无保护措施等问题，其方法是当牙科椅上升到一定的位置后，痰盂自动旋转到安全位置，从而为防止牙科椅撞到痰盂提供一种新的技术方案。

四、附图说明

附图1是本发明的装置整体示意图；

附图2是本发明的非接触感应控制装置示意图；

附图3是本发明的牙科椅运行软启动控制装置示意图；

附图4是本发明的无线脚控装置示意图；

附图5是本发明的痰盂自动避让装置示意图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明：

一种新型口腔综合治疗设备，它包括电源模块1、中央处理模块2、工业总线3、功能模块中的牙科椅控制模块4、器械盘控制模块5、心电监护控制模块6、主箱体控制模块7、助手位控制模块8和功能装置9、功能装置10、功能装置11、功能装置12、功能装置13组成。

图1中，电源模块1设有过流保护、电磁抗干扰功能。中央处理模块2通过总线接口芯片30连接在工业总线3上。

工业总线3为CAN标准的系统通信总线，CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率最高可达1Mbps。它结构简单，通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，能完成对通信数据的成帧处理。它采用对通信数据块进行编码的方法，使网络内的节点个数在理论上不受限制，并可在各节点之间实现自由通信。CAN总线卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，现已广泛应用于工业自动化、多种控制装置、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。因此，CAN总线已形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

功能模块包括多个控制模块，如牙科椅控制模块4，器械盘控制模块5，心电监护控制模块6，主箱体控制模块7，助手位控制模块8。每个控制模块都具有独立总线接口芯片、MCU处理器和控制电路。牙科椅、手机、心电监护装置、口腔治疗装置、根管测量等功能装置9、功能装置10、功能装置11、功能装置12、功能装置13由MCU处理器和控制电路控制，MCU处理器和控制电路通过总线接口芯片25、总线接口芯片26、总线接口芯片27、总线接口芯片28、总线接口芯片29连接在工业总线3上。

中央处理模块2负责整体的状态逻辑控制，通过工业总线3的总线通信控制方式向各功能模块分发控制命令，以及收集某个指定功能的实时信息并由MCU处理器19进行处理。为了使治疗者更好的与牙科治疗装置进行信息交互，且尽量避免治疗者与按键按钮装置的接触，中央处理模块2包括按键操作控制装置38和非接触感应控制装置39。

如图2所示，非接触感应控制装置包括壳体39-1、感应板电路39-2和非接触感应控制主板电路39-3。在壳体39-1中装入四块带有感应板电路39-2嵌入的金属板，而感应板电路39-2中的触摸传感器39-2-1则是选用Quantum Research Group公司的单通道传感器芯片QT100做为感应器件，利用非接触接近方式感应检测人手位置及停留时间长短，根据不同状态控制牙科椅升、降、俯、仰等动作或治疗机的冲盂、漱口、加热、口腔灯等功能。

非接触感应控制主板电路39-3是由电源电路39-3-1、控制主板电源39-3-2、MCU处理器39-3-3、连接电路39-3-4、控制电路39-3-5组成，电源电路39-3-1、控制主板电源39-3-2、MCU处理器39-3-3、控制电路39-3-5和连接电路39-3-4通过线路环形电连接，连接电路39-3-4与感应板电路39-2通过数据线相电连接；

电源电路39-3-1通过JP2接插件提供+12V(VCC12V)电源，经电源驱动模块、转换电路转换为5V电源(AVCC，AGND)，可供感应板电路39-2工作。

控制主板电源39-3-2是由AVCC电源经电源隔离芯片DCP01B后，输出经隔离的5V电源(VCC_5V，6ND)供控制电路39-3-5使用。

连接电路39-3-4是通过两路光耦作为MCU处理器39-3-3的I／O口与感应板电路39-2之间控制信号传递的桥梁。

控制电路39-3-5以MCU处理器39-3-3为控制的核心部件，根据信号持续时间来对不同时间的信号做出不同的处理。

如图3所示，牙科椅运行软启动控制装置包括电源电路31-1、控制电路电源31-2、控制电路31-3、电机控制电路31-4。

电源电路31-1由JP1插件接入两路互相独立的交流电源AC23V、AC19V，其中AC23V电源经整流滤波电路后，转换为牙科椅电机的驱动电源(+32V，32VGND)；AC19V经整流滤波电路后，转变为VCC_24V电源，再经过电源转换电路后，转变为VCC12V电源并提供给控制电路电源31-2。

控制电路电源31-2由VCC12V电源经转换电路转换为5V电源(VCC5V，GND)，可供控制电路31-3工作。

控制电路31-3由MCU处理器31-3-2、ULN2003驱动电路31-3-1、三极管放大电路31-3-3、光耦电路31-3-4组成，MCU处理器31-3-2的PWM1脉冲宽度调制信号输出端连接放大电路31-3-3，放大电路31-3-3与光耦电路31-3-4相电连接，将PWM1信号耦合到电机控制电路31-4中的放大电路31-4-3，信号放大经过继电器控制后提供给电机31-4-4。

电机控制电路31-4主要包括MOSFET管组成的放大电路31-4-3、继电器、DB107组成的桥堆整流电路31-4-1、光耦电路31-4-2，该电路受控制电路31-3控制，通过JP2插件为电机31-4-4提供工作电源，桥堆整流电路31-4-1的主要作用是吸收电机31-4-4启动时的尖峰脉冲，以免对电源造成污染；JP2插件的1、4两脚连接电机31-4-4内部的磁簧开关，通过光耦电路31-4-2将开关信号传送至控制电路31-3的MCU处理器31-3-2进行计数处理。

如图4所示，无线脚控装置是由壳体32-1、无线发送主板电路32-2和无线接收主板电路32-3组成。无线发送主板电路32-2由电源电路32-2-1、电源低电压检测电路32-2-2、控制电路32-2-3、信号发射模块电路32-2-4通过线路电连接组成；无线接收主板电路32-3由电源电路32-3-1、控制电路32-3-2、信号接收模块电路32-3-3通过线路电连接组成。

无线发送主板电路32-2的电源电路32-2-1由四块干电池提供输入电源6V；经调压电路转换为3.3V电源，可供控制电路32-2-3工作。

电源低电压检测电路32-2-2通过可变电阻与三极管连接的环形电路控制LED灯的亮灭，从而检测电池电量的多少。

无线发送主板电路32-2中的控制电路32-2-3包括编码器32-2-5与MCU处理器32-2-6，编码器32-2-5采用4位拨码开关，通过“1”和“0”的二进制编码将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输至MCU处理器32-2-6。MCU处理器32-2-6采用MSP430F149芯片，它具有丰富的片内外围模块，超低耗，强大的处理功能，将不同的信号传送于信号发射模块电路32-2-4中的RFM02芯片并发送出去。

无线接收主板电路32-3的电源电路32-3-1则由JP4插件外接独立AC24V电源输入，经整流滤波与电源转换电路后，转变为VCC5V电源提供给控制电路32-3-2。

无线接收主板电路32-3中的控制电路32-3-2包括编码器32-3-4与MCU处理器32-3-5，编码器32-3-4采用4位拨码开关，通过“1”和“0”的二进制编码将接收来的物理信号转换为可读取的电信号传输至MCU处理器32-3-5。MCU处理器32-3-5采用ATMEL公司的ATMEGA16，8位AVR微处理器，控制并处理通过信号接收模块电路32-3-3中RFM01芯片接收来的不同信号。

信号发射模块电路32-2-4、信号接收模块电路32-3-3是采用带锁相环技术的RFM02与RFM01的射频芯片配对，组成一个完整的信号收发系统，可靠传输距离达200米以上。

射频芯片RFM02与RFM01组成一款低成本ISM频段射频收发系统，其核心IC电路采用高精度锁相环(PLL)技术。高集成度，设计简单，抗干扰能力强。它有FSK和ASK两种工作方式，可工作在315／433／868／915MHZ四个频段。它还提供一个SPI接口，实现由MCU通过软件去设置各种参数和辅助功能，无需调整硬件电路，可轻易实现跳频功能。

如图5所示，主箱体控制模块中的痰盂自动避让装置由椅位感应开关37-1、痰盂避让位感应开关37-2、吐痰位感应开关37-3、连接电路37-4、电源电路37-8、控制电路电源37-9、MCU控制电路37-10、电机控制电路37-11、痰盂电机37-12组成。采用椅位感应开关37-1、痰盂避让位感应开关37-2、吐痰位感应开关37-3这三个限位开关断闭状态的组合判断痰盂与牙科椅的相对位置，其中椅位感应开关37-1安装在牙科椅下罩壳立柱上，痰盂避让位感应开关37-2与吐痰位感应开关37-3安装在治疗机箱体的痰盂座里。

电源电路37-8由J2插件引入交流电源24V，经整流滤波后输出直流电源37V，分别提供给控制电路电源37-9与电机控制电路37-11。

控制电路电源37-9将直流37V电源经开关降压稳压器与RC滤波组成的转换电路转换为3.3V直流电源，可供MCU控制电路37-10工作。

连接电路37-4由第一光耦37-5、第二光耦37-6、第三光耦37-7组成。三个感应开关的开闭信号分别通过插件JP3经这三个光耦隔离传输至MCU控制电路37-10。

MCU控制电路37-10采用集成度高的数字信号处理器TMS320F2801，它接收到连接电路37-4中的开闭信号后处理并产生控制信号PWM缓速启动痰盂电机37-12，不仅可以避免突然高速运转，以延长使用寿命，保护痰盂电机37-12，而且可以使能源用在适当的地方，避免白白浪费电力，减少不必要的能源损耗。

电机控制电路37-11是将痰盂电机37-12的反馈信号经四组运放电路处理之后输入MCU控制电路37-10。

牙科椅在上升过程中，痰盂的位置有三种情况，第一种情况：当痰盂处于吐痰位时，此时痰盂底部与牙科椅扶手处于相对垂直的位置，吐痰位感应开关37-3闭合，痰盂避让位感应开关37-2断开；第二种情况：当痰盂处于痰盂避让位时，此时痰盂底部与牙科椅扶手处于相对平行的位置，吐痰位感应开关37-3断开，痰盂避让位感应开关37-2闭合；第三种情况：当痰盂处于吐痰位与痰盂避让位之间任一位置时，此时吐痰位感应开关37-3断开，痰盂避让位感应开关37-2断开。当牙科椅上升至相对于痰盂底部100cm时，椅位感应开关37-1闭合；此时若痰盂位置处于第一种与第三种情况时，痰盂电机37-12带动痰盂进行转动，直至转动到痰盂位置处于第二种情况时，痰盂避让位感应开关37-2闭合，痰盂停止转动，达到痰盂自动避让的目的。

Claims (10)

1.一种新型口腔综合治疗设备，它包括电源模块(1)、中央处理模块(2)、工业总线(3)、功能模块和功能装置，其特征在于：所述的电源模块(1)通过变压器的次级输出三路互相独立的交流电源AC220V、AC24V、AC15V向中央处理模块(2)和各个功能模块供电；所述的中央处理模块(2)通过总线接口芯片(30)连接在工业总线(3)上；所述功能模块包括牙科椅控制模块(4)、器械盘控制模块(5)、心电监护控制模块(6)、主箱体控制模块(7)和助手位控制模块(8)，而各个功能模块是由它们各自独立的MCU处理器(14、15、16、17、18)、控制电路(20、21、22、23、24)和总线接口芯片(25、26、27、28、29)通过线路环形电连接组成；所述MCU处理器(14、15、16、17、18)和控制电路(20、21、22、23、24)通过总线接口芯片(25、26、27、28、29)连接在工业总线(3)上；所述的功能装置(9、10、11、12、13)由所述各个功能模块中的牙科椅控制模块(4)、器械盘控制模块(5)、心电监护控制模块(6)、主箱体控制模块(7)和助手位控制模块(8)控制；所述中央处理模块(2)负责整体的状态逻辑控制，内置触控配置文件，通过总线通信控制方式向所述的各个功能模块中分发控制指令，以及收集指定功能模块中的牙科椅控制模块(4)、器械盘控制模块(5)、心电监护控制模块(6)、主箱体控制模块(7)和助手位控制模块(8)的实时信息并进行处理；所述的功能模块中的牙科椅控制模块(4)、器械盘控制模块(5)、心电监护控制模块(6)、主箱体控制模块(7)和助手位控制模块(8)通过工业总线(3)接收控制指令并由独立的MCU处理器(14、15、16、17、18)和控制电路(20、21、22、23、24)进行处理后控制功能装置(9、10、11、12、13)； 

电源模块(1)内部设有过流保护、过温度保护、输出短路保护以及抗干扰保护，提高了设备的稳定性； 

牙科椅控制模块(4)采用MCU处理器(14)在电机启动和停转时产生脉冲宽度调制信号PWM1，该信号耦合到控制电路(20)中的MOSFET管后通过继电器控制后给电机(31-4-4)两端提供斜坡升压电源和降压电源，实现牙科椅软启动及软停止； 

器械盘控制模块(5)采用MCU处理器(15)通过LM358运放控制电路(21)实现器械盘的升降； 

心电监护控制模块(6)采用MCU处理器(16)通过控制电路(22)对病 人治疗过程中的生命体征信息进行采集并监控； 

主箱体控制模块(7)中采用MCU处理器(17)对接收到三个限位开关的信号进行识别与判断，并将识别与判断的结果转换为控制指令输出至控制电路(23)，进而控制痰盂电机的转动； 

助手位控制模块(8)中采用芯片SP3232实现MCU处理器(18)与根管测量装置之间的通信，进而完成病人牙齿的根管治疗。 

2.如权利要求1所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：它是以工业总线(3)接口控制生命体征监护、远程诊断治疗、示教采集、三维数据采集等多项的数字化口腔综合治疗设备。 

3.如权利要求1所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述中央处理模块(2)包括按键操作控制装置(38)和非接触感应控制装置(39)。 

4.如权利要求1所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述牙科椅控制模块(4)包括牙科椅运行软启动控制装置(31)和无线脚控装置(32)。 

5.如权利要求1所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述器械盘控制模块(5)包括器械盘升降机构(33)和手机类驱动控制装置(34)。 

6.如权利要求1所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述主箱体控制模块(7)包括口腔治疗控制装置(35)、感应重力双重漱口水装置(36)和痰盂自动避让装置(37)。 

7.如权利要求3所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述非接触感应控制装置(39)包括壳体(39-1)、感应板电路(39-2)和非接触感应控制主板电路(39-3)。 

8.如权利要求4所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述牙科椅运行软启动控制装置(31)由电源电路(31-1)、控制电路电源(31-2)、控制电路(31-3)、电机控制电路(31-4)组成。 

9.如权利要求4所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述无线脚控装置(32)包括壳体(32-1)、无线发送主板电路(32-2)和无线接收主板电路(32-3)。 

10.如权利要求6所述的一种新型口腔综合治疗设备，其特征在于：所述痰盂自动避让装置(37)包括椅位感应开关(37-1)、痰盂避让位感应开关(37-2)、吐痰位感应开关(37-3)通过连接电路(37-4)与电源电路(37-8)、控制电路电源(37-9)、MCU控制电路(37-10)、电机控制电路(37-11)和痰盂电机(37-12)相电连接。