CN1040065C - 肌肉力量训练仪 - Google Patents

Abstract

一种肌肉力量训练仪有外壳、直流电源7、功放电路6、电极9和波形产生电路，其特征在于它还包括接在功放电路6和电极9之间的输出变压器8，所述波形产生电路由频率控制1、单脉冲发生2、程序转换3、调制频率4及调制器5组成。本发明采用第三代功能肌电刺激电流，即低频双向方波脉冲电流，且具有四种程序可供用户选择，使用中无烧灼感和疼痛感、针对性强，既可用于肌肉训练又可用于理疗康复。

Description

肌肉力量训练仪

本发明涉及电刺激器，特别是训练肌肉力量用的电刺激器。

肌电刺激是在皮肤上放置皮肤表面电极，在电极中通以电流波形，使肌肉产生收缩。功能肌电刺激是对健全的肌肉进行有目的性的肌电刺激，它能极大地提高肌肉的再生效力和力量，为理疗和肌运动疗法(对于脊椎动物，各种动作的完成主要是肌肉收缩，肌肉牵引它所附着的骨骼，引起骨关节运动被称为肌运动)开辟了广阔的前景，它同时也是现代肌肉力量训练的一种优越和有效的手段。

第一代功能肌电刺激电流是用低频交流电调制中频正弦电流，而肌生理学研究表明：对运动神经的刺激，其效果取决于电流上升或下降的速度，以陡直脉冲为好，由于正弦波的上升速度较慢，在刺激运动神经的同时，对皮肤感觉神经也产生刺激，因此有很大的疼痛感。第二代功能肌电刺激电流为几十赫兹的低频单向方波，因此会造成对皮肤的烧灼感和直流电解反应(电解质溶液在直流电外电场的作用下，溶液中的正、负离子分别向与本身电性相反的电极移动，并在电板上失去或获得电子，而变成中性原子或原子团，此过程称为直流电解反应)。

目前国内的电子治疗仪器(无专门的肌电刺激仪器)如中低频治疗仪、便携式电子治疗仪等多采用第一代和第二代功能肌电刺激电流，从机理上即存在缺陷。此外中低频电子治疗仪结构复杂成本高，便携式电子治疗仪输出波形种类少，且大多以电池为电源，不能提供充足的电刺激强度。

肌生理学及肌电刺激研究表明：人体肌肉分为白肌纤维(快肌)、红肌纤维(慢肌)和中间肌三类，其中快肌属力量型肌肉，其收缩放松的频率约33赫兹；红肌属耐力型肌肉，其收缩放松的频率较慢，约为10赫兹；而中间肌则兼具快肌和慢肌的特性。

本发明的目的是提供可以输出针对上述三种肌纤维特性的第三代功能肌电刺激电流，即低频双向方波脉冲电流，且使用安全、没有烧灼感和疼痛感的肌电刺激和理疗康复仪器。

本发明的目的是这样实现的：一种肌肉力量训练仪有外壳、直流电源、功放电路、电极、波形产生电路，功放电路和电极之间接输出变压器，波形产生电路由频率控制、单脉冲发生器、程序转换、调制频率及调制器组成，其中：频率控制为频率可调的振荡器，其输出接至单脉冲发生器的触发端，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲去触发单脉冲发生器；单脉冲发生器的输出接调制器的脉冲输入端，它将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器；程序转换分别为频率控制、单脉冲发生器和调制频率提供可选择的定时电阻；调制频率为可产生调制波的振荡器，其输出接调制器的调制输入端；调制器用调制频率输出的调制波将单脉冲发生器输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波后送至功放电路。

第三代功能肌电刺激中包括T1～T4四个参数，其中，方波宽度T1为几百μs～几ms，它是刺激强度的参量，双向方波的周期T2为几十ms可调，它对应不同肌纤维的收缩放松频率，双向方波序列持续时间T3为几秒～十几秒，间歇时间T4为几秒～十几秒。

本发明有四种程序，通过程序转换单元可选择不同的T1～T4值，以达到对快肌、慢肌、中间肌及止痛的功能肌电刺激，产生的波形经功放和输出变压器后，由附着于人体的导电橡胶电极片作用于肌肉。

本发明采用第三代功能肌电刺激电流，即低频双向方波脉冲电流，且具有四种程序可供用户选择，使用中无烧灼感和疼痛感、针对性强，既可用于肌肉训练又可用于理疗康复；本发明采用市电经输入变压器供电，并采用输出变压器将治疗波形升压和隔离，具有使用安全、刺激强度大的优点；本发明送出的治疗波形的上升沿和下降沿均经缓变处理，并采用柔性导电橡胶电极，使用舒适方便。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

图1是本发明组成框图；

图2是本发明的波形产生电路原理图。

在附图中：1-频率控制2-单脉冲发生3-程序转换4-调制频率5-调制器6-功放电路7-直流电源8-输出变压器9-电极10～13、20、21、26、27-CD4098单稳态触发器14～16、22-CD4066双向模拟开关18、19-CD4052多路模拟开关24-CD4051多路模拟开关17、25-CD40193四位二进制计数器23-CD4095JK触发器28-10赫兹振荡器29～32-CD4023与非门。

图1所示的肌肉力量训练仪由外壳(图中未画出)、直流电源7、功放电路6、电极9、接在功放电路6和电极9之间的输出变压器8及波形产生电路组成，电极9有一负四正五个导电橡胶电极片，波形产生电路包括频率控制1、单脉冲发生2、程序转换3、调制频率4及调制器5五个单元。其中：频率控制1为频率可调的振荡器，其输出接至单脉冲发生2的触发端，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲T2去触发单脉冲发生器2；单脉冲发生器2的输出接调制器5的脉冲输入端，它将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器5，每个方波的宽度为T1；调制频率4为可产生脉宽为T3、周期为T3+T4的调制波的振荡器，其输出接调制器的调制输入端；程序转换3分别为频率控制1、单脉冲发生器2和调制频率4提供用于调节脉宽和频率的可选择的定时电阻；调制器5用调制频率4输出的调制波将单脉冲发生器2输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波后送至功放电路6。

在图2中：

频率控制1-由第一单稳10和第二单稳11组成，两者的输入输出交叉连接成多谐振荡器，为典型应用。第一单稳的定时电阻固定，第二单稳的定时电阻由第五多路模拟开关19的一路提供。第一单稳产生T21，第二单稳产生T22，这里T22＞＞T21，T21+T22＝T2，可认为T2≈T22，改变它的定时电阻即可改变T22(T2)。第二单稳的输出接第三单稳12和第四单稳13的TR+脚。

单脉冲发生2-由第三单稳12、第四单稳13、第一至第三单路模拟开关14～16组成，第一至第三单路模拟开关成星形连接，第一模拟开关14的另一端接电源正端，第二模拟开关15的另一端接地，第三模拟开关16的另一端作为单脉冲发生2的输出点与并在电源和地之间的电阻串联支路的串联点B相接，平时B点的电位为VC/2。第三单稳和第四单稳的定时电阻由第四多路模拟开关18的两路输出分别提供，第三单稳12的两路输出分别接第一模拟开关14和第二模拟开关15的控制端，第四单稳13的输出接第三模拟开关16的控制端。当A点即第三单稳12和第四单稳13的TR+脚有一上升沿触发时，第三单稳12从其Q和 Q端分别输出宽度为T1的正负脉冲，使第一模拟开关14通、第二模拟开关15断，同时单稳13输出一个宽度为2T1的正脉冲，使第三模拟开关16通，于是B点接VC产生上半脉冲；经T1时间后，模拟开关14断，模拟开关15通，而此时模拟开关16仍通，于是B点接地产生下半脉冲。经2T1时间后，单稳13工作结束，模拟开关16断，使B点的电位维持为VC/2，单脉冲产生过程结束，等待下次A点的上升沿触发。

程序转换3-由第一计数器17、第四和第五多路模拟开关18、19及程序选择键K1组成。第四和第五多路模拟开关的各输入脚分别经定时电阻与电源正端相接，第四多路模拟开关18的两路输出分别接第三单稳12和第四单稳13的定时电阻输入脚，第五多路模拟开关19的两路输出分别接第二单稳11和第六单稳21的定时电阻输入脚，第四和第五多路模拟开关18、19的控制端接第一计数器17的输出。当K1不断按下，便触发计数器17，使其输出端QBQA按00-01-10-11-00循环变化，更使多路模拟开关18、19的COM1和COM2端分别接通自己的0-1-2-3-0端，即相当于第二单稳11的定时电阻分别选择R21、R22、R23、R24，第三单稳12的定时电阻分别选择R11、R12、R13、R14，第四单稳13的定时电阻分别选择R15(＝2R11)、R16(＝2R12)、R17(＝2R13)、R18(＝2R14)，第六单稳21的定时电阻分别选择R25、R26、R27、R28。这样通过不同的T1、T2、T3的选择便实现了不同程序的转换。

调制频率4-由第五和第六单稳20～21、第六单路模拟开关22、触发器23和通断控制键K2组成。第五单稳20和第六单稳21的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第六单路模拟开关22串接在单稳20和21的输入输出交叉回路中，触发器23的输出接第六单路模拟开关22的控制端，第六单稳21的输出接第七单稳26和第八单稳27的输入端。按下K2，触发器23的Q输出端将由0变为1或反之，受其控制的第六模拟开关22将通或断，从而控制该多谐振荡器的起振或停振，产生T3脉冲作为调制波。

调制器5-由第七模拟开关24、第二计数器25、第七单稳26、第八单稳27、用非门和阻容元件构成的10赫兹振荡器28和与非门29～32组成。第七多路模拟开关24的输入、输出和控制端分别接单脉冲发生2的输出、第二计数器25的输出和功放电路6的输入；与非门29和30的第一个输入端接10赫兹振荡器28的输出，第二个输入端接第二计数器25输出的门控信号，第三个输入端分别接第七单稳26和第八单稳27的输出，与非门29和30的输出分别接计数器25的递增计数端和递减计数端；调制频率4的输出点即C点分别接第七单稳26的TR+脚和第八单稳27的TR-脚。当T3上升沿作用C点后，单稳26的Q端产生一个1秒的脉冲输出，将与非门29打开，于是10赫兹振荡器28输出的脉冲作用于计数器25的递增计数端，使计数器25的输出端QCQBQA从000每隔0.1秒变化一次递增到111，使模拟开关24的COM脚输出在0.7秒内从零上升至满幅度。由于此时QCQBQA＝111，使与非门31翻转，封住了与非门29，故计数器25因无计数脉冲输入而处保持状态。这样模拟开关24输出的便是上升沿缓变的治疗波形。当T3下降沿作用C点后，单稳27输出一个1秒的脉冲，将与非门30打开，使10赫兹脉冲作用于计数器25的递减计数端，使其QCQBQA从111逐渐下降到000，于是模拟开关24的COM脚输出从满幅度均匀下降至零的下降沿缓变的治疗波形。此后QCQBQA＝000，使与非门32翻转，封住与非门30，使计数器25保持，等待下次C点上升沿脉冲触发。

本发明曾经1992年奥运会金牌得主，游泳运动员庄泳试用，使肌肉(大腿肌群)力量增加25％，为夺取金牌创造了条件。本发明也曾为多家医疗单位，如解放军总医院、友谊医院、天坛医院、白求恩国际和平医院、北医三院、协和医院、宣武医院、中国康复中心等使用，在理疗科、神经科、内科、骨科等有良好的疗效。

Claims (8)

1.一种肌肉力量训练仪有外壳、直流电源(7)、功放电路(6)、电极(9)和波形产生电路，功放电路(6)和电极(9)之间接输出变压器(8)，其特征在于所说波形产生电路由频率控制(1)、单脉冲发生器(2)、程序转换(3)、调制频率(4)及调制器(5)组成，其中：频率控制(1)为频率可调的振荡器，其输出接至单脉冲发生器(2)的触发端，它产生与肌肉收缩放松频率相符的单向脉冲去触发单脉冲发生器(2)；单脉冲发生器(2)的输出接调制器(5)的脉冲输入端，它将所收的单向脉冲转变成双向方波送给调制器(5)；程序转换(3)分别为频率控制(1)、单脉冲发生器(2)和调制频率(4)提供可选择的定时电阻；调制频率(4)为可产生调制波的振荡器，其输出接调制器(5)的调制输入端；调制器(5)用调制频率(4)输出的调制波将单脉冲发生器(2)输出的双向方波调制成边沿缓变的输出波后送至功放电路(6)。

2.根据权利要求1所述的肌肉力量训练仪，其特征在于所说电极(9)有一负四正五个导电橡胶电极片。

3.根据权利要求1所述的肌肉力量训练仪，其特征在于所说频率控制(1)由第一单稳(10)和第二单稳(11)组成；所说单脉冲发生器(2)由第三和第四单稳(12)～(13)、第一至第三单路模拟开关(14)～(16)组成；所说程序转换(3)由第一计数器(17)、第四和第五多路模拟开关(18)～(19)组成；所说调制频率(4)由第五和第六单稳(20)～(21)、第六单路模拟开关(22)、触发器(23)组成；所说调制器(5)由第七模拟开关(24)、第二计数器(25)、第七单稳(26)、第八单稳(27)、10HZ振荡器(28)和与非门(29)～(32)组成。

4.根据权利要求3所述的肌肉力量训练仪，其特征在于在所说频率控制(1)中：第一单稳(10)和第二单稳(11)的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第一单稳的定时电阻固定，第二单稳的定时电阻由第五多路模拟开关(19)的一路提供，第二单稳的输出接第三单稳(12)和第四单稳(13)的输入。

5.根据权利要求3所述的肌肉力量训练仪，其特征在于在所说单脉冲发生器(2)中：第一至第三单路模拟开关(14)～(16)成星形连接，第一模拟开关(14)的另一端接电源正端，第二模拟开关(15)的另一端接地，第三模拟开关(16)的另一端作为单脉冲发生器(2)的输出点与并在电源和地之间的电阻串联支路的串联点相接，第三单稳(12)和第四单稳(13)的定时电阻由第四多路模拟开关(18)的两路输出分别提供，第三单稳(12)的两路输出分别接第一模拟开关(14)和第二模拟开关(15)的控制端，第四单稳(13)的输出接第三模拟开关(16)的控制端。

6.根据权利要求3所述的肌肉力量训练仪，其特征在于在所说程序转换(3)中：第四和第五多路模拟开关(18)～(19)的各输入脚分别经定时电阻与电源正端相接，第四多路模拟开关(18)的两路输出分别接第三单稳(12)和第四单稳(13)的定时电阻输入脚，第五多路模拟开关(19)的两路输出分别接第二单稳(11)和第六单稳(21)的定时电阻输入脚，第四和第五多路模拟开关(18)～(19)的控制端接第一计数器(17)的输出。

7.根据权利要求3所述的肌肉力量训练仪，其特征在于在所说调制频率(4)中：第五单稳(20)和第六单稳(21)的输入输出交叉连接成多谐振荡器，第六单路模拟开关(22)串接在第五单稳(20)和第六单稳(21)的输入输出交叉回路中，触发器(23)的输出接第六单路模拟开关(22)的控制端，第六单稳(21)的输出接第七单稳(26)和第八单稳(27)的输入端。

8.根据权利要求3所述的肌肉力量训练仪，其特征在于在所说调制器(5)中：第七多路模拟开关(24)的输入、输出和控制端分别接单脉冲发生器(2)的输出、第二计数器(25)的输出和功放电路(6)的输入，与非门(29)和(30)的第一个输入端接10HZ振荡器(28)的输出，第二个输入端接第二计数器(25)输出的门控信号，第三个输入端分别接第七单稳(26)和第八单稳(27)的输出，与非门(29)和(30)的输出分别接第二计数器(25)的递增计数端和递减计数端。

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