CN104548358A - 冻伤低频脉冲电磁治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，包括智能可调信号源发生电路、功率放大滤波电路、可调焦距聚焦电磁场发射线圈、单片机显示测控电路和电源模块，所述智能可调信号源发生电路的输出信号经功率放大滤波电路后传输至可调焦距聚焦电磁场发射线圈，所述单片机显示测控电路分别与智能可调信号源发生电路和功率放大滤波电路电连接，所述电源模块提供直流电源。通过低频脉冲电磁场的组织穿透特性实现了冻伤深部组织的治疗，克服了现有由表及里的用药治疗方式。达到便捷、有效、非接触、直接作用冻伤组织所用层的目的。

Description

冻伤低频脉冲电磁治疗仪

技术领域

本发明涉及组织冻伤治疗领域，具体地，涉及一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪。

背景技术

一定参数的低频脉冲电磁场能够穿透非金属介质，到达受损组织，通过改变信使RNA水平和蛋白质合成，改变细胞膜结构，影响离子通道和渗透性，使细胞电和新陈代谢行为变化，导致细胞增殖率改变，从而促进受损组织再生愈合，使受损组织的细胞、血管网络和胶原质更早形成、加速组织的修复再生，且能够抑制血管收缩，促进血液循环，影响神经细胞新蛋白的合成和分布、引起末梢神经终板酶的改变及刺激神经轴突的生长，最终促进受损末梢神经的修复与再生。

在高原、寒冷地带，冻伤不可避免的经常发生，是一种常见的创伤类型。冻伤主要是由于血液粘稠度增加造成微循环障碍，进而组织细胞冻死。在冻伤治疗方面，目前的冻伤复温疗法和表面敷药，由于集中于表面的复温治疗升温效果较慢，敷药只能由表及里分层恢复，难以对深部组织起到效用，因而无法快速、有效地解除深部组织的血液循环障碍和抑制血栓的形成，使冻伤造成的深部组织缺血性坏死及周围组织的炎症感染无法得到有效地控制。而手术切除方法往往造成过度治疗，增加了组织缺失和疤痕的形成，对远期组织结构及功能恢复造成影响。

本技术方案的申请人在申请日为2014年3月13日，公告号为CN 203736713 U的专利中公开了一种可调焦距聚焦电磁场发射线圈。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，以实现便捷、有效、非接触、直接作用冻伤组织所用层的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，包括智能可调信号源发生电路、功率放大滤波电路、可调焦距聚焦电磁场发射线圈、单片机显示测控电路和电源模块，所述智能可调信号源发生电路的输出信号经功率放大滤波电路后传输至可调焦距聚焦电磁场发射线圈，所述单片机显示测控电路分别与智能可调信号源发生电路和功率放大滤波电路电连接，所述电源模块提供直流电源。

优选的，所述单片机显示测控电路包括单片机、DA转换电路、预放大电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器，所述DA转换电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器均与单片机电连接，所述预放大电路的输入端与DA转换电路的输出端电连接。

优选的，所述功率放大滤波电路包括跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路，信号依次流经跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路。

优选的，所述随器电路包括运放器IC1A、二极管D1、二极管D2和电容C1，所述电容C1和运放器IC1A的同相输入端间串联电阻R2，所述电容C1和运放器IC1A的同相输入端间的节点与地间串联二极管D1，所述二极管D1的阳极接地，所述二极管D2与二极管D1并联，且二极管D2的阴极接地，所述运放器IC1A的输出端与运放器IC1A的反相输入端间串联电阻R3，所述运放器IC1A的输出端上串联电阻R4。

优选的，所述粗调放大电路包括运放器IC1B、电阻R6、粗调变阻器VR和电容C2，所述电容C2串联在运放器IC1B的输出端和运放器IC1B的反相输入端之间，所述电阻R6和粗调变阻器VR组成的串联电路与电容C2并联。

优选的，所述第一四阶低通滤波电路包括运放器IC1C和运放器IC1D，所述运放器IC1C的同相输入端上依次串联电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，所述电阻R9和电阻R10间的节点和运放器IC1C的输出端间串联电容C3，所述电阻R11和运放器IC1C的同相输入端间的节点与地间串联电容C4，所述运放器IC1C的输出端与运放器IC1D的同相输入端间依次串联电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16，所述电阻R14和电阻R15间的节点和运放器IC1D的输出端间串联电容C5，所述电阻R16和运放器IC1D的同相输入端间的节点与地间串联电容C6。

优选的，所述第二级放大电路包括运放器IC3A、电阻R20和电容C7，所述运放器IC3A的同相输入端上串联电阻R18，所述运放器IC3A的反相输入端和运放器IC3A的输出端间串联电阻R20，所述电容C7和电阻R20并联。

优选的，所述第二四阶低通滤波电路包括运放器IC3B和运放器IC3D，所述运放器IC3B的同相输入端上依次串联电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，所述电阻R22和电阻R23间的节点和运放器IC3B的输出端间串联电容C8，所述电阻R24和运放器IC3B的同相输入端间的节点与地间串联电容C9，所述运放器IC3B的输出端与运放器IC3D的同相输入端间依次串联电阻R25、电阻R27、电阻R28和电阻R29，所述电阻R27和电阻R28间的节点和运放器IC3D的输出端间串联电容C10，所述电阻R29和运放器IC3D的同相输入端间的节点与地间串联电容C11。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过公开一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，通过低频脉冲电磁场的组织穿透特性实现了冻伤深部组织的治疗，克服了现有由表及里的用药治疗方式。达到便捷、有效、非接触、直接作用冻伤组织所用层的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪的原理框图；

图2为本发明实施例所述的单片机显示测控电路的电气原理图；

图3为本发明实施例所述的跟随器电路的电子电路图；

图4为本发明实施例所述的粗调放大电路的电子电路图；

图5为本发明实施例所述的第一四阶低通滤波电路的电子电路图；

图6为本发明实施例所述的第二级放大电路的电子电路图；

图7为本发明实施例所述的第二四阶低通滤波电路的电子电路图；

图8为本发明实施例所述的功率放大电路的电子电路图；

图9为本发明实施例所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪使用参考图；

图10为本发明实施例所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪操作界面示意图；

图11a为冻伤后无照射治疗兔冻伤部位血液循环恢复情况示意图；

图11b为冻伤后照射治疗兔冻伤部位血液循环恢复情况示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，包括智能可调信号源发生电路、功率放大滤波电路、可调焦距聚焦电磁场发射线圈、单片机显示测控电路和电源模块，智能可调信号源发生电路的输出信号经功率放大滤波电路后传输至可调焦距聚焦电磁场发射线圈，单片机显示测控电路分别与智能可调信号源发生电路和功率放大滤波电路电连接，电源模块提供直流电源。

如图2所示，单片机显示测控电路包括单片机、DA转换电路、预放大电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器，DA转换电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器均与单片机电连接，预放大电路的输入端与DA转换电路的输出端电连接。

单片机显示测控电路包括单片机最小系统、DA转换电路以及预放大电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器，系统通过软件程序控制STC89C52单片机和数模转换器产生需要的低频脉冲信号，LCD参数显示和参数调节。程序通过调节信号输出和停止时间实现产生频率和占空比均可调节的脉冲信号，进而通过数模转换器DAC0832电路，将单片机产生的数字信号转换为需要的模拟低频脉冲信号。DAC0832为电流型输出，因此通过外接运算放大器实现电压型输出，设置数模转换电路基准电压为5V，根据幅值输出调节按键可以控制其输出信号幅值在0-5V范围调节。控制按键中前三个按键分别对应频率、占空比和幅值设定选择功能，当选中其中一个参数后，第四、第五键分别对参数值进行加减改变，当参数设置合适后，按下第六键进行确认输出，最终产生0.5 Hz-2k Hz方波脉冲波。同时通过液晶显示LCD1602显示其输出信号频率、占空比、幅值（频率单位赫兹，占空比用百分比表示，幅值为电压单位伏特）。当程序运行不正常时，应用复位电路对系统进行复位。晶振时钟电路由外部晶振驱动，为了提高信号输出精度，采用24 MHz晶振。同时该单片机外加一片AT24C02存储芯片存储显示参数设置，简化开机数据设置。该低频脉冲信号发生系统由单片机控制，软件实现，结构简单，操控方便。

功率放大滤波电路包括跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路，信号依次流经跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路。

如图3所示，随器电路包括运放器IC1A、二极管D1、二极管D2和电容C1，电容C1和运放器IC1A的同相输入端间串联电阻R2，电容C1和运放器IC1A的同相输入端间的节点与地间串联二极管D1，二极管D1的阳极接地，二极管D2与二极管D1并联，且二极管D2的阴极接地，运放器IC1A的输出端与运放器IC1A的反相输入端间串联电阻R3，运放器IC1A的输出端上串联电阻R4。

如图4所示，粗调放大电路包括运放器IC1B、电阻R6、粗调变阻器VR和电容C2，电容C2串联在运放器IC1B的输出端和运放器IC1B的反相输入端之间，电阻R6和粗调变阻器VR组成的串联电路与电容C2并联。

如图5所示，第一四阶低通滤波电路包括运放器IC1C和运放器IC1D，运放器IC1C的同相输入端上依次串联电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，电阻R9和电阻R10间的节点和运放器IC1C的输出端间串联电容C3，电阻R11和运放器IC1C的同相输入端间的节点与地间串联电容C4，运放器IC1C的输出端与运放器IC1D的同相输入端间依次串联电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16，电阻R14和电阻R15间的节点和运放器IC1D的输出端间串联电容C5，电阻R16和运放器IC1D的同相输入端间的节点与地间串联电容C6。

如图6所示，第二级放大电路包括运放器IC3A、电阻R20和电容C7，运放器IC3A的同相输入端上串联电阻R18，运放器IC3A的反相输入端和运放器IC3A的输出端间串联电阻R20，电容C7和电阻R20并联。

如图7所示，第二四阶低通滤波电路包括运放器IC3B和运放器IC3D，运放器IC3B的同相输入端上依次串联电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，电阻R22和电阻R23间的节点和运放器IC3B的输出端间串联电容C8，电阻R24和运放器IC3B的同相输入端间的节点与地间串联电容C9，运放器IC3B的输出端与运放器IC3D的同相输入端间依次串联电阻R25、电阻R27、电阻R28和电阻R29，电阻R27和电阻R28间的节点和运放器IC3D的输出端间串联电容C10，电阻R29和运放器IC3D的同相输入端间的节点与地间串联电容C11。

如图3至图8所示，运放器IC1A和运放器IC1B构成跟随器和粗调放大电路，实现了隔离前级噪声和选择输出功率范围的功能。运放器IC1C和运放器IC1D构成2.5KHz的四阶低通滤波器，运放器IC3A构成第二级放大，进一步隔离前级噪声并放大信号，然后进行进一步滤波，由运放器IC3B和运放器IC3D构成2KHz的四阶低通滤波器，经滤波后的信号送入后级由APEX公司的PA19芯片构成功率放大电路，该芯片具有转换率高，最高放大输出电压可达35V，输出最大峰值电流可达5 A，增益带宽积高，共模抑制比大等优点。为了得到可调范围大且稳定的输出脉冲电磁场，保证电路安全、稳定，设计由PA19芯片构成的功率放大电路为压控电流源电路。由于该电路驱动的负载为治疗电感线圈，根据感性负载电路的稳定性分析及补偿原则，对电路反馈回路进行补偿。

在实际使用中将可调焦距聚焦电磁场发射线圈安装到照射治疗支架上，如9所示，为了方便照射治疗，发射线圈被固定于一可旋转活动支架上，照射治疗支架包括固定盘1、可升降支撑杆2、360°阻尼旋转环3和旋转支撑杆4。固定盘1稳固整个照射支架，可升降支撑杆2可上下伸缩，长度范围为50cm-100cm,通过360°阻尼旋转3环和旋转支撑杆4连接，使旋转支撑杆4可以任意角度摆动，旋转支撑杆4的一端固定安装可调焦距聚焦电磁场发射线圈6，该可调焦距聚焦电磁场发射线圈能够调整照射聚焦范围，由三块方形PCB聚焦线圈构成，三块PCB聚焦线圈分别产生三个能量聚焦于线圈垂直中心线的电磁场，三个电磁场中心线通过聚焦调节结构实现不同的空间重叠角度，从而选择整个电磁场发射系统的一个照射焦点，使电磁场能量集中。根据冻伤程度调整折叠角度，从而调整电磁场聚焦范围。该可调焦距聚焦电磁场发射线圈6通过连接线5和低频脉冲电磁场冻伤治疗仪的功率放大滤波电路相连接。可调焦距聚焦电磁场发射线圈下端为可升降的治疗平台8，该平台放置需要照射治疗的冻伤部位，被照射组织7放置在平台合适位置进行照射治疗。 可升降支撑平台8的高度调节范围30cm-120cm，满足普通治疗需要。

电源模块：主要由交直流模块AC/DC提供，实现±12 V,5 V, ±24 V直流电源供电。

冻伤治疗仪使用说明：

冻伤治疗仪的操作主要用来产生合适频率、占空比和强度的低频脉冲电磁场。其操控面板如图10所示。LCD显示输出信号的频率、占空比和强度。按键1按下，LCD显示频率调节参数，此时通过按键4增加设定频率，按键5减小设定频率，步进0.5Hz，预设频率完成后，按下按键6确认设定输出信号频率。按键2按下，LCD显示占空比调节参数，此时通过按键4增加设定占空比，按键5减小设定占空比，步进1%，预设频率完成后，按下按键6确认设定输出信号占空比。按键3按下，LCD显示电压调节参数，此时通过按键4增加设定电压，按键5减小设定电压，步进0.1 V，预设电压完成后，按下按键6确认设定输出信号电压。面板右边旋钮调节粗调输出电压范围，细调有按键完成。信号参数设定完成后，由BNC输出接头输出，通过同轴抗干扰电缆连接照射聚焦电磁线圈，产生治疗需要的低频脉冲电磁场。

冻伤治疗仪照射治疗效果：

通过对冻伤后无治疗组的兔子冻伤组织和冻伤治疗仪照射治疗的兔子冻伤组织的恢复愈合情况进行生理病理观察对比，评估该低频脉冲电磁场的治疗效果。结果表明在同一冻伤程度下，其中一组冻伤兔子无照射治疗，另一组每天照射治疗2小时，20天后对两组兔子冻伤部位进行超声小血管多普勒检查。具体方法为先将要超声检查的兔子采用30g/L的戊巴比妥钠通过耳朵注射麻醉，然后再通过兔耳朵注射声诺维SonoVue超声微泡造影剂（该微泡造影剂可提高血液回波率，从而提高信噪比，更易通过超声检查观察到冻伤部位血液循环恢复情况），注射造影剂的同时，采用GE E8超声探头检查冻伤部位血液循环情况，对比结果如下图11a和图11b所示。图11a为冻伤后无照射治疗兔冻伤部位血液循环恢复情况，由箭头所指可以看到表层皮肤及真皮处几乎无血供恢复，只有组织深部冻伤较轻处可以看到白色的血液循环微泡。而图11b照射治疗组由箭头所指冻伤部位组织血液循环大部分血供已恢复，由皮肤表面及里指示血液循环的白色微泡密度程增加趋势。从冻伤无治疗组和冻伤低频脉冲电磁场照射治疗组的对比可看出，低频脉冲电磁场有效的治疗了冻伤。由于该冻伤治疗仪应用的是低频脉冲电磁场的非热生物效应，因此保证了照射治疗的安全性。

综上所述，本发明技术特点如下：

1.应用了低频脉冲电磁场促进受损组织愈合再生的非热生物效应进行冻伤治疗。

2.治疗过程实现了非接触无创，减少了和病人接触以及手术的痛苦。

3.低频脉冲电磁场的组织穿透特性实现了冻伤深部组织的治疗，克服了传统由表及里的用药治疗方式。

4.治疗费用低，治疗方式方便快捷，且无药副作用。

5.冻伤治疗仪可以连续调节设定低频脉冲电磁场的频率、占空比和强度，组织的电磁比吸收率易于调控，适用不同程度的冻伤治疗。

6.通过单片机程序实现低频脉冲信号的产生调控，使信号更加精准，同时使系统小型化，更加便携。

7.四阶滤波电路的应用有效消除了环境和电路电子噪声对有用治疗信号的干扰。

8.压控电流源功率放大电路的应用有效驱动了后级电磁线圈，且克服了电路震荡的产生，使系统工作更加稳定。

9.照射聚焦电磁线圈系统的应用，使不同程度、不同部位的冻伤组织照射治疗更加方便有效。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，包括智能可调信号源发生电路、功率放大滤波电路、可调焦距聚焦电磁场发射线圈、单片机显示测控电路和电源模块，所述智能可调信号源发生电路的输出信号经功率放大滤波电路后传输至可调焦距聚焦电磁场发射线圈，所述单片机显示测控电路分别与智能可调信号源发生电路和功率放大滤波电路电连接，所述电源模块提供直流电源。

2.根据权利要求1所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述单片机显示测控电路包括单片机、DA转换电路、预放大电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器，所述DA转换电路、控制按键电路、晶振电路、复位电路、LCD显示器和扩展数据存储器均与单片机电连接，所述预放大电路的输入端与DA转换电路的输出端电连接。

3.根据权利要求1或2 所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述功率放大滤波电路包括跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路，信号依次流经跟随器电路、粗调放大电路、第一四阶低通滤波电路、第二级放大电路、第二四阶低通滤波电路和功率放大电路。

4.根据权利要求3所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述随器电路包括运放器IC1A、二极管D1、二极管D2和电容C1，所述电容C1和运放器IC1A的同相输入端间串联电阻R2，所述电容C1和运放器IC1A的同相输入端间的节点与地间串联二极管D1，所述二极管D1的阳极接地，所述二极管D2与二极管D1并联，且二极管D2的阴极接地，所述运放器IC1A的输出端与运放器IC1A的反相输入端间串联电阻R3，所述运放器IC1A的输出端上串联电阻R4。

5.根据权利要求4所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述粗调放大电路包括运放器IC1B、电阻R6、粗调变阻器VR和电容C2，所述电容C2串联在运放器IC1B的输出端和运放器IC1B的反相输入端之间，所述电阻R6和粗调变阻器VR组成的串联电路与电容C2并联。

6.根据权利要求5所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述第一四阶低通滤波电路包括运放器IC1C和运放器IC1D，所述运放器IC1C的同相输入端上依次串联电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，所述电阻R9和电阻R10间的节点和运放器IC1C的输出端间串联电容C3，所述电阻R11和运放器IC1C的同相输入端间的节点与地间串联电容C4，所述运放器IC1C的输出端与运放器IC1D的同相输入端间依次串联电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16，所述电阻R14和电阻R15间的节点和运放器IC1D的输出端间串联电容C5，所述电阻R16和运放器IC1D的同相输入端间的节点与地间串联电容C6。

7.根据权利要求6所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述第二级放大电路包括运放器IC3A、电阻R20和电容C7，所述运放器IC3A的同相输入端上串联电阻R18，所述运放器IC3A的反相输入端和运放器IC3A的输出端间串联电阻R20，所述电容C7和电阻R20并联。

8.根据权利要求7所述的冻伤低频脉冲电磁治疗仪，其特征在于，所述第二四阶低通滤波电路包括运放器IC3B和运放器IC3D，所述运放器IC3B的同相输入端上依次串联电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24，所述电阻R22和电阻R23间的节点和运放器IC3B的输出端间串联电容C8，所述电阻R24和运放器IC3B的同相输入端间的节点与地间串联电容C9，所述运放器IC3B的输出端与运放器IC3D的同相输入端间依次串联电阻R25、电阻R27、电阻R28和电阻R29，所述电阻R27和电阻R28间的节点和运放器IC3D的输出端间串联电容C10，所述电阻R29和运放器IC3D的同相输入端间的节点与地间串联电容C11。