CN105534634A - 儿童与成人双模式热疗、光疗及磁疗皮肤物理治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及综合运用热疗、红外光疗和磁疗对皮肤炎症的治疗装置领域。尤其涉及痤疮和昆虫叮咬性皮炎的居家物理治疗装置。壳体（1）内部的热疗部件（2）、红外光疗部件（3）磁疗部件（4）和振动按摩振子（7）在微控制器（14）的控制下，综合运用热疗、红外光疗、磁疗和按摩等物理方法对炎性病灶进行局部治疗。此外，本发明中的治疗装置设计了儿童和成人两种不同的治疗模式，两种治疗模式下的热疗、光疗和按摩方式存在明显差异，以适应儿童和成人的不同皮肤特性。治疗过程中声光提示部件（5）对治疗的起始、进行中和结束发出声光提示，因此非专业人士也可用它进行皮炎治疗。

Description

儿童与成人双模式热疗、光疗及磁疗皮肤物理治疗仪

技术领域

本发明涉及综合运用热疗、红外光疗和磁疗对皮肤炎症的治疗装置领域。尤其涉及痤疮和昆虫叮咬性皮炎的居家物理治疗装置。

背景技术

痤疮和昆虫叮咬性皮炎是最常见的两种皮炎，其原因是病菌病毒或毒素侵入皮肤，具体来讲，痤疮是由于痤疮丙酸杆菌进入皮肤并大量繁殖导致，而叮咬性皮炎是由于昆虫叮咬将病原微生物或者昆虫分泌物注入到皮肤内导致。痤疮性皮炎十分普遍，特别是男性30岁以下患有或者曾经患过痤疮性皮炎的比例高达85%；而在昆虫活跃的季节和地区，昆虫叮咬导致的红肿、瘙痒等叮咬性皮炎更加普遍，而昆虫叮咬往往也是导致一些传染病的主要产生途径，例如，蚊虫、蜱虫以及隐翅虫而导致的疟疾、登革热、蜱虫病等，据世界卫生组织数据，虫媒传播的疾病估计在全部传染病的全球负担中占17%。致死率最高的病媒传播疾病——疟疾，在2012年估计造成了62.7万例死亡，全世界发展速度最快的病媒传播疾病是登革热，发病数量在过去50年间增加了30倍。

痤疮和昆虫叮咬性皮炎有相同的产生机理：细菌及其代谢物或者昆虫毒素进入体内，作为一种过敏原刺激人体肥大细胞产生抗体（IgE)，当致敏的抗体（IgE）没有被人体免疫细胞清除，再次结合过敏原时，抗原与抗体的结合激活了肥大细胞，肥大细胞脱颗粒释放组织胺和缓激肽等慢反应物质，导致皮肤瘙痒、组织液渗出、红肿等炎性血管病变。

痤疮和昆虫叮咬性皮炎的传统治疗方式主要有三种：一种是对炎性病灶针刺清创并辅以酒精等药水消毒；第二种是直接在患处涂抹基于激素或者抗生素的药膏；第三种是采用中草药熏蒸或者口服中药汤剂调理。针刺清创这种方式属于创伤性治疗手段，非常容易留下疤痕，特别是面部炎症不太适合创伤性治疗手段，此外，基于酒精的药水刺激性大，患者耐受性差；而药膏和中草药口服或者熏蒸对于儿童和孕妇这种特殊群体有极大的局限性和弊端。

对炎性局部病灶进行50到60摄氏度之间的脉冲状短暂局部加热，持续时间4到8秒，大部分致病微生物在此温度下将被杀死或杀伤，组织胺和缓激肽等导致过敏的应激反应物在此温度下也会被破坏和分解，皮肤的炎性反应也会随着致病微生物和过敏反应物的消失而消除。

从微观上看，红外线的频率相对较低，红外线只能穿透原子和分子的间隙，而不能穿透原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子和分子的间隙，会使原子和分子的振动加快，彼此间距拉大，即增加热运动能量，因此一定剂量的红外线照射局部皮肤不会对造成人体损害，但可以对局部皮肤产生一系列的生物效应。因炎性区域的色素沉着量大于正常皮肤，炎性越重，色素沉着量越大，炎性区域对红外光的吸收量明显增多，当生物学意义上的红外光，特别是近红外光（IR-A,波长760nm~1400nm），实验证明其穿透皮肤的深度达5~10毫米,当近红外光照射炎性区域并抵达炎性病灶深部时，炎性病灶区域产生明显强于正常皮肤的一系列生物效应，这些生物效应包括组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高，免疫细胞活力增强，细胞的吞噬功能增加，肿胀及炎症消除，神经兴奋程度降低，瘙痒减少或消除。

磁性是物质的一种基本属性，根据物质在外磁场中表现出的不同磁性行为，可分为抗磁性和顺磁性等磁性行为，组成生物体的分子中大多表现出一定的磁性行为，如抗磁性的水分子和DNA等大生物分子、顺磁性的血红蛋白和代谢产生的自由基。此外，生命活动如物质输运、能量转换和信息传递过程中，电荷的传递或离子的迁移伴生相应的生物磁场，因此，当外部磁场靠近并作用于炎性病灶时，由于皮肤细胞周围磁场的改变，增强了皮肤细胞生物膜的通透量，改善了细胞组织通透性，促进了炎性皮肤的局部血液循环，加强了渗出物的消散和吸收，提高了肌体的非特异免疫力，强化了局部白细胞吞噬能力，降低了炎性病灶末稍神经的兴奋度，进而达到消肿、消炎和止痒的目的。关于磁疗的作用，在中国的传统医学《本草纲目》和现代生物磁学对此都有记载和研究。

现有的一些专利也涉及到利用物理方式对皮炎进行治疗或者美容的装置，但都存在一定的弊端：

（1）单一的利用热疗、单一的通过电极放电的电疗或者单一的红外光疗装置，其治疗方式单一，治疗方式之间没有互补性，治疗效果差；

（2）现有的一些单一使用热源作为皮炎治疗方式的装置，其热源的产生方式过于简单，热疗过程中没有微控制器的参与，无法对热疗实现精准控制，热疗停止与否依靠的是人能否忍受烫感，因此容易导致烫伤发生，特别是应用于无法用语言表达的婴幼儿时，其弊端愈加明显。如专利CN01219864.1利用的是直接喷火作为热源，CN93232984.5利用的是直接向腔体中注入发热物质作为热源；

（3）现有的一些单一使用红外光源作为治疗方式的装置，要么利用大面积光源对皮肤照射，虽然输出的红外光剂量足够高，但会对病灶周边健康皮肤会造成刺激或附带损伤，患者耐受性差；而现有的一些小功率手持装置，输出红外剂量又太低，且加之治疗方式单一，没有相互配合或者互补的治疗方式，不足以杀死和破坏侵入皮肤的微生物或者毒素，治疗效果非常有限；

（4）婴幼儿的皮肤相对于成人皮肤，甚至成人不同部位的皮肤，对热和光的耐受能力有明显差异，现有用物理方式治疗皮炎的装置没有对此进行区分，因此适应性有较大的局限。

（5）现有的一些利用物理方式治疗皮炎的装置，其人机交互方式不够友好，治疗开始、进行中和治疗结束缺乏必要的声光提示，用户使用过程中无法了解装置所处的治疗状态，非专业人士操作时往往十分困惑，不太适合家庭等非专业人士使用；

发明内容

本发明制造旨在克服痤疮和昆虫叮咬性皮炎的传统治疗方式的弊端，通过综合运用热疗、光疗和磁疗的生物效应，在微控制器的控制和协调下，提供一种无须药物、安全、可靠、便携，人机交互方式友好，适应包括儿童和孕妇在内的所有人群的皮炎的物理治疗装置。

为达目的，本发明是这样实现的。

儿童与成人双模式热疗、光疗及磁疗皮肤物理治疗仪从外部看包含：壳体、儿童模式按键、成人模式按键、热疗陶瓷头、红外光透射窗口、导光片。壳体内部靠近治疗头部的位置集中了热疗、红外光疗和磁疗部件；此外，壳体内部还配有两节AA电池、一块控制系统主板、一块柔性线路板、按摩振子、双色LED。

热疗模式的实现：按下儿童模式按键或者成人模式按键，轻触开关向微控制器发出触发信号，微控制器根据触发信号，选择启动儿童模式或者成人模式的治疗流程。先由微控制器打开发热体（MOSFET）的电源，发热体（MOSFET）因通电而开始加热陶瓷头，陶瓷头的温度和持续时间由微控制器控制。通过陶瓷头和皮肤的接触，对局部病灶进行加热。

红外光疗模式的实现：微控制器根据模式触发信号，选择启动儿童模式或者成人模式的治疗流程。微控制器打红外光发射器的电源开关，红外光发射器透过壳体头部的红外透射镜片向外发射红外光，对局部病灶进行照射，红外光发射的剂量和持续时间由微控制器的控制。

按摩的实现：微控制器根据模式触发信号，选择启动儿童模式或者成人模式的治疗流程。微控制器打开按摩振子的电源开关，按摩振子的马达通电后，上面的偏心轮开始高速转动，从而带动壳体头部的振动，当壳体头部接触局部病灶时，实现对局部病灶的按摩。

磁疗的实现：磁疗部件主要是由强磁铁构成，强磁铁安装在壳体头部，当壳体头部靠近炎性病灶时，高强度磁力线穿过局部皮肤，从而产生磁疗作用。

声音提示的实现：微控制器根据模式触发信号，选择启动儿童模式或者成人模式的治疗流程，与此同时，微控制器控制蜂鸣器发出短促的滴滴声，发声的持续时间、节奏由微控制器控制。

灯光提示的实现：微控制器根据模式触发信号，选择启动儿童模式或者成人模式的治疗流程，与此同时，微控制器打开双色LED灯的电源，双色LED根据治疗模式和治疗流程所处的状态，双色LED灯发出不同节奏和不同颜色的光，双色LED灯光透过壳体上的导光柱射向外部，从而向用户提示治疗状态。

控制系统主板是整个物理治疗仪的核心部件，上面配置了微控制器、两个轻触开关、蜂鸣器和一些辅助电路，微控制器通过运行软件代码，实现对热疗部件、光疗部件、声光提示部件、振动按摩振子和轻触开关的控制。具体来讲，对热疗部件的持续加热时间和温度、光疗部件的红外光剂量和持续时间、按摩的强度和持续时间，均通过微控制器的输出的脉冲宽度调制PWM信号实现。而蜂鸣器的发声则可通过微控制器的控制端口输出一定频率的方波实现，如人耳朵敏感的1KHz方波信号；微控制器对其他部件如轻触开关、双色LED等均可通过微控制器的输入和输出端口控制。控制系统主板由两节串联的电池供电。

系统供电的实现：电池安装在壳体内部的电池腔，打开壳体电池盖即可拆卸电池，两节AA电池通过弹簧串联在一起，串联后为整个治疗仪的用电部件提供3V直流电，电池电压在2.2V到3V变化时，整个系统仍正常工作。

本发明内部电子元件载体的实现：壳体内部装有一块长条状柔性线路板(FPC)和一块硬质线路板，控制系统及其辅助电路的电子元件、蜂鸣器、轻触开关安放在硬质线路板上；双色LED灯，红外光发射器，发热体(MOSFET)安放在柔性线路板上。

本发明在热疗状态时，儿童模式时热疗陶瓷头接触皮肤的温度在45到50度之间，成人模式时热疗陶瓷头接触皮肤的温度在55度到65度之间。

本发明在热疗状态时，儿童模式热疗持续时间为4秒，成人模式时热疗持续时间为8秒。

本发明的采用的红外发射器，其红外发射波长范围在750nm到1400nm之间。

本发明在红外光疗状态时，儿童模式的红外光发射剂量在400mW/cm²到800mw/cm²之间，成人模式的红外光发射剂量在600mW/cm²到1200mw/cm²之间。

本发明在在治疗时，电池电压的变化可通过软件算法补偿，治疗强度不受电池电压变化的影响。

本发明在对皮炎部位按摩时，儿童模式按摩持续时间为6秒，成人模式按摩时间为10秒。

本发明在对皮炎部位进行治疗时，治疗流程在微控制器控制下，依次为热疗、红外光疗、按摩；磁疗贯穿治疗过程的始终，直到治疗结束移开治疗仪。

本发明的壳体所使用的材料是无毒的聚碳酸酯（PC），可采用酒精擦拭消毒。

本发明的红外光透射镜片所使用的材料是无毒的红色透光亚克力，可采用酒精擦拭消毒。

本发明的热疗头所使用的材料是无毒的陶瓷体，可采用酒精擦拭消毒。

附图说明

图1：为本发明整体结构正面的示意图。

图2：为本发明整体结构背面的示意图。

图3：为本发明壳体内部重要部件组装示意图。

图4：为本发明控制系统主板正面的示意图。

图5：为本发明的电子线路设计框图。

图6：为本发明的电子线路原理图。

图7：为本发明中微控制器运行的软件代码流程图。

具体实施。

如图1，2所示：壳体1为按人体工学设计的适合手握的结构体，壳体1正面装有模式触发部件6和声光提示部件5。壳体1背面头部位置装有热疗部件2和红外光疗部件3。

如图2，3所示，壳体1由A壳11，B壳12和电池盖13闭合而成，B壳是壳体1的主体，A壳体11通过B壳上的扣位固定，将A壳朝向B壳，下压即可实现闭合。电池盖13一端的卡扣插入B壳12即可扣住，向下轻压电池盖13,然后用拇指向壳体后部推动，即可打开电池盖13。

如图2，3所示，两节电池安放在B壳12和电池盖13形成的腔体里面，由弹簧实现串联。

如图3，4所示，控制系统主板8为一长方体硬质线路板，厚度1.6mm,控制系统主板8安放在B壳12内部预留的槽型扣位上，由B壳12上的扣位固定，元件面在主板的正面，上面安放有双色LED21、微控制器14、两个轻触开关17、蜂鸣器20。

如图3所示，柔性线路板9为长条形双面板，发热体18安装在柔性线路板的正面，红外光发射器23安装在柔性线路板9的背面。柔性线路板因柔性结构而易于穿过B壳12的弧形区，穿过弧形区后一端抵达壳体1的头部治疗区，另一端连接在控制系统主板8上，柔性线路板由B壳12弧形区预留的的限位骨架支撑和固定在B壳12内部。为保证柔性线路板9上的发热体18产生的热量的传递速度，发热体18背面对应的柔性线路板做成露金的工艺。

如图2，3所示，热疗部件2安装在壳体1的头部，热疗部件中的陶瓷头19为一圆台体，陶瓷头19一端直径是10mm,一端直径8mm,厚度2.5mm。陶瓷头19直径为10mm的面紧贴柔性线路板9上的发热体18背面的柔性线路板露金区，陶瓷头19吸收发热体18产生的热量而迅速升温。

如图2,3所示，红外光疗部件位于壳体1头部，柔性线路板9上的红外光发射器23空间上正对着红外光透射镜片24的平面区。红外透射镜片24通过热熔的方式固定在B壳12头部。红外透射镜片的平面区和圆形陶瓷头19紧密结合在壳体1头部治疗区。陶瓷头19略向外突出0.8mm。

如图3所示，振动按摩振子7安放在B壳12的弧形区内部，靠近壳体头部治疗区的位置，振动按摩振子7由B壳12弧形区预留的卡槽固定，朝向卡槽轻压振动按摩振子7即可实现固定。

如图3所示，磁疗部件4为一长方体强磁力的稀土磁铁,体积为20mmx12mmx5mm，A壳11头部预留了一个带扣位的长方形卡槽，向该卡槽轻轻压入磁疗部件4即可实现固定。

如图1,3,4所示，壳体1的正面前部是声光提示部件5，声光提示部件由双色LED21导光柱22和蜂鸣器20构成，双色LED21发出的灯光透过导光柱22射向壳体外部。蜂鸣器20发出的提示音也可通过导光柱22和A壳11之间的缝隙传递到壳体外部。导光柱热熔固定在A壳11内部，柱体穿过A壳11预留的长方形孔。

如图1，3,4所示，模式触发部件6由儿童模式按键15和成人模式按键16、两个轻触开关17组成，儿童模式按键15和成人模式按键16为一整体软胶结构，热熔固定在A壳11上，软胶按键的两个凸起分别顶住控制系统主板8上的两个轻触开关17。

硬件设计。

TI的单片机。

如图5,6所示：本系统中采用TI的型号为MSP430F2012TPW单片机作为系统中的微控制器，这个型号的单片机具有如下特点：极低的功耗和较高的运行速度；低工作电压，两节AA电池串联即可正常工作；价格便宜,适合电子产品使用；单片机内部有定时器，具有PWM信号的输出能力；端口有较大的电流驱动能力，可直接驱动半导体发光二极管（LED）；有内置的模数转换器（ADC），适合用于带反馈控制的电路。

热疗电路。

如图6所示：U4是ROHM型号为US6K4的N沟道金属氧化物场效应管（MOSFET），单颗芯片内部集成了两个N沟道MOSFET，U4在漏极电压给定时，其漏极和源极之间通过的电流大小受栅极电压高低的控制，U4因电流流过漏极和源极之间而发热。

如图6所示：R2和R3组成的分压电路为U4的栅极提供基准电压，基准电压决定了U4漏极和源极之间之间的最大通过电流，从而初步控制了U4的最高温度。

如图6所示：U1向U4输出PWM信号，U1输出的PWM信号按一定占空比持续一定的时间，从而控制U4发热的持续时间和温度高低。

红外光疗电路。

如图6所示：Q2为N沟道MOSFET,其工作在开关状态，作为控制红外光发射器的电子开关。

如图6所示：INFRA1和INFRA2为EVERLIGHT的红外光发射二极管，型号为型号为HIR26-21B/L423/CT，单片机U1向Q2输出PWM信号，U1输出的PWM信号按一定占空比持续一定的时间，从而控制INFRA1和INFRA2红外光的发射持续时间和强度。

振动按摩电路。

如图6所示：Q1为N沟道MOSFET,其工作在开关状态，作为控制直流马达的电子开关。

如图6所示：U2为其工作电压为DC3V的普通直流马达，单片机U1向U2输出PWM信号，U1输出的PWM信号按一定占空比持续一定的时间，从而控制直流马达U2转动的速度和持续时间。

电池电压采集电路。

如图6所示：R4，R5为分压电路，分后的电池电压经送往单片机U1的ADC采样器进行采样分析。电池由于使用了一段时间，电压会逐渐减低，U1根据R4，R5形成的分压电路获取电池电压的变化，进而调整PWM信号的占空比，以补偿电池因电压变化造成的热疗、红外光疗、振动按摩的强度的变化,从而确保治疗强度始终与设计时确定的标准值一致，不受新旧电池电压（2.2V~3V）变化的影响。

声光提示电路。

如图6所示:U3为工作电压为蜂鸣器。

如图6所示:单片机U1向U3输出1KHz方波信号，蜂鸣器发出1KHz声波，U1输出正弦波信号的持续时间和节奏控制着U3发声的持续时间和节奏。

如图6所示，LED1为双色LED,单片机U1的输出端口可直接驱动LED1，U1输出端口控制着LED1发光的持续时间和节奏。

儿童和成人模式触发电路。

如图6所示：SW1，SW2为普通的轻触开关。

如图6所示：按下SW1，U1检测到高低电平的变化，从而识别为成人治疗模式；按下SW2，U1检测到高低电平的变化，从而识别为儿童治疗模式。

其他辅助电路。

如图6所示：R1为上拉电阻,C1，C2为电源滤波电容。

软件设计。

程序由按键触发检测、电池电压检测和判断、热疗控制、红外光疗控制、振动按摩控制等部分组成。软件部分还包括电压补偿算法，运行该算法可以补偿因电池电压的改变而导致的治疗强度改变。

Claims (10)

1.儿童与成人双模式热疗、光疗及磁疗皮肤物理治疗仪，包括壳体（1）、热疗部件（2）、红外光疗部件（3）、磁疗部件（4）、声光提示部件（5），模式触发部件（6）、按摩振子（7）、控制系统主板（8）、柔性线路板（9）、电池（10）组成，其中壳体包含A壳（11）、B壳（12）、电池盖（13）)三个部件。

2.根据权利要求1所述的皮肤物理治疗仪，其特征在于：在控制系统主板（8）上的微控制器（14）的控制和协调下，热疗部件（2）、红外光疗部件（3）、按摩振子（7）依次发挥作用，模式触发部件（6）向微控制器（14）产生区别儿童和成人的触发信号，微控制器（14）据此分别产生对应于儿童和成人的治疗模式。

3.根据权利要求1所述的模式触发部件（6），其特征在于：模式触发部件（6）由儿童模式按键（15）、成人模式按键（16）和两个独立的轻触开关（17）组成，且成人模式按键（16）区域面积大于儿童模式按键（15）区域，两者纵向安放在A壳（11）上。

4.根据权利要求1，2所述的热疗部件（2），其特征在于：热疗部件（2）由空间上呈紧密贴合状态的发热体（18）和自身不发热的圆形陶瓷头（19）构成，发热体（18）由金属氧化物场效应管（MOSFET）构成。

5.根据权利要求1所述的声光提示部件（5）其特征在于：声光提示部件（5）发出声音和灯光、或者灯光的不同颜色组合，以之提示治疗过程的开始、进行中和结束三种状态。

6.根据权利要求2中所述的微控制器（14）其特征在于：可输出脉冲宽度调制(PWM)信号，并内置有模数转换器（ADC）。

7.根据权利要求1，2中所述的红外光疗部件（3），其特征在于：红外光疗部件（3）由红外光发射器（23）和红外透射镜片（24）共同组成。

8.根据权利要求4中所述的陶瓷头（19）和权利要求7中红外透射镜片（24），其特征在于：陶瓷头（19）和红外透射镜片（24）安装在壳体（1）头部治疗区，红外透射镜片（24）的平面部分和陶瓷头（19）的圆面平行，陶瓷头（19）相对于红外透射镜片（24）的平面部分凸起1mm到2mm。

9.根据权利要求1所述的磁疗部件（4），其特征在于，磁疗部件（4）为稀土永磁体，其位置靠近壳体(1)头部治疗区。

10.根据权利要求1,2所述的按摩振子（7），其特征在于：带有偏心锤的直流马达。