CN105771081A - 一种超声电导仪及其超声传输方法 - Google Patents

一种超声电导仪及其超声传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声电导仪,包括电源、变压器、主板、显示操作板和治疗头,所述电源、变压器、主板、显示板依次电连接,治疗头与主板电连接,其特征在于,主板包括超声模块、脉冲控制模块、单片机主控模块和过流检测模块,治疗头包括超声换能器、电极和外壳。一种超声电导仪的超声传输方法,应用于超声电导仪。本发明可实现超声靶位精确投药,能够根据病人的情况进行药物治疗的精准操控。

Description

一种超声电导仪及其超声传输方法
技术领域
本发明属于药剂学领域,特别是一种经皮给药的超声电导仪和其超声传输方法。
背景技术
超声药物透入是一种以物理能量为动力,使药物通过完整皮肤进而进入人体循环和病变组织发挥药物治疗作用的一种新的剂型和药剂学方法,实现药物靶位传输、精准投药的医疗技术,具有许多优于口服和注射给药方法的特点。
超声电导仪是一种以超声波为主要动力,实现药物的无针注射靶位透药的电子医疗设备.综合采用超低频超声等物理能量,利用超声波的辐射压产生冲击力,使机械能转化为强力动能,将药物发射透过皮肤进入体内,达到无针注射的效果.超声药物透入直接将药物送达到病变组织,可以实现靶位精确治疗;药物不经过全身血液循环直接发挥作用,可以减少药物对正常组织特别是肝肾器官的损害;无药物到达靶组织之前的损失(如药物在肝脏的首过效应,和药物经血循环靶组织之外其他正常组织的无效分布),提高了药物的生物利用度,安全有效。
超声透药技术是近年出现的一种新型给药方法,已成为国际医药界最热门的分支学科.超声电导仪实现超声透药的仪器设备,已在医学临床得到一定的应用,发挥了很好的临床治疗作用。临床实践表明,现有的超声电导仪存在输出参数不稳定、参数波形不标准、易受外界电压、电磁改变的干扰,不能完全满足国际电信产品安全标准的要求,甚至输出功率失控造成伤害的风险。因此优化超声电导仪设计,调整产品结构构成,优化参数和实现电路,已是势在必行。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种超声电导仪,包括电源、变压器、主板、显示操作板和治疗头,所述电源、变压器、主板、显示板依次电连接,治疗头与主板电连接,其特征在于,主板包括超声模块、脉冲控制模块、单片机主控模块和过流检测模块,治疗头包括超声换能器、电极和外壳,其中,
所述超声模块包括自激震荡电路、超声波激励电流调制电路,单片机主控模块发出的控制信号由超声波激励电流调制电路调制正弦波并产生超声激励信号,超声波激励电流放大电路对该信号进行放大,并由自激振荡电路产生正弦波后输出给治疗头;
所述脉冲控制模块包括脉冲信号发生单元、放大单元和调制单元,脉冲控制模块用于接收单片机主控模块发出的控制信号,产生多个脉冲波群并输出给治疗头;
所述单片机主控模块,用于接收显示操作板输出的参数信号,并根据该参数信号输出控制信号控制所述超声模块和脉冲控制模块;所述过流检测模块接收单片机主控模块发出的控制信号,参照治疗头反馈的电流,控制脉冲控制模块输出的电流强弱;
所述显示操作板包括参数设置单元和操作面板,用于将设置指令信号发送到单片机主控模块,并显示设置的指令参数和治疗头的工作状态;
进一步,所述超声换能器包括电感、电阻、压电陶瓷片。
进一步,所述自激震荡电路包括三极管U6、三极管U7和辅助电路,三极管U6和三极管U7分别连接在辅助电路中然后并联。
进一步,所述超声波激励电流调制电路包括三极管Q5,三极管Q6,三极管U5、电阻和二极管D1001,三极管Q5,三极管Q6,三极管U5、电阻和二极管D1001电连接;超声波激励电流调制电用于调制自激振荡电路产生的正弦波得到超声激励控制信号。
进一步,所述单片机主控模块由单片机及外围电路组成,外围电路包括晶振和电容。
进一步,所述过流检测模块包括负反馈电压放大器和引脚。
一种超声电导仪的超声传输方法,应用所述的超声电导仪,包括以下步骤:
步骤1:所述脉冲控制模块和单片机主控模块处理之后的电脉冲波群,经所述治疗头透过介质多次作用于人体;脉冲波群包括前置脉冲,前置脉冲由5个频率为2.5Hz的方波构成一组,工作时间为0.2s,误差小于±10%,前置脉冲最大电流强度在标准负载时从最小0mA到最大4.35mA,分8档可调,其中1档为0mA,8档:4.35mA,误差小于±10%;
步骤2:超声模块的自激震荡电路产生正弦波后,超声模块接收单片机主控模块发出的控制信号由超声波激励电流调制电路调制正弦波并产生超声激励信号,超声波激励电流放大电路对该信号进行放大并输出给治疗头,经治疗头产生超声波,并将所述超声波透过治疗头上的介质传送至人体作用部位;
步骤3:通过所述脉冲控制模块产生连续输出或间断输出的介质驱动脉冲电流,激励峰值电压为100Vp-p,允差<±20%,和所述步骤2产生的超声波由所述治疗头透过介质同步输出之后,产生超声波和驱动电流协同作用,驱使介质分子向靶组织中传输。
进一步,步骤1中,前置脉冲的基础波形为脉宽为0.25mS,占空比为1:1的方波,误差不大于±10%,若干个调制频率为100Hz的脉动正弦半波组成一个脉动波群,波群出现的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;每一波群中脉动正弦半波的工作时间从最小20mS到最大500mS,分8档可调,其中1档为20mS,8档:为500mS。
进一步,步骤2中治疗头产生的超声固有频率为1MHz,允差<±30%;超声输出脉动波的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;超声脉动波的工作时间从最小0到最大0.5S,分8档可调,其中1档为0,8档为0.5S,允差<±5%。
本发明的有益效果在于:
本发明提出的一种超声电导仪,可实现超声靶位精确投药,能够根据病人的情况进行药物治疗的精准操控。超声波通过其辐射压和空化效应,改变细胞膜和组织膜脂质结构的排列顺序,开放了组织屏障,增加皮肤和组织的通透性,为药物进入体内提供了动能,促进药物向体内的传输和转运.可在深部病变组织形成药物高浓度聚集,从而提高了药物的生物利用度,提高药物的疗效;用超声波局部透入药物治疗可避免全身用药的不良反应,药效维持长,是对传统给药观念的重大突破。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明超声模块电路图;
图3为本发明脉冲控制模块电路图;
图4为本发明的单片机主控模块电路图;
图5为本发明的过流检测模块电路图;
图6为前置脉冲输出波形图;
图7为调制脉动波输出波形图;
图8为前置脉冲和调制脉动波综合输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明的实施。
一种超声电导仪,包括电源、变压器、主板、显示操作板和治疗头,所述电源、变压器、主板、显示操作板依次电连接,治疗头与主板电连接,主板包括超声模块、脉冲控制模块、单片机主控模块和过流检测模块,治疗头包括超声换能器、电极和外壳。
如图2所示,超声模块包括自激震荡电路、超声波激励电流调制电路,自激震荡电路产生频率为1MHz的正弦波,经过单片机主控模块电路发出的控制信号ULPWM控制Q5,Q6,U5三个三极管以及电阻R13-R17及二极管D1001组成的辅助电路。调制后得到的超声激励、控制信号,采用频率调制等方法对超声信号进行处理,再由U6,U7三极管及相关辅助电路组成震荡电路(与治疗头匹配),得到与治疗头模块相匹配的驱动信号。
如图3所示,脉冲控制模块包括脉冲信号发生单元、放大单元(三极管Q14)和调制单元,即开关电路(三极管Q15和三极管Q16),用于接收单片机主控模块发出的控制信号,产生多个脉冲波群并输出给治疗头;TAP2K是由单片机主控模块电路发出的控制信号,此信号通过三极管Q14隔离放大后控制三极管Q15,三极管Q16组成的开关电路,对100HZ正弦半波信号处理、调制,经调制后,得到2K频率的脉冲波群,脉冲波群个数及出现频率均可根据参数设定灵活控制,脉冲群电信号由治疗头输出,在运行过程中继电器K1负责极性转换。
单片机主控模块用于接收显示操作板输出的参数信号,并根据该参数信号输出控制信号控制所述超声模块和脉冲控制模块。如图4所示,单片机主控模块由芯片AT89C52或其他MCS-51系列8位单片机及外围电路(包括Y1晶振,C21、C22电容等)组成,控制整个仪器治疗的输出部分,此模块通过显示板的人机交互界面,获取治疗参数,并根据上述参数输出ULPWM及TAP2K等相应控制信号,控制超声生模块电路及2K脉冲控制模块电路,产生需要的电信号。过流检测模块接收单片机主控模块发出的控制信号,参照治疗头反馈的电流,控制脉冲控制模块输出的电流强弱。
如图5所示,过流检测模块由放大器U104LM324及附属元器件R3-R10、Q3、D1组成负反馈电压放大器,由单片机主控模块提供信号的引脚IIC_0,IIC_1,IIC_2,IIC_3,通过各引脚不同高低电平的变化(0,1)并进行组合,同时对照由NET01(网络编号,图5所示)反馈电流的大小,改变U104A放大器2脚的电压,动态调整,与U104A放大器3脚电压相等,达到根据不同体质及症状控制流过人体电流的大小目的。
显示操作板包括参数设置单元和操作面板,用于将设置指令信号发送到单片机主控模块,并显示设置的指令参数和治疗头的工作状态。操作面板由键盘,LED数码管,LED指示灯组成,LED数码管显示机器内部设置的参数状态,时间等信息。LED指示机器的参数状态。键盘作为输入设备,输入、调整机器的运行参数。
治疗头由超声波换能器及匹配电路组成,其中超声波换能器是由压电陶瓷片、金属制成的振动片、塑料外壳等组成。受制于压电陶瓷片的制造工艺特点,其电参数往往一致性较差,使用时需要用电感,电阻等元器件进行匹配,这样可使压电陶瓷片工作在最佳工作状态,提高电能转化为机械能的效率,抑制不需要的热量产生。另外,治疗头提供2K脉冲输出接口,两个金属震动片是输出的两个电极。
电源模块为变换器,通过整流或整流滤波产生主电路板所需的电源以及调制脉动波所需的基础馒头波形。2K脉冲控制模块产生调制脉动波以及超声模块驱动超声换能器转换为超声波共同作用在人体上。调制脉动波信号和超声波通过超声电导治疗头综合作用在人体上,可以使人体组织细胞分开并形成孔隙,药物在超声波的驱动下能够顺利到达病患部位。这个细胞间的孔隙开放是暂时的,大约12小时之后,孔隙就会逐渐关闭并恢复正常。
脉冲控制模块根据控制需要输出VCC2K为0~87V可调的前置脉冲,超声模块输出100Hz正弦半波经过调制输出的调制脉动波。图6为前置脉冲输出波形,图7为调制脉动波输出波形。图8为前置脉冲和调制脉动波综合输出波形。所有信号波形有严格的时序和形状的要求,误差小于10%。
一种超声电导仪的超声传输方法,步骤1:脉冲控制模块和单片机主控模块处理之后的脉冲波群,经所述治疗头透过介质多次作用于人体;脉冲波群包括前置脉冲,前置脉冲由5个频率为2.5Hz的方波构成一组,工作时间为0.2s,误差小于±10%,前置脉冲最大电流强度在标准负载时从最小0mA到最大4.35mA,分8档可调,其中1档为0mA,8档:4.35mA,误差小于±10%;
步骤2:超声模块的自激震荡电路产生正弦波后,超声模块的超声波激励电流调制电路接收单片机主控模块发出的控制信号,将其调制成频率调制激励信号,超声波激励电流放大电路对该信号进行放大并输出给治疗头,经治疗头产生超声波,并将所述超声波透过治疗头上的介质传送至人体作用部位。前置脉冲的基础波形为脉宽为0.25mS,占空比为1:1的方波,误差不大于±10%,若干个调制频率为100Hz的脉动正弦半波组成一个脉动波群,波群出现的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;每一波群中脉动正弦半波的工作时间从最小20mS到最大500mS,分8档可调,其中1档为20mS,8档:为500mS。
步骤3:通过脉冲控制模块产生连续输出或间断输出的介质驱动脉冲电流,激励峰值电压为100Vp-p,允差<±20%;和步骤2产生的超声波由治疗头透过介质同步输出之后,产生超声波和驱动电流协同作用,驱使介质分子向靶组织中传输。治疗头产生的超声固有频率为1MHz,允差<±30%;超声输出脉动波的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;超声脉动波的工作时间从最小0到最大0.5S,分8档可调,其中1档为0,8档为0.5S,允差<±5%。
以上所述仅为本发明的较佳组合实施举例,并不用以限制本发明,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 (9)

1.一种超声电导仪,包括电源、变压器、主板、显示操作板和治疗头,所述电源、变压器、主板、显示板依次电连接,治疗头与主板电连接,其特征在于,主板包括超声模块、脉冲控制模块、单片机主控模块和过流检测模块,治疗头包括超声换能器、电极和外壳,其中,
所述超声模块包括自激震荡电路、超声波激励电流调制电路,单片机主控模块发出的控制信号由超声波激励电流调制电路调制正弦波并产生超声激励信号,超声波激励电流放大电路对该信号进行放大,并由自激振荡电路产生正弦波后输出给治疗头;
所述脉冲控制模块包括脉冲信号发生单元、放大单元和调制单元,脉冲控制模块用于接收单片机主控模块发出的控制信号,产生多个脉冲波群并输出给治疗头;
所述单片机主控模块,用于接收显示操作板输出的参数信号,并根据该参数信号输出控制信号控制所述超声模块和脉冲控制模块;所述过流检测模块接收单片机主控模块发出的控制信号,参照治疗头反馈的电流,控制脉冲控制模块输出的电流强弱;
所述显示操作板包括参数设置单元和操作面板,用于将设置指令信号发送到单片机主控模块,并显示设置的指令参数和治疗头的工作状态。
2.根据权利要求1所述的超声电导仪,其特征在于,所述超声换能器包括电感、电阻、压电陶瓷片。
3.根据权利要求1所述的超声电导仪,其特征在于,所述自激震荡电路包括三极管U6、三极管U7和辅助电路,三极管U6和三极管U7分别连接在辅助电路中然后并联。
4.根据权利要求1所述的超声电导仪,其特征在于,所述超声波激励电流调制电路包括三极管Q5,三极管Q6,三极管U5、电阻和二极管D1001,三极管Q5,三极管Q6,三极管U5、电阻和二极管D1001电连接;超声波激励电流调制电用于调制自激振荡电路产生的正弦波得到超声激励控制信号。
5.根据权利要求1所述的超声电导仪,其特征在于,所述单片机主控模块由单片机及外围电路组成,外围电路包括晶振和电容。
6.根据权利要求1所述的超声电导仪,其特征在于,所述过流检测模块包括负反馈电压放大器和引脚。
7.一种超声电导仪的超声传输方法,应用根据权利要求1-6其一所述的超声电导仪,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:所述脉冲控制模块和单片机主控模块处理之后的电脉冲波群,经所述治疗头透过介质多次作用于人体;脉冲波群包括前置脉冲,前置脉冲由5个频率为2.5Hz的方波构成一组,工作时间为0.2s,误差小于±10%,前置脉冲最大电流强度在标准负载时从最小0mA到最大4.35mA,分8档可调,其中1档为0mA,8档:4.35mA,误差小于±10%;
步骤2:超声模块的自激震荡电路产生正弦波后,超声模块接收单片机主控模块发出的控制信号由超声波激励电流调制电路调制正弦波并产生超声激励信号,超声波激励电流放大电路对该信号进行放大并输出给治疗头,经治疗头产生超声波,并将所述超声波透过治疗头上的介质传送至人体作用部位;
步骤3:通过所述脉冲控制模块产生连续输出或间断输出的介质驱动脉冲电流,激励峰值电压为100Vp-p,允差<±20%,和所述步骤2产生的超声波由所述治疗头透过介质同步输出之后,产生超声波和驱动电流协同作用,驱使介质分子向靶组织中传输。
8.根据权利要求7所述的传输方法,其特征在于,步骤1中,前置脉冲的基础波形为脉宽为0.25mS,占空比为1:1的方波,误差不大于±10%,若干个调制频率为100Hz的脉动正弦半波组成一个脉动波群,波群出现的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;每一波群中脉动正弦半波的工作时间从最小20mS到最大500mS,分8档可调,其中1档为20mS,8档:为500mS。
9.根据权利要求7所述的传输方法,其特征在于,步骤2中治疗头产生的超声固有频率为1MHz,允差<±30%;超声输出脉动波的周期从2.5S到0.5S分8档可调,其中1档为2.5S,8档为0.5S,误差小于±10%;超声脉动波的工作时间从最小0到最大0.5S,分8档可调,其中1档为0,8档为0.5S,允差<±5%。
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