CN105997468A - 一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，包含主机和治疗手柄，所述主机包含提供冲击波能量的空气压缩机、气压反馈与调节控制器、单向阀、气罐、过滤器、比例阀、气压传感器、开关电路、电流采样电路和人机交互接口。本发明包含一个气路回路和两个闭环控制电路回路，气路回路为所述脉冲式体外冲击波治疗仪提供气体和能量，两个闭环控制电路为稳定气压输出提供保证，与传统的冲击波设备相比，具有设备体积小、输出冲击力平稳、设备噪声小及安全性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理治疗设备，特别涉及一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备。
背景技术
冲击波是一种通过物理学机械介质(如空气和水)传导的机械性脉冲强波(其能量的突然释放而产生的高能量压力波)，能在短时间内给出多个阵波面，具有压力瞬间增高和高速传导的特性。
脉冲式体外冲击波设备是将压缩的空气经程序控制产生的脉冲声波转换成高精准的弹道式冲击波，利用仪器特有的频率，通过治疗手柄上的治疗头的定位和移动作用于人体激痛点，起到改善激痛点所影响区域的功能障碍，分解积存的代谢产物，刺激受影响的区域肌群，阻断向心性疼痛传导从而达到缓解疼痛的治疗效果。压缩机出来的空气通过电磁阀推动锥体向前运动，直接撞击治疗头，治疗头上套有反弹装置，锥体冲击到反弹装置，回到初始位置，完成一次治疗过程。
发明内容
本发明的目的是开发一个用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，冲击波能量由空气压缩机压缩气体产生，冲击力的大小由控制气体输出的压力来实现，冲击频率由治疗手柄上的电磁阀来控制实现。
本发明中，脉冲式体外冲击波设备包含一个气路回路和两个闭环控制电路回路，所述一个气路回路是大气经过空气压缩机压缩后，压缩的气体通过单向阀进入气罐，气罐内的压缩空气被过滤器滤除水汽后流向比例阀，比例阀通过电控的方式实现将不大于其输入端气压的压缩气体输出到治疗手柄，在治疗手柄一次治疗动作完成后压缩的空气又排放到大气中；所述两个闭环控制电路分别是气罐气压闭环控制电路和比例阀气压闭环控制电路，所述气罐气压闭环控制电路是连接在气罐气路中的气压传感器检测到的气压值反馈到气压反馈与调节控制器，经气压反馈与调节控制器分析计算后控制开关电路的开关而控制空气压缩机的启动或停止，从而实现气罐气压的闭环控制，所述比例阀气压闭环控制电路是电流采样电路采集流过比例阀的电流，将该电流值转换成比例阀的输出气压反馈到气压反馈与调节控制器，经气压反馈与调节控制器分析计算后控制比例阀的输出电压，从而实现比例阀气压闭环控制。本发明中，空气压缩机只有启动和停止两种状态，空气压缩机工作时产生的气体输出到气罐中，气压反馈与调节控制器根据检测到的治疗手柄上的气压值和设备设置的输出压力值来判断启动还是停止空气压缩机，启动状态下施加在空气压缩机两端的电压是恒定的。
本发明中，气罐气压闭环控制电路保证气罐内的气压的稳定性，气压反馈与调节控制器控制空气压缩机启动和停止，当检测到气罐中的气压值小于设备设置的输出压力值时，启动空气压缩机使其连续工作使气罐中的气压值大于设备设置的输出压力值，在上述二者压力值达到一定偏差值时使空气压缩机停止工作，上述偏差值与设备设置的输出压力值和设置的冲击频率值正相关。
设备在工作过程中，气罐内的气压值始终大于设备设置的输出压力值，比例阀气压闭环控制电路保证比例阀输出的气压的稳定性，气压反馈与调节控制器根据设备设置的输出压力值调节比例阀的电压时治疗手柄上输出的气压值与设备设置的输出压力值一致，检测比例阀反馈的电流值，当出现偏差时，气压反馈与调节控制器改变比例阀的输出电压予以校正。
通过上述的气路回路和两个气压闭环控制电路，其最终目的是控制输出到治疗手柄的气压值等于设备设定的输出气压值，并使其保持稳定。
气罐联合比例阀并采用气罐气压闭环控制电路和比例阀气压闭环控制电路双闭环控制的方式，使得比例阀输入端的气压值高于输出端的气压值，该方式的优点在于设备工作时可以获得稳定的气流，减轻气压在输出过程中的抖动，使得治疗手柄输出冲击力平稳。
采用气罐作为储气装置，气压反馈与调节控制器在判断气流量充裕的情况下使空气压缩机停止工作，该方式的优点在于能有效降低设备的噪声，且空气压缩机间歇性工作有利于设备的散热，避免空气压缩机连续工作而导致温升过大。
气压反馈与调节控制器根据气罐内的气压值和设备设定的输出气压值对空气压缩机施加控制，具有一定的提前量，且可以根据实际情况进行调整，因此气罐的储气量不需要很大，可以使用小容量气罐，该方式的优点在于可以使得设备整机的体积较小。
本发明采用空气压缩机间歇式工作，可以使气路中的气体最快程度的降温，附着在管壁上，在重力作用下进入气罐下方连接的排水阀中，排水阀可防止水分回流，排水阀中的水积累到一定量的时候排放到机器下部的海绵中，在风扇通风的环境中挥发到空气中。
本发明采用压力传感器测试气罐的实时气压值，在实际测试中得出气压的误差值范围，以及零点的误差值，再应用相应的采集分析软件控制当前空气压缩机的状态，最大程度的减少空气压缩机启停的次数与时间，提高管路中气体的有效利用率。
本发明使用了安全阀，将可能危险人身安全以及机器性能的较大的压力的气体排出管路，限制管路内的最大气压值。
本发明使用了单向阀，空气压缩机停止工作时气体不会从气罐中倒流到空气压缩机，使气罐保持一定的压力。当下一次治疗开始时气罐的压力从当前基准开始调节，调节范围变窄，较快就能够达到设定的气压值。
附图说明
图1是设备的控制原理示意图；
图2是设备的整机结构原理示意图；
图3是设备的整机效果图；
图4是设备的内部结构装配图。
具体实施方式
空气压缩机1将压缩的空气通过单向阀2单方向性地注入气罐3中，气压反馈与调节控制器13根据设备设定的输出值调节比例阀5的输出，得到相应气压的气流通过气路管道进入治疗手柄6，当治疗手柄6上的电磁阀打开时，气流推动手柄中的锥体撞击治疗手柄6上的冲击头，将气体的内能转换成机械式脉冲冲击波，这种脉冲式冲击波被用于骨肌疾病的治疗。
本发明包含主机15和治疗手柄6，其中主机15包含提供冲击波能量的空气压缩机1、气压反馈与调节控制器13、气罐3、比例阀5和人机交互接口14。其中治疗手柄6包含电磁阀、冲击头、锥体、锥体加速管道和启动开关。
空气压缩机1上的电机通过一个开关电路7连接到24V直流电源上，由气压反馈与调节控制器13控制该开关电路7的开通与关闭，从而控制空气压缩机1的启动与停止。空气压缩机1的气路输入端通过一个消声器连接到大气，空气压缩机1气路输出端通过一个单向阀2连接到一个容量不大于2L的气罐3。
气罐气压闭环控制电路保证气罐3内的气压的稳定性，气压反馈与调节控制器13控制空气压缩机1启动和停止，当检测到气罐3中的气压值小于设备设置的输出压力值时，启动空气压缩机1使其连续工作使气罐3中的气压值大于设备设置的输出压力值，在上述二者压力值达到一定偏差值时使空气压缩机1停止工作，上述偏差值与设备设置的输出压力值和设置的冲击频率值正相关。设备在工作过程中，气罐3内的气压值始终大于设备设置的输出压力值，比例阀气压闭环控制电路保证比例阀5输出的气压的稳定性，气压反馈与调节控制器13根据设备设置的输出压力值调节比例阀5的电压时治疗手柄6上输出的气压值与设备设置的输出压力值一致，检测比例阀5反馈的电流值，当出现偏差时，气压反馈与调节控制器13改变比例阀5的输出电压予以校正。
气罐3具有良好的密封性，且能承受不大于10bar的气体压强。气罐3分别与单向阀2、气压传感器8及防冷凝水装置连接，当比例阀5被控制打开时，压缩的空气被防冷凝水装置过滤液态水后通过比例阀5流向治疗手柄6。
防冷凝水装置由过滤器4、排水阀9和控制电路10组成，空气压缩机1在压缩气体过程中会产生热量会将空气加热，被加热的空气在输出后遇冷会迅速冷凝成液态水，过滤器4用于滤除压缩空气中的液态水，过滤器4有储水功能，当储水量达到一定量后，打开与其连接的排水阀9可以将液态水排出。
与治疗手柄6连接的气路中安装了一个机械式的安全阀12，治疗手柄6连通的气路中的气压大于设备标称最大输出压强的1.2倍时，气压安全阀12能自动打开将气体排出。
气压反馈与调节控制器13通过气压传感器8反馈值来控制空气压缩机1的启动与停止，并控制比例阀5以实现调节所述冲击手柄的输出冲击力，所述气压反馈与调节控制器13是一个双闭环控制电路。
第一个闭环控制电路即气罐气压闭环控制电路是通过采样气罐3内的实时气压值，根据设备设置的输出气压，即给定气压，由控制器分析判断后控制开关电路7的开通与关闭，从而控制空气压缩机1的启动与停止。气罐3内的实时气压值通过气压传感器8进行采样，所述气压传感器8为数字式的气压传感器8，控制器将采样到的气压传感器8的电压值转换成压力值，在该闭环控制电路中，气压反馈与调节控制器13通过一个模糊控制器来实现，该模糊控制器通过软件的方式实施。
第二个闭环控制电路即比例阀气压闭环控制电路是通过采样比例阀5的电流值，根据设备设置的输出气压，即给定气压，由控制器分析计算偏差后调整比例阀5的输出电压，控制比例阀5的输出稳定在给定气压值，在该闭环控制电路中，气压反馈与调节控制器13通过一个PI控制器来实现，该模糊控制器通过软件的方式实施。
气压反馈与调节控制器13连接有人机交互接口14，其具体实施方式为彩色液晶屏显示和触摸屏输入，用于操作者设置设备的输出参数，如冲击压力、冲击频率、冲击次数等，和显示相关信息。
治疗手柄6上有一个用于控制气流通断的电磁阀，当电磁阀打开时，气体进入治疗手柄6内，气流推动手柄中的椎体撞击治疗手柄6上的冲击头，将气体的内能转换成机械式脉冲冲击波。治疗手柄6上启动开关用来控制治疗手柄6内电磁阀的打开或关闭，所述电磁阀的开关频率不大于25Hz。
治疗手柄6上还有一个计数器，用来记录治疗手柄6的冲击次数，其原理是记录电磁阀的开关次数。
空气压缩机1下还包含一个减震装置，所述减震装置由减震橡胶脚、空气压缩机1固定板和防脱落安全柱组成，设置减震装置的目的是减少噪声、降低工作过程和设备运输过程中对空气压缩机1的损伤几率。
主机15上还包含一个用于放置治疗手柄6的放置架16，其用途是在设备停止工作时用来放置治疗手柄6，所述放置架16通过螺丝固定在主机15上，运输过程中可将其从主机15上分离。
Claims (18)
1.一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，包含主机(15)和治疗手柄(6)，所述主机(15)包含提供冲击波能量的空气压缩机(1)、气压反馈与调节控制器(13)、单向阀(2)、气罐(3)、过滤器(4)、比例阀(5)、气压传感器(8)、开关电路(7)、电流采样电路(11)和人机交互接口(14)；
其特征在于：所述脉冲式体外冲击波设备包含一个气路回路和两个闭环控制电路回路，所述一个气路回路是大气经过空气压缩机(1)压缩后，压缩的气体通过单向阀(2)进入气罐(3)，气罐(3)内的压缩空气被过滤器(4)滤除水汽后流向比例阀(5)，比例阀(5)通过电控的方式实现将不大于其输入端气压的压缩气体输出到治疗手柄(6)，在治疗手柄(6)一次治疗动作完成后压缩的空气又排放到大气中；所述两个闭环控制电路分别是气罐气压闭环控制电路和比例阀气压闭环控制电路，所述气罐气压闭环控制电路是连接在气罐(3)气路中的气压传感器(8)检测到的气压值反馈到气压反馈与调节控制器(13)，经气压反馈与调节控制器(13)分析计算后控制开关电路(7)的开关而控制空气压缩机(1)的启动或停止，从而实现气罐气压的闭环控制，所述比例阀气压闭环控制电路是电流采样电路(11)采集流过比例阀(5)的电流，将该电流值转换成比例阀(5)的输出气压反馈到气压反馈与调节控制器(13)，经气压反馈与调节控制器(13)分析计算后控制比例阀(5)的输出电压，从而实现比例阀气压闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述气压反馈与调节控制器(13)通过控制比例阀(5)的输出气压以实现控制调节所述冲击手柄(6)的输出冲击力。
3.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述气罐气压闭环控制电路的目的是控制气罐(3)的气压保持稳定，其控制目标值与设备的设定输出气压相关，且大于设备的设定输出气压。
4.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述比例阀气压闭环控制电路的目的是控制比例阀(5)的气压保持稳定，其控制目标值与设备的设定输出气压相等。
5.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述气压反馈与调节控制器(13)在气罐气压闭环控制电路和比例阀气压闭环控制电路分别有一个控制器，在气罐气压闭环控制电路中有一个模糊控制器，在比例阀气压闭环控制电路有一个PI控制器。
6.根据权利要求5所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述模糊控制器和所述PI控制器均采用软件算法实现。
7.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述空气压缩机(1)只具有启动和停止两种状态，启动状态下施加在空气压缩机(1)两端的电压是恒定的。
8.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述气压传感器(8)是一种数字式的压力传感器。
9.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述空气压缩机(1)提供的气压范围为0～7bar。
10.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述气罐(3)的容量不大于2L。
11.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：与所述治疗手柄(6)连通的气路中还包含一个用于过压保护的机械式气压安全阀(12)。
12.根据权利要求11所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：当与所述治疗手柄(6)连通的气路中的气压大于设备标称最大输出压强的1.2倍时，所述气压安全阀(12)能自动泄压。
13.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述人机交互接口(14)的具体实施方式为彩色液晶屏显示和触摸屏输入。
14.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述治疗手柄(6)上有一个控制气体通断的电磁阀，所述电磁阀实现不同的冲击频率，所述冲击频率不大于25Hz。
15.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述治疗手柄(6)上具有统计治疗手柄输出次数的功能。
16.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述空气压缩机气体输出端还包含一个防冷凝水装置，所述防冷凝水装置由过滤器(4)、排水阀(9)和排水控制电路(10)组成。
17.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述单向阀(2)使气流只能单方向性地从空气压缩机流向气罐。
18.根据权利要求1所述的一种用于骨肌疾病治疗的脉冲式体外冲击波设备，其特征在于：所述主机上还包含一个治疗手柄放置架(16)，所述治疗手柄放置架(16)可与主机(15)分离。
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