CN106726419A - 一种反馈式冲击波治疗仪控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈式冲击波治疗仪控制系统。它包括人机交互系统、数据传输模块、病历数据库、处方数据库、冲击波控制模块、冲击波发生器和反馈调节模块，人机交互系统分别与病历数据库、处方数据库、数据传输模块相连接，冲击波控制模块分别与数据传输模块、冲击波发生器、反馈调节模块相连接；反馈调节模块能够对冲击波治疗区域的肌肉组织张力进行检测，冲击波控制模块能够根据反馈调节模块对肌肉组织张力的检测值调节冲击波发生器所需的气源的释放强度和释放频率并向冲击波发生器提供气源。本发明克服现有技术的缺陷，能够在冲击波治疗仪使用过程中对患者治疗区域的肌肉张力进行检测，并且根据检测结果，分析和调节冲击波发射频率和强度。

Description

一种反馈式冲击波治疗仪控制系统

技术领域

本发明涉及一种冲击波治疗仪的控制系统，属于康复治疗医疗器械领域。

背景技术

体外冲击波是一种通过物理学机制介导的机械性脉冲压强波，设备将产生的脉冲声波转换成精确的冲击波，通过治疗探头的定位和移动，产生治疗效果。

1986年首次进行了低能量冲击波对伤口愈合的实验，发现低能量的冲击波对伤口的愈合有促进作用。随后，冲击波在肌肉组织损伤修复上的作用不断被证明。这促进了冲击波在肌肉组织修复上的应用。上世纪末，针对肌肉组织修复和骨科疾病的冲击波治疗仪被发明出来。近几年，冲击波治疗在肌张力修复上得到了证实，因此冲击波在肌肉组织修复的保守性治疗上得到广泛应用。

冲击波治疗过程中，可以促进治疗区域的血管扩张，刺激血管新生、增加治疗区域的血流量，改善治疗区域的新陈代谢，影响肌肉细胞的活性，表现在肌肉张力的变化。冲击波治疗的周期长，治疗持续时间久，长期对治疗区域的冲击波刺激，对肌肉组织张力的影响较大。而这一影响因素主要与冲击波释放的频率和强度有关，合适的冲击波频率和强度对肌肉组织张力起改善作用。部分冲击波治疗过程需要局部麻醉，患者对治疗区域的敏感性下降，忽视治疗区域肌肉组织张力的变化会产生冲击波治疗的后遗症。因此，需要对治疗过程中患者治疗区域的肌肉张力进行检测。

目前，冲击波治疗仪只能够在医生设置的频率和强度下工作，整个治疗过程中冲击波释放的频率和强度是不变的，并且缺少治疗过程中对肌肉张力的评估。因此需要提出一种方案来解决这个问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种反馈式冲击波治疗仪控制系统，能够在冲击波治疗仪使用过程中对患者治疗区域的肌肉张力进行检测，并且根据检测结果，分析和调节冲击波发射频率和强度。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：本发明反馈式冲击波治疗仪控制系统包括人机交互系统、数据传输模块、病历数据库、处方数据库、冲击波控制模块、冲击波发生器和反馈调节模块，所述人机交互系统分别与病历数据库、处方数据库、数据传输模块相连接，所述冲击波控制模块分别与数据传输模块、冲击波发生器、反馈调节模块相连接；所述反馈调节模块能够对冲击波治疗区域的肌肉组织张力进行检测，冲击波控制模块能够根据反馈调节模块对肌肉组织张力的检测值调节冲击波发生器所需的气源的释放强度和释放频率并向冲击波发生器提供气源。

进一步地，本发明所述反馈调节模块包括肌肉张力测量模块、脉冲发生器、信号采集处理模块、A/D转换模块和数据预处理模块，所述肌肉张力测量模块分别与信号采集处理模块和脉冲发生器连接，所述信号采集处理模块与A/D转换模块相连接，所述A/D转换模块与数据预处理模块相连接；所述脉冲发生器、数据预处理模块分别与所述冲击波控制模块连接。

进一步地，本发明所述冲击波控制模块包括微控制器、气压检测控制模块、空气压缩机、电磁气阀和电磁气阀控制器，所述微控制器与气压检测控制模块相连，所述气压监测控制模块与空气压缩机相连，所述空气压缩机与电磁气阀相连，所述电磁气阀与电磁气阀控制器相连，所述电磁气阀控制器与微控制器相连，所述微控制器与反馈调节模块相连，所述空气压缩机与冲击波发生器相连。

进一步地，本发明所述冲击波控制模块包括微控制器、气压检测控制模块、空气压缩机、电磁气阀和电磁气阀控制器，所述微控制器与气压检测控制模块相连，所述气压监测控制模块与空气压缩机相连，所述空气压缩机与电磁气阀相连，所述电磁气阀与电磁气阀控制器相连，所述电磁气阀控制器与微控制器相连，微控制器分别与脉冲发生器、数据预处理模块相连接，所述空气压缩机与冲击波发生器相连。

进一步地，本发明所述肌肉张力测量模块包括筒状外壳、电磁线圈、磁性金属杆、位移传感器、压力传感器和触力传感器；所述外壳的内壁朝径向设有第一隔板和第二隔板，所述外壳的内壁沿轴向设有导轨，所述电磁线圈套在磁性金属杆外，磁性金属杆固定于导轨上，所述压力传感器的一个作用面与电磁线圈的前端端面固定连接并相互接触，所述压力传感器的另一个作用面与第一隔板固定在一起并相互接触，所述位移传感器与磁性金属杆的前端端面通过拉杆固定连接，所述触力传感器的一个作用面与磁性金属杆的前端端面接触，触力传感器的另一个作用面与第二隔板固定在一起并相互接触，所述电磁线圈与脉冲发生器相连接，所述位移传感器、压力传感器和触力传感器分别与信号采集处理模块相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明冲击波治疗仪在治疗过程中能够对患者治疗区域的肌肉张力进行检测。（2）利用本发明检测到的肌肉组织张力，可以作为冲击波控制模块对冲击波发射频率和强度的参考量，实现冲击波的释放频率和强度的控制，使得当治疗过程中，肌肉张力发生变化时，相应地调节冲击波释放的频率和强度，使整个治疗过程更加智能和安全。（3）在整个治疗的过程中，人机交互系统会将检测到的肌肉张力值和施加的冲击波频率和强度绘制成曲线显示出来，便于医生观察整个治疗过程的参数变化，并存档可作为后面诊断的依据。

附图说明

图1为本发明的反馈式冲击波治疗仪控制系统的整体结构框图；

图2为本发明的冲击波控制模块的一种实施方式的结构框图；

图3为本发明的反馈调节模块的一种实施方式的结构框图；

图4为本发明的肌肉张力测量模块的一种实施方式的结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的说明。

如图1所示，本发明反馈式冲击波治疗仪控制系统包括人机交互系统1、病历数据库2、处方数据库3、数据传输模块4、冲击波控制模块5、冲击波发生器6和反馈调节模块7。人机交互系统1分别与病历数据库2和处方数据库3相连接，人机交互系统1与数据传输模块4相连接，数据传输模块4与冲击波控制模块5相连接，冲击波控制模块5与冲击波发生器6相连接，冲击波控制模块5与反馈调节模块7相连接。人机交互系统1能够显示系统的状态，用于用户设置系统参数和病人参数。具体是：在系统启动时，人机交互系统能够显示系统状态，人机交互系统设有供用户使用的操作界面。在该操作界面，用户能够录入病人信息，设置治疗参数，并提供开始、暂停和停止的操作按键。病历数据库2记录病人的病历信息，可以被人机交互系统1访问、修改、存储。处方数据库3记录着冲击波治疗的治疗方案，可以被人机交互系统1访问、修改、存储。数据传输模块4用于人机交互系统1和冲击波控制模块5间的信息的传输。

如图3所示，反馈调节模块7能够实现对冲击波治疗区域的肌肉组织张力的检测。反馈调节模块包括肌肉张力测量模块16、脉冲发生器17、信号采集处理模块15、A/D转换模块14和数据预处理模块13。其中，肌肉张力测量模块16分别与信号采集处理模块15和脉冲发生器17连接，信号采集处理模块15与A/D转换模块14相连接，A/D转换模块14与数据预处理模块13相连接，脉冲发生器17与冲击波控制模块5的微控制器8相连接，数据预处理模块13与微控制器8相连接。脉冲发生器17受冲击波控制模块5中的微控制器8控制。脉冲发生器17能够向肌肉张力测量模块16发射宽度为一毫秒的脉冲信号。肌肉张力测量模块16在该脉冲信号作用下，开始对肌肉组织张力的进行测量。信号采集处理模块15对肌肉张力测量模块16的初始测量信号进行采集，信号采集处理模块15对采集到的肌肉张力的初始测量值信号进行初步处理，实现信号的滤波、放大。信号采集处理模块15将处理后的信号传输到A/D转换模块14，A/D转换模块14接收信号采集处理模块15处理过的信号，将该信号由模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输到数据预处理模块13。数据预处理模块13能够检测所接收的数据异常情况，具体是：通过判断数据是否在有效范围内进行筛选，不在有效范围内为异常数据，并能够去除较大偏差数据，优化数据的有效性，并将处理后的数据传送到微控制器8。

如图4所示，本发明的肌肉张力测量模块16可包括筒状外壳25、电磁线圈18、磁性金属杆19、位移传感器21、压力传感器22和触力传感器20。如图4所示，外壳25的内壁朝径向设有第一隔板26和第二隔板27，外壳25的内壁沿轴向设有导轨24。电磁线圈18套在磁性金属杆19外，磁性金属杆19安装在导轨24上，磁性金属杆19可沿导轨24朝外壳25的轴向作往复直线运动。磁性金属杆19的末端伸出到外壳25外面。压力传感器22有两个作用面。电磁线圈18的前端端面与压力传感器22一个作用面固定连接并接触，压力传感器22的另一个作用面与隔板26固定连接并接触。位移传感器21与磁性金属杆19的前端端面通过一个拉杆23固定连接。触力传感器20也有两个作用面。触力传感器20的一个作用面与磁性金属杆19的前端端面接触不固定，触力传感器20的另一个作用面与隔板27固定连接并接触。触力传感器20、位移传感器21和压力传感器22分别与信号采集处理模块15相连。脉冲发生器17将微弱脉冲信号作用于电磁线圈18上，电磁线圈18产生变化磁场，与磁性金属杆19之间产生一个互斥的力，在该力的作用下，电磁线圈18挤压压力传感器22，磁性金属杆19相对于电磁线圈18产生一定位移，此时触力传感器20与磁性金属杆19分离，磁性金属杆19的末端作用于患者治疗区域。由牛顿第三定律可知，压力传感器22测得磁性金属杆19作用于人体的压力F1，磁性金属杆19作用于人体肌肉组织后，反弹回来挤压触力传感器20，触力传感器20测得患者肌肉组织的反弹力F2，同时位移传感器21（可选用电位型位移传感器、电感型位移传感器等）测量磁性金属杆19的位移量S。由作用于人体的压力F1和磁性金属杆的位移量S，模拟触诊方法来判断肌肉硬度的方法，在相等压力F1的作用下，位移量S的大小与肌肉硬度成正相关，位移量S越大肌肉硬度值越小，反之亦然。而由压力F1和肌肉组织的反弹力F2，可以计算肌肉的弹性值，反弹力F2的大小与肌肉的反弹力成正相关，在相等压力F1作用下，反弹力F2越大肌肉组织的反弹力越大，反之亦然。肌肉硬度值和肌肉的反弹力是肌肉组织张力的主要参数，肌肉张力过小，表现在肌肉硬度值偏低，肌肉反弹力较小；肌肉张力亢进，表现在肌肉硬度值偏高，肌肉反弹力较大。由这三个传感器测量得到的值，经过计算评估，可以得到一个肌肉张力值。可见，本发明通过脉冲发生器发射脉冲信号到电磁线圈，电磁线圈在脉冲信号的作用下产生一个变化的电磁场，变化电磁场与磁性金属杆之间产生一个作用力和反作用力，与磁性金属杆连接的触力传感器作用于人体，此时触力传感器器检测到人体的一个反弹力，位移传感器检测磁性金属杆的位移量，压力传感器检测到人体受到的作用力，这三个传感器检测的信号经过处理计算后得到人体肌肉组织张力值，由于采用一毫秒作用的脉冲信号，三个传感器的即时检测，使得整个测量时间在很短的时间完成，实现了冲击波治疗仪对患者的肌肉组织张力的检测功能。

如图2所示，冲击波控制模块包括微控制器8、气压监测模块9、空气压缩机10、电磁气阀11和电磁气阀控制器12。微控制器8与气压检测控制模块9相连接，气压监测控制模块9与空气压缩机10相连，空气压缩机10与电磁气阀11相连，电磁气阀11与电磁气阀控制器12相连，电磁气阀控制器12与微控制器8相连。

冲击波控制模块5与反馈调节模块7的连接方式是：冲击波控制模块5中的微控制器8分别与反馈调节模块7中的脉冲发生器17和数据预处理模块13连接，微控制器8通过向脉冲发生器17发射控制信号，来控制脉冲发生器17的工作状态。数据预处理模块13能够将反馈调节模块7测量的数据发送到微控制器8。微控制器8向反馈调节模块7中的脉冲发生器17发射一个开始信号后，反馈调节模块7开始工作。脉冲发生器17能够向肌肉张力测量模块16发射宽度为一毫秒的脉冲信号。肌肉张力测量模块16在该脉冲信号作用下，开始对肌肉组织张力的进行测量。脉冲发生器17将微弱脉冲信号作用于电磁线圈18上，电磁线圈18产生变化磁场，与磁性金属杆19之间产生一个互斥的力，在该力的作用下，电磁线圈18挤压压力传感器22，磁性金属杆19相对于电磁线圈18产生一定位移，此时触力传感器20与磁性金属杆19分离，磁性金属杆19的末端作用于患者治疗区域。根据牛顿第三定律，压力传感器22测得磁性金属杆19作用于人体的压力F1，磁性金属杆19作用于人体肌肉组织后，反弹回来挤压触力传感器20，触力传感器20测得患者肌肉组织的反弹力F2，同时位移传感器21（可用电位型位移传感器、电感型位移传感器实现）测量磁性金属杆19的位移量S。信号采集处理模块15对肌肉张力测量模块16的初始测量信号进行采集，这些初始测量信号分别为作用于人体的压力F1、肌肉组织的反弹力F2和磁性金属杆19的位移量S。信号采集处理模块15对采集到的肌肉张力的初始测量值信号进行初步处理，实现信号的滤波、放大。信号采集处理模块15将处理后的信号传输到A/D转换模块14，A/D转换模块14接收信号采集处理模块15处理过的信号，将该信号由模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输到数据预处理模块13。数据预处理模块13能够检测所接收的数据异常情况，具体是：通过判断数据是否在有效范围内进行筛选，不在有效范围内为异常数据，并能够去除较大偏差数据，优化数据的有效性，并将处理后的数据传送到微控制器8。数据预处理模块13向微控制器8发送测量的数据后，反馈调节模块7结束工作。

微控制器8通过反馈调节模块7测量的数据来计算患者治疗区域的肌肉张力。具体是：由作用于人体的压力F1和磁性金属杆的位移量S，模拟触诊方法来判断肌肉硬度的方法，在相等压力F1的作用下，位移量S的大小与肌肉硬度成正相关，位移量S越大肌肉硬度值越小，反之亦然。而由压力F1和肌肉组织的反弹力F2，可以计算肌肉的弹性值，反弹力F2的大小与肌肉的反弹力成正相关，在相等压力F1作用下，反弹力F2越大肌肉组织的反弹力越大，反之亦然。肌肉硬度值和肌肉的反弹力是肌肉组织张力的主要参数，肌肉张力过小，表现在肌肉硬度值偏低，肌肉反弹力较小；肌肉张力亢进，表现在肌肉硬度值偏高，肌肉反弹力较大。由这三个传感器测量得到的值，经过计算评估，可以得到一个肌肉张力值。

微控制器8通过数据传输模块4向人机交互系统1请求获得患者的病历信息和处方信息，人机交互系统1得到请求信号后访问病历数据库2和处方数据库3，并获得患者的病历信息和处方信息，由数据传输模块4发送到微控制器8。根据反馈调节模块7测量的肌肉张力数据、患者的病历信息和处方信息，微控制器8调节空气压缩机10内气源的压强和空气压缩机10释放气源的频率来调节冲击波发生器6释放冲击波的强度和频率。具体是：微控制器8能够接收气压检测控制模块9传输过来的信号，该信号为空气压缩机10中压缩空气的压强；并且，微控制器8能够给气压检测控制模块9发射控制信号，该控制信号用于控制气体压缩机10的进气量来控制压缩空气的压强；同时气压检测控制模块9控制着空气压缩机10的工作开始、停止。另外，气压检测控制模块9能够检测空气压缩机10内部空气的压强和空气压缩机10的工作状态。另一方面，微控制器8能够将冲击波释放的频率信号传输到电磁气阀控制器12，电磁气阀控制器12根据微控制器8发送的频率信号，向电磁气阀11发送该频率的脉冲信号，该脉冲信号作用于电磁气阀11，脉冲信号使电磁气阀11的处于开关工作状态，电磁气阀11的开关控制空气压缩机10向冲击波发生器6提供气源的开始和停止，实现对冲击波发射频率的控制。

由上可见，利用本发明检测到的肌肉组织张力，可以作为冲击波控制模块对冲击波发射频率和强度的参考量，冲击波控制模块一方面通过人机交互系统访问病历数据库和处方数据库，结合肌肉组织张力计算出需要释放的冲击波频率和强度，冲击波控制模块通过提供给冲击波发生器一定频率和一定压强的压缩空气，来实现冲击波的释放频率和强度的控制，以上使得当治疗过程中，肌肉张力发生变化时，相应地调节冲击波释放的频率和强度，使整个治疗过程更加智能和安全。

Claims (5)

1.一种反馈式冲击波治疗仪控制系统，其特征是：包括人机交互系统（1）、数据传输模块（4）、病历数据库（2）、处方数据库（3）、冲击波控制模块（5）、冲击波发生器（6）和反馈调节模块（7），所述人机交互系统（1）分别与病历数据库（2）、处方数据库（3）、数据传输模块（4）相连接，所述冲击波控制模块（5）分别与数据传输模块（4）、冲击波发生器（6）、反馈调节模块（7）相连接；所述反馈调节模块（7）能够对冲击波治疗区域的肌肉组织张力进行检测，冲击波控制模块（5）能够根据反馈调节模块（7）对肌肉组织张力的检测值调节冲击波发生器（6）所需的气源的释放强度和释放频率并向冲击波发生器（6）提供气源。

2.根据权利要求1所述的反馈式冲击波治疗仪控制系统，其特征是：所述反馈调节模块（7）包括肌肉张力测量模块（16）、脉冲发生器（17）、信号采集处理模块（15）、A/D转换模块（14）和数据预处理模块（13），所述肌肉张力测量模块（16）分别与信号采集处理模块（15）和脉冲发生器（17）连接，所述信号采集处理模块（15）与A/D转换模块（14）相连接，所述A/D转换模块（14）与数据预处理模块（13）相连接；所述脉冲发生器（17）、数据预处理模块（13）分别与所述冲击波控制模块（5）连接。

3.根据权利要求1所述的反馈式冲击波治疗仪控制系统，其特征是：所述冲击波控制模块（5）包括微控制器（8）、气压检测控制模块（9）、空气压缩机（10）、电磁气阀（11）和电磁气阀控制器（12），所述微控制器（8）与气压检测控制模块（9）相连，所述气压监测控制模块（9）与空气压缩机（10）相连，所述空气压缩机（10）与电磁气阀（11）相连，所述电磁气阀（11）与电磁气阀控制器（12）相连，所述电磁气阀控制器（12）与微控制器（8）相连，所述微控制器（8）与反馈调节模块（7）相连，所述空气压缩机（10）与冲击波发生器（6）相连。

4.根据权利要求书2所述的反馈式冲击波治疗仪控制系统，其特征是：所述冲击波控制模块（5）包括微控制器（8）、气压检测控制模块（9）、空气压缩机（10）、电磁气阀（11）和电磁气阀控制器（12），所述微控制器（8）与气压检测控制模块（9）相连，所述气压监测控制模块（9）与空气压缩机（10）相连，所述空气压缩机（10）与电磁气阀（11）相连，所述电磁气阀（11）与电磁气阀控制器（12）相连，所述电磁气阀控制器（12）与微控制器（8）相连，微控制器（8）分别与脉冲发生器（17）、数据预处理模块（13）相连接，所述空气压缩机（10）与冲击波发生器（6）相连。

5.根据权利要求2或4所述的反馈式冲击波治疗仪控制系统，其特征是：所述肌肉张力测量模块（16）包括筒状外壳（25）、电磁线圈（18）、磁性金属杆（19）、位移传感器（21）、压力传感器（22）和触力传感器（20）；所述外壳（25）的内壁朝径向设有第一隔板（26）和第二隔板（27），所述外壳（25）的内壁沿轴向设有导轨（24），所述电磁线圈（18）套在磁性金属杆（19）外，磁性金属杆（19）安装于所述导轨（24）上，所述压力传感器（22）的一个作用面与电磁线圈（18）的前端端面固定连接并相互接触，所述压力传感器（22）的另一个作用面与第一隔板（26）固定在一起并相互接触，所述位移传感器（21）与磁性金属杆（19）的前端端面通过拉杆（23）固定连接，所述触力传感器（20）的一个作用面与磁性金属杆（19）的前端端面接触，触力传感器的另一个作用面与第二隔板（27）固定在一起并相互接触，所述电磁线圈（18）与脉冲发生器（17）相连接，所述位移传感器（21）、压力传感器（22）和触力传感器（20）分别与信号采集处理模块（15）相连接。