CN106955104A - 电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法，属于医疗设备领域，包括放大器A1，放大器A1的反向输入端经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连，放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压。通过在恒流源电路的电流取样电阻上取电压，经过高输入阻抗的放大电路进行放大得到电流检测电压，利用所得到的电流检测电压，与电流设置电压、电流取样电阻、恒流源电路的电源电压进行判断和计算，可以得到人体负载阻抗的值。相对于现有技术无法实时检测人体负载阻抗值的方法，能够根据人体负载阻抗值的大小将输出电流进行调整，提高了安全性。

Description

电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法

技术领域

本发明属于医疗设备领域，特别涉及电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法。

背景技术

电刺激治疗设备适用于各类疼痛、脑和肢体损伤引起的肢体瘫痪、吞咽障碍、构音障碍和大小便失禁等的治疗。

作为电刺激治疗设备的负载，人体皮肤和组织的阻抗(包括接触阻抗)在很大范围内变化，有可能在几百欧姆到无穷大之间。为了保证针对不同的人体负载阻抗有固定可控的电流输出，现有的专业电刺激治疗设备多是恒流输出型。

实际使用中经常出现电极片与患者皮肤脱落造成电路开路，因为电刺激治疗设备是恒流输出，所以在两个电极片之间会就会出现高电压。在这种情况下再次粘贴电极片和皮肤时，该高电压会对人体造成非预期的瞬间大电流，刺痛皮肤。

实际使用中还经常出现电极片与皮肤接触不良造成阻抗过大，在两个电极片之间会就会出现较高电压。在这种情况下再次压紧电极片和皮肤时，该较高电压会对人体造成非预期的瞬间较大电流，如果频繁出现就会灼伤皮肤。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了用于通过检测输出电流的方式对负载大小进行实时监测，从而对输出电流的大小进行控制的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法。

为了达到上述技术目的，本发明提供了电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备，所述检测设备，包括放大器A1，放大器A1的正向输入端用于接收电流设置电压V_set，放大器A1的反向输入端与放大器A2的正向输入端连接，放大器A1的反向输入端还经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连；

放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压V_test。

可选的，NMOS管N1的漏极经人体负载阻抗电阻R_L与供电端VCC连接。

可选的，在NMOS管N1的漏极经变压器T与供电端VCC连接。

可选的，变压器T的初级线圈连接在供电端VCC与NMOS管N1的漏极之间，电阻R_L连接在变压器T的次级线圈上。

本发明实施例还提供了电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，所述检测方法，包括：

当人体负载阻抗电阻R_L小于电阻阈值时，NMOS管N1处于恒流控制区；

当人体负载阻抗电阻R_L等于电阻阈值时，NMOS管N1刚刚进入饱和工作区；

当人体负载阻抗电阻R_L大于电阻阈值时，NMOS管N1处于过饱和工作区。

可选的，当NMOS管N1刚刚进入饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

可选的，根据公式(1)和公式(2)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

可选的，如果存在变压器T，人体负载阻抗电阻R_L连接在变压器T的次级线圈；则

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。

可选的，根据公式(3)和公式(4)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在恒流源电路的电流取样电阻上取电压，经过高输入阻抗的放大电路进行放大得到电流检测电压，利用所得到的电流检测电压，与电流设置电压、电流取样电阻、恒流源电路的电源电压进行判断和计算，可以得到人体负载阻抗的值。相对于现有技术中的无法实时检测人体负载阻抗值的方法，能够根据人体负载阻抗值的大小将输出电流进行调整，提高了使用安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备的电路示意图；

图2是本发明提供的带有变压器的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

刺激治疗设备的具有恒流源电路，它将电源电压转换为恒定电流；它接受电流设置电压的控制，输出预期的电流到人体负载阻抗上。这样实现了电流设置。恒流源电路本身具有一个电流取样电阻，流经它的电流与流经人体负载阻抗的电流是一样或者成比例的。不需另外的电流取样电阻，直接在恒流源电路的电流取样电阻上取电压，经过高输入阻抗的放大电路进行放大，得到电流检测电压。这样实现了电流检测。

在实施中，根据检测设备中有无变压器T，该用于电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备分为两种结构。

具体的，不包含变压器T的检测设备如图1所示，包括放大器A1，放大器A1的正向输入端用于接收电流设置电压I_set，放大器A1的反向输入端与放大器A2的正向输入端连接，放大器A1的反向输入端还经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连；放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压I_test。NMOS管N1的漏极经人体负载阻抗电阻R_L与供电端VCC连接。

电流设置电压I_set连接第一运算放大器A1的正端。第一运算放大器A1的负端连接NMOS管的源极。第一运算放大器A1的输出端连接NMOS管的基极。人体负载阻抗R_L连接在电源电压VCC和NMOS管的漏极之间。取样电阻R_S连接在NMOS管的源极和参考电平(地)之间。

NMOS管的源极连接第二运算放大器A2的正端。第二运算放大器A2的负端连接其自身的输出端。第二运算放大器A2的输出端连接电流检测电压I_test。第二运算放大器A2也可以连接成其他比例放大电路结构。

针对定型的电刺激治疗设备，设定一个误差范围δ，判断在该误差范围内δ，电流设置电压I_set是否等于电流监测电压I_test。如果相等，那么使用电流设置电压I_set，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：负载电阻小于某个特定的值；如果不相等，那么使用电流检测电压I_test，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：负载电阻等于某个特定的值。

当人体负载阻抗R_L较小，NMOS管处于恒流工作区。来自控制部件(比如MCU)的电流设置电压I_set决定了人体负载阻抗R_L的电流I_L，这样实现了电流设置。

输出到控制部件(比如MCU)的电流检测电压I_test代表了人体负载阻抗R_L的电流I_L，这样实现了电流检测。

可选的，当人体负载阻抗电阻R_L小于电阻阈值时，NMOS管N1处于恒流控制区；

当人体负载阻抗电阻R_L等于电阻阈值时，NMOS管N1刚刚进入饱和工作区；

当人体负载阻抗电阻R_L大于电阻阈值时，NMOS管N1处于过饱和工作区。

当NMOS管N1刚刚进入饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

针对定型的电刺激治疗设备，考虑到电源内阻和NMOS管导通阻抗，应对以上的公式进行修正。

根据公式(1)和公式(2)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

具体的，针对定型的电刺激治疗设备，考虑到电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，应对以上的公式进行修正。这里使用实测法，获得“人体负载阻抗-电流”曲线数据表，或者对以上的公式(1)和公式(2)进行曲线拟合获得拟合公式。

在获取拟合公式后，需要设定一个误差范围δ，判断在该误差范围内δ电流设置电压I_set是否等于电流监测电压I_test。

使用电流设置电压Iset，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

那么使用电流检测电压I_test，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：

除了使用曲线拟合公式外，还可以使用实测法，获得“人体负载阻抗-电流”曲线数据表，进而实用得到的曲线数据表代替曲线拟合公式，进而根据上述两个阻抗计算公式对人体负载阻抗进行计算。

实施例二

根据检测设备中有无变压器T，该用于电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备分为两种结构。

具体的，包含变压器T的检测设备如图2所示，

包括放大器A1，放大器A1的正向输入端用于接收电流设置电压V_set，放大器A1的反向输入端与放大器A2的正向输入端连接，放大器A1的反向输入端还经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连；放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压V_test。NMOS管N1的漏极经变压器T与供电端VCC连接。变压器T的初级线圈连接在供电端VCC与NMOS管N1的漏极之间，人体负载阻抗电阻R_L连接在变压器T的次级线圈上。

电流设置电压V_set连接第一运算放大器A1的正端。第一运算放大器A1的负端连接NMOS管的源极。第一运算放大器A1的输出端连接NMOS管的基极。人体负载阻抗R_L连接在电源电压VCC供电端和NMOS管N1的漏极之间。取样电阻R_S连接在NMOS管的源极和参考电平(地)之间。

NMOS管的源极连接第二运算放大器A2的正端。第二运算放大器A2的负端连接其自身的输出端。第二运算放大器A2的输出端连接电流检测电压V_test。第二运算放大器A2也可以连接成其他比例放大电路结构。

针对定型的电刺激治疗设备，使用实测法，获得“人体负载阻抗-电流”曲线数据表或者拟合公式。设定一个误差范围δ，判断在该误差范围内δ，电流设置电压V_set是否等于电流监测电压V_test。如果相等，那么使用电流设置电压V_set，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：负载电阻小于某个特定的值；如果不相等，那么使用电流检测电压V_test，对“人体负载阻抗-电流”曲线数据表进行查表或分段查表，或者使用拟合公式计算，得到：负载电阻等于某个特定的值。

当人体负载阻抗R_L较小，NMOS管处于恒流工作区。来自控制部件(比如MCU)的电流设置电压V_set决定了人体负载阻抗R_L的电流I_L，这样实现了电流设置。

输出到控制部件(比如MCU)的电流检测电压V_test代表了人体负载阻抗R_L的电流I_L，这样实现了电流检测。

当人体负载阻抗电阻R_L小于电阻阈值时，NMOS管N1处于恒流控制区；

当人体负载阻抗电阻R_L等于电阻阈值时，NMOS管N1刚刚进入饱和工作区；

当人体负载阻抗电阻R_L大于电阻阈值时，NMOS管N1处于过饱和工作区。

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。

根据公式(3)和公式(4)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。

本发明实施例提供了用于电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备及方法，包括放大器A1，放大器A1的反向输入端经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连，放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压。通过在恒流源电路的电流取样电阻上取电压，经过高输入阻抗的放大电路进行放大得到电流检测电压，利用所得到的电流检测电压，与电流设置电压、电流取样电阻、恒流源电路的电源电压进行判断和计算，可以得到人体负载阻抗的值。相对于现有技术中的无法实时检测人体负载阻抗值的方法，能够根据人体负载阻抗值的大小将输出电流进行调整，提高了使用安全性。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，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.电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备，其特征在于，所述检测设备，包括放大器A1，放大器A1的正向输入端用于接收电流设置电压V_set，放大器A1的反向输入端与放大器A2的正向输入端连接，放大器A1的反向输入端还经取样电阻Rs接地，放大器A1的输出端与NMOS管N1的基级相连；

放大器A2的正向输入端与NMOS管N1的源级相连，放大器A2的反向输入端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的输出端输出电流检测电压V_test。

2.根据权利要求1所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备，其特征在于，NMOS管N1的漏极经人体负载阻抗电阻R_L与供电端VCC连接。

3.根据权利要求1所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备，其特征在于，在NMOS管N1的漏极经变压器T与供电端VCC连接。

4.根据权利要求3所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测设备，其特征在于，变压器T的初级线圈连接在供电端VCC与NMOS管N1的漏极之间，电阻R_L连接在变压器T的次级线圈上。

5.电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，其特征在于，所述检测方法，包括：

当人体负载阻抗电阻R_L小于电阻阈值时，NMOS管N1处于恒流控制区；

当人体负载阻抗电阻R_L等于电阻阈值时，NMOS管N1刚刚进入饱和工作区；

当人体负载阻抗电阻R_L大于电阻阈值时，NMOS管N1处于过饱和工作区。

6.根据权利要求5所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，其特征在于：

当NMOS管N1刚刚进入饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

$R_L=R_S(\frac{VCC}{V_{set}}-1)---\left(1\right);$

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

$R_L=R_S(\frac{VCC}{V_{test}}-1)---\left(2\right);$

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

7.根据权利要求6所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，其特征在于：

根据公式(1)和公式(2)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

$R_L=R_S(\frac{VCC}{V_{\mathrm{set}}}-1);$

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

$R_L=R_S(\frac{VCC}{V_{test}}-1);$

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压。

8.根据权利要求5所述的电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，其特征在于：如果存在变压器T，人体负载阻抗电阻R_L连接在变压器T的次级线圈；则

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

$R_L=k^2{R}_S(\frac{VCC}{V_{set}}-1)---\left(3\right);$

当NMOS管N1处于饱和工作区时，忽略电源内阻和NMOS管N1导通阻抗，此时人体负载阻抗电阻R_L为：

$R_L=k^2{R}_S(\frac{VCC}{V_{test}}-1)---\left(4\right);$

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。

9.根据权利要求6所述的用电刺激治疗设备的人体负载阻抗检测方法，其特征在于：

根据公式(3)和公式(4)进行曲线拟合运算；

获取电流设置电压V_set与电流监测电压V_test的差值，设定误差范围δ；

如果差值的绝对值小于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

$R_L<k^2{R}_S(\frac{VCC}{V_{set}}-1);$

如果差值的绝对值大于或等于δ，则根据曲线拟合运算结果，得到

$R_L=k^2{R}_S(\frac{VCC}{V_{test}}-1);$

其中，VCC为供电端VCC的输出电压，R_S为取样电阻的阻值，V_test为放大器A2的输出端输出电流检测电压，V_set为电流设置电压，变压器的初级线圈匝数和次级线圈匝数之比为1：k。