CN107080894A - 一种便捷式多通道穴位刺激系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便捷式多通道穴位刺激系统，电源管理电路将输入的电源进行升压、降压管理，给系统提供正常工作所需要的电压；移动终端接口实现与移动终端的连接，接收移动终端的控制参数，传递系统的状态信息至移动终端；升压电路提供双向通道开关阵列所需要的高压电源；双向通道开关阵列用于控制多通道刺激信号的通断、极性；电流控制阵列控制多通道刺激信号的电流大小；控制器用于接收移动终端发送的控制参数，根据控制参数产生相应的逻辑信号，控制双向通道开关阵列和电流控制阵列产生所需要的穴位刺激信号；电极接口阵列将所需要的穴位刺激信号作用于人体的各个穴位。本发明可通过穴位合理配伍，实现多穴位协同刺激效果，提高临床疗效。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种便捷式多通道穴位刺激系统。
背景技术
目前在中国，针灸已有2500多年的历史，传统的针灸方法,是用一根极细的不锈钢针插入指定穴位,通过手法处理完成的，操作较难和具有一定的损伤周边血管和器官的可能性，难以被常规使用。经皮穴位电刺激(TEA)融合了传统针灸治疗和经皮神经电刺激(TENS)技术，通过在针灸穴位放置皮肤表面电极，将特定脉冲电流输入人体以治疗疾病，其适应症广，对病人起效快，远期疗效稳定，没有皮肤损伤，避免感染和传染病传播的影响。目前已经有单个穴位刺激单功能的电刺激仪，不涉及插针，不刺入皮肤，可随身携带，方便患者自我管理，不影响其日常活动和工作，但仅局限于单穴位刺激，手段单一，不能实现穴位配伍。穴位配伍是指两个或两个以上的穴位配合应用，历代医家在临床治疗时都非常重视穴位配伍的应用，穴位合理配伍有利于提高临床疗效，不同的穴位配伍、特定的刺激方法可以实现最优化的组合，起到更好的治疗效果。穴位配伍充分体现了中医辨证论治、辩经论治的思想，按照穴位的功效及其主治规律进行配伍，充分发挥经穴特异性，如俞募相配、募合共伍、俞合配伍、交会穴配伍等。
目前单一穴位的经皮电刺激仪，一次不仅只能刺激单一穴位，并且功能单一，刺激单个穴位往往不能取得满意疗效，完成多个部位的电刺激治疗需要多台电刺激仪配合，使用不方便，为满足穴位配伍，需要购置多台电刺激仪，成本高，并且参数调整和记录不方便。
发明内容
有鉴于此，本发明主要针对目前单一穴位刺激产品，提出了一种便捷式多通道穴位刺激系统，可采用移动终端进行操作，通过多穴位协同刺激、移动终端的便捷操作，并记录刺激参数、时长，以达到更好的效果，更便于跟踪使用者的使用过程。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种便捷式多通道穴位刺激系统，包括电源管理电路，所述电源管理电路分别与移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列连接，所述控制器还分别与移动终端接口、电流控制阵列、双向通道开关阵列连接，所述双向通道开关阵列还与电极接口阵列连接；
所述电源管理电路用于将输入的电源进行升压、降压管理，给移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列提供正常工作所需要的电压；
所述移动终端接口用于实现与移动终端的连接，接收移动终端的控制参数，传递系统的状态信息至移动终端；
所述升压电路用于提供双向通道开关阵列所需要的高压电源；
所述双向通道开关阵列用于控制多通道刺激信号的通断、极性；
所述电流控制阵列用于控制多通道刺激信号的电流大小；
所述控制器用于接收移动终端发送的控制参数，根据控制参数产生相应的逻辑信号，控制双向通道开关阵列和电流控制阵列产生所需要的穴位刺激信号；
所述电极接口阵列用于将所需要的穴位刺激信号作用于人体的各个穴位。
进一步地，所述控制器对双向通道开关阵列和电流控制阵列的控制为由通道选择、极性选择、电流控制、脉宽控制、时间控制所形成的组合控制。
进一步地，双向通道开关阵列和电流控制阵列包括至少一个通道及电流控制电路，所述通道及电流控制电路包括第一电阻，第一电阻的一端与控制器连接，第一电阻的另一端与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第二电阻与第二三极管的集电极、第五三极管的集电极连接，第二三极管的集电极、第五三极管的集电极都与高压电路连接，第二三极管的集电极、第五三极管的集电极还通过第三电阻与第七三极管的集电极连接，第七三极管的发射极接地，第七三极管的基极通过第四电阻与控制器连接，第二三极管的发射极与第四三极管的发射极连接，第五三极管的发射极与第六三极管的发射极连接，第二三极管的基极、第四三极管的基极都与第一三极管的集电极连接，第五三极管的基极、第六三极管的基极都与第七三极管的集电极连接，第四三极管的集电极、第六三极管的集电极都与第三三极管的集电极连接，第三三极管的发射极通过第七电阻接地，第三三极管的基极通过第六电阻与运算放大器的输出端连接，运算放大器的正输入端通过第五电阻与控制器、电源管理电路连接，运算放大器的正输入端还通过第一电容接地，运算放大器的负输入端通过第七电阻接地，第二三极管的发射极、第四三极管的发射极都与电极接口阵列连接，第五三极管的发射极、第六三极管的发射极都与电极接口阵列连接。
进一步地，所述电源管理电路提供5V的电源给升压电路。
进一步地，所述移动终端接口采用CC2541蓝牙模块，蓝牙模块通过串口实现与控制器的连接，蓝牙模块的发射管脚TXD连接控制器的接收管脚RXD，蓝牙模块的接收管脚RXD连接控制器的发射管脚TXD。
进一步地，所述移动终端为智能手机或平板电脑。
进一步地，所述控制器为FPGA。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明可根据实际需要进行多穴位协同刺激，实现体表多个穴位同步刺激，充分发挥穴位配伍的应用；可通过智能手机等移动设备对各穴位刺激信号进行独立设置和控制，充分发挥经穴特异性；并且可通过电流、通道的同步、异步等组合控制，实现逼真模拟针灸、锤击、按摩、火罐、刮痧等不同的刺激效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明便捷式多通道穴位刺激系统的结构示意图；
图2是本发明电源管理电路的原理图；
图3是本发明移动终端接口的原理图；
图4是本发明高压电路的原理图；
图5是本发明通道及电流控制电路的原理图；
图6是本发明FPGA的功能框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种便捷式多通道穴位刺激系统，包括电源管理电路，所述电源管理电路分别与移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列连接，所述控制器还分别与移动终端接口、电流控制阵列、双向通道开关阵列连接，所述双向通道开关阵列还与电极接口阵列连接；
所述电源管理电路用于将输入的电源进行升压、降压管理，给移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列提供正常工作所需要的电压；
所述移动终端接口用于实现与移动终端的连接，接收移动终端的控制参数，传递系统的状态信息至移动终端；移动终端为智能手机或平板电脑；
所述升压电路用于提供双向通道开关阵列所需要的高压电源；
所述双向通道开关阵列用于控制多通道刺激信号的通断、极性；
所述电流控制阵列用于控制多通道刺激信号的电流大小；
所述控制器用于接收移动终端发送的控制参数，根据控制参数产生相应的逻辑信号，控制双向通道开关阵列和电流控制阵列产生所需要的穴位刺激信号；控制器为FPGA；
所述电极接口阵列用于将所需要的穴位刺激信号作用于人体的各个穴位。
电源管理电路，主要是将输入的电池或者USB等电源进行升压、降压等管理，给系统的FPGA、移动终端接口等各个子模块提供正常工作所需要的电压；移动终端接口，主要的功能是实现与智能手机或平板电脑等移动终端设备的连接，接收、传递系统的相关控制参数和状态信息；升压电路，提供刺激所需要的高压电源；双向通道开关阵列主要是实现多通道刺激信号的低压到高压转换，通断、极性等控制；电流控制阵列实现多通道刺激信号的电流大小控制；FPGA是本发明系统的控制核心，主要完成的功能有：接收移动终端发送的控制参数，根据控制参数产生相应的逻辑信号，控制开关阵列和电流控制阵列产生所需要的穴位刺激信号。
如图2所示，本发明电源管理电路主要完成两个任务，一个是将输入的电压升压稳定在5V，另外一个任务是需要稳住FPGA、移动终端接口及电流控制阵列等其他部分所需要的工作电压。本发明采用REP400K001A作升压管理，将锂电池、移动电源、USB等输入电压升压稳定在5V，再利用ASM1117系列LDO稳压芯片，稳住系统部分所需的3.3V，2.5V及1.2V低压电源。
如图3所示，本发明系统是基于智能手机等移动终端设备进行参数设置和控制的，系统与移动终端设备之间通过蓝牙进行连接，本发明采用CC2541蓝牙模块，蓝牙模块通过串口实现与控制器的连接，蓝牙模块的发射管脚TXD连接控制器的接收管脚RXD，蓝牙模块的接收管脚RXD连接控制器的发射管脚TXD。
如图4所示，刺激信号的电压高达100V，本发明系统中采用集成升压IC实现低压电源到高压电源的转换，基于集成升压IC U6，搭建L2+Q8A+D2+C4 Boost结构，通过调节R11和R12的比率关系，以获得所需要的高压电源。
如图5所示，本发明系统中，采用H桥方式实现通道的开关控制和极性控制，电流控制采用压控流源模式，双向通道开关阵列和电流控制阵列包括至少一个通道及电流控制电路，为解释方便，下面以其中一个通道及电流控制电路做说明。
所述通道及电流控制电路包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端与控制器连接，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极通过第二电阻R2与第二三极管Q2的集电极、第五三极管Q5的集电极连接，第二三极管Q2的集电极、第五三极管Q5的集电极都与高压电路连接，第二三极管Q2的集电极、第五三极管Q5的集电极还通过第三电阻R3与第七三极管Q7的集电极连接，第七三极管Q7的发射极接地，第七三极管Q7的基极通过第四电阻R4与控制器连接，第二三极管Q2的发射极与第四三极管Q4的发射极连接，第五三极管Q5的发射极与第六三极管Q6的发射极连接，第二三极管Q2的基极、第四三极管Q4的基极都与第一三极管Q1的集电极连接，第五三极管Q5的基极、第六三极管Q6的基极都与第七三极管Q7的集电极连接，第四三极管Q4的集电极、第六三极管Q6的集电极都与第三三极管Q3的集电极连接，第三三极管Q3的发射极通过第七电阻R7接地，第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的正输入端通过第五电阻R5与控制器、电源管理电路连接，运算放大器U1的正输入端还通过第一电容C1接地，运算放大器U1的负输入端通过第七电阻R7接地，第二三极管Q2的发射极、第四三极管Q4的发射极都与电极接口阵列连接，第五三极管Q5的发射极、第六三极管Q6的发射极都与电极接口阵列连接。
通道控制原理
电路中，Q2、Q4和Q5、Q6组合分别形成H电桥的两臂，通过控制Q1和Q7的通断，即可实现高电压信号的输出和极性。具体工作过程如下：Q3是总开关，Q3如果没有导通，Q1+和Q1-电压相等，没有高电压输出，高压信号的输出是建立在Q3导通的前提下。在Q3已经导通的基础上：当PWM1+为高电平，PWM1-为低电平时，Q1截止，Q2导通，Q4截止，Q7导通，Q5截止，Q6导通，O1+为高电压，O1-为低电压；当PWM1+为低电平，PWM1-为高电平时，Q1导通，Q2截止，Q4导通，Q7截止，Q5导通，Q6截止，O1+为低电压，O1-为高电压；当PWM1+和PWM1-等电位时，O1+和O1-是等电位，没有高电压输出。因此，通过控制PWM1+和PWM1-信号，可以控制高电压Uo1的输出和极性。
电流控制原理
电路中，U1，R6，Q3，R7组成同相放大电路，当U1正输入端有电压V输入时，U1输出放大电压使得Q3导通，根据运放的虚短原则，R7两端的电压与U1正端输入的电源V相等，因此流过R7的电流I＝V/R7，即高压信号Uo1的电流。改变输入电压V，即可改变电流I，这就是本发明的实现高压信号电流调整的基本原理。
在本发明中，输入电压的产生通过PWM信号来调整，PWM信号经过RC整形可以转换为直流电压信号，电压的大小与占空比成正比。即：
V＝Vmax×D/T (1)
其中Vmax为PWM信号的高电平电压，D是PWM信号的高电平脉宽，T是PWM信号的周期。
如图6所示，所述控制器对双向通道开关阵列和电流控制阵列的控制为由通道选择、极性选择、电流控制、脉宽控制、时间控制所形成的组合控制。
本发明采用EP4CE6E22C8N作为控制核心，完成蓝牙模块的通信，PWM、脉宽信号的生产以及组合逻辑的控制等。本发明基于FPGA需要设计的逻辑功能模块主要有：UART接口、协议封装与解析、控制组合逻辑、PWM信号发生器，脉宽信号发生器。
本发明系统采用多通道对多穴位进行刺激，可以延伸出多种刺激模式，基于移动终端的应用程序可以容易实现不同模式的刺激，主要有：
1)、多通道同步同参数刺激：所有通道具有相应的刺激参数，同时开始，同时结束，脉宽、电流参数一致；
2)、多通道同步不同参数刺激：通道只有时间参数相同，其它参数不同，同时开始，同时结束，脉宽、电流参数不一致；
3)、多通道同参数异步+同步混合刺激：部分通道工作在同步状态，部分通道工作在异步状态；
4)、多通道同参数异步刺激：所有通道工作在异步状态；
5)、多通道同步同参数+不同参数混合刺激：部分通道参数一致，部分参数不一致，同时刺激；
6)、多通道同步+异步+同参数+不同参数混合刺激：各个通道以各自的参数在不同的时间段进行刺激。
本发明系统支持与移动终端设备进行连接，可以通过移动终端进行设置，控制系统参数；
本发明系统支持5路穴位刺激信号的输出；
本发明各路刺激信号的脉宽、时间、电流参数各自独立且可以独立设置；
本发明支持总电流限制，即输出刺激信号的电流总和可以设置限制，避免电流过大进入人体；
本发明多通道穴位刺激系统借助移动终端进行操作，以FPGA为控制核心，将多个微弱的脉冲电流传至人体多个穴位，通过电流、通道的同步、异步等组合控制，实现多穴位协同刺激效果，提高临床疗效。
本发明可根据实际需要进行多穴位协同刺激，实现体表多个穴位同步刺激，充分发挥穴位配伍的应用；可通过智能手机等移动设备对各穴位刺激信号进行独立设置和控制，充分发挥经穴特异性；并且可通过电流、通道的同步、异步等组合控制，实现逼真模拟针灸、锤击、按摩、火罐、刮痧等不同的刺激效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，包括电源管理电路，所述电源管理电路分别与移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列连接，所述控制器还分别与移动终端接口、电流控制阵列、双向通道开关阵列连接，所述双向通道开关阵列还与电极接口阵列连接；
所述电源管理电路用于将输入的电源进行升压、降压管理，给移动终端接口、升压电路、控制器、电流控制阵列提供正常工作所需要的电压；
所述移动终端接口用于实现与移动终端的连接，接收移动终端的控制参数，传递系统的状态信息至移动终端；
所述升压电路用于提供双向通道开关阵列所需要的高压电源；
所述双向通道开关阵列用于控制多通道刺激信号的通断、极性；
所述电流控制阵列用于控制多通道刺激信号的电流大小；
所述控制器用于接收移动终端发送的控制参数，根据控制参数产生相应的逻辑信号，控制双向通道开关阵列和电流控制阵列产生所需要的穴位刺激信号；
所述电极接口阵列用于将所需要的穴位刺激信号作用于人体的各个穴位。
2.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，所述控制器对双向通道开关阵列和电流控制阵列的控制为由通道选择、极性选择、电流控制、脉宽控制、时间控制所形成的组合控制。
3.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，双向通道开关阵列和电流控制阵列包括至少一个通道及电流控制电路，所述通道及电流控制电路包括第一电阻，第一电阻的一端与控制器连接，第一电阻的另一端与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第二电阻与第二三极管的集电极、第五三极管的集电极连接，第二三极管的集电极、第五三极管的集电极都与高压电路连接，第二三极管的集电极、第五三极管的集电极还通过第三电阻与第七三极管的集电极连接，第七三极管的发射极接地，第七三极管的基极通过第四电阻与控制器连接，第二三极管的发射极与第四三极管的发射极连接，第五三极管的发射极与第六三极管的发射极连接，第二三极管的基极、第四三极管的基极都与第一三极管的集电极连接，第五三极管的基极、第六三极管的基极都与第七三极管的集电极连接，第四三极管的集电极、第六三极管的集电极都与第三三极管的集电极连接，第三三极管的发射极通过第七电阻接地，第三三极管的基极通过第六电阻与运算放大器的输出端连接，运算放大器的正输入端通过第五电阻与控制器、电源管理电路连接，运算放大器的正输入端还通过第一电容接地，运算放大器的负输入端通过第七电阻接地，第二三极管的发射极、第四三极管的发射极都与电极接口阵列连接，第五三极管的发射极、第六三极管的发射极都与电极接口阵列连接。
4.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，所述电源管理电路提供5V的电源给升压电路。
5.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，所述移动终端接口采用CC2541蓝牙模块，蓝牙模块通过串口实现与控制器的连接，蓝牙模块的发射管脚TXD连接控制器的接收管脚RXD，蓝牙模块的接收管脚RXD连接控制器的发射管脚TXD。
6.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，所述移动终端为智能手机或平板电脑。
7.根据权利要求1所述的便捷式多通道穴位刺激系统，其特征在于，所述控制器为FPGA。
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