CN107233664A - 一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统 - Google Patents

一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统 Download PDF

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Abstract

一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，主要包括电针脉冲合成放大模块、电针输出装置、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块、同步模块、数据处理模块以及工作状态显示模块。本发明直接对电针输出装置形成的人体电阻回路进行采样，在不增加额外的穴位体表皮肤检测电极、不改变针灸师现有操作的前提下，能够直接获取电针治疗过程中患者所受电针刺激的准确数据。由此，可有效避免经皮肤表面检测带来的干扰，提高电针刺激数据的测控准确性，明确治疗剂量，并实时获知具体的治疗状态。同时，本发明还能够由测得的数据变化规律，确定皮下有效穴位空间的分布范围，进一步提高针刺定位、电针治疗的精确度，为临床研究提供数据依据。

Description

一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种能够基于针刺穴位阻抗信号变化实现穴位精准定位的电针治疗系统。
背景技术
针刺疗法是针灸医师利用针灸针按照一定的动作节律对患者穴位进行机械刺激，从而引起患者“得气”以增强机体自我调整能力的一种治疗方法。临床针刺的操作规范以及经验文献中都要求控制进针的位置、角度以及深度，从中可以反映出不同穴位的针刺刺激敏感深度是有差别的，也就是说穴位或者说穴位刺激敏感区是一种空间分布，即相对于皮肤表面具有深浅的位置关系。
由于人体高矮胖瘦差异很大，采用绝对的国际单位标准值(如厘米、毫米)来描述腧穴的位置很难保持一致，为了适用于所有人群和个体，1987年世界卫生组织确定采用“寸”作为针灸经穴标准计量单位，采用等分折量的方法——骨度折量法描述腧穴的部位。临床操作中则按照GB/T 12346《腧穴名称与定位》规定的方法进行定位。而实际操作中，医务人员主要还是靠经验目测定位，显然，这种方式随意性较大，很难保证电针治疗效果。
临床研究发现皮肤表面穴位分布位置的导电性较其它区域更好，即电阻更低。因而，目前，为提高针刺穴位的定位准确性，通常采用各种电测量仪进行辅助。通过在穴位的大概位置附近布置体表皮肤检测电极，向穴位所在皮肤施加一定幅度的直流或者交流信号，根据通过检测回路电流大小来测量待定穴位与某个基准点之间的电阻，如果发现在某个位置测到电阻明显偏小(或者被测者刺激感明显变强)，就认为这个点就是想要定位的穴位。
然而，这种检测方式明显存在以下几点不足：首先，被测者个体差异明显，甚至，同一被测者的不同测试部位、不同状态都存在极大的差异。尤其，干燥的皮肤实际上不太导电，很难保持一种相对稳定的测量环境。若以被测者的刺激感来评判，则仍然无法避免主观性的问题。其次，即使穴位表面位置定位准确，实际针刺还需要达到适当的穴位深度才能够实施有效刺激。因而，实际上，目前的测量方式仍然无法完全解决穴位定位的问题。这也是现阶段各种体表经穴检测仪器不能像心电图机那样被接受的原因之一。
因此，目前急需一种能够精确确定穴位位置与深度的电针治疗系统。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统。
系统包括电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)、工作状态显示模块(ISDU)、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)；所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端连接所述数据处理模块(DPU)的脉冲控制信号输出端，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端连接所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输入端，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块与所述电针输出装置交互连接，同时，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输出端连接所述模数转换模块(ADC)的信号输入端，所述模数转换模块(ADC)的同步控制端连接所述同步模块(SCTU)的输出端，所述模数转换模块(ADC)的输出端连接所述数据处理模块(DPU)的数据输入端，所述数据处理模块(DPU)的同步信号输出端连接所述同步模块(SCTU)的输入端，所述数据处理模块(DPU)的显示接口与所述工作状态显示模块(ISDU)连接；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于根据所述数据处理模块(DPU)产生的脉冲控制信号生成电针脉冲信号，输出；
所述电针输出装置包括至少一对通过电极夹与所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块连接的针灸针；所述针灸针的针尖部位导电；
所述工作状态显示模块(ISDU)用于根据所述数据处理模块(DPU)处理得到的显示信号进行电针治疗系统工作状态的显示；
所述输出脉冲电压采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置形成的电针脉冲输出回路的电压值；所述回路电流采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置所形成的电针脉冲输出回路的电流值；
所述模数转换模块(ADC)用于在电针脉冲时隙内将所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块采集到的电针脉冲输出回路的电压值或电流值模拟量转化为数字量输出至所述数据处理模块(DPU)；
所述同步模块(SCTU)用于根据所述数据处理模块(DPU)的同步信号对所述模数转换模块(ADC)进行同步控制；
所述数据处理模块(DPU)用于协调所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)、工作状态显示模块(ISDU)、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)工作，同时对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值进行处理。
进一步，上述电针治疗系统中还可包括键盘输入模块(KU)、声光提示模块(SLIU)、通讯模块(ICU)中的一种或多种。
具体的，上述电针治疗系统中，所述同步模块(SCTU)包括电针脉冲起点边沿感知器、定时器和模数转换触发信号接口；所述电针脉冲起点边沿感知器的输入端连接所述数据处理模块(DPU),作为所述同步模块(SCTU)的输入端；所述模数转换触发信号接口连接所述魔术转换模块(ADC)，作为所述同步模块(SCTU)的输出端；所述同步模块(SCTU)用于根据所述电针脉冲起点边沿感知器的控制，在所述电针脉冲的起始时刻，启动所述定时器开始计时，计时到所述电针脉冲幅度达到最大值时，通过所述模数转换触发信号接口向所述模数转换模块(ADC)输出使能信号。
同时，上述电针治疗系统中，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)包括电针脉冲起点边沿信号接口、电针脉冲终点边沿信号接口、MOS驱动管、隔离脉冲升压变压器、连续可变直流电源；所述电针脉冲起点边沿信号接口和所述电针脉冲终点边沿信号接口作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端，连接所述处理器；所述隔离脉冲升压变压器的次级作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端，连接所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于通过所述电针脉冲起点边沿信号接口、所述电针脉冲终点边沿信号接口接收处理器中定时器的两个输出信号，通过所述电针脉冲起点边沿信号确定电针脉冲出现的时刻，通过所述电针脉冲终点边沿信号确定所述电针脉冲的持续宽度，形成电针脉冲驱动信号；
所述隔离脉冲升压变压器连接所述连续可变直流电源，由所述连续可变直流电源向所述隔离脉冲升压变压器提供工作电源；
将所述电针脉冲驱动信号加载到所述MOS驱动管的栅极，通过所述MOS驱动管对所述隔离脉冲升压变压器的初级提供激励，通过所述隔离脉冲升压变压器的次级向所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块输出脉冲电压。
上述电针治疗系统中，所述数据处理模块(DPU)对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值处理的方法如下：
将采集到的电针脉冲输出回路的电压值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电压值比较，获得体感电压值Up；将采集到的电针脉冲输出回路的电流值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电流值比较，获得体感电流值Ip；根据所述同步信号获取电针脉冲宽度tw；按照公式R＝Up/Ip计算电针脉冲输出回路的等效电阻R；
按照公式E＝Ip 2Rtw或E＝twUp 2/R或E＝IpUptw计算脉冲能量E；
记录所述电针脉冲输出回路的等效电阻R与针刺深度、针刺时间的关系；
根据体感电流值Ip判断工作状态；在体感电流值Ip低于开路判断阈值时，判断电针脉冲输出回路异常。
更进一步，上述电针治疗系统中，还可包括存储单元，所述存储单元用于按照针刺时间顺序存储所述体感电流值Ip、体感电压值Up、电针脉冲宽度tw、电针脉冲输出回路的等效电阻R、脉冲能量E中、针刺深度中的一种或多种数据。
同时，为保证电针脉冲能够准确到达穴位，并保证采集的电流值、电压值的准确性，本发明中的电针针体外部包裹有光滑、质密的绝缘层，仅针尖部位漏出导体，导电。所用的电针夹还可设置指示装置、发热体和温度传感器，便于针对患者需求进行针对性的刺激。
其次，为实现上述目的，本发明还同时提出一种适用于上述电针治疗系统的输出脉冲电压采样模块，包括第一运算放大器U1C、第一偏置电阻R6、第二偏置电阻R7、第一分压电阻R8和第二分压电阻R9：
所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接电针输出回路；所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接所述第一运算放大器U1C的一个输入端；所述第一运算放大器U1C的一个输入端还与所述第一运算放大器U1C的输出端连接；
所述第一运算放大器U1C的另一输入端接地；
所述第一运算放大器U1C的输出端经第一分压电阻R8和第二分压电阻R9分压后接地，所述作为所述第一分压电阻R8和第二分压电阻R9的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输出端。
进一步，为实现采样与电针脉冲信号之间相隔离，上述输出脉冲电压采样模块中，还包括脉冲电压取样电阻R5和电压隔离检测传感器SV，所述电压隔离检测传感器SV的两个输出端与所述第二偏置电阻R7并联；所述电压隔离检测传感器SV的两个输入端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端；所述电压隔离检测传感器SV的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一级，所述电压隔离检测传感器SV的另一个输入端经脉冲电压取样电阻R5连接所述电针输出回路。
与上述输出脉冲电压采样模块类似，本发明同时还提出一种适用于上述电针治疗系统的回路电流采样模块，包括第二运算放大器U1B、第三偏置电阻R1、第四偏置电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4：
所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2的连接端作为所述回路电流采样模块的输入端连接电针输出回路；所述回路电流采样模块的输入端连接所述第二运算放大器U1B的一个输入端；所述第二运算放大器U1B的一个输入端还与所述第二运算放大器U1B的输出端连接；
所述第二运算放大器U1B的另一输入端接地；
所述第二运算放大器U1B的输出端经第三分压电阻R3和第四分压电阻R4分压后接地，所述第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的连接端作为所述回路电流采样模块的输出端。
进一步的，上述回路电流采样模块还包括电流隔离检测传感器SC，所述电流隔离检测传感器的两个输入端作为所述回路电流采样模块的输入端，所述电流隔离检测传感器SC的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一极，所述电流隔离检测传感器SC的另一输入端连接所述电针输出回路；所述电流隔离检测传感器SC的两个输出端与所述第四偏置电阻R2并联。
有益效果
本发明由输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块直接对电针输出装置形成的人体电阻回路进行采样，在不额外增加针灸师操作的前提下，能够直接获取电针治疗过程中患者所受电针刺激的准确数据。
由于直接通过电针获取采样信号，本发明可有效避免传统贴片采样过程中因皮肤组织的差异而带来的干扰，提高电针刺激数据的准确性。而且，这样的采样方式无需增加医疗人员的操作步骤，更加高效便捷。
本发明所提供的治疗系统，由于其能够(通过同步控制)在电针脉冲时隙内精确获知施加于患者的体感电流值Ip、体感电压值Up，由此获得施加于患者的实际脉冲能量。因此本系统实际治疗剂量准确、可控。
本发明还能够根据采集到的电流情况，实时获知具体的治疗状态。在电针脉冲输出回路断开，电流值异常增大时进行报警，以此保障治疗的有效性。
进一步，通过增设存储单元，本发明还能够由测得的体感电流值Ip或患者的等效电阻R数据的变化规律，配合回溯脉冲时隙和电针针头所处位置，确定有效穴位空间的分布范围。本发明能够有效避免传统电针治疗中，由于依赖患者主观感受控制刺激强度而造成的过度刺激或治疗不足。本发明能够在不增加额外治疗操作的同时，进一步提高电针治疗的精确度，为临床研究提供数据依据。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统框图；
图2为根据本发明实施例中输出脉冲电压采样模块及回路电流采样模块的电路图；
图3为本发明实施例中针刺位置与采样信号对应关系示意图；
图4为本发明实施例中电针脉冲输出信号示意图；
图5为现有电针仪输出回路原理示意图；
图6为输出回路等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图5为现有电针仪的输出回路原理示意图。通常现有电针仪均默认患者人体阻抗为250Ω的标准等效电阻，由此通过调节电位器旋钮、档位等方式调节刺激强度。
参照图6所示的等效电路。其中：
U：电针仪输出插座开路时的脉冲电压。
Ri：电针仪输出回路的内阻。
RL：电针仪输出回路的负载(测试时为电阻，临床使用时为患者组织)。
UL：负载实际得到的脉冲电压。
IL：实际通过负载的脉冲电流。
可以得到：
很明显，负载RL上面得到的UL与U、Ri、RL都有关，尽管U和Ri可以做到已知，但是实际使用时RL是未知的(因为患者差异)，故UL也是未知(刺激量的物理参数)，必须通过别的方式来得到UL或者IL。实验室条件下可以借助另外的仪器设备来实现，临床治疗时却不可能这样做。一是使用特别麻烦，二是别的仪器设备不属于医疗器械，法规也不允许接入患者。
现实情况是，高级一点的电针仪在负载RL为标准值情况下，能够保证UL的值。普通一点的电针仪，除了保证在负载RL为标准值情况下的最大输出外，中间范围输出的脉冲电压到底是多少，连输出设备自身也不知道。更夸张的现象时，输出回路已经开路(输出导线脱落、断裂、电针夹脱开)根本没有脉冲电流通过治疗穴位组，而电针仪的强度状态或者示值还显示正常。
因此，由于人体个体差异以及电针刺激位置偏差等影响，实际上输出回路中人体获得的电针刺激量无从考证，输出电压强度指示只能作为相对量。
由此，按照图1，本实施例中给出了一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，包括电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)、工作状态显示模块(ISDU)、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)；系统还可选择性地设置键盘输入模块(KU)、声光提示模块(SLIU)、通讯模块(ICU)中的一种或多种。
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端连接所述数据处理模块(DPU)的脉冲控制信号输出端，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端连接所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输入端，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块与所述电针输出装置交互连接，同时，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输出端连接所述模数转换模块(ADC)的信号输入端，所述模数转换模块(ADC)的同步控制端连接所述同步模块(SCTU)的输出端，所述模数转换模块(ADC)的输出端连接所述数据处理模块(DPU)的数据输入端，所述数据处理模块(DPU)的同步信号输出端连接所述同步模块(SCTU)的输入端，所述数据处理模块(DPU)的显示接口与所述工作状态显示模块(ISDU)连接；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于根据所述数据处理模块(DPU)产生的脉冲控制信号生成电针脉冲信号，输出；
所述电针输出装置包括至少一对通过电极夹与所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块连接的针灸针；所述针灸针的针尖部位导电；
所述工作状态显示模块(ISDU)用于根据所述数据处理模块(DPU)处理得到的显示信号进行电针治疗系统工作状态的显示；
所述输出脉冲电压采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置形成的电针脉冲输出回路的电压值；所述回路电流采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置所形成的电针脉冲输出回路的电流值；
所述模数转换模块(ADC)用于在电针脉冲时隙内将所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块采集到的电针脉冲输出回路的电压值或电流值模拟量转化为数字量输出至所述数据处理模块(DPU)；
所述同步模块(SCTU)用于根据所述数据处理模块(DPU)的同步信号对所述模数转换模块(ADC)进行同步控制，确定输出脉冲电压、回路脉冲电流ADC启动的时机；
所述键盘输入模块(KU)用于接收用户操作，向所述数据处理模块(DPU)输入指令信息；可采用薄膜开关、触摸屏等；
所述声光提示模块(SLIU)由于在数据处理模块(DPU)检测到电针脉冲输出回路异常时报警；
所述通讯模块(ICU)用于连接计算机、智能终端等外部设备进行数据交互；
所述数据处理模块(DPU)用于协调所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)、工作状态显示模块(ISDU)、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)工作，同时对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值进行处理；可采用如STM32系列的ARM微处理器；
所有模块均与电源管理模块连接，由其将试点转换为各模块所需电源。
具体的，上述电针治疗系统中，所述同步模块(SCTU)包括电针脉冲起点边沿感知器、定时器和模数转换触发信号接口；所述电针脉冲起点边沿感知器的输入端连接所述数据处理模块(DPU),作为所述同步模块(SCTU)的输入端；所述模数转换触发信号接口连接所述魔术转换模块(ADC)，作为所述同步模块(SCTU)的输出端；
所述同步模块(SCTU)用于根据所述电针脉冲起点边沿感知器的控制，在所述电针脉冲的起始时刻，启动所述定时器开始计时，计时到所述电针脉冲幅度达到最大值时，通过所述模数转换触发信号接口向所述模数转换模块(ADC)输出使能信号，从而实现模数转换动作与电针的脉冲输出同步。
同时，上述电针治疗系统中，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)包括电针脉冲起点边沿信号接口、电针脉冲终点边沿信号接口、MOS驱动管、隔离脉冲升压变压器、连续可变直流电源；所述电针脉冲起点边沿信号接口和所述电针脉冲终点边沿信号接口作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端，连接所述处理器；所述隔离脉冲升压变压器的次级作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端，连接所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于通过所述电针脉冲起点边沿信号接口、所述电针脉冲终点边沿信号接口接收处理器中定时器的两个输出信号，通过所述电针脉冲起点边沿信号确定电针脉冲出现的时刻，通过所述电针脉冲终点边沿信号确定所述电针脉冲的持续宽度，形成电针脉冲驱动信号；
所述隔离脉冲升压变压器连接所述连续可变直流电源，由所述连续可变直流电源向所述隔离脉冲升压变压器提供工作电源；
将所述电针脉冲驱动信号加载到所述MOS驱动管的栅极，通过所述MOS驱动管对所述隔离脉冲升压变压器的初级提供激励，通过所述隔离脉冲升压变压器的次级向所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块输出脉冲电压。
上述电针治疗系统中，所述数据处理模块(DPU)对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值处理的方法如下：
将采集到的电针脉冲输出回路的电压值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电压值比较，获得体感电压值Up；将采集到的电针脉冲输出回路的电流值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电流值比较，获得体感电流值Ip；根据所述同步信号获取电针脉冲宽度tw；
按照公式R＝Up/Ip计算电针脉冲输出回路的等效电阻R；
按照公式E＝Ip 2Rtw或E＝twUp 2/R或E＝IpUptw计算脉冲能量E；
记录所述电针脉冲输出回路的等效电阻R与针刺深度、针刺时间的关系；
根据体感电流值Ip判断工作状态；在体感电流值Ip低于开路判断阈值时，判断电针脉冲输出回路异常。
由于针刺疗法是针灸医师利用针灸针按照一定的动作节律对患者穴位进行机械刺激，从而引起患者“得气”以增强机体自我调整能力的一种治疗方法。临床针刺的操作规范以及经验文献中都要求控制进针的位置、角度以及深度，从中可以反映出不同穴位的针刺刺激敏感深度是有差别的，也就是说穴位或者说穴位刺激敏感区是一种空间分布，即相对于皮肤表面具有深浅的位置关系。
然而经穴部位数量多达四百多个，遍布全身，很多名字生僻怪异，要记住记全名称已经不容易了。人体体表也不具有类似于点、线、网格这种尺寸、方位的现代基准测量定位标识，尽管有国标，实际操作时也基本上是估算，定位结果一定会因人而异，针刺的位置就有可能存在偏差。针刺的深度凭借“得气”这种现象来判定，显然对这种现象的感知非常主观。尤其是被针者的自觉指征会因为他的语言、文化、耐受能力、身体状况、语言表达以及施针者的理解等多种因素而造成极大的差异。即使施针者的他觉指征，完全是依靠手感获得，不同经验的施针者估计感觉也存在很大的差异。基于上述情况，如果位置都没找准，如何保证针刺治疗的标准化。更何况针刺操作也没有任何客观的可记录的数据资料。目前现有的各种探穴的仪器，也都是从皮肤表面进行检测，并不能精确确定皮下的“穴位刺激敏感区”的位置和空间分布。
参照图3所示，由于穴位并不是一个点，更不是皮肤表面的一个点，从皮肤上定位意义不大。相反，如果能够在人体内部对穴位的有效范围进行精确定位，那么皮肤表面的定位精度也不是特别重要了，毕竟针刺不一定必须垂直于皮肤。再说现在也没有哪种仪器能够在体表将穴位精确标记在一个极小的点上。
传统方法是利用针灸针与“刺激敏感区”组织的相对运动引起穴位刺激，现代针灸治疗已经广泛使用电针脉冲信号进行刺激，因此电信号一样也能产生刺激作用，这一点已经得到公认。这提醒我们有可能可以采用电信号来作为“刺激敏感区”定位的刺激信号，这样的信号可以通过电路控制、监测信号电流的大小，避免人工主观判定刺激反应的程度。
皮肤表面探穴是基于良导点，“刺激敏感区”会不会是造成这个穴位对应皮肤表面区域电阻更低的原因，存在很大的可能性。那么我们直接从这个“刺激敏感区”来测量穴位组间的电阻，应该克服了从皮肤表面测量带来的干扰，结果应该更加准确。
回路针灸针没有都刺入被针者时，回路电阻无穷大，仪器很容易识别出此时工作回路针灸针并没有完都刺入被针者。
当回路针灸针刺入了被针者但还没有达到敏感区时(a)，这部分组织导电性较差，仪器会检测到一个较大的电阻，识别出在针刺过程中。此时继续刺入，针尖进入刺激敏感区(b)，这部分组织导电性很好，电阻会急剧变小，这时仪器可以识别出针灸针已经达到刺激敏感区，电阻刚变小的时候就是穴位空间分布的外侧界面。再继续刺入，针尖越过刺激敏感区(c)，电阻会急剧变大，这时仪器可以识别出当前针灸针已经越过了刺激敏感区。电阻刚变大的时候就是穴位空间分布的内侧界面。反复从不同位置这样操作，理论上可以描绘出穴位的空间分布，至少可以作为一种科研手段。但是作为临床针刺治疗，保证针灸针到达了刺激敏感区就可以了。这个电阻及其变化过程的数据都可以记录，已经用物理量表达出来，不再是以前的主管判定。
同时我们完全可以把电针治疗和穴位空间定位结合起来，甚至结合数据采集、存储技术，建立起针刺定位、电针治疗和疗效评价。
因而，更进一步，上述电针治疗系统中，还可包括存储单元，所述存储单元用于按照针刺时间顺序存储所述体感电流值Ip、体感电压值Up、电针脉冲宽度tw、电针脉冲输出回路的等效电阻R、脉冲能量E中、针刺深度中的一种或多种数据。
考虑到传统针灸针针体通长都能导电，可以看出，在针刺的深度方向，针体与组织的接触面积会随针刺深度增加而增加，由此，接触电阻会逐渐变小。尽管皮下组织非刺激敏感区导电性差一些，但并不是不导电，通常需要配合对采样信号进行特殊训练及处理才能够区分出电流是从非敏感区流过还是从敏感区流过，尤其是b、c情况。
因此，为保证电针脉冲能够准确到达穴位，并保证采集的电流值、电压值的准确性，本发明中的电针针体外部优选包裹有光滑、质密的绝缘层，仅针尖部位漏出导体，导电。所用的电针夹还可设置指示装置、发热体和温度传感器，便于针对患者需求进行针对性的刺激。
很明显，由于这种针灸针的导电面积基本固定，采样得到的信号受针刺深度的干扰较小，因而能够避免接触电阻变化的影响，回路的电阻仅与针尖所在的空间位置对应路径的电阻大小有关。
具体的，电针治疗脉冲频率一般都是低频，本实施例中，以100Hz为例，T＝10ms，而脉冲宽度都在1ms之内，输出信号占空比为1/10。实际应用的频率往往在10Hz以内(T＝100ms)，脉冲宽度在0.2～0.4ms左右，输出信号占空比为0.2/100～0.4/100。波形参照图4。测量电流限值的有效值没有什么意义，系统应重点关注脉冲输出期间的能量。因而同步模块必不可少，保证系统始终在脉冲输出期间进行检测(tw期间)，而不是在任何时刻都在检测。
参照图2，本实施例中，还特别提出一种适用于上述电针治疗系统的输出脉冲电压采样模块，包括第一运算放大器U1C、第一偏置电阻R6、第二偏置电阻R7、第一分压电阻R8和第二分压电阻R9：
所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接电针输出回路；所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接所述第一运算放大器U1C的一个输入端(如，反相端)；所述第一运算放大器U1C的一个输入端还与所述第一运算放大器U1C的输出端连接；
所述第一运算放大器U1C的另一输入端(如，同相端)接地；
所述第一运算放大器U1C的输出端经第一分压电阻R8和第二分压电阻R9分压后接地，所述作为所述第一分压电阻R8和第二分压电阻R9的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输出端，连接至模数转换模块(ADC)，从而实现处理器对输出回路的脉冲电压的检测。
进一步，为实现采样与电针脉冲信号之间相隔离，上述输出脉冲电压采样模块中，还包括脉冲电压取样电阻R5和电压隔离检测传感器SV，所述电压隔离检测传感器SV的两个输出端与所述第二偏置电阻R7并联，向第一运算放大器U1C输入电压采样信号；所述电压隔离检测传感器SV的两个输入端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端；所述电压隔离检测传感器SV的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一级，所述电压隔离检测传感器SV的另一个输入端经脉冲电压取样电阻R5连接所述电针输出回路，用于感知电针输出回路脉冲电压的幅度。
与上述输出脉冲电压采样模块类似，本发明同时还同时提出一种适用于上述电针治疗系统的回路电流采样模块，包括第二运算放大器U1B、第三偏置电阻R1、第四偏置电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4：
所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2的连接端作为所述回路电流采样模块的输入端连接电针输出回路；所述回路电流采样模块的输入端连接所述第二运算放大器U1B的一个输入端(如，反相端)；
所述第二运算放大器U1B的一个输入端还与所述第二运算放大器U1B的输出端连接；
所述第二运算放大器U1B的另一输入端(如反相端)接地；
所述第二运算放大器U1B的输出端经第三分压电阻R3和第四分压电阻R4分压后接地，所述第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的连接端作为所述回路电流采样模块的输出端，连接至模数转换模块(ADC)，从而实现处理器对输出回路电流的检测。
进一步的，上述回路电流采样模块还包括电流隔离检测传感器SC，所述电流隔离检测传感器的两个输入端作为所述回路电流采样模块的输入端，所述电流隔离检测传感器SC的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一极，所述电流隔离检测传感器SC的另一输入端连接所述电针输出回路，使输出回路的脉冲电流全部经过电流隔离检测传感器SC；所述电流隔离检测传感器SC的两个输出端与所述第四偏置电阻R2并联，向第二运算放大器U1B输入电流采样信号。R2上面的信号电压与实际通过治疗回路的电针电流电气隔离并大小关联。
图2中，
TR：电针仪脉冲升压变压器，位于电针脉冲合成放大模块(PSAU)；
SC：电流隔离检测传感器，检测电针脉冲输出回路的实际输出脉冲电流，即体感电流IP；
SV：电压隔离检测传感器，检测电针脉冲输出电压，即体感电压UP；
RL：等效电阻。
REF：信号参考基准，不大于3V。
R1、R2、R6、R7：偏置电阻。
U1B、U1C、R3、R4、R8、R9：脉冲取样信号处理电路。其中U1B、U1C可选择NE5532、LM324等运算放大器。
ADC：模数转换模块。可以是独立式模数转换器也可以是诸如STM32处理器自带的模数转换器外设。
AD-PULC：模拟信号，已经处理到适合模数转换模块的电针脉冲输出电流信号，最大幅度不大于3V。
AD-PULV：模拟信号，已经处理到适合模数转换模块的电针脉冲输出电压信号，最大幅度不大于3V。
国家标准提供的脉冲能量计算公式
E＝IP 2Rtw或者
很明显是基于已知的测试负载，再通过示波器测量电针仪输出的脉冲电压和脉冲宽度就能计算出脉冲能量，在实验室环境下是没问题的。但是电针仪在实际使用时，负载是输出回路所连接的生物组织，等效电阻既是未知的，也不可能是完全相同的。在这种情况下，每一个电针脉冲到底给患者提供了多少脉冲能量，显然不好以上述公式来计算，我们将计算公式改变如下。
E＝UPIPtw
其中UP、IP通过本发明电路和控制时序很容易检测出来，而tw是电针仪已知的参数，那么在线实现实际输出脉冲电压、通过患者的实际脉冲电流以及每一个脉冲患者得到的实际脉冲能量就很容易计算出来。同时根据欧姆定理，电针仪输出回路等效电阻也就得到了。
当电针脉冲变压器TR次级输出脉冲信号时，经隔离检测传感器SC、电针脉冲输出插座、电针电极、穴位间组织(等效电阻)形成脉冲电流回路，脉冲电流通过隔离检测传感器SC感应出模拟信号AD-PULC，该信号与电针脉冲输出电流IP相关，IP也就是通过穴位组电针电极之间生物组织的实际脉冲电流。而穴位组电针电极对上面的脉冲电压就是UP，UP通过R5经过隔离检测传感器SV感应出模拟信号AD-PULV，该信号与UP大小相关。
模拟信号AD-PULC、AD-PULV是与电针输出脉冲信号同时出现的，因此在电针仪开始输出脉冲信号时，数据处理模块(DPU)通过跟踪检测同步模块(SCTU)生成模数转换模块(ADC)的启动信号，并在电针脉冲保持期间(tw)完成AD-PULC、AD-PULV的模数转换，并将转换结果传递给数据处理模块(DPU)，数据处理模块(DPU)根据脉冲电流、脉冲电压标定规则得出当前施加给患者的实际脉冲电压UP和脉冲电流IP。从而得到每一个电针输出脉冲的能量E，且在每一个脉冲输出期间都可以得到实时的穴位组之间生物组织等效电阻R。
脉冲电流、脉冲电压标定规则：在标准负载(如250Ω电阻)上从0V到60V通以脉冲信号，以每1V为步进分别测量标准负载获得脉冲电压UP并计算出脉冲电流IP，将每的一点UP和IP与AD-PULC、AD-PULV对应的模数转换结果进行关联拟合，得到负载UP和IP与AD转换结果之间的关联关系，而AD转换结果是已知的，在任何一个AD转换结果都能反推实际加载和通过负载的UP和IP。
数据处理模块(DPU)将每一个脉冲输出期间得到的UP、IP和tw进行存储，并对UP、IP、R进行判断，可以得出输出回路所处的状态。
开路状态：IP特别小，表示至少有一个电极没有接入或者输出导线断裂、脱落等。
针刺阶段：IP从特别小开始变大，但R还没有达到一个较小的值。
针尖到达刺激敏感区阶段：IP减小后又继续增大，R增大后又回到较小值，当前针灸针针尖处于刺激敏感区内。
关于“刺激敏感区”(或“有效穴位空间的分布”)：
上电后，电针仪持续输出一个较小幅度的监测脉冲信号，幅度低到不至于引起患者刺激感。因为还没有接入治疗回路，电针仪检测到的回路电阻为无穷大，电针仪就能确定当前处于等待针刺阶段。
操作人员将第一个电极夹夹在第一根针灸针上，刺入第一个穴位，暂不做提插操作。此时输出回路仍然处于开路状态。
接着操作人员将第二个电极夹夹在第二根针灸针上，刺入第二个穴位，此时输出回路闭合，感知到了监测脉冲信号电流，自动进入穴位定位状态。电针仪会根据检测到的回路电阻不同出现数值、声音音调、灯光闪烁的变化。医生在提插针灸针过程中，电阻会由大变小(针尖进入刺激敏感区)、由小变大(针尖刺过敏感区)、由大变小(针尖回到刺激敏感区)，提插操作结束后，将针灸针深度保持在电阻显示最小位置即可。
这个阶段的操作与传统电针治疗操作并无二致。
接着对第一根针灸针做提插操作，回路电阻也会出现上述变化规律，提插操作结束后，将针灸针深度保持在电阻显示最小位置即可。这个阶段的操作与传统电针治疗操作也没有区别。
这样两根针灸针的针尖最终都停留在刺过敏感区内，从而实现了皮下穴位针刺精确定位。
然后启动电针治疗，电针仪按照设置的工作参数输出脉冲信号，在每个脉冲保持期间跟踪检测实际得到的脉冲电压、脉冲电流，计算出回路电阻和脉冲能量，并将这些数据保存与分析处理。
本发明技术方案的优点主要体现在：
1)保证了针刺操作针尖位置真正处于“刺激敏感区”之内，避免了靠经验、靠刻度以及靠皮肤表面定位带来的人为偏差。
2)针刺定位操作是否到位具备数据追溯能力，也为保障针刺操作是否规范提供了一种技术支持。
3)彻底避免了被测者皮肤组织差异对生物组织经穴电阻特性检测的干扰。
4)彻底避免了传统经穴电阻检测因检测电极材料、接触面积、接触松紧、操作手法等对结果带来的影响。
5)治疗和检测同步进行，临床操作与传统电针治疗无异，不增加任何工作量也不改变任何操作手法，易于被医务人员接收。
6)精确的针刺位置保证、精确的脉冲能量测量与统计、精确的治疗穴位组路径电阻跟踪测量与统计，至少从工程层面为电针临床提供了科学的数据，是实现临床治疗剂量研究与控制、临床疗效评估的基础保证。非常适合于电针临床治疗、教学和科研。
7)在电针治疗过程中，能够自动监测治疗回路状态，比如导线脱落、导线断裂、电极夹脱落、针灸针脱落等临床常见的意外情况，及时提醒操作人员处理。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种适用于电针治疗系统的输出脉冲电压采样模块，其特征在于，包括第一运算放大器U1C、第一偏置电阻R6、第二偏置电阻R7、第一分压电阻R8和第二分压电阻R9；
所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第一偏置电阻R6和第二偏置电阻R7的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接电针输出回路；所述输出脉冲电压采样模块的输入端连接所述第一运算放大器U1C的反相端；所述第一运算放大器U1C的一个输入端还与所述第一运算放大器U1C的输出端连接；
所述第一运算放大器U1C的另一输入端接地；
所述第一运算放大器U1C的输出端经第一分压电阻R8和第二分压电阻R9分压后接地，所述作为所述第一分压电阻R8和第二分压电阻R9的连接端作为所述输出脉冲电压采样模块的输出端。
2.如权利要求1所述的适用于电针治疗系统的输出脉冲电压采样模块，其特征在于，还包括脉冲电压取样电阻R5和电压隔离检测传感器SV，所述电压隔离检测传感器SV的两个输出端与所述第二偏置电阻R7并联；所述电压隔离检测传感器SV的两个输入端作为所述输出脉冲电压采样模块的输入端；所述电压隔离检测传感器SV的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一级，所述电压隔离检测传感器SV的另一个输入端经脉冲电压取样电阻R5连接所述电针输出回路。
3.一种适用于电针治疗系统的回路电流采样模块，其特征在于，包括第二运算放大器U1B、第三偏置电阻R1、第四偏置电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，
所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2依次串接在基准参考信号REF和地之间，所述第三偏置电阻R1和第四偏置电阻R2的连接端作为所述回路电流采样模块的输入端连接电针输出回路；所述回路电流采样模块的输入端连接所述第二运算放大器U1B的一个输入端；
所述第二运算放大器U1B的一个输入端还与所述第二运算放大器U1B的输出端连接；
所述第二运算放大器U1B的另一输入端接地；
所述第二运算放大器U1B的输出端经第三分压电阻R3和第四分压电阻R4分压后接地，所述第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的连接端作为所述回路电流采样模块的输出端。
4.如权利要求3所述的适用于电针治疗系统的回路电流采样模块，其特征在于，还包括电流隔离检测传感器SC，所述电流隔离检测传感器的两个输入端作为所述回路电流采样模块的输入端，所述电流隔离检测传感器SC的一个输入端连接电针脉冲变压器次级线圈的一极，所述电流隔离检测传感器SC的另一输入端连接所述电针输出回路；所述电流隔离检测传感器SC的两个输出端与所述第四偏置电阻R2并联。
5.一种基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，包括电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)以及工作状态显示模块(ISDU)，其特征在于，还包括输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端连接所述数据处理模块(DPU)的脉冲控制信号输出端，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端连接所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输入端，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块与所述电针输出装置交互连接，同时，所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块的输出端连接所述模数转换模块(ADC)的信号输入端，所述模数转换模块(ADC)的同步控制端连接所述同步模块(SCTU)的输出端，所述模数转换模块(ADC)的输出端连接所述数据处理模块(DPU)的数据输入端，所述数据处理模块(DPU)的同步信号输出端连接所述同步模块(SCTU)的输入端，所述数据处理模块(DPU)的显示接口与所述工作状态显示模块(ISDU)连接；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于根据所述数据处理模块(DPU)产生的脉冲控制信号生成电针脉冲信号，输出；
所述电针输出装置包括至少一对通过电极夹与所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块连接的针灸针；所述针灸针的针尖部位导电；
所述工作状态显示模块(ISDU)用于根据所述数据处理模块(DPU)处理得到的显示信号进行电针治疗系统工作状态的显示；
所述输出脉冲电压采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置形成的电针脉冲输出回路的电压值；
所述回路电流采样模块用于为所述电针输出装置输出电针脉冲信号；同时由于采集所述电针输出装置所形成的电针脉冲输出回路的电流值；
所述模数转换模块(ADC)用于在电针脉冲时隙内将所述输出脉冲电压采样模块或所述回路电流采样模块采集到的电针脉冲输出回路的电压值或电流值模拟量转化为数字量输出至所述数据处理模块(DPU)；
所述同步模块(SCTU)用于根据所述数据处理模块(DPU)的同步信号对所述模数转换模块(ADC)进行同步控制；
所述数据处理模块(DPU)用于协调所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)、电针输出装置、数据处理模块(DPU)、工作状态显示模块(ISDU)、输出脉冲电压采样模块、回路电流采样模块、模数转换模块(ADC)以及同步模块(SCTU)工作，同时对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值进行处理。
6.如权利要求5所述的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，其特征在于，还包括键盘输入模块(KU)、声光提示模块(SLIU)、通讯模块(ICU)中的一种或多种；
其中，所述键盘输入模块(KU)用于向所述数据处理模块(DPU)输入指令信息；
所述声光提示模块(SLIU)由于在数据处理模块(DPU)检测到电针脉冲输出回路异常时报警；
所述通讯模块(ICU)用于连接外部设备进行数据交互。
7.如权利要求6所述的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，其特征在于，所述同步模块(SCTU)包括电针脉冲起点边沿感知器、定时器和模数转换触发信号接口；所述电针脉冲起点边沿感知器的输入端连接所述数据处理模块(DPU),作为所述同步模块(SCTU)的输入端；所述模数转换触发信号接口连接所述魔术转换模块(ADC)，作为所述同步模块(SCTU)的输出端；
所述同步模块(SCTU)用于根据所述电针脉冲起点边沿感知器的控制，在所述电针脉冲的起始时刻，启动所述定时器开始计时，计时到所述电针脉冲幅度达到最大值时，通过所述模数转换触发信号接口向所述模数转换模块(ADC)输出使能信号。
8.如权利要求6所述的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，其特征在于，所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)包括电针脉冲起点边沿信号接口、电针脉冲终点边沿信号接口、MOS驱动管、隔离脉冲升压变压器、连续可变直流电源；所述电针脉冲起点边沿信号接口和所述电针脉冲终点边沿信号接口作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输入端，连接所述处理器；所述隔离脉冲升压变压器的次级作为所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)的输出端，连接所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块；
所述电针脉冲合成放大模块(PSAU)用于通过所述电针脉冲起点边沿信号接口、所述电针脉冲终点边沿信号接口接收处理器中定时器的两个输出信号，通过所述电针脉冲起点边沿信号确定电针脉冲出现的时刻，通过所述电针脉冲终点边沿信号确定所述电针脉冲的持续宽度，形成电针脉冲驱动信号；
所述隔离脉冲升压变压器连接所述连续可变直流电源，由所述连续可变直流电源向所述隔离脉冲升压变压器提供工作电源；
将所述电针脉冲驱动信号加载到所述MOS驱动管的栅极，通过所述MOS驱动管对所述隔离脉冲升压变压器的初级提供激励，通过所述隔离脉冲升压变压器的次级向所述输出脉冲电压采样模块、所述回路电流采样模块输出脉冲电压。
9.如权利要求6所述的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，其特征在于，所述数据处理模块(DPU)对采集到的电针脉冲输出回路的电压值、电流值处理的方法如下：
将采集到的电针脉冲输出回路的电压值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电压值比较，获得体感电压值Up；将采集到的电针脉冲输出回路的电流值与电针脉冲合成放大模块输出的电针脉冲信号电流值比较，获得体感电流值Ip；根据所述同步信号获取电针脉冲宽度tw；
按照公式R＝Up/Ip计算电针脉冲输出回路的等效电阻R；
按照公式E＝Ip 2Rtw或E＝twUp 2/R或E＝IpUptw计算脉冲能量E；
记录所述电针脉冲输出回路的等效电阻R与针刺深度、针刺时间的关系；
根据体感电流值Ip判断工作状态；在体感电流值Ip低于开路判断阈值时，判断电针脉冲输出回路异常。
10.如权利要求9所述的基于针刺穴位阻抗的电针治疗系统，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元用于按照针刺时间顺序存储所述体感电流值Ip、体感电压值Up、电针脉冲宽度tw、电针脉冲输出回路的等效电阻R、脉冲能量E中、针刺深度的一种或多种数据。
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