CN108853721A - 一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，主要由多个电阻及两个 PNP型的三级管，四个NPN型的三级管，以及两个二极管组成；该经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路具有电路简单，功耗低，节省电能的特点，设置电压及电流监测点，能够频繁的检测输出电路的电流及电压，安全姓高，而且通过控制器直接控制输出的脉冲频率，不仅可以调节输出脉冲的频率，而且可以对输出脉冲的频率进行精确的控制，可以根据使用者的需求改变电脉冲的频率，并可以输出三种固定频率的电脉冲，方便使用者选择。

Description

一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路

技术领域

本发明属于头痛治疗仪控制系统技术领域，具体涉及一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路。

背景技术

头痛（偏头痛）是临床最常见的原发性头痛类型，临床以发作性中重度、搏动样头痛为主要表现，头痛多为偏侧。

头痛（偏头痛）的治疗目的是减轻或终止头痛发作，缓解伴发症状，预防头痛复发。治疗手段包括药物治疗和非药物治疗两个方面。药物治疗由医生根据患者头痛程度、伴随症状、既往用药情况等综合考虑，决定用药方案。但使用药物治疗一般都存在一定程度的副作用，患者可能出现不良反应。

非药物治疗主要是物理疗法，可采用电疗、磁疗、心理疏导缓解压力等等。与药物治疗相比，其最大的优势就是不会出现药物的毒副作用。

在电疗方面，通常是在人体体表某些部位放置电极，施加电信号。体表放置的电极一般都远离胸部，而且施加的电压、电流都很小，不会对心脏产生任何影响。电疗主要有直流电疗法、直流电药物离子导入疗法、低频脉冲电疗法、中频脉冲电疗法、高频电疗法、静电疗法。

不同类型电疗对人体的生理作用不同。直流电疗法施加的是恒定电流信号，也可用作药物离子导入；低、中频脉冲电流刺激神经引起肌肉收缩，常用于神经肌肉疾病的治疗，如非开放性损伤和慢性疼痛等；高频电流以其对人体的热效应促进局部循环，消退炎症和水肿；静电疗法主要是利用静电场作用在局部组织来通过调节神经实现治疗功能。

人体内除含有大量水分，还有很多能导电的电解质和非导电的电介质，因此人的机体实际上是一个既有电阻又有电容性质的复杂导体，这是电疗的物质基础。机体对不同性质的电刺激反应不一，治疗机理也不同。低频电流可改变神经和肌肉细胞的膜电位，使之兴奋而产生收缩；低频调制的中频电流可使感觉神经的粗纤维兴奋，抑制细纤维冲动的传入，因此镇痛作用较强。

临床上低频脉冲电疗法主要应用于下述两方面：

①刺激神经肌肉，引起肌肉收缩，肌肉收缩能促进动脉供血、静脉和淋巴回流，改善局部营养代谢，消退水肿，还可提高肌肉张力，防止或延缓肌肉萎缩过程；节律地刺激神经肌肉，可使肌肉节律性收缩，用以防止由于损伤或炎症造成的肌纤维和肌膜间、肌束之间的粘连，保持肌肉弹性，防止挛缩。

②用于止痛：主要采用超刺激电疗法（用超出一般剂量的电流强度的低频脉冲电疗法）和经皮电刺激神经疗法(TENS)。低频电脉冲止痛机理有两种可能。其一，低频脉冲电流抑止了痛觉神经向中枢传递冲动；其二，低频脉冲电促进局部血液循环，消散局部的致痛物质，改善组织代谢功能，因而起到止痛效果。

但是，现有的电脉冲头痛治疗仪的电脉冲产生电路的产生的脉冲频率单一，供选择的频率较少，电路复杂，搭建困难，不利于进行脉冲频率的控制的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服电脉冲头痛治疗仪的电脉冲产生电路的产生的脉冲频率单一，供选择的频率较少，电路复杂，搭建困难，不利于进行脉冲频率的控制的问题。

为此，本发明提供了一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，包括电阻R1，电阻R2，电阻R15，电阻R3,电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13， PNP型的三级管Q1，NPN型的三级管Q2，PNP型的三级管Q3，NPN型的三级管Q4，NPN型的三级管Q5，NPN型的三级管Q6，二极管D3，二极管D4；电阻R1的一端与电源输出端VH电连接，电阻R1的另一端通过电阻R9与三级管Q1的基极电连接，电阻R1的另一端还通过电阻R2与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极与三级管Q3的发射极电连接，三级管Q1的集电极与二极管D3的正极电连接，二极管D3的负极通过电阻R11与接地端电连接，二极管D3的负极还与三级管Q2的集电极电连接，三级管Q2的基极通过电阻R15与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R13与接地端电连接，三级管Q2的发射极还与三级管Q4的发射极电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R8的一端与电源输出端VH电连接，电阻R8的另一端与三级管Q1的发射极电连接，电阻R4的一端与电源输出端VH电连接，电阻R4的另一端通过电阻R10与三级管Q3的基极电连接，电阻R4的另一端还通过电阻R5与三级管Q4的基极电连接，三级管Q3的集电极与二极管D4正极电连接，二极管D4的负极通过电阻R12与接地端电连接，二极管D4的负极还与三级管Q4的集电极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R6与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接，所述电阻R3一端与三级管Q5的基极电连接，电阻R3另一端作为电路的第一控制信号输入端；电阻R7一端与三级管Q6的基极电连接，电阻R7另一端作为电路的第二控制信号输入端；所述二极管D3的负极还作为第一脉冲信号J1的输出端，二极管D4的负极还作为第二脉冲信号J2的输出端。

还包括电阻R14，所述电阻R14的一端与三级管Q2的发射极电连接，电阻R14的另一端作为电流采样检测端，用于输出电流检测的电压。

所述脉冲发生电的正常工作状态为第一脉冲信号J1的输出端与第二脉冲信号J2的输出端输出的脉冲信号的高低电压相反。

所述三级管Q1、三级管Q3的型号为C8550；所述三级管Q2、三级管Q4、三级管Q5、三级管Q6的型号为C8050。

所述第一控制信号输入端与控制器U1的13脚电连接、第二控制信号输入端与控制器U1的12脚电连接。

所述电源输出端VH为调压电路的输出端。

所述调压电路的输入端与供电电源正极电连接，调压电路的控制信号输入端与控制器U1的4脚电连接。

所述脉冲发生电路产生的治疗脉冲为正负交替双极性脉冲，并且前一周期负脉冲结束，后一周期负脉冲开始；前一周期正脉冲结束，后一周期正脉冲开始。

本发明的有益效果：本发明提供的这种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，具有电路简单，功耗低，节省电能的特点，设置电压及电流监测点，能够频繁的检测输出电路的电流及电压，安全姓高，而且通过控制器直接控制输出的脉冲频率，不仅可以调节输出脉冲的频率，而且可以对输出脉冲的频率进行精确的控制，可以根据使用者的需求改变电脉冲的频率，并可以输出三种固定频率的电脉冲，方便使用者选择。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路的电路图。

图2是控制器电路示意图。

图3是电源调压模块电路示意图。

图4是脉冲波形示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了克服经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的电脉冲产生电路的产生的脉冲频率单一，供选择的频率较少，电路复杂，搭建困难，不利于进行脉冲频率的控制的问题，本实施例提供了一种如图1所示的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：包括电阻R1，电阻R2，电阻R15，电阻R3,电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13， PNP型的三级管Q1，NPN型的三级管Q2，PNP型的三级管Q3，NPN型的三级管Q4，NPN型的三级管Q5，NPN型的三级管Q6，二极管D3，二极管D4；电阻R1的一端与电源输出端VH电连接，电阻R1的另一端通过电阻R9与三级管Q1的基极电连接，电阻R1的另一端还通过电阻R2与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极与三级管Q3的发射极电连接，三级管Q1的集电极与二极管D3的正极电连接，二极管D3的负极通过电阻R11与接地端电连接，二极管D3的负极还与三级管Q2的集电极电连接，三级管Q2的基极通过电阻R15与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R13与接地端电连接，三级管Q2的发射极还与三级管Q4的发射极电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R8的一端与电源输出端VH电连接，电阻R8的另一端与三级管Q1的发射极电连接，电阻R4的一端与电源输出端VH电连接，电阻R4的另一端通过电阻R10与三级管Q3的基极电连接，电阻R4的另一端还通过电阻R5与三级管Q4的基极电连接，三级管Q3的集电极与二极管D4正极电连接，二极管D4的负极通过电阻R12与接地端电连接，二极管D4的负极还与三级管Q4的集电极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R6与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接，电阻R3一端与三级管Q5的基极电连接，电阻R3另一端作为电路的第一控制信号输入端；电阻R7一端与三级管Q6的基极电连接，电阻R7另一端作为电路的第二控制信号输入端；二极管D3的负极还作为第一脉冲信号J1的输出端，二极管D4的负极还作为第二脉冲信号J2的输出端。三级管Q1、三级管Q3的型号为C8550；三级管Q2、三级管Q4、三级管Q5、三级管Q6的型号为C8050。

脉冲信号形成电路由调压电路产生的电压VH供电。电路为H桥电路，触点第一脉冲信号J1、第二脉冲信号J2通过电极贴与人体接触，在J1、J2之间存在一个千欧数量级的阻抗。当LEFT为高电平，且RIGHT为低电平时，三极管Q5导通，进而Q1导通、三极管Q2截止。J1端子电压升高。同时，RIGHT低电平引起Q6截止，进而三极管Q4导通，三极管Q3截止，J2端子电压降低。最终在J1和J2之间产生一个治疗脉冲，通过胶原电极作用于人体。

同理当LEFT为低电平，且RIGHT为高电平时，三极管Q5截止，进而Q1截止、三极管Q2导通。J1端子电压降低。同时，RIGHT高电平引起Q6导通，进而三极管Q4截止，三极管Q3导通，J2端子电压升高。最终在J1和J2之间产生一个极性相反的治疗脉冲，通过胶原贴电极作用于人体。

当LEFT、RIGHT均为低电平时，脉冲生成电路内三极管Q1、Q3、Q5、Q6均截止，因此在J1、J2上无电流输出。

该经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，具有电路简单，功耗低，节省电能的特点，设置电压及电流监测点，能够频繁的检测输出电路的电流及电压，安全姓高，而且通过控制器直接控制输出的脉冲频率，不仅可以调节输出脉冲的频率，而且可以对输出脉冲的频率进行精确的控制，可以根据使用者的需求改变电脉冲的频率，并可以输出三种固定频率的电脉冲，方便使用者选择。

实施例2

上述经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，还包括电阻R14，电阻R14的一端与三级管Q2的发射极电连接，电阻R14的另一端作为电流采样检测端，用于输出电流检测的电压。该电流检测的电压输入到如图2所示的控制器U1,其型号为MSP430G2352。该控制器是通过多次选型、比较所选器件的工作电压、功耗，最终选定了美国德州仪器 (TexasInstruments，简称TI)公司MSP430系列微控制器控制系统家族中工作电压低、功耗最低的MSP430G2352IPW14作为本控制系统的核心控制芯片。

另外，第一控制信号输入端与控制器U1的13脚电连接、第二控制信号输入端与控制器U1的12脚电连接；脉冲发生电的正常工作状态为第一脉冲信号J1的输出端与第二脉冲信号J2的输出端输出的脉冲信号的高低电压相反。

通过控制器控制脉冲发生电路输出三种不同频率的电脉冲信号，产生三种模式治疗电脉冲，使用者可根据自己的症状和和使用效果选择其中一种模式来进行治疗。三种模式如下，模式1：脉冲频率100Hz、脉冲宽度250μs；模式二：脉冲频率60Hz、脉冲宽度300μs；模式三：脉冲频率120Hz、脉冲宽度250μs。模式1、模式2脉冲输出幅度0V-16V（阻抗1KΩ），模式3脉冲输出幅度0V-14V（阻抗1KΩ）。

这样，通过控制器控制脉冲发生电路输出上述三种不同的电脉冲信号（经皮神经电刺激-TENS），刺激三叉感觉神经，通过控制系统抑制、中断疼痛信息在中枢神经系统里的传递；同时经皮神经电刺激可以促进人体释放具有镇痛作用的内啡肽（吗啡样）物质，产生镇痛作用，并具有改善睡眠的功效。

实施例3

如图3所示为脉冲发生电路的调压电路，该调压电路作用是将电源电压转换为电压更高的直流电压VH；调压电路的输入端与供电电源正极电连接，调压电路的控制信号输入端与控制器U1的4脚电连接。这里选用典型的Boost电路形式，该电路是最基本的DC-DC升压变换电路，变换效率高，结构简单，使用广泛，技术上非常成熟，工作性能可靠，由微控制器U1提供PWM控制信号，完成升压功能。

微控制器U1输出占空比变化的PWM信号，PWM信号的占空比小，则VH值较低；PWM信号的占空比大，则VH值较高。当PWM信号为高电平时，三极管Q7导通，电池、电感L1和三极管Q7，形成电流通路，该过程对电感L1充电。当PWM信号为低电平时，三极管Q7截止，电感L1通过二极管D2对电容C4、C5充电。由于二极管D2的单向导电性，电容C4、C5不会反向对电池充电，或者对地放电。从而在电容C4、C5上产生高压VH。

电阻20对PWM信号起阻尼作用，抑制高频纹波和电路噪声，提高电路电磁兼容性能。电容C3提供信号交流通路。

同时直流高压VH经过电阻R16和电阻R17分压取样后，接至微控制器的8脚，如图2所示，以便微控制器对调压电路的高压VH进行监测，若高压VH异常升高，微控制器立即控制整个电路停止工作，以免对正在接受治疗的使用者产生不适，同时防止电压过高对电路器件造成损坏。

对于调压电路的控制，采用微控制器智能控制，能自动根据输出治疗脉冲的幅度，动态调整调压电路的输出高电压，确保其输出的高电压刚好能保证治疗脉冲的幅度要求。也就是说，输出治疗脉冲的幅度越大，调压电路提供的高压越高，输出治疗脉冲的幅度越小，调压电路提供的电压越低压。否则，若不论输出治疗脉冲幅度大小，采用简单的恒定高电压供电，必然导致输出治疗脉冲幅度较小时，内部电路压降过大，电路能耗增加。

对于脉冲形成电路的控制，由于电路输出的脉冲频率范围是60—120Hz，脉冲宽度是250—300μs，也就是说，在最短大约8ms周期内，最多只有0.6ms时间内有脉冲输出，其余绝大部分时间电路处于静态，在具体器件选型和电路参数选择上，反复通过理论分析和实际测试优化和改进电路，在保证电路输出必须的治疗脉冲的前提下，精心选择外围偏置电阻，让脉冲形成电路的六只三极管工作在饱和与截止两种开关状态。三极管饱和时输出较大电流，但压降很小，三极管截止时输出较大电压，但电流几乎为零，而功耗取决于电压和电流的乘积，从而降低了静态功耗。

实施例4

上述控制器电路包括微控制器U1，电阻R18，电阻R19，电阻R16,电阻R17，电容C2，微控制器U1的1脚电源管理模块的输出端电连接，电阻R18串接于微控制器U1的3脚与6脚之间，电容C2串接于微控制器U1的1脚与14脚之间，微控制器U1的14脚还与接地端电连接，微控制器U1的10脚通过电阻R19与电源管理模块的输出端电连接，微控制器U1的8脚通过电阻R16与调压电路的输出端电连接。

如图3所示，电路的核心部分为微控制器芯片U1，芯片U1选用美国德州仪器(Texas Instruments，简称TI)公司MSP430系列微控制器控制系统家族中工作电压低、功耗最低的MSP430G2352IPW14。最低工作电压为+1.8V，最高工作电压3.6V，在待机状态下其消耗电流为0.5uA，正常工作时其工作电流为225uA，在待机模式下唤醒到正常工作模式所需时间小于1us，其指令模式为16位RISC，指令周期为62.5ns，具有通用串行接口支持SPI，具有200-ksps的高速10位A/D转换器，以便对相关模拟信号的采样，尺寸很小的14引脚TSSOP封装非常适合在本控制系统中使用。其宽工作电压、低功耗、快速模式转换，高速的精简指令系统能够很好的满足本控制系统的功能要求。

如图4所示，所述脉冲发生电路产生的治疗脉冲为正负交替双极性脉冲，具体的表现形式是，前一周期负脉冲结束，后一周期负脉冲开始；前一周期正脉冲结束，后一周期正脉冲开始，这样可以使得治疗效果更好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：包括电阻R1，电阻R2，电阻R15，电阻R3,电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13， PNP型的三级管Q1，NPN型的三级管Q2，PNP型的三级管Q3，NPN型的三级管Q4，NPN型的三级管Q5，NPN型的三级管Q6，二极管D3，二极管D4；电阻R1的一端与电源输出端VH电连接，电阻R1的另一端通过电阻R9与三级管Q1的基极电连接，电阻R1的另一端还通过电阻R2与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极与三级管Q3的发射极电连接，三级管Q1的集电极与二极管D3的正极电连接，二极管D3的负极通过电阻R11与接地端电连接，二极管D3的负极还与三级管Q2的集电极电连接，三级管Q2的基极通过电阻R15与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R13与接地端电连接，三级管Q2的发射极还与三级管Q4的发射极电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R8的一端与电源输出端VH电连接，电阻R8的另一端与三级管Q1的发射极电连接，电阻R4的一端与电源输出端VH电连接，电阻R4的另一端通过电阻R10与三级管Q3的基极电连接，电阻R4的另一端还通过电阻R5与三级管Q4的基极电连接，三级管Q3的集电极与二极管D4正极电连接，二极管D4的负极通过电阻R12与接地端电连接，二极管D4的负极还与三级管Q4的集电极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R6与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接，所述电阻R3一端与三级管Q5的基极电连接，电阻R3另一端作为电路的第一控制信号输入端；电阻R7一端与三级管Q6的基极电连接，电阻R7另一端作为电路的第二控制信号输入端；所述二极管D3的负极还作为第一脉冲信号J1的输出端，二极管D4的负极还作为第二脉冲信号J2的输出端。

2.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：还包括电阻R14，所述电阻R14的一端与三级管Q2的发射极电连接，电阻R14的另一端作为电流采样检测端，用于输出电流检测的电压。

3.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：所述脉冲发生电的正常工作状态为第一脉冲信号J1的输出端与第二脉冲信号J2的输出端输出的脉冲信号的高低电压相反。

4.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：所述三级管Q1、三级管Q3的型号为C8550；所述三级管Q2、三级管Q4、三级管Q5、三级管Q6的型号为C8050。

5.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：所述第一控制信号输入端与控制器U1的13脚电连接、第二控制信号输入端与控制器U1的12脚电连接。

6.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：所述电源输出端VH为调压电路的输出端。

7.如权利要求6所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：所述调压电路的输入端与供电电源正极电连接，调压电路的控制信号输入端与控制器U1的4脚电连接。

8.如权利要求1所述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的脉冲发生电路，其特征在于：该脉冲发生电路产生的治疗脉冲为正负交替双极性脉冲，并且前一周期负脉冲结束，后一周期负脉冲开始；前一周期正脉冲结束，后一周期正脉冲开始。