CN108853723A - 一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法 - 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使用方法，包括如下步骤，接通电源：系统进行初始化；系统监控治疗脉冲的电压及电流；选择治疗模式，设定治疗时间；选择治疗脉冲频率，系统形成治疗脉冲；结束治疗；该经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法是基于频率可调的、具有多种治疗模式选择的头痛治疗仪的使用方法，该头痛治疗仪具有三种工作模式，而且工作频率不稳定，能够实时监测治疗脉冲的电压及电流，安全隐患小，采用功耗低较低的控制器，及简单的脉冲形成电路，能够较长时间的进行工作，有利于延长电源的使用寿命，除了对于偏头疼有很好的治疗效果，而且可以用来治疗，对失眠和焦虑、抑郁等症状同样有所缓解，具有一定的治疗效果。

Description

一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法

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使用方法。

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存在着很多缺陷，电脉冲的频率单一，供选择的频率较少，而且工作频率不稳定，存在安全隐患，比较耗费电能，工作持续时间较短等缺点。

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的频率单一，供选择的频率较少而且工作频率不稳定，存在安全隐患，比较耗费电能，工作持续时间较短的问题。

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使用方法，包括如下步骤：

步骤1：接通电源；

步骤2：系统进行初始化；

步骤3：系统监控治疗脉冲的电压及电流；

步骤4：选择治疗模式，设定治疗时间；

步骤5：选择治疗脉冲频率，系统形成治疗脉冲；

步骤6：结束治疗。

所述治疗模式包含三种治疗模式分别为：

模式1：脉冲频率100Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%；

模式2：脉冲频率60Hz±20%、脉冲宽度300μs±20%；

模式3：脉冲频率120Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%。

所述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。

所述治疗脉冲是通过脉冲形成电路形成的，该脉冲形成电路包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。

所述系统为经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，包括供电模块，电源调压模块，电源管理模块，控制器电路，脉冲形成电路，所述电源模块通过电源调压模块与脉冲形成电路电连接，所述电源模块通过电源管理模块与控制电连接，所述电源模块用于提供控制器电路、脉冲形成电路的工作电能，所述电源管理模块用于对电源模块提供给控制器电路的电能进行稳压，所述电源调压模块用于对对电源模块提供给脉冲形成电路的电压进行控制；所述控制器电路分别与电源调压模块，电源管理模块电连接，用于输出控制信号，以便控制电源调压模块，电源管理模块的工作状态，控制器电路还与脉冲形成电路电连接用于检测脉冲形成电路。

所述电源管理模块包括稳压芯片U1，电阻R1, 电阻R2, 电阻R3, 电阻R4，电容C1，开关S，所述稳压芯片U1的1脚电连接电源正极，稳压芯片U1的2脚电连接电源负极，稳压芯片U1的3脚与控制器电路器电连接，所述开关S的一端与电源正极电连接，开关S的另一端通过电阻R1与稳压芯片U1的3脚电连接，开关S的另一端通过电阻R2与控制器电路电连接，稳压芯片U1的5脚作为输出端，输出稳压后的电压VCC，VCC直接向微控制器电路供电，电阻R3与电阻R4串接于稳压芯片U1的5脚与接地端之间，稳压芯片U1的4脚与电阻R3与电阻R4串接处电连接，用作为反馈电路。

所述控制器电路包括微控制器U2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C2，微控制器U2的1脚电源管理模块的输出端电连接，电阻R5串接于微控制器U2的3脚与6脚之间，电容C2串接于微控制器U2的1脚与14脚之间，微控制器U2的14脚还与接地端电连接，微控制器U2的10脚通过电阻R6与电源管理模块的输出端电连接，所述微控制器U2的8脚通过电阻R7与电源调节模块的输出端电连接。

所述脉冲形成电路包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。

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使用方法是基于频率可调的、具有多种治疗模式选择的头痛治疗仪的使用方法，该头痛治疗仪具有三种工作模式，而且工作频率不稳定，能够实时监测治疗脉冲的电压及电流，安全隐患小，采用功耗低较低的控制器，及简单的脉冲形成电路，能够较长时间的进行工作，有利于延长电源的使用寿命，除了对于偏头疼有很好的治疗效果，而且可以用来治疗，对失眠和焦虑、抑郁等症状同样有所缓解，具有一定的治疗效果。

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是系统软件总体设计流程图。

图2是系统软件总体设计流程图。

图3是系统软件总体设计流程图。

图4是系统软件总体设计流程图。

图5是系统软件总体设计流程图。

图6是经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统原理图。

图7是电源管理模块电路示意图。

图8是电源调压模块电路示意图。

图9是控制器电路示意图。

图10是脉冲形成电路示意图。

图11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的频率单一，供选择的频率较少，无法进行治疗频率选择，而且工作频率不稳定，存在安全隐患，比较耗费电能，工作持续时间较短的问题，本实施例提供了一种如图1所示的多模式的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：接通电源；

步骤2：系统进行初始化；

步骤3：系统监控治疗脉冲的电压及电流；

步骤4：选择治疗模式，设定治疗时间；

步骤5：选择治疗脉冲频率，系统形成治疗脉冲；

步骤6：结束治疗。

系统电源由电池供电，电池为电源管理电路和升压电路供电，电源管理电路为微控制器供电，系统上电后首先关闭看门狗定时器，然后完成系统初始；系统初始任务设置msp430G2352内部数控时钟振荡器是系统主时钟为8 MHz，配置SMCLK为1MHz；系统输入输出接口（IO）初始，配置P1.5脚（POW-ON=H，H表示为高电平）为稳压电路提供使能信号；配置P1.3脚(FMQ)为输入模式。定时计数器A（Timer_A）初始，配置定时时间为10ms。系统定时间隔10ms查询图9所示控制器U2的P1.3按键输入，根据人机交互控制决定是否开始治疗。开始治疗后系统程序首先对msp430G2352内部资源进行配置，内部模拟数字转换（ADC）单元、内部定时计数器A（Timer_A）、内部看门狗定时器及系统运行参数配置；如ADC单元配置为：单通道多次转换、开启内部电压基准发生器、选择内部1.5V基准电压、ADC时钟源来自MCLK并对MCLK时钟8分频（即ADC10CLKs为1MHz）、采样触发时钟为ADC10CLKs、采样保持时间4 xADC10CLKs，首次转换需要 SHI 信号的上升沿出发采样定时器，以后每次转换在前一次转换结束后立即进行 ，最高采样速率可达到200ksps，配置完成后开启内部ADC。然后系统程序定时扫描用户交互控制，根据用户控制选择治疗模式，确定治疗模式后系统根据用户所选择的治疗模式对内部定时器定时时间进行参数配置，达到调整治疗模式目的。系统在进入治疗模式后会记录治疗时间、并监测治疗效果根据治疗模式对治疗脉冲的要求进行治疗效果的实时调整，直至治疗结束。系统软件总体设计流程如图1所示。

所述治疗模式包含三种治疗模式分别为：

模式1：脉冲频率100Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%；

模式2：脉冲频率60Hz±20%、脉冲宽度300μs±20%；

模式3：脉冲频率120Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%。

如图11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。

实施例2

以治疗模式一为例，治疗脉冲形成设计以治疗模式1为例进行说明，治疗模式1要求实现：脉冲频率100Hz±20%治疗脉冲，一个治疗时间片周期为10ms，在治疗时间片内产生治疗脉冲宽度持续30us，脉冲数目3-9个，形成如图2所示治疗模式1脉冲。在进入治疗模式1后系统程序延时0.2ms待系统对msp430G2352内部定时器重新配置并稳定计时，形成三个定时时间5us、250us、10ms，并利用5us时基软件形实时时钟用于对其它任务的定时触发，如治疗时间记录等工作；接着在图9所示控制器U2的P1.2引脚产生高电平持续时间30us，然后将P1.2引脚复位产生低电平持续时间5us，根据impulse_count_1调整治疗脉冲直至该治疗时间片结束。治疗脉冲形成设计流程如图3所示。

治疗模式2与治疗模式3的形成原理与治疗模式1相同不再赘述。

实施例3

系统在开机及治疗过程会实时对治疗脉冲电压、电流实时监测。治疗电压电流监测以治疗电流监测为例进行说明。根据监测要求系统会在上电后启动对治疗电极贴与人体是否接触和接触不良进行监测，通过电流采样电路将脉冲形成电路的工作电流转化为脉冲电压，引入图9所示控制器U2的P1.0引脚进行采样，根据电压计算处理得脉冲电流大小从而判定电极贴与人体是否接触良好。系统程序配置P1.0为10位ADC并定时在治疗时间片内的第二个脉冲上升沿开始启动内部ADC开始，待ADC转换结束后将采集的ADC结果保存在电压寄存器中供其它任务使用、处理。电流实时监测流程如图4所示。

通过电流采样电路读取脉冲形成电路的工作电流。确保脉冲形成电路的工作电流在一定的范围之内。电流采样电路由电阻R23构成，工作电流在电阻R23上产生压降，引入微控制器U2的P1.0引脚进行采样，根据电流大小判定电极贴与人体是否接触良好。如果接触不好（或者治疗脉冲输出电路未接通），微控制器将控制蜂鸣器发出一串声音提示后自动关机。只有在使用者正确连接治疗电极后重新启动方可工作。

治疗电压实时监测原理同电流实时监测。

对于升压电路的控制，采用智能化自适应设计，能自动根据输出治疗脉冲的幅度，动态调整升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，升压电路提供的高压越高，输出治疗脉冲的幅度越小，升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。

实施例4

治疗过程中系统需要根据治疗效果对治疗脉冲实时调整。根据治疗效果要求进入治疗阶段，脉冲宽度Tw从最大值逐渐减小到开机时的最小值。系统程序定时10ms会触发治疗脉冲调整程序，进入脉冲调整程序后，系统首先判断治疗所处阶段是否为治疗结束前最后30s，若是脉冲宽度Tw从最大值逐渐减小到开机时的最小值。否则进行监测治疗脉冲升压电路的高压，若高压异常升高，控制整个电路停止工作。高压正常条件下进入治疗脉冲调整阶段，调整过程为：治疗开始治疗脉冲PWM信号是由约3—9个脉冲构成的一串脉冲群，并要在12min时间内，从开机时的大约3个30us的一串脉冲群，逐步增加到由大约9个30us的一串脉冲群。在调整阶段同时需根据治疗脉冲电流自动调节脉宽，使治疗脉冲电压稳定。治疗脉冲调整程序设计流程如图5所示。

实施例5

所述治疗脉冲是通过脉冲形成电路形成的，该脉冲形成电路如图10所示，包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。

实施例6

上述系统为如图6所示的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，包括供电模块，电源调压模块，电源管理模块，控制器电路，脉冲形成电路，电源模块通过电源调压模块与脉冲形成电路电连接，电源模块通过电源管理模块与控制电连接，电源模块用于提供控制器电路、脉冲形成电路的工作电能，电源管理模块用于对电源模块提供给控制器电路的电能进行稳压，电源调压模块用于对对电源模块提供给脉冲形成电路的电压进行控制；控制器电路分别与电源调压模块，电源管理模块电连接，用于输出控制信号，以便控制电源调压模块，电源管理模块的工作状态，控制器电路还与脉冲形成电路电连接用于检测脉冲形成电路。

通过控制器控制脉冲形成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形成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。

如图7所示，上述的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，还包括控制按键，控制按键与控制器电路电连接，用于调节经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的工作状态。

控制按键采用单键复用按钮，功能比较多，不仅承担了系统开机、而且承担了模式选择、治疗强度锁定、任务中止、任务延续等多种功能，通过在不同状态下点按按钮的次数来执行不同的功能。

上述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，还包括蜂鸣器和LED显示。蜂鸣器和LED指示灯分别完成控制系统工作状态的声、光提示。

上述控制器为微控制器，其型号为MSP430G2352。该微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 (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作为本控制系统的核心控制芯片。

同时，选择了TI公司的超低压差、超低功耗稳压芯片U1，其型号为TPS73101DBVT实现电源管理，该芯片能够保证两节干电池总电压下降到2.43V时，控制系统依然能够工作，能充分挖掘电池潜能，从设计上能够延长电池的使用寿命。

上述电源模块可以为两节1.5V电池，提供3V的直流电压，就可以满足整个控制系统工作的电能需要。但随着使用时间延长，电压会降低，所以，在电源与控制器之间设置了电源管理模块，通过电源管理模块对控制器的供电电压进行调节，产生稳定的2.4V电压供给控制器（MCU）。上述电源管理模块可以是稳压电路，其核心芯片为稳压芯片U1；上述电源调压模块可以是如图8所示的升压电路，该升压电路为典型的Boost电路形式，该升压电路是最基本的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。

当系统通电后，电池为电源管理电路和升压电路供电，电源管理电路为微控制器供电，升压电路为脉冲形成电路供电。稳压电路采用低压差线性稳压器（Low DropOutRegulator，简称LDO），是一种相对于传统的线性稳压器来说，输入—输出压差很小的线性稳压器，便于在较低的电压下工作。微控制器控制升压电路输出电压的幅度，脉冲形成电路在微控制器的控制下输出特定的治疗脉冲信号，同时从治疗电极上对皮肤及胶原贴电极的电特性进行测量，并根据测量结果优化治疗参数，自动适应电池、皮肤和胶原电极的特性变化。

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。

电路模块间的协同工作过程为：干电池向电源管理电路中的LDO芯片提供的电源，当按下控制系统单键复用按钮后，LDO输出2.4V的稳定电压给微控制器供电。升压电路通过微控制器提供的升压脉冲信号，激励DC—DC升压电路，电池电压升压成为一个更高的直流电压VH，直接为脉冲信号生成电路供电。脉冲信号生成电路通过微控制器的控制输出脉冲信号，最后通过胶原贴电极直接作用于人体。

该系统的上电方式采用人工按键启动，使LDO电源芯片TPS73101DBVT输出2.4V电压，此电压使微控制器立即进入工作状态，并输出相应的控制信号作用在LDO电源芯片的使能端，接管对LDO电源芯片的电压输出控制权，当按键松开后，微控制器则持续输出有效的信号，保持LDO电源芯片的正常工作。经实际测试，TPS73101电源芯片在手动按键按下后，其2.4V的电压输出能保持100ms以上，而核心微控制器MSP430从休眠到唤醒的时间远小于1ms。所以，在“按键启动电源—电源芯片工作—微控制器唤醒工作—微控制器接管电源管理”整个过程中，顺利实现了电源管理权的交接。

上述电源管理模块包括稳压芯片U1，电阻R1, 电阻R2, 电阻R3, 电阻R4，电容C1，开关S，稳压芯片U1的1脚电连接电源正极，稳压芯片U1的2脚电连接电源负极，稳压芯片U1的3脚与控制器电路器电连接，开关S的一端与电源正极电连接，开关S的另一端通过电阻R1与稳压芯片U1的3脚电连接，开关S的另一端通过电阻R2与控制器电路电连接，稳压芯片U1的5脚作为输出端，输出稳压后的电压VCC，VCC直接向微控制器电路供电，电阻R3与电阻R4串接于稳压芯片U1的5脚与接地端之间，稳压芯片U1的4脚与电阻R3与电阻R4串接处电连接，用作为反馈电路。

电源管理电路承担着向微控制器供电的职能，对其要求是工作稳定，纹波小，自身损耗小，供电效率高，特别是能在很低的电压下工作。电池电压通过其稳压处理后向微控制器提供稳定电压。如图7，LDO芯片U1是电源管理电路的核心芯片。由于采用容量有限的电池供电，随着使用时间的延长，输出电压会逐步下降，为了在电池电压较低时仍然能够给微控制器提供稳定恒压的电源，最终精心选择了TPS73101作为LDO芯片。该稳压芯片可以在30mV的超低压差下工作，在理论上能够保证电池电压下降到2.43V时，控制系统依然能够工作，从设计上能够延长电池的使用寿命。

图7中，U1的1脚接电池正极，2脚接电池负极。U1的5脚输出稳压后的电压VCC，VCC直接向微控制器供电。5脚输出的电压VCC通过电阻R3和R4分压，再接入U1的4脚作为直流反馈电压（其内部有一个Vref=1.204V的精密基准电压）。电压VCC与电阻R3和R4之间的关系为VCC=[1.204(R3+R4)]/R4。

升压电路如图8，其作用是将电池电压转换为电压更高的直流电压VH。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U2提供PWM控制信号，完成升压功能。

微控制器输出占空比变化的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R9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还经过R7和R8电阻分压取样后，接至微控制器的8脚，如图8，以便微控制器对升压电路的高压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。

上述控制器电路包括微控制器U2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C2，微控制器U2的1脚电源管理模块的输出端电连接，电阻R5串接于微控制器U2的3脚与6脚之间，电容C2串接于微控制器U2的1脚与14脚之间，微控制器U2的14脚还与接地端电连接，微控制器U2的10脚通过电阻R6与电源管理模块的输出端电连接，微控制器U2的8脚通过电阻R7与电源调节模块的输出端电连接。

如图8，电路的核心部分为微控制器芯片U2，芯片U2选用美国德州仪器 (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。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。

微控制器控制电路主要用于控制升压电路（产生PWM信号）、脉冲信号生成电路（提供Left和Right信号），提供蜂鸣器直接驱动信号FMQ、电源管理电路工作使能信号POW-ON、指示灯控制信号。此外，8脚要完成对高压VH的取样监控，2脚要对系统输出的治疗脉冲强度进行取样监控。其外围电路元件C2承担着电源滤波退耦的作用，兼具提高电路电磁兼容性的重任。

上述脉冲形成电路包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。

脉冲信号形成电路见图10。脉冲信号形成电路由升压电路产生的电压VH供电，在微控制器的控制下在电极J1、J2之间输出脉冲信号。电路为典型的H桥电路，触点J1、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。如图9，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。

上述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，还包括蜂鸣器，蜂鸣器的电源输入正极与控制器电连接，蜂鸣器的电源输入负极与接地端电连接。如图7，微控制器通过FMQ信号直接驱动蜂鸣器发出声音。通过蜂鸣器电路完成开机提示、操作提示、报错提示（如电极贴与人体接触不良）。

上述的一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，还包括LED显示，该LED显示为二极管D1，二极管D1的正极与控制器电连接，二极管D1的负极与接地端电连接，二极管D1的负极还与电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端与控制器电连接。

通过电压采样电路读取升压电路输出的高压值VH。进而通过微控制器将脉冲形成电路的供电电压控制在一定的范围之内。电压采样电路由电阻R7和R8组成，电阻R7、R8对VH分压后，将R8上的电压VHF反馈引入微控制器进行电压采样。

通过电流采样电路读取脉冲形成电路的工作电流。确保脉冲形成电路的工作电流在一定的范围之内。电流采样电路由电阻R23构成，工作电流在电阻R23上产生压降，引入微控制器U2的2脚进行采样，根据电流大小判定电极贴与人体是否接触良好。如果接触不好（或者治疗脉冲输出电路未接通），微控制器将控制蜂鸣器发出一串声音提示后自动关机。只有在使用者正确连接治疗电极后重新启动方可工作。

综上所述，基于本实施例的硬件电路和专门为MSP430微控制器编写的特定程序，实现了三种治疗模式下特定脉冲的产生：

模式1、模式2脉冲输出幅度0V-16V（±20%）（阻抗1KΩ）。其中，开机后在14分钟(±20%)内脉冲渐增至16V(±20%)，从14分钟起保持16V(±20%)直到20分钟治疗结束。

模式3脉冲输出幅度0V-14V（±20%），（阻抗1KΩ）。其中，在12分钟(±20%)时间内，幅度渐增至14V(±20%)，从12分钟起保持14V(±20%)直到20分钟治疗结束。

本控制系统功耗低，用干电池供电，且延长了干电池的使用寿命。结构轻巧、操作简单、使用安全。

总体设计本着“先测后治”的理念，在开机后的整个工作过程中，系统始终动态监测脉冲电极、皮肤及胶原贴电极的电特性，并根据测量结果优化治疗参数，自动适应电池、皮肤和胶原电极的特性变化，力求每位使用者都能达到最佳治疗效果。同时充分考虑到使用者的个性化差异，给使用者更多的个性化治疗方案，在系统硬件平台基础上，设计了三种工作模式，三种模式的脉冲频率、脉冲宽度、脉冲强度均不同，但不论哪种模式，都是按照开机后脉冲幅度逐渐增大（是自动增大，由弱到强），达到设计目标后保持稳定一段时间，这种由弱到强的治疗模式可以让使用者获得的治疗体验渐入佳境。即便如此，在每种模式的脉冲幅度逐渐增大过程中，使用者可以随时点按单键复用按钮一次，治疗强度立即锁定在当前状态，直到本次治疗周期结束。

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

Claims (8)

1.一种经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：接通电源；

步骤2：系统进行初始化；

步骤3：系统监控治疗脉冲的电压及电流；

步骤4：选择治疗模式，设定治疗时间；

步骤5：选择治疗脉冲频率，系统形成治疗脉冲；

步骤6：结束治疗。

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使用方法，其特征在于，所述治疗模式包含三种治疗模式分别为：

模式1：脉冲频率100Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%；

模式2：脉冲频率60Hz±20%、脉冲宽度300μs±20%；

模式3：脉冲频率120Hz±20%、脉冲宽度250μs±20%。

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使用方法，其特征在于：所述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。

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使用方法，其特征在于：所述治疗脉冲是通过脉冲形成电路形成的，该脉冲形成电路包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。

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使用方法，其特征在于：所述系统为经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的控制系统，包括供电模块，电源调压模块，电源管理模块，控制器电路，脉冲形成电路，所述电源模块通过电源调压模块与脉冲形成电路电连接，所述电源模块通过电源管理模块与控制电连接，所述电源模块用于提供控制器电路、脉冲形成电路的工作电能，所述电源管理模块用于对电源模块提供给控制器电路的电能进行稳压，所述电源调压模块用于对对电源模块提供给脉冲形成电路的电压进行控制；所述控制器电路分别与电源调压模块，电源管理模块电连接，用于输出控制信号，以便控制电源调压模块，电源管理模块的工作状态，控制器电路还与脉冲形成电路电连接用于检测脉冲形成电路。

6.如权利要求4所述的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法，其特征在于：所述电源管理模块包括稳压芯片U1，电阻R1, 电阻R2, 电阻R3, 电阻R4，电容C1，开关S，所述稳压芯片U1的1脚电连接电源正极，稳压芯片U1的2脚电连接电源负极，稳压芯片U1的3脚与控制器电路器电连接，所述开关S的一端与电源正极电连接，开关S的另一端通过电阻R1与稳压芯片U1的3脚电连接，开关S的另一端通过电阻R2与控制器电路电连接，稳压芯片U1的5脚作为输出端，输出稳压后的电压VCC，VCC直接向微控制器电路供电，电阻R3与电阻R4串接于稳压芯片U1的5脚与接地端之间，稳压芯片U1的4脚与电阻R3与电阻R4串接处电连接，用作为反馈电路。

7.如权利要求4所述的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法，其特征在于：所述控制器电路包括微控制器U2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C2，微控制器U2的1脚电源管理模块的输出端电连接，电阻R5串接于微控制器U2的3脚与6脚之间，电容C2串接于微控制器U2的1脚与14脚之间，微控制器U2的14脚还与接地端电连接，微控制器U2的10脚通过电阻R6与电源管理模块的输出端电连接，所述微控制器U2的8脚通过电阻R7与电源调节模块的输出端电连接。

8.如权利要求4所述的经皮神经电刺激物理头痛治疗仪的使用方法，其特征在于：所述脉冲形成电路包括电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，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R10的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R10的另一端通过电阻R19与三级管Q1的基极电连接，电阻R10的另一端还通过电阻R11与三级管Q2的基极电连接，三级管Q1的发射极通过电阻R18与电源调压模块的输出端电连接，三级管Q1的发射极还与三级管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R21接地，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R12与三级管Q5的集电极电连接，三级管Q2的发射极通过电阻R23与接地端电连接，三级管Q2的发射极还通过电阻R24与控制器电连接，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的基极通过电阻R13与控制器电连接，三级管Q5的发射极与接地端电连接，电阻R14的一端与电源调压模块的输出端电连接，电阻R14的另一端通过电阻R20与三级管Q3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R22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，电阻R14的另一端还通过电阻R15与三级管Q4的基极电连接，三级管Q4的基极通过电阻R16与三级管Q6的集电极电连接，三级管Q6的基极通过电阻R17与控制器电连接，三级管Q6的发射极与接地端电连接。