CN110151389A - 多次使用的电子热疗贴片 - Google Patents

Abstract

应用于身体以缓解疼痛的贴片，包括加热部分，该加热部分通过具有温度和时间控制的USB线供电，并且包括可重复使用的粘合剂以供多次使用。

Description

多次使用的电子热疗贴片

背景技术

利用热来治疗肌肉和关节疼痛是公认的。使用加热垫的热疗增加血液循环，并提高关节和肌肉的张力，以缓解疼痛。加热垫已存在超过100年。常见的加热贴片利用化学放热反应，当将加热贴片从密封包装中取出时，该化学放热反应被空气激活。其他类型包括放置在容器中的可微波的凝胶包。这些装置代替了使用插入固定电源的加热垫，使得热疗成为可移动的。化学类型的热贴片和可微波类型的热贴片都随时间具有温度变化。例如，化学贴片需要数分钟来激活，随后几个小时温度升高，再之后几个小时温度降低。可微波类型一开始热，随后温度随时间降低。化学类型和可微波类型都没有精准且一致的温度控制。

另一种类型的热贴片是电子加热的热疗贴片。然而电子热疗贴片的热量分布没有与化学贴片相同的高峰和低谷，它确实提供更一致和更均匀的热流分布，这对于治愈过程更好。存在一些使用低压的热贴片，例如用USB线，该贴片使用维克罗来附接至包裹物的织物或材料，包裹住身体的部分，例如在Chang的公开号为2009/0127250的美国专利申请以及Sham等人的公开号为2011/0065977的美国专利申请中公开的热贴片。包裹物体积大，不舒适，并且在治疗小块区域时会移动。使用粘合剂具有的优点在于：不用配件就可将贴片保持在适当位置；但是，粘合剂不可重复使用，并仅限于使用一次。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于应用至身体的多次使用的电子热贴片，其包括柔性外层、柔性下层、设置在外层和下层之间的加热器和控制电路、与控制电路电连接的用于供电的USB电源连接器以及控制电路内的集成电路，柔性下层具有可重复利用的粘合剂，粘合剂粘合到下层的底面以附贴至皮肤。集成电路配置为控制加热器的温度并计算和控制使用时间。

在一些方面，加热器和可重复使用的粘合剂可以彼此重叠。

在一些方面，可重复使用的粘合剂可包括多个彼此平行且间隔开的粘合带。

在另外的方面，加热器可包括与相应的多个粘合带重叠的绝缘芯构件的阵列。

在其他方面，加热器还可包括缠绕绝缘芯构件的阵列的电阻丝。

在一些方面，该贴片还可包括与加热器相关联的热活化胶。

在一些方面，可重复使用的粘合剂可以是硅胶薄膜。

在其他方面，可重复使用的粘合剂可包括设置在下层的底面第一端上的第一部，和设置在下层的底面第二端上的第二部，其与第一端相对。

在本发明的另一个方面，用于应用至身体的多次使用的电子热贴片包括柔性外层、连接至外层的柔性下层、粘合至下层的底面的用于附贴至皮肤的至少一个粘合带以及设置在外层和下层之间并与至少一个粘合带重叠的加热器。

在一些方面，该至少一个粘合带可以是多个彼此平行且间隔开的粘合带。

在其他方面，该贴片还可包括设置在外层和下层之间的控制电路、与控制电路电连接的用于供电的USB电源连接器以及控制电路内的集成电路，该控制电路配置为控制加热器的温度以及计算和控制使用时间。

下面参考附图更详细地描述本发明的示范性实施例的进一步的细节和方面。

如本文所使用的，术语平行和垂直应当理解为包括相对设置为偏离准确的平行和准确的垂直最高正或者负10度的大致平行和大致垂直。

附图说明

在此参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1A是用于向使用者施加热疗的电热贴片的示范性实施例的俯视图；

图1B是图1A的贴片的仰视图；

图1C是图1A的贴片的爆炸图，示出了其内部结构；

图2A是电热贴片的另一个实施例的仰视图；

图2B是已移除上部织物层的图2A的贴片的俯视图；

图2C是图2A的贴片的俯视图；

图3是控制电路图；

图4是控制程序的流程图；以及

图5是将传统化学热贴片与本发明的电子热贴片进行比较的时间温度图。

具体实施方式

参考附图详细描述本发明公开的电热贴片的实施例，其中在多个视图中的每一个中同样的标号指示相同或相应的元件。

现代的加热垫采用安全电路来保护使用者，由于它们由120或240伏交流电供电，这对使用者来说存在风险。通常存在交流线路供电不可用的情况，对于这些情况，应用可移动的加热类型，通常形式为可以持续长达八小时的化学贴片。在当今的现代环境中，通常通过在笔记本电脑和个人电脑、用于手机和平板电脑的扩展充电的移动电源、汽车仪表板、点烟器插座的适配器以及交流适配器中找到的USB端口可获得低压电源。

本发明提供了多次使用的自粘电子热贴片的实施例。该热贴片包含微处理器，用于控制使用的温度和时间。该电子产品的优点是，能够通过检查加热器和电源转换电路的完整性来监控加热垫的安全性。该贴片具有USB连接器，以连接至计算机、电源适配器或移动电源，用于移动使用。使用医用级硅胶薄膜使加热元件与待治疗的身体部分保持对齐，该医用级硅胶薄膜可能没有额外的胶水或粘合剂。与化学贴片相比，本发明的多次使用方面降低了治疗的成本，并且向该系统提供了非常环保的动力。不用担心化学品，本发明的多次使用的电子贴片是环保的且无毒的。

本发明的电子热贴片粘附到任何身体部位以缓解使用者的疼痛并给使用者带来舒适，大大消除了休克或伤害身体的可能性。该电子贴片，有时在本文中称为e-贴片，在下文中进行描述，并且能够粘附到皮肤上而不会有粘合剂耗损或在皮肤上留下胶水残留物。公开了两个实施例来描述本发明，示出的形状和尺寸是出于说明的目的，并且功能不限于该实施例的特定配置。

参考图1A-1C，示出了多次使用电子热贴片(“e-贴片”)的示范性实施例，并且通常标示为100。在图1A中示出的e-贴片100的俯视图，示出了具有USB连接器2，比如，微型USB(micro USB)连接器、迷你USB(mini USB)连接器或标准USB连接器的开口端以及电源指示器LED3，当e-贴片100处于加热模式时，该电源指示器LED 3亮起。该LED 3实际上安装在印刷电路板9A(稍后描述)上，并且LED透过电子贴片100的外层织物发光。该LED 3还通过以预设的顺序闪烁来指示该e-贴片100是否处于安全模式。

e-贴片100的底面，即图1B，具有可重复使用的粘合剂4和5的第一部和第二部，用于附着到皮肤上。可重复使用的粘合剂4、5可以是专门设计为不使用粘合剂就能附贴到皮肤上的硅胶薄膜。在一些方面，可重复使用的粘合剂可以是3M公司名称为“3M^TM牌可移除硅胶带(3M^TMKind Removal Silicone Tape)”的销售类型的硅胶薄膜。硅胶薄膜4和5是医用级的并且对相容性和长期毒性进行了测试。这种医用级硅胶的其他用途包括，以类似方式作为创口贴或人造疮痂使用的人造皮肤。通过在待治疗的区域上拉伸并按压可重复使用的粘合剂部4、5来应用e-贴片100，以紧密附着至皮肤。e-贴片100可以附着在不均匀的表面上，并且几乎不会受到皮肤上可能有的毛发的影响。当移除e-贴片100时，不会留下任何残留物，并且毛发和裸露的伤口都不会受到移除的影响。

可重复使用的粘合剂4、5粘合到e-贴片100的柔性底层或下层6的底面。e-贴片100还包括上层或外层1，该上层或外层1粘合或以其他方式连接到下层6。e-贴片100的上层1和下层6优选地由柔软的聚酯织物制成。也可以考虑其他合适类型的织物。

e-贴片100的内部组件在图1C中示出。加热器10通过具有与热熔胶相似性质的热活化胶(未明确示出)附接到上部织物1和下部织物6。加热器10包括加热丝合金7A，其以蛇形图案等间隔地固定在织物基体中，以向治疗区域提供均匀的热量。加热丝7A可以螺旋地缠绕在薄芯构件7B(例如，塑料、橡胶或任何其他合适的绝缘材料)周围，并且交织穿过内部加热器10的基体。薄芯构件7B可以是彼此间隔开并且彼此平行的绝缘芯构件的阵列。在一些方面，加热丝7A可以是电阻丝加热元件。在其他方面，加热丝7A可具有与温度正相关的电阻特性，由此电阻随着温度的升高而增加，并且可以在功能上兼作为温度传感器。在一些方面，加热丝7A可以采用任何合适的图案。加热丝7和电源USB连接器8电连接到印刷电路板9A。

电路板9A具有控制电路，例如集成电路9B(例如微处理器uP)以及电连接到印刷电路板9A的温度传感器11。印刷电路板9A可以由刚性玻璃纤维类型或工业上已知的柔性类型制成。如上所述，将表面安装的LED 3焊接至印刷电路板9A。加热器组件10夹在织物的上层1和下层6之间并由粘合剂粘合。热活化胶可用于此目的并活化加热器10内的粘合剂以形成粘合的封皮。加热器10中的热活化胶还提高了至e-贴片100封皮表面的热传递。然后将硅胶粘合薄膜4和5附接到下部织物上，形成两个凸耳12和13，用于在该第一实施例中附接至使用者上。

参考图2A、2B和2C，示出了多次使用的电子贴片200的另一个实施例，与上述的e-贴片100类似。由于本实施例的e-贴片200与上述e-贴片100之间的相似性，以下将仅对那些认为有必要的e-贴片200的元件进行详细描述以阐明与上述e-贴片100的不同之处。

e-贴片200包括多个硅胶粘合带14、15和16，其以与第一实施例同样的方式粘合至e-贴片200的下层17。内部结构具有同样的组合，该组合为带加热元件7的加热器组件10、温度传感器11和带LED 3的印刷电路板9A的组合。加热器组件10可以热粘结到下层17(图2B)和上层18(图2C)。e-贴片200上不具有粘合剂14、15、16的部分19用于连接USB线(未示出)，并且还用于从皮肤移除e-贴片200。粘合带14、15和16与内部的加热器组件10一致(例如重叠)并且提供至少两个目的。粘合带14、15、16提供了从加热器组件10至皮肤的直接的热传递路径，并且当在形状可变的关节例如膝盖内部、手肘内部、腕部、颈部、踝关节、臀部或身体任何弯曲的部位上使用时，还防止e-贴片200从皮肤表面上翘起。

e-贴片200可以穿戴在身体的任何表面上，当在难以够到的位置，例如使用者背部的上部或中部使用时，可以保持USB线附着并穿过衣服到方便的开口准备好插入USB电源。这种使用方法很方便，因为只有当e-贴片200接触到这些元素，诸如淋浴或盆浴、游泳、热水池浴或可能导致e-贴片200移位的活动时，才需要移除电子贴片200。当与USB移动电源一起使用时，该组合允许完全地移动化使用。由于e-贴片200设计为平坦地附接到身体上，因此它不会发生聚拢或折叠，由于加热元件自身不会折叠，所以不会出现热点。控制e-贴片200以获得最佳的治疗温度。

印刷电路板9A装有微处理器uP(图3)和双列直插式MOSFET开关。参考图3，微处理器uP由3伏调压器VR供电，该调压器VR为微处理器uP和温度传感器Rt提供稳定的电源电压。电源滤波电容器C1降低由微控制器uP引至热敏电阻电路上的噪声。

传感器是低成本的热敏电阻器，其与电阻器R1形成分压器。分压器的输出电压由微处理器uP的模拟端口P0读取。输入端口P0配置为模数转换器的输入，其中P0处的电压转换为贴片温度的等效数值。

加热丝Rh通过一对串联连接的MOSFET M1和M2的动作供电。继续参考图3，输送到加热器的电力控制如下。输出端口P5切换为高电平，经过电阻器R5向MOSFET M2的栅极G2提供高电势，引起源极端子S2和漏极端子D2之间的导通，同时输出端口P4经过电阻器R6向栅极G1提供电流，从而导通S1和D1之间的MOSFET M1。MOSFET M2的漏极D2串联连接到MOSFETM1的源极S1，使加热器Rh转换为接地。通过分别驱动每个MOSFET开关并在每个MOSFET的断开状态下检查经过电阻器R4进入模数转换端口P3的输出电压的状态来实现安全性。如果MOSFET M1或MOSFET M2短路，微控制器将阻止另一个MOSFET开关导通。通过分压器R2、R3监控电源电压，C2提供了信号的稳定性，当输入电源电压下降至低于预设值，例如3.5伏特，微处理器uP将阻止MOSFET的开关动作。

微处理器uP连续监控电源开关和温度传感器Rt的状态，万一故障，通过将双MOSFET的栅极G1和G2都设为接低电平，该uP阻止加热该加热器Rt，并通过闪烁LED D1向使用者发信号。限流电阻器R7与LED D1串联以控制经过LED D1的电流。当电路处于加热模式时，LED D1连续供电。

微处理器uP计算温度以进行温度控制，检查温度传感器Rt的完整性，检查在图3中示为MOS 1和MOS 2的双MOSFET开关的完整性，并检查加热器Rh的完整性。流程图图4描述了这些功能。

参考图4，一旦启动101，程序初始化并重置输入和输出函数102，温度传感器Rt在电阻分压器Rt-R1的结点处的电压为端口P1上的输入，微处理器uP进行模拟到数字的转换并与查找表进行比较103。如果电压超过最大阈值电压104，则传感器至少部分短路并检测到错误，结果是LED闪烁3次105。如果电压没有超过该最大阈值，则检查电压的低电压阈值106，如果低于该值，则传感器开路并且检测到错误，结果是LED闪烁4次107。如果电压在最大阈值和最小阈值之间，则将查找表中的该值与预设的温度进行比较108。大于设定温度时切断至e-贴片加热器的电源109，如果电压不大于设定的温度，则接通电源、接通MOS1和MOS2直至e-贴片加热器110。然后将5伏的输入电压与3.5伏特进行比较111，如果小于3.5V，则e-贴片通过1/2工作周期供电112，以延长电源的使用寿命。程序返回到框103，形成温度控制循环。图4中显示了一个单独的程序用于安全中断。周期性地调用中断程序，以测试两个MOSFET开关的完整性。此处，在1/60秒处开启时间中断程序113，并将MOS1和MOS2全部关闭114。在输入PA3处检测MOS 1和MOS2串联连接的结点处的电压115，如果电压为高电平，则认为开关MOS1是短路的，LED连续闪烁1次116，并且程序不返回主程序。如果PA3上的电压为低电平，则MOS1开关接通117，再次检测PA3的电压118。这时如果PA3仍为低电平，则确定MOS2短路并且LED连续闪烁2次119，不返回主程序。如果PA3的第二次检测为高电平，则MOS1和MOS2都不短路，不存在不安全状况的风险，结束该中断，返回主程序120。

电路和程序逻辑的描述作为本发明的控制和安全方面的示例来呈现。可以想到其他温度和电路完整性的方法，例如将具有正温度系数的加热器元件同时作为加热器和传感器来使用，并且检测加热器的完整性随后就显而易见了。另一个安全装置采用的是使用计时器，使得通过自动关机的计时器来限制单次热疗的使用时间，并且总的累计使用时间可用于限制由于贴片和至USB连接器的多个连接上的结构磨损导致的系统使用年限。

具有通信能力的微处理器可以与蓝牙或WiFi设备组合，以远程地与智能手机或计算机通信，或者具有USB连接的通信能力的微处理器或者可以与计算机一起使用以使得另一设备能够访问程序中的参数。这可用于调整设定温度和自动关机的时间以定制热疗。

图5显示了本发明的e-贴片100或200与常见的化学贴片之间的时间温度比较。为了说明，加强了e-贴片100或200的起止温度响应，起止差分是温度控制周期中的滞后作用的函数。e-贴片100或200温度曲线如图形121所示，化学贴片的温度曲线如图形122所示。注意e-贴片100或200的温度仅在4分钟123内就达到设定温度，化学贴片超过60分钟才达到最高温度。快速获得所需温度的优点是显而易见的，特别是如果热疗时间仅为一或两小时。化学贴片还具有可能比最佳治疗时间更长的固定的使用时间，只能去除并清理化学贴片能够缩短热疗时间，因此e-贴片100或200成本效益更好。

根据本文提供的说明和描述，本发明的e-贴片100或200优于传统化学贴片和电热贴片的优点是显而易见的。本发明的范围不限于由形状、尺寸或功能所描述的实施例。

应当理解，可以对本文公开的实施例进行各种修改。因此，以上描述不应被解释为限制，而仅仅是作为各种实施例的范例。本领域技术人员能够想到在所附权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims (15)

1.一种多次使用的电子热贴片，用于应用至身体，包括：

柔性外层；

柔性下层，其具有可重复使用的粘合至下层的底面的粘合剂，用于附贴至皮肤；

加热器和控制电路，所述加热器和控制电路设置在所述外层和所述下层之间；

USB电源连接器，所述USB电源连接器与所述控制电路电连接，用于供电；以及

所述控制电路中的集成电路，其中所述集成电路配置为控制所述加热器的温度以及计算和控制使用时间。

2.根据权利要求1所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述加热器与可重复使用的粘合剂彼此重叠。

3.根据权利要求1或2所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述可重复使用的粘合剂包括多个彼此平行且间隔开的粘合带。

4.根据权利要求3所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述加热器包括与相应的多个粘合带重叠的绝缘芯构件的阵列。

5.根据权利要求4所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，加热器还包括缠绕所述绝缘芯构件的阵列的电阻丝。

6.根据权利要求1所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，还包括与所述加热器相关联的热活化胶。

7.根据权利要求1所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述可重复使用的粘合剂为硅胶薄膜。

8.根据权利要求1所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述可重复使用的粘合剂包括：

设置在所述下层的底面第一端上的第一部；以及

设置在所述下层的底面第二端上的第二部，其与第一端相对。

9.一种多次使用的电子热贴片，用于应用至身体，包括：

柔性外层；

柔性下层，其连接至所述外层；

至少一个粘合带，所述粘合带粘合至所述下层的底面，用于附贴至皮肤；以及

加热器，所述加热器设置在所述外层和所述下层之间，并与所述至少一个粘合带重叠。

10.根据权利要求9所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述至少一个粘合带是多个彼此平行且间隔开的粘合带。

11.根据权利要求10所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述加热器包括与相应的多个粘合带重叠的绝缘芯构件的阵列。

12.根据权利要求11所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述加热器还包括缠绕绝缘芯构件的阵列的电阻丝。

13.根据权利要求9至12所述的多次使用的电子热贴片，还包括：

控制电路，所述控制电路设置在所述外层和所述下层之间；

USB电源连接器，所述USB电源连接器与所述控制电路电连接，用于供电；以及

所述控制电路中的集成电路，并且所述集成电路配置为控制加热器的温度以及计算和控制使用时间。

14.根据权利要求9至12所述的多次使用的电子热贴片，还包括与加热器相关联的热活化胶。

15.根据权利要求9至12所述的多次使用的电子热贴片，其特征在于，所述至少一个粘合带为硅胶薄膜。