CN112401979B - 可调节能量密度的冲击波治疗仪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，包括治疗仪主机、治疗手柄、压缩泵、压力传感器、压力调节单元与主板。本发明通过在冲击波主机上增加一个用于测量能量密度或能流密度的压力传感器模块，使用者设置完需要的能量密度后，将治疗头按压在压力传感器模块上输出冲击波，压力传感器模块将接收到的冲击波转变为电信号发送到主控板上，主控板根据接收的电信号转化为能量密度值，根据能量密度值自动调节工作压力，使治疗手柄输出的能量密度值符合使用者的设定值。当治疗头的输出能量密度值满足使用者的设定值后，通过操作界面提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而实现对能量密度/能流密度进行闭环控制。

Description

可调节能量密度的冲击波治疗仪系统
技术领域
本发明属于冲击波治疗仪技术领域，更具体地说，具体涉及可调节能量密度的冲击波治疗仪系统。
背景技术
体外冲击波是一种通过物理学机制介质(空气或气体)传导的机械性脉冲压强波，该设备将气动产生的脉冲声波转换成精确的弹道式冲击波，通过治疗探头的定位和移动，可以对疼痛发生较广泛的人体组织产生良好的治疗效果。体外冲击波设备一般包括主机及手柄两大部分，主机用于提供气源及脉冲，手柄用于产生精准稳定的冲击波。
目前，该种设备主要通过调节输出压缩空气压力的大小来调节输出能量密度/能流密度的大小，输出能量密度/能流密度是关系到治疗效果的重要性能参数，但是目前并没有对能量密度/能流密度进行闭环控制。
为此我们提出可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，提供一种闭环控制输出能量密度/能流密度的手段，使操作者可以在操作界面直接设置所需的能量密度，并获得所需的能量密度/能流密度
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，通过在冲击波主机上增加一个用于测量能量密度或能流密度的压力传感器模块，使用者设置完需要的能量密度后，将治疗头按压在压力传感器模块上输出冲击波，压力传感器模块将接收到的冲击波转变为电信号发送到主控板上，主控板根据接收的电信号转化为能量密度值，根据能量密度值自动调节工作压力，使治疗手柄输出的能量密度值符合使用者的设定值。当治疗头的输出能量密度值满足使用者的设定值后，通过操作界面提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而实现对能量密度/能流密度进行闭环控制，而提出的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，包括：
治疗仪主机，治疗仪主机的外部设置有操作面板，治疗仪主机的内部设置有压缩泵、压力传感器、压力调节单元与主板；
治疗手柄，通过电路与气路连接于压力调节单元，用于按压在压力传感器上输出冲击波、产生精确稳定的弹道式冲击波；
压缩泵，通过气路连接于压力调节单元并通过电路电性连接受控于主板，用于提供治疗手柄的气源；
压力传感器，电性连接于主板且设置于治疗仪主机内部，用于测量能量密度或能流密度、接收治疗手柄输出的冲击波，并将接收到的冲击波转变为电信号发送到主板上；
压力调节单元，通过电路与气路连接于主板，用于调节压缩泵提供给治疗手柄的气压压力值大小；
主板，设置于治疗仪主体的内部，用于通过PWM占空比控制控制压缩泵输出的气体压力，以调节提供给治疗手柄的气压压力值的大小，主板通过压力传感器得到治疗手柄当前输出的能量密度，并且通过调整压缩泵输出的压力值大小，将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度；
治疗仪主机输出冲击波的能量密度的计算方法：
S1、主控板通过压力传感器连续采样，获得F0、F1和T的值；
S2、通过模拟负载厚度D1和F2计算获得治疗头实际输出冲击波的值F，使用穿透深度的计算方法；
S3、通过F在时间段T内的积分获得输出动量P；
S4、使用假想的目标质量块95g并垂直向上受力，换算得到治疗头的输出能量E，E再除以治疗头的截面积S获得能量密度，使用能量密度的计算方法，冲击波的能量密度计算方法中使用的公式：
d50％＝d1/2+F1*(d2-d1)/(2*(F1-F2))；
F50％＝(F2*d50％)/(2*d50％-D1)；
F＝2*F50％；
P＝∫Fdt＝M*V；
E＝1/2*M*V^2；
E＝1/2*(P^2)/M；
ED＝2*E/S；
公式中，d50％：穿透深度，冲击力在衰减到一半时，模拟负载的厚度；
F1：使用者将治疗头压在压力传感器上时的压力；
F2：输出冲击波经过模拟负载后的力；
D1：治疗头到压力传感器的垂直距离；
P：动量值，脉冲的时间段T内对F积分获得；
M：质量块重量，按照技术标准中的要求，m设定为95g；
V：质量块受冲击波后产生的垂直向上的初速度；
E：冲击波经过水凝胶垫衰减后的输出能量；
ED：冲击波输出能量密度；
S：治疗头的面积。
优选的，所述操作面板用于使用者对治疗仪主机输出的能量值与能量密度值进行调节、提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而辅助使用者将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度。
优选的，所述压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置设置为电磁阀、比例阀或泵、空压机。
优选的，所述压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置的气源压力控制方式为：通过PWM调节泵的转速、通过使用电压、电流或者数字通信方式连接的比例阀或者电磁阀对一个较大的输出气源(比如空压机或者外部气源)进行压力的调节。
优选的，所述压力传感器可不与主板连接，独立显示能量值与能量密度值，操作者通过观察压力传感器显示的能量值与能量密度值，手动调节气源压力大小以达到合适的能量值与能量密度值。
优选的，所述主板需要控制的参数包括能量密度、能量强度或能流密度。
优选的，所述能量密度的计算方法的步骤S2中使用穿透深度的计算方法与步骤S4中使用能量密度的计算方法均为YY0950气压弹道式体外压力波治疗设备标准中的计算公式。
优选的，所述压力传感器设置为表面附有水凝胶垫或硅胶垫的压力传感器，所述压力传感器与主机的连接方式设置为模拟式或数字式。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，与现有技术相比；
本发明通过在冲击波主机上增加一个用于测量能量密度或能流密度的压力传感器模块，使用者设置完需要的能量密度后，将治疗头按压在压力传感器模块上输出冲击波，压力传感器模块将接收到的冲击波转变为电信号发送到主控板上，主控板根据接收的电信号转化为能量密度值，根据能量密度值自动调节工作压力，使治疗手柄输出的能量密度值符合使用者的设定值。当治疗头的输出能量密度值满足使用者的设定值后，通过操作界面提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而实现对能量密度/能流密度进行闭环控制，使用者就可以使用所需要的能量密度对患者进行治疗。
附图说明
图1为本发明的闭环控制逻辑图；
图2为本发明能量密度计算的方法流程图；
图3为本发明能量密度计算过程中压力传感器获得的压力值波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
实施例
可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，包括：
治疗仪主机，治疗仪主机的外部设置有操作面板，治疗仪主机的内部设置有压缩泵、压力传感器、压力调节单元与主板；
治疗手柄，通过电路与气路连接于压力调节单元，用于按压在压力传感器上输出冲击波、产生精确稳定的弹道式冲击波；
压缩泵，通过气路连接于压力调节单元并通过电路电性连接受控于主板，用于提供治疗手柄的气源；
压力传感器，电性连接于主板且设置于治疗仪主机内部，用于测量能量密度或能流密度、接收治疗手柄输出的冲击波，并将接收到的冲击波转变为电信号发送到主板上；
压力传感器读数过程中，由于由于手柄输出的冲击波的脉冲宽度很小，只有几个ms左右，因此相对于用户将手柄按压在压力传感器上的压力波形有明显的区别，则需要在使用的过程中进行校准；
压力调节单元，通过电路与气路连接于主板，用于调节压缩泵提供给治疗手柄的气压压力值大小；
主板，设置于治疗仪主体的内部，用于通过PWM占空比控制控制压缩泵输出的气体压力，以调节提供给治疗手柄的气压压力值的大小，主板通过压力传感器得到治疗手柄当前输出的能量密度，并且通过调整压缩泵输出的压力值大小，将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度；
治疗仪主机输出冲击波的能量密度的计算方法：
S1、主控板通过压力传感器连续采样，获得F0、F1和T的值；
S2、通过模拟负载厚度D1和F2计算获得治疗头实际输出冲击波的值F，使用穿透深度的计算方法；
S3、通过F在时间段T内的积分获得输出动量P；
S4、使用假想的目标质量块95g并垂直向上受力，换算得到治疗头的输出能量E，E再除以治疗头的截面积S获得能量密度，使用能量密度的计算方法，冲击波的能量密度计算方法中使用的公式：
d50％＝d1/2+F1*(d2-d1)/(2*(F1-F2))；
F50％＝(F2*d50％)/(2*d50％-D1)；
F＝2*F50％；
P＝∫Fdt＝M*V；
E＝1/2*M*V^2；
E＝1/2*(P^2)/M；
ED＝2*E/S；
上述公式中，首先采用YY0950气压弹道式体外压力波治疗设备标准中关于穿透深度的公式；使d1＝D1，d2＝d50％，f1＝F2,f2＝F50％，推导得F50％；再使d1＝0，d2＝d50％，f1＝F，f2＝F50％K，推导得F；再通过动量公式与能量公式推导得能量与动量的关系，再使用YY0950气压弹道式体外压力波治疗设备标准中关于能量密度的公式。
公式中，d50％：穿透深度，冲击力在衰减到一半时，模拟负载的厚度；
F1：使用者将治疗头压在压力传感器上时的压力；
F2：输出冲击波经过模拟负载后的力；
D1：治疗头到压力传感器的垂直距离；
P：动量值，脉冲的时间段T内对F积分获得；
M：质量块重量，按照技术标准中的要求，m设定为95g；
V：质量块受冲击波后产生的垂直向上的初速度；
E：冲击波经过水凝胶垫衰减后的输出能量；
ED：冲击波输出能量密度；
S：治疗头的面积。
操作面板用于使用者对治疗仪主机输出的能量值与能量密度值进行调节、提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而辅助使用者将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度。压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置设置为电磁阀、比例阀或泵、空压机。
压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置的气源压力控制方式为：通过PWM调节泵的转速、通过使用电压、电流或者数字通信方式连接的比例阀或者电磁阀对一个较大的输出气源(比如空压机或者外部气源)进行压力的调节。
压力传感器可不与主板连接，独立显示能量值与能量密度值，操作者通过观察压力传感器显示的能量值与能量密度值，手动调节气源压力大小以达到合适的能量值与能量密度值。主板需要控制的参数包括能量密度、能量强度或能流密度。
能量密度的计算方法的步骤S2中使用穿透深度的计算方法与步骤S4中使用能量密度的计算方法均为YY0950气压弹道式体外压力波治疗设备标准中的计算公式。压力传感器设置为表面附有水凝胶垫或硅胶垫的压力传感器，通过在压力传感器表面附着水凝胶垫或硅脚垫从而对人体组织进行模拟，压力传感器与主机的连接方式设置为模拟式或数字式。
综上所述，本发明通过在冲击波主机上增加一个用于测量能量密度或能流密度的压力传感器模块，使用者设置完需要的能量密度后，将治疗头按压在压力传感器模块上输出冲击波，压力传感器模块将接收到的冲击波转变为电信号发送到主控板上，主控板根据接收的电信号转化为能量密度值，根据能量密度值自动调节工作压力，使治疗手柄输出的能量密度值符合使用者的设定值。当治疗头的输出能量密度值满足使用者的设定值后，通过操作界面提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而实现对能量密度/能流密度进行闭环控制，使用者就可以使用所需要的能量密度对患者进行治疗。
最后应说明的是：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所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 (8)

1.可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于，包括：
治疗仪主机，治疗仪主机的外部设置有操作面板，治疗仪主机的内部设置有压缩泵、压力传感器、压力调节单元与主板；
治疗手柄，通过电路与气路连接于压力调节单元，用于按压在压力传感器上输出冲击波、产生精确稳定的弹道式冲击波；
压缩泵，通过气路连接于压力调节单元并通过电路电性连接受控于主板，用于提供治疗手柄的气源；
压力传感器，电性连接于主板且设置于治疗仪主机内部，用于测量能量密度或能流密度、接收治疗手柄输出的冲击波，并将接收到的冲击波转变为电信号发送到主板上；
压力调节单元，通过电路与气路连接于主板，用于调节压缩泵提供给治疗手柄的气压压力值大小；
主板，设置于治疗仪主体的内部，用于通过PWM占空比控制控制压缩泵输出的气体压力，以调节提供给治疗手柄的气压压力值的大小，主板通过压力传感器得到治疗手柄当前输出的能量密度，并且通过调整压缩泵输出的压力值大小，将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度；
治疗仪主机输出冲击波的能量密度的计算方法：
S1、主控板通过压力传感器连续采样，获得F1、F2和T的值；
S2、通过模拟负载厚度D1和F2计算获得治疗头实际输出冲击波的值F，使用穿透深度的计算方法；
S3、通过F在时间段T内的积分获得输出动量P；
S4、使用假想的目标质量块95g并垂直向上受力，换算得到治疗头的输出能量E，E再除以治疗头的截面积S获得能量密度，使用能量密度的计算方法，冲击波的能量密度计算方法中使用的公式：
d50％＝d1/2+F1*(d2-d1)/(2*(F1-F2))；
F50％＝(F2*d50％)/(2*d50％-D1)；
F＝2*F50％；
P＝∫Fdt＝M*V；
E＝1/2*M*V^2；
E＝1/2*(P^2)/M；
ED＝2*E/S；
公式中，d50％：穿透深度，冲击力在衰减到一半时，模拟负载的厚度；
F1：使用者将治疗头压在压力传感器上时的压力；
F2：输出冲击波经过模拟负载后的力；
D1：治疗头到压力传感器的垂直距离；
P：动量值，脉冲的时间段T内对F积分获得；
M：质量块重量，按照技术标准中的要求，m设定为95g；
V：质量块受冲击波后产生的垂直向上的初速度；
E：冲击波经过水凝胶垫衰减后的输出能量；
ED：冲击波输出能量密度；
S：治疗头的面积；
d1＝D1，d1为治疗头到压力传感器的垂直距离；
d2＝d50％，d2为穿透深度，冲击力在衰减到一半时，模拟负载的厚度。
2.根据权利要求1所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述操作面板用于使用者对治疗仪主机输出的能量值与能量密度值进行调节、提醒使用者完成输出能量密度的校准，从而辅助使用者将治疗手柄的输出能量密度调节到使用者在操作面板上设定的能量密度。
3.根据权利要求1所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置设置为电磁阀、比例阀或泵、空压机。
4.根据权利要求3所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述压力调节单元与压缩泵构成的气源压力控制装置的气源压力控制方式为：通过PWM调节泵的转速、通过使用电压、电流或者数字通信方式连接的比例阀或者电磁阀对一个较大的输出气源进行压力的调节。
5.根据权利要求1所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述压力传感器可不与主板连接，独立显示能量值与能量密度值，操作者通过观察压力传感器显示的能量值与能量密度值，手动调节气源压力大小以达到合适的能量值与能量密度值。
6.根据权利要求1所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述主板需要控制的参数包括能量密度、能量强度或能流密度。
7.根据权利要求1所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述能量密度的计算方法的步骤S2中使用穿透深度的计算方法与步骤S4中使用能量密度的计算方法均为YY0950气压弹道式体外压力波治疗设备标准中的计算公式。
8.根据权利要求5所述的可调节能量密度的冲击波治疗仪系统，其特征在于：所述压力传感器设置为表面附有水凝胶垫或硅胶垫的压力传感器，所述压力传感器与主机的连接方式设置为模拟式或数字式。
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