CN115623734A - 一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法 - Google Patents

一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法 Download PDF

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何永正
周光洲
王晓磊
胡威
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Henan Xiangyu Medical Equipment Co Ltd
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Abstract

一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法，所述的冷却方法用于对经颅磁刺激仪治疗头的冷却，采用一种磁治疗头双水箱冷却装置，水泵的驱动电路驱动水泵的电压为24V，水泵的最低工作电压为12V，水泵的功率通过单片机控制的PWM波来控制；A：当治疗头不工作时，冷却液温度小于28摄氏度时，水泵不工作;当冷却液温度大于38摄氏度时，水泵全功率运行；B：当治疗头工作时，将治疗头的磁场强度按照大小分级，其中每隔360mT为一个功率等级，功率等级用G来表示，根据功率等级与冷却液温度来自适应调整水泵功率。本发明对治疗师以及治疗效果均有正面作用。

Description

一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法
技术领域
本发明涉及磁刺激设备，特别涉及一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法，属于磁刺激设备控制技术领域。
背景技术
经颅磁刺激仪是强磁刺激设备，需要大而快速交变电流，这就需要线圈和电容之间产生快速的充放电过程，由于刺激仪治疗头有很多线圈根据一定的顺序紧密缠绕而成，每匝都会产生热量，根据欧姆定律热量Q=I2RT ,则在刺激仪使用过程中会产生大量的热，因此需要冷却装置去冷却治疗头，以保证磁刺激治疗仪持续工作。目前的冷却装置大多采用冷却液通过循环泵来冷却治疗头，如CN 215983474 U公开了一种磁治疗头双水箱冷却装置即是针对这种设备专门设计的冷却装置，该装置采用的冷却液为质量比的1:1纯水和乙二醇，水泵采用的是24V直流水泵，工作电压12-30V；输入功率28.8W，水泵驱动冷却液流经治疗头后回流到冷却装置后放热，经过使用证明，该装置能够满足治疗头在工作中温度不超过41℃，保证设备能够持续工作，且该冷却装置体积较小。在使用时，该装置的两个水泵全程满功率工作，这种冷却模式发现具有以下突出的问题需要解决：一是水泵长时间满功率输出会明显影响水泵的寿命，在实际使用中会造成水泵更换频繁；二是水泵满功率输出时噪音较大，经过测试在66分贝以上，噪音对人的身心健康危害研究很多，实践证明，长期处于这样的噪音环境中的人患上易烦躁、注意力不集中、记忆力减退、失眠等神经系统疾病，这一方面会影响到治疗师的身心健康，另一方面因为上述的神经系统疾病正是经颅磁刺激仪对症治疗的症状，所以在治疗中水泵噪音会对冲降低治疗的效果，诸多患者在治疗时对水泵噪音也显示出烦躁的情绪也证明了这种情况确实存在，显示噪音在经颅磁刺激治疗中具有显著的负面作用。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的经颅磁刺激设备采用一种磁治疗头双水箱冷却装置使用水泵驱动冷却液对治疗头冷却时出现的上述问题，提供一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法，所述的冷却方法用于对经颅磁刺激仪治疗头的冷却，采用一种磁治疗头双水箱冷却装置，水泵的驱动电路驱动水泵的电压为24V，水泵的最低工作电压为12V，水泵的功率通过单片机控制的PWM波来控制；
A：当治疗头不工作时:
当冷却液温度小于28摄氏度时，PWM波占空比D小于50%，水泵不工作;
当冷却液温度大于38摄氏度时，PWM波占空比D=100%，水泵全功率运行；
当冷却液温度大于等于28摄氏度时小于等于38摄氏度时，PWM波占空比D按照下式 Ⅰ确定：
Figure 347851DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：D:占空比，单位:%；
T：冷却液温度，取值范围28≤T≤38，单位：摄氏度；
Tb:基础冷却液温度，恒等于28，单位：摄氏度；
B：当治疗头工作时，将治疗头的磁场强度按照大小分级，其中每隔360mT为一个功率等级，功率等级用G来表示，功率等级的计算方法为：设定M=磁场强度（mT）/360（mT），当M为非整数时，G取值为M向上紧邻的整数，当M为整数时，G=M；
PWM波占空比D按照下式Ⅱ确定：
Figure 16730DEST_PATH_IMAGE002
（T≥28℃）
Figure 78270DEST_PATH_IMAGE003
（T＜28℃）
进一步的，所述的经颅磁刺激仪工作的环境温度最高为至35摄氏度，冷却装置与经颅磁刺激仪处于同一环境中。
本发明的积极有益技术效果在于：本发明在保证治疗头不超温的情况下，能够根据治疗头的功率、冷却液温度来自适应调整水泵的功率，使水泵非全时全功率输出，能够延长设备的使用寿命，在大部分治疗场景下，能够显著降低水泵的噪音值，对治疗师以及治疗效果均有正面作用。
附图说明
图1是采用本方法控制的实施例下的冷却液温升图（温度1为冷却液温度）。
图2是传统方法控制的实施例下的冷却液温升图（温度2为冷却液温度）。
图3是本方法与传统方法的水泵输出功率对比图。功率1为本方法，功率2为传统方法。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
本发明中，功率等级G与磁场强度的对应关系如下表1：
Figure 832599DEST_PATH_IMAGE004
表1
本发明中，采用的CN 215983474 U公开了一种磁治疗头双水箱冷却装置，该装置中冷却液采用1:1纯水和乙二醇，大水箱中初始冷却液为3L，小水箱中初始冷却液为2L，散热风扇型号SJ1225HA2，功率22W，半导体制冷片型号12706，功率72W；冷却液导管采用内径6mm、外径10mm的硅胶管，水泵额定电压24V、额定电流1.2A、输入功率28.8W，工作电压12V-30V，两个水箱得到水泵相同，两个水箱的水泵均采用本方法控制，冷却液温度采用的大水箱内的冷却液温度，对应的磁刺激设备：经颅磁刺激器（XY-K-JLC-D），“8”字形治疗头、圆形治疗头，该磁刺激设备为现有的设备。
本冷却方法下有根据治疗头的工作状态有两种不同的控制策略，一种是治疗头不工作，这种情况下，
当冷却液温度小于28摄氏度时，PWM波占空比D小于50%，水泵不工作，冷却液经过风冷散热与半导体制冷后，在待机状态下冷却液温度通常能达到28℃以下。
当冷却液温度大于38摄氏度时，PWM波占空比D=100%，水泵全功率运行；例如当治疗头刚停止工作时，冷却液温度是有可能大于38摄氏度的。
当冷却液温度大于等于28摄氏度时小于等于38摄氏度时，PWM波占空比D按照下式 Ⅰ确定：
Figure 569611DEST_PATH_IMAGE001
；（式Ⅰ）
其中：D:占空比，单位:%；
T：冷却液温度，取值范围28≤T≤38，单位：摄氏度；
Tb:基础冷却液温度，恒等于28，单位：摄氏度；
当治疗头工作时，根据功率等级、冷却液温度两个变量来调节水泵功率，将治疗头的磁场强度按照大小分级，其中每隔360mT为一个功率等级，功率等级用G来表示，功率等级的计算方法为：设定M=磁场强度（mT）/360（mT），当M为非整数时，G取值为M向上紧邻的整数，当M为整数时，G=M；
PWM波占空比D按照下式Ⅱ、式Ⅲ
确定：
Figure 92997DEST_PATH_IMAGE005
（T≥28℃）；（式Ⅱ）
Figure 585158DEST_PATH_IMAGE003
（T＜28℃）；（式Ⅲ）
所述的经颅磁刺激仪工作的环境温度最高为35摄氏度，冷却水箱与经颅磁刺激仪处于同一环境中。实际医疗场所的治疗间的温度在25℃左右。
为了验证本方法的有效性，进行了对比试验，在实际使用场景中，此类磁刺激仪输出强度在2880mT以下就可满足大部分场景的使用需求，因此我们以功率等级G为8时进行测试。
首先是采用传统的方法，即水泵全时全功率输出，在室温25摄氏度的环境下，水泵额定功率输出运行下，冷却液温度曲线图2所示，为外部设备（治疗头）按照功率等级8的标准，磁场工作输出开始后冷却液的温升过程。图2中数据，间隔两分钟进行一次温度采样，每次温度点连成曲线，可以看出，在室温25℃、磁场按照功率等级8标准连续工作输出、水泵额定功率输出时，图中数据第17次测试点，冷却液温度就趋于稳定。冷却液温度从23℃，最高提升到30.5℃并稳定在30.4℃上下。温升到温度稳定过程历经34分钟，水泵输出功率恒定在功率2，即23W。
在室温25摄氏度的环境下，应用本算法后，冷却液的温升过程如图1、水泵功率如图3，图中温度1、功率1是采用本发明的方法的冷却液温升过程与水泵输出功率的调整过程。由温度1与功率1可知。当冷却液温度小于28摄氏度时，水泵输出功率基本为最低工作功率，即6.36W，当冷却液温度大于28℃后，水泵输出功率按照式Ⅱ进行控制输出。由图中数据可知，随着冷却液温度的快速上升，水泵输出功率也随之进行调整。冷却液温度最高升至34.1℃后，温度开始慢慢回落至32.1℃，并稳定。在此过程中，温差最高6.1℃（T-Tb），从升温到温度恒定时间需45分钟。水泵输出功率最高升至16.1W，并最终稳定在13.58W。图1中数据点第22次之后，温度就趋于稳定。在13.58W的输出功率下，其噪音与恒定功率23W相差大约在4dB左右，可见本方法在设备的常用场景下能够明显的降低噪音，因为很多治疗场景下外部设备（治疗头）的功率等级都在8以下，所以实际使用的大部分场景下其水泵噪音降低值应该更大。
通过对比可以发现，应用了本方法后，虽然温升的控制相较略慢，最终稳定点温度相较略高，但对外部设备的影响不大，本方法与CN215983474 U在热设计上具有足够的冗余度，这部分差异并不影响外部设备的正常工作。即本方法在不影响外部设备（治疗头）工作的情况下，有效的降低了水泵功耗，水泵及冷却系统产生的噪音，减小了器件的损耗。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (2)

1.一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法，所述的冷却方法用于对经颅磁刺激仪治疗头的冷却，
采用一种磁治疗头双水箱冷却装置，其特征在于：水泵的驱动电路驱动水泵的电压为24V，水泵的最低工作电压为12V，水泵的功率通过单片机控制的PWM波来控制；
A：当治疗头不工作时:
当冷却液温度小于28摄氏度时，PWM波占空比D小于50%，水泵不工作;
当冷却液温度大于38摄氏度时，PWM波占空比D=100%，水泵全功率运行；
当冷却液温度大于等于28摄氏度时小于等于38摄氏度时，PWM波占空比D按照下式Ⅰ确 定：
Figure 661324DEST_PATH_IMAGE001
；（式Ⅰ）
其中：D:占空比，单位:%；
T：冷却液温度，取值范围28≤T≤38，单位：摄氏度；
Tb:基础冷却液温度，恒等于28，单位：摄氏度；
当治疗头工作时，根据功率等级、冷却液温度两个变量来调节水泵功率，将治疗头的磁场强度按照大小分级，其中每隔360mT为一个功率等级，功率等级用G来表示，功率等级的计算方法为：设定M=磁场强度（mT）/360（mT），当M为非整数时，G取值为M向上紧邻的整数，当M为整数时，G=M；
PWM波占空比D按照下式Ⅱ、式Ⅲ
确定：
Figure 452563DEST_PATH_IMAGE002
（T≥28℃）；（式Ⅱ）
Figure 531377DEST_PATH_IMAGE003
（T＜28℃）；（式Ⅲ）。
2.根据权利要求1所述的一种自适应经颅磁刺激仪冷却方法，其特征在于：所述的经颅磁刺激仪工作的环境温度最高为35摄氏度，冷却装置与经颅磁刺激仪处于同一环境中。
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