CN1738662A - 便携式电疗装置 - Google Patents

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A·W·托马斯
L·D·基恩利赛德
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/40—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets

Abstract

本发明公开了一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的电疗装置。该装置包括存储至少一个数字Cnp波形的存储器，以及将至少一个数字Cnp波形转换为模拟Cnp波形以应用于对象的数模转换器。处理器与存储器通信且响应操作员的输入，并调节存储器以将至少一个数字Cnp波形直接输出到数模转换器，从而旁路处理器。电疗装置对于电疗对象改变多种临床生理、神经与行为情况是有用的。

Description

便携式电疗装置
技术领域
本发明一般涉及电疗装置，且更具体地说，涉及便携式电疗装置，用以产生特别设计的用于改进脊椎动物和无脊椎动物中的各种临床生理、神经与行为情况的低频脉冲磁场。
背景技术
各种研究表明，磁刺激可以影响动物的行为、细胞和生理功能。弱磁场产生各种生理影响，涉及从细胞离子流动的改变到动物定向与学习的改进，以及人类的治疗作用。
有几个解决组织上的低频磁场照射影响机制的理论。例如，已经提出低频磁场照射通过电流感应而施加其影响。还已经提出通过组织中的磁铁粒子检测弱磁场，并且由于这种检测产生生理影响；但是，这个基于磁铁的机制未被广泛接受(Prato，F.S.；Kavaliers，M.；Carson，J.L.L.(1996)磁场对蜗牛(适林蜗牛属)影响的行为证明可能不依赖于磁铁或感应电流，生物电磁学17：123-130)。
极低频(ELF)磁场是在组织中衰减很少的物理因数，因此如果它们能被检测并且它们的检测与生理过程耦合，则可用于改变内生性过程。现在已经显示出，磁场可被设计成时变信号，以使它们能用于改变特定目标的生理过程，并按此方式可用于治疗/改进各种神经与生理情况和行为。授予Thomas等人的美国专利No.6234953(其内容通过引用结合于此)公开了这种使用低频磁脉冲治疗生理、神经与行为紊乱的方法。
用于产生刺激对象的电磁波形的装置也是已知的。例如，授予Koren等人的美国专利No.6312376公开了一种用以产生电磁波形的仪器，该仪器包括信号发生器和选择器。选择器响应通道选择输入，来将信号发生器的处理器产生的数学导出波形应用到选择的通道上。产生的波形被应用于电磁装置，从而将戴着电磁装置的对象照射于产生的电磁波形中。尽管该仪器是令人满意的，但仍希望改进。
授予Edward等人的PCT申请公布号为WO 96/11723的专利公开了一种电磁治疗装置，该装置存储波形参数，诸如脉宽、持续时间、占空因数和频率、执行顺序、变化表以及各种计数器，以便影响方波形变化序列的实现。在操作期间，微处理器引入这些可操作参数，并产生相应的数字值序列。然后，这些一起构成方波形的数字值，由波形发生器转换成电流，并被应用于感应器，以便产生合成的电磁场。Edward等人的装置要求其微处理器执行几种指令，以便实时地产生各数字值。为做到这点，对于每个产生的数字值，微处理器都被占几个循环，并因此在频率方面受到限制，在该频率它能产生那些值。由此，Edward的装置固有地受其设计限制产生了频率远低于其微处理器时钟速度的波形，并且为了克服这些局限性，需要更快且因此更贵的微处理器。此外，Edward的装置仅在时段计数器达到变化表中反应的某个参数值后才重新计算波形特征中的改变。这样，装置被限制于在间歇期产生方波形，并且当不断将计数器与变化表比较时用完了循环，进一步限制了合成波形的频率。
因此本发明的目的是，提供一种新型便携式电疗装置，用以产生特定低频脉冲磁场用来改变脊椎动物和无脊椎动物中的各种生理、神经与行为情况。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的电疗装置，所述装置包括：
存储器，存储至少一个数字Cnp波形；
数模转换器，将所述至少一个数字波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应操作员输入，并调节所述存储器将所述至少一个数字Cnp波形直接输出至数模转换器，从而旁路所述处理器。
根据本发明另一方面，提供一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的便携式电疗装置，所述装置包括：
包含小型外壳的控制器，所述外壳在其上具有操作员控制和接口，并在其中容纳处理电路，所述处理器电路包括：
存储器，存储多个数字Cnp波形；
数模转换器，将选择的一个所述数字Cnp波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应经由所述操作员控制的命令输入，并调节所述存储器将选择的一个所述数字Cnp波形直接输出至所述数模转换器，从而旁路所述处理器；以及
耦合到所述控制器的至少一组线圈，所述线圈由对象佩戴，并响应所述模拟Cnp波形，从而将所述Cnp波形应用于所述对象。
最好，存储器可由通过接口耦合到控制器的计算机远程编程。还最好的是，处理器存储用于控制将所选数字Cnp波形输出至数模转换器的操作参数，其中处理器也是远程可编程的。
最好，处理电路还包括连接到数模转换器的放大器，该放大器用于在将模拟Cnp波形输出到线圈之前对其放大。在一种形式中，该组线圈包括一组头线圈。在这种情况下，配置数字Cnp波形，以使当对象佩戴头线圈时，合成的模拟Cnp波形提供由浅至深的脑刺激。在另一形式中，该组线圈包括一组缠绕线圈。在这种情况下，配置数字Cnp波形，以使当对象佩戴缠绕线圈时，合成的模拟Cnp波形提供局部深层组织照射(exposure)。
根据本发明再一方面，提供一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的便携式电疗装置，所述装置包括：
包含小型外壳的控制器，所述外壳在其上具有用户控制和接口，并在其中容纳处理电路，所述处理器电路包括：
存储器，存储多个数字Cnp波形；
数模转换器，将选择的一个所述数字Cnp波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应通过所述操作员控制的命令输入，并调节所述存储器将选择的一个所述数字Cnp波形直接输出至所述数模转换器，从而旁路所述处理器；以及
耦合到所述控制器的线圈，所述线圈由对象佩戴，并响应所述模拟Cnp波形，从而将所述Cnp波形应用于所述对象。
如所理解的，本发明提供了一种便携式电疗装置，以将低频脉冲磁场(Cnp波形)传送至对象。以前，产生低频脉冲磁场需要用连接到计算机的昂贵、庞大而笨重的装置，并需要由熟练的技术人员操作。本装置提供了无需连接到分立计算机的便携式操作，且易于操作，使该装置可由非技术人员使用。
本发明还提供了这样的优点：由于存储在存储器中的数字Cnp波形在处理器的控制下但不通过处理器而直接传送到数模转换器，因此可以较高的速度产生模拟Cnp波形，且具有较好的分辨率。
附图说明
参考附图现将更全面地描述本发明的实施例，附图中：
图1是根据本发明的便携式电疗装置的示意图；
图2是图1中便携式电疗装置的框图；
图3是图1中便携式电疗装置的原理图；以及
图4是显示图1中便携式电疗装置执行的步骤的流程图。
具体实施方式
现转到图1，示出了根据本发明用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的便携式电疗装置，并通常用标号10标示。如所示，便携式电疗装置10包括基于微处理器的控制器12和可连接到控制器的多个线圈。在本实施例中，线圈包括一对头线圈14和一对缠绕线圈16，为了便于图示只给出了其中一个。如将要理解的，头线圈14允许便携式电疗装置产生的Cnp波形被应用于对象的脑组织。缠绕线圈16允许便携式电疗装置产生的Cnp波形被应用于对象的其他区域，从而刺激组织。为了便于将Cnp波形应用于对象的组织，缠绕线圈16由对象戴着的固定器容纳，以在对象的身体上正确放置缠绕线圈。为了说明性目的，示出了将缠绕线圈16放在邻近对象膝盖处的膝盖缠绕线圈固定器18。本领域技术人员要理解到，当一对线圈作为头线圈示出，或相对于缠绕线圈讨论时，一个线圈可二中择一地用在任一方面。
控制器12包括小型便携式外壳30，该外壳具有输出插孔32，头线圈14或缠绕线圈16插入到该插孔中，以使控制器12能够驱动线圈。外壳30还包括RS232串行接口34，以允许控制器12耦合到远程计算机(未示出)。如将要描述的，在外壳30上配备了控制和指示器，使操作员能够以希望的方式操作电疗装置10。电线40从外壳30伸出来，允许由传统的110VAC电源给控制器12供电。
图2和图3示出了外壳30内的电路50。如图2中可见，该电路包括中央处理单元(CPU)52，该CPU具有随机存取存储器(RAM)、输入/输出(I/O)存储器、闪速程序存储器和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。CPU 52与串行接口34、控制和指示器、以及一对串行EEPROM 54a和54b通信。高分辨率数模转换器(DAC)56与EEPROM 54a和54b通信，并与响应相位与增益控制的双通道高电流放大器58通信。放大器58将模拟输出提供到插孔32，并因此提供给线圈。装有保险丝的电源62从AC电源接收输入功率，并将适当的DC功率提供给电路50。
现转到图3，进一步说明电路50。电源62是常规电源，包括全波整流器62a和一系列分别为62b、62c和62d的稳压器。稳压器提供为电路50供电所需的DC电压。
EEPROM 54a与54b通过RS232转换器54耦合到串行接口34。EEPROM 54a、54b各存储不同的数字Cnp波形表。数字Cnp波形表由远程计算机通过串行接口34预载到EEPROM 54a与54b中。数字Cnp波形表由双极十进制数值表征，使用高分辨率数模转换将这些值集合到模拟Cnp波形中。选择数字Cnp波形表数据，以使便携式电疗装置10产生类似于授予Thomas等人的美国专利No.6234953(其内容通过引用结合于此)中描述的那些Cnp波形。特别地，选择数字Cnp波形表数据，以便在使用头线圈14时合成的模拟Cnp波形提供由浅至深的脑刺激，而在使用缠绕线圈16时提供局部深层组织照射。
放大器58包括一对通道，每个通道有两个放大级。每个放大级包括输入放大器72a、72b与输出放大器72c、72d。放大器58提供足够的电流来驱动线圈，以提供足以传送在8cm(线圈间是16cm)上具有100微特斯拉峰值磁场通量密度的Cnp波形。放大器58的双通道允许多线圈配置的同相或异相操作。
外壳30上的控制包括电源通/断开关70，该电源开关在邻近电线40的外壳30的一个末端面板上。按钮开关36位于邻近指示器38a与38b的外壳30的另一末端面板上。按钮开关36允许操作员选择电疗装置10要输出的期望Cnp波形，或启动下载的数字Cnp波形表，如将描述的。在邻近按钮开关36的末端面板上还提供了相位开关72和增益控制开关74。相位开关72允许放大器58的一个输出通道的极性被反向。增益控制器开关74控制范围为5至1的放大器58的增益。
CPU 52中的EEPROM存储若干数字Cnp波形操作参数，诸如点数、潜伏周期与难控制(refractory)周期。通过指定创建输出模拟Cnp波形所用的数字Cnp波形表中点的个数，点数确定了便携式电疗装置10要产生的Cnp波形的大小。潜伏周期表示连续点之间的持续时间，而难控制周期表示重复Cnp波形之间的时间。数字Cnp波形操作参数由远程计算机通过串行接口34与RS232转换器54下载到CPU 52的EEPROM中。
现将参考图1至4来说明便携式电疗装置10的操作。假定数字Cnp波形表与操作参数已加载到EEPROM中，并且用于刺激对象的线圈已戴在对象的适当位置。当控制器12上电时，CPU 52初始化它的变量、指针与寄存器(步骤100)，并然后初始化串行接口34与DAC 56(步骤102)。如果操作员通过按开关36来调节控制器12产生Cnp波形(步骤104)，CPU 52就选择要用于产生Cnp波形的EEPROM 54a、54b(步骤106与108)。CPU 52还经由放大器80a、80b点亮与选择的EEPROM相关联的指示器38a、38b，以向操作员提供关于所选的数字Cnp波形表的视觉反馈。CPU 52然后加载存储在其EEPROM中的数字Cnp波形操作参数(步骤110)。接着，CPU52调节EEPROM 54a、54b，以将数字Cnp波形表传送至DAC 56，而无需数字Cnp波形表数据通过CPU 52。DAC 56依次将数字Cnp波形表转换为应用于放大器58的模拟信号(即，Cnp波形)。放大器58依次放大DAC输出，并通过输出插孔34向线圈提供输出模拟Cnp波形(步骤112)。继续Cnp波形产生过程，如难控制周期参数所指定的。如果在这个过程期间操作员再次按开关36，则CPU 52调节另一EEPROM，以输出其存储的数字Cnp波形表，并重新执行上述步骤(步骤114与116)。有利的是，开关36经由中断线连接到CPU 52，以使在按开关36时CPU 52能立即响应，而不是一直等到波终止。
如所理解的，在Cnp波形产生期间，由于数字Cnp波形表在CPU52的定时控制下从EEPROM 54a、54b直接传送到DAC 56，而不通过CPU，所以消除了许多CPU指令周期。这是由于以下事实：避免了读取CPU中的串行数字Cnp波形表数据并然后将该串行数字Cnp波形表数据写到DAC 56的需要。CPU 52当然有能力在没有产生Cnp波形期间对EEPROM 54a、54b和DAC 56读和写。这种数据传送方法提供了更高的速度，这为输出Cnp波形产生了更好的时间分辨率。
在步骤104，如果操作员通过处理开关36来调节控制器12接收来自远程计算机的数字Cnp波形表数据，则CPU 52初始化EEPROM54a、54b以及串行接口，并等待来自远程计算机的输入数字Cnp波形表(步骤120和122)。当CPU 52接收到来自远程计算机的重写命令时，CPU 52便从选择的EEPROM 54a、4b中擦掉适当的数字Cnp波形表，并通知远程计算机(步骤124与126)。CPU然后等待接收替换数字Cnp波形表(步骤128)。当从远程计算机接收到数字Cnp波形表时，CPU就将数字Cnp波形表写到选择的EEPROM中(步骤130)。
如果操作员调节控制器12来接收更新的数字Cnp波形操作参数，CPU 52便为数字Cnp波形操作参数输入而监控远程计算机。数字Cnp波形操作参数输入是以字符串形式，该字符串被串行加载到CPU 52中，并存储在字符串缓冲器中。一旦数字Cnp波形操作参数数据被完全接收，CPU 52就将新的数字Cnp波形操作参数存储在其EEPROM中。
尽管控制器12显示为从AC电源供电，但本领域技术人员将理解到，控制器也可配备如图2和3所示的可充电电源、AC适配器或备选电源。对于采用例如电池的控制器12，结合电池电源检测电路、软件和指示器来向用户显示电源状态是有用的，其最终目是防止由于低电量或不可用电池造成EEPROM参数讹误。另外，控制器12不必是远程可编程的。在这种情况下，用感兴趣的数字Cnp波形表预编程EEPROM 54a与54b，且不需要串行接口34。
专业技术人员可以设想将字母数字显示器(诸如LCD模块)耦合到控制器12以便显示装置操作信息。为此，这种显示器可用于向用户显示任何活动模式参数、模式的名字以及其难控制状态(例如使用闪烁的“*”)。显示器还可用于代替模式指示器LED 38a与38b，减少不必要的功率消耗，或指示电池电量状态。
如果需要，电路50可配备有平衡控制，以平衡放大器58的输出。这种平衡控制可以是可调电位计形式，该电位计插入在具有接地中间引线的两个输出放大器72c、72d的输入端，以便调节电位计来减少一个输出放大器的增益，并增加另一个输出放大器的增益。
虽然已描述了本发明的优选实施例，但专业技术人员将理解到在，不脱离本发明所附权利要求书中所定义的精神与范围的前提下，可作变动与修改。

Claims (25)

1.一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的电疗装置，包括：
存储器，存储至少一个数字Cnp波形；
数模转换器，将所述至少一个数字Cnp波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应操作员输入，并调节所述存储器以将所述至少一个数字Cnp波形直接输出至所述数模转换器，从而旁路所述处理器。
2.如权利要求1所述的电疗装置，其中所述存储器存储多个数字Cnp波形，所述处理器响应操作员输入，并调节所述存储器以输出选择的一个所述数字Cnp波形。
3.如权利要求2所述的电疗装置，还包括连接到所述数模转换器的用于放大所述模拟Cnp波形的放大器，以及连接到所述放大器的用于将所述模拟Cnp波形应用于所述对象的一对线圈。
4.如权利要求3所述的电疗装置，其中所述一对线圈包括一组头线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述头线圈时，所述模拟Cnp波形提供由浅至深的脑刺激。
5.如权利要求3所述的电疗装置，其中所述一对线圈包括一组缠绕线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述缠绕线圈时，所述模拟Cnp波形提供局部深层组织照射。
6.如权利要求3所述的电疗装置，其中所述处理器存储用于控制将所述选择的数字Cnp波形输出到所述数模转换器的操作参数。
7.如权利要求6所述的电疗装置，其中所述操作参数包括潜伏周期和难控制周期中的至少一个。
8.如权利要求6所述的电疗装置，其中所述存储器是远程可编程的。
9.如权利要求8所述的电疗装置，其中所述操作参数是远程可编程的。
10.一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的便携式电疗装置，包括：
包含小型外壳的控制器，所述外壳在其上具有用户控制和接口，并在其中容纳处理电路，所述处理器电路包括：
存储器，存储多个数字Cnp波形；
数模转换器，将选择的一个所述数字Cnp波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应通过所述操作员控制的命令输入，并调节所述存储器以将选择的一个所述数字Cnp波形直接输出至所述数模转换器，从而旁路所述处理器；
以及
耦合到所述控制器的至少一组线圈，所述线圈由对象戴着，并响应所述模拟Cnp波形，从而将所述Cnp波形应用于所述对象。
11.如权利要求10所述的便携式电疗装置，其中所述存储器可由通过所述接口耦合到所述控制器的计算机远程编程。
12.如权利要求11所述的便携式电疗装置，其中所述处理器存储用于控制将所述选择的数字Cnp波形输出到所述数模转换器的操作参数。
13.如权利要求12所述的便携式电疗装置，其中所述处理器可由通过所述接口耦合到所述控制器的计算机远程编程。
14.如权利要求13所述的便携式电疗装置，还包括连接到所述数模转换器的放大器，所述放大器用于在所述模拟Cnp波形输出到所述线圈之前对其放大。
15.如权利要求14所述的便携式电疗装置，其中所述组线圈包括一组头线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述头线圈时，合成的模拟Cnp波形提供由浅至深的脑刺激。
16.如权利要求14所述的便携式电疗装置，其中所述组线圈包括一组缠绕线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述缠绕线圈时，合成的模拟Cnp波形提供局部深层组织照射。
17.如权利要求13所述的便携式电疗装置，其中所述操作参数包括潜伏周期和难控制周期中的至少一个。
18.一种用于产生特别设计的低频脉冲磁场(Cnp波形)的便携式电疗装置，包括：
包含小型外壳的控制器，所述外壳在其上具有用户控制和接口，并在其中容纳处理电路，所述处理器电路包括：
存储器，存储多个数字Cnp波形；
数模转换器，将选择的一个所述数字Cnp波形转换成模拟Cnp波形，以应用于对象；以及
与所述存储器通信的处理器，所述处理器响应通过所述操作员控制的命令输入，并调节所述存储器以将选择的一个所述数字Cnp波形直接输出至所述数模转换器，从而旁路所述处理器；以及
耦合到所述控制器的线圈，所述线圈由对象戴着，并响应所述模拟Cnp波形，从而将所述Cnp波形应用于所述对象。
19.如权利要求18所述的便携式电疗装置，其中所述存储器可由通过所述接口耦合到所述控制器的计算机远程编程。
20.如权利要求19所述的便携式电疗装置，其中所述处理器存储用于控制将所述选择的数字Cnp波形输出到所述数模转换器的操作参数。
21.如权利要求20所述的便携式电疗装置，其中所述处理器可由通过所述接口耦合到所述控制器的计算机远程编程。
22.如权利要求21所述的便携式电疗装置，还包括连接到所述数模转换器的放大器，所述放大器用于在所述模拟Cnp波形输出到所述线圈之前对其放大。
23.如权利要求22所述的便携式电疗装置，还包括第二线圈，其中所述线圈是头线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述头线圈时，合成的模拟Cnp波形提供由浅至深的脑刺激。
24.如权利要求22所述的便携式电疗装置，还包括第二线圈，其中所述线圈是缠绕线圈，配置所述数字Cnp波形，以使当对象戴上所述缠绕线圈时，合成的模拟Cnp波形提供局部深层组织照射。
25.如权利要求21所述的便携式电疗装置，其中所述操作参数包括潜伏周期和难控制周期中的至少一个。
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