CN201064623Y - 一种无针镇痛仪器 - Google Patents

Abstract

无针镇痛仪器，包括混合信号，并用于控制输出波形、频率幅度以及脉宽的控制，响应按键，驱动LCD显示的微控制器、运算放大器构成；控制电压转换，控制开关管的打开与关断产生脉冲信号的三极管和线性调整管(D4)和开关(S6)组成电源电路；微控制器输出两路独立的PWM信号(PWM_A、PWM_B)，经过阻容低通滤波形成0－5V的电压信号；经过低通滤波再连接mos开关(4066)，同时微控制器精确定时信号作为mos开关的控制信号也被送入，mos开关(4066)输出治疗波形信号，并连接运算放大器D22输出放大，再经两组推挽三极管Q1、Q2或Q6、Q7轮流导通，两组推挽三极管输出至电流互感器D3、D5，电流互感器的输出产生正负间隔的脉冲波。

Description

一种无针镇痛仪器

技术领域

本实用新型涉及无针镇痛设备。

背景技术

针灸用于治疗多种急性和慢性疾病，在中国已有几千年历史。特别是针灸的止痛作用，有时收到神奇的效果，但其作用原理鲜为人知。中医学认为，人体的功能由经络系统和运行于其中的气血来控制，针灸通过通经活血达到疗病保健的目的。我国医学研究者在全力探索经络本质的同时，也试图用现代医学手段和理论来解释针灸作用原理。本世纪五十年代后期，有人用针刺穴位产生止痛效果的临床试验，并设计应用针刺方法来预防外科手术的疼痛，称之为“针刺麻醉”，在国内外引起极大兴趣。经研究发现，镇痛作用的产生需要20-30分钟的诱导期，而其消失则遵循一定的半衰期(约16分钟)。从这一规律他们提供假设，认为针刺穴位可以会引起脑内产生某种化学物质发挥镇痛作用。这一假设在兔子和大白鼠的实验中得到了证明。后来发现在穴位上施加低频和高频的电脉冲刺激可以在脑内生成和分泌出多种作用类似吗啡的化学物质，低频电针释放的脑啡肽(5个氨基酸组成)和内啡肽(31个氨基酸组成)，高频释放的是强啡肽(17个氨基酸组成)。如果使用低频和高频，则可使上述三种物质即脑啡肽、内啡肽、强啡肽同时释放出来，发挥最强的镇痛作用。这一系列实验初步揭示了针刺镇痛的原理。本实用新型人研制的“韩氏穴位刺激仪(HANS)”，简称韩氏仪，它发出的特定电脉冲既可以通过刺入穴位内的金属针进行刺激，也可以把电极贴在穴位皮肤的表面，使电流透过皮肤进入穴位。在后一情况下使用，可以免去扎针，而达到同样的治疗效果，被称为“无针的针灸仪。”1980年世界卫生组织曾提出43种病症可以用针灸疗法进行治疗，根据目前的资料，凡是针灸能治疗的，韩氏仪也都可治疗，从而大大简化了针灸疗法的应用，加速了针灸疗法在全世界的推广应用。针刺镇痛的效果如何定量地加以表达，是一个学术上的难题，其原因之一是针刺的手法各不相同，很难加以标准化，韩氏仪的应用使这一问题得到解决，因为该仪器输出脉冲的频率、电流波型、时间都以数字式精确显示。

从中枢神经化学角度，系统研究针刺镇痛原理，发现针刺可动员体内的镇痛系统，释放出阿片肽、单胺类神经递质等，发挥镇痛作用；不同频率的电刺激可释放出不同种类阿片肽；针效的优劣取决于体内镇痛和抗镇痛两种力量的消长。这些世界领先的研究成果，得到了国际科学界的高度评价，取得了累累硕果，推进了神经科学的发展，推动了针灸疗法走向世界。

现有的国内外一般仪器输出的脉冲宽度都是恒定的，如脉冲幅度不变，频率增高到15Hz以后，因刺激脉冲过密，肌肉随脉冲刺激收缩，却无足够时间放松回到原位，相邻脉冲对肌肉刺激的叠加，最终成为疼痛难忍的强直(痉挛)。脉冲频率增高，其刺激强度随之增大。但无针的无针镇痛仪器未有公开。

发明内容

本实用新型目的是：提出一种无针的无针镇痛仪器，尤其是结合东方医学与西方医学治疗疼痛的方法，提出一种无针的无针镇痛仪器产品，本仪器采用微控制器操作所有治疗参数并控制治疗的全过程，并通过液晶屏等显示给用户，使用户对该产品的操作能做到精准和实时。同时为顽痛病人解除痛苦。

本实用新型目的是这样实现的：无针镇痛仪器，由混合信号、用于控制输出波形、频率幅度以及脉宽的控制、响应按键、驱动LCD显示的微控制器，运算放大器，电源电路，mos开关4066，阻容低通滤波，运算放大器，两组推挽三极管，电流互感器构成；电源电路由控制电压转换、控制开关管的打开与关断产生脉冲信号的三极管Q3，Q4，Q5、线性调整管D4和开关S6构成；微控制器输出两路独立的PWM信号，经过阻容低通滤波形成0-5V的电压信号；经过低通滤波后再连接mos开关4066，同时微控制器输出的精确定时信号作为mos开关的控制信号也被接入，mos开关输出治疗波形信号，并连接运算放大器D22输出放大，再经两组推挽三极管Q1、Q2或Q6、Q7轮流导通，两组推挽三极管输出至电流互感器D3、D5，电流互感器的输出产生正负间隔的脉冲波。无针镇痛仪器的设置方法，无针镇痛仪器采用输出为2Hz低频和高频100Hz±10Hz的疏密波为电脉冲刺激信号，电脉冲刺激信号且以恒流源方式输出，实现方式是：低频和高频的信号分别通过(两路)脉宽调制PWM信号产生，且从0-5V的连续可调输出，也可以是单路输出交替变换的低频和高频信号。另外控制开关管的打开与关断产生脉冲信号，利用运算放大器放大，根据工作电源与电流互感器，产生正负交替的恒定电流，两路信号互相独立。

本实用新型的输出是：每种频率的持续时间为3s±0.5s的设计具有良好的效果。

本实用新型以恒流源方式输出，确保治疗效果不因皮肤电阻差异而不同；优选的波形能使神经中具有镇痛作用的三种吗啡态物质同时释放出来，发挥最强的止痛效果。另外当频率升高时，脉宽自动变窄，成为典型的“TENS”波形，所以本产品可以兼具“TENS”与针灸之优势，除了以上主要特色本机器还有定时关机、零输出自动关机、电池电量显示、锁定按键、背光照明等多项创新之处，是用户能够随心所欲的操作机器，从而使治疗效果达到最佳。

本实用新型的特点是：多项研究表明，在外科手术中应用本实用新型输出的疏密波，可使麻醉药品用量减少40-50％，在手术后疼痛的控制中；对植物神经具有良好的刺激作用。本实用新型方法的应用也可使镇痛药用量减少40％以上。

本实用新型仪器还具有下述特点：1)电脑精确控制和显示所有刺激参数：

由电脑软硬件及外围基准准确控制所有刺激参数，全按键操作，使用者可以方便和准确地调节，数据以数码定量显示，符合国际通用标准，科研结果能无障碍地进行国际交流。克服了当前所有同类仪器无法提供合理和准确定量的缺陷。

2)输出脉冲采用峰值电流计量，采用恒流电路输出：

不论在用皮肤或毫针电极治疗时，其刺激强度均用脉冲峰值电流计量，符合国际电生理学的计量要求。为确保刺激过程中脉冲峰值电流值不因机体极化等因素引起的电阻变化而改变，采用特殊的恒定电流输出电路，确保输出电流恒定不变。克服了当前所有同类仪器无定量、或错以电压为计量单位，同时不能保障输出电流恒定的缺陷。

恒流输出电路不但使得被刺激穴位的胀、重得气感强，还避免了通常仪器非恒流输出电路的尖峰脉冲引起的表皮刺痛。

3)采用完全对称的双向矩形脉冲波：

保证成对电极下刺激量完全相同。彻底消除了通常仪器采用双向不对称脉冲，在成对电极下，刺激强度不对称的通病。并确保电刺激的直流成分为零，杜绝了有些仪器造成毫针在体内断针的事故。

4)将针刺镇痛40余年研究的精华-优选的2/100Hz疏密波，用于临床；

采用了具有特定时间间隔的2/100Hz(赫兹)疏密波，能使神经系统中具有镇痛功能的三种吗啡类物质(内啡肽、脑啡肽、强啡肽)同时释放出来。通过三者的协同作用，发挥出最强烈的止痛效果。此波形的功效得到国外研究的重复证明，已被欧洲采用，且命名为HANS波。

5)波宽随频率而自动变化，确保本实用新型特色的2/100Hz疏密波得以实现：

一定强度电脉冲列的刺激量，既取决于单个脉冲的宽度，也决于相邻脉冲刺激作用的迭加——频率。当频率升高时，脉宽应自动变窄，当频率降低时，波宽应自动变宽，才能使低(2Hz)和高(100Hz)的频段都有相近的刺激量。同时较窄的脉宽是典型的”TENS”(经皮神经电刺激)波形；较宽的又是典型的“针灸样”波形。因此当采用2/100Hz疏密交替波时，本实用新型无针镇痛仪器(治疗仪，亦称韩氏仪)可兼具TENS与针灸之优势。波宽随频率而自动变化技术的应用克服了通常仪器采用固定脉宽带来的高频端过强或低频端过弱而感到的不适，是世界首创。

附图说明

图1无针镇痛仪器系统结构示意图

图2无针镇痛仪器控制部分电路结构图

图3无针镇痛仪器模拟部分电路结构图

图4无针镇痛仪器软件流程图

具体实施方式

参见结构图图1和电原理图(图2、图3)

图2上电路板主要负责波形的产生、波形频率幅度以及脉宽的控制，LCD显示和按键处理等，图3为下电路板主要负责电压电流的变换、电流放大、正负波形产生、开关机控制等。

图2中微控制器D1采用台湾Elan的EM78P468N，8位混合信号单片机用于控制输出波形、频率幅度以及脉宽的控制，响应按键，驱动LCD显示等。

本实用新型无针镇痛仪器的构成，包括微控制器，混合信号，并用于控制输出波形、频率幅度以及脉宽的控制，响应按键，驱动LCD显示、运算放大器等构成；Q3，Q4，Q5(三极管)，D4(线性调整管)，S6(开关管)组成电源电路，控制开关管以及电压转换，另外控制开关管的打开与关断产生脉冲信号，并利用运算放大器放大，根据工作电源与电流互感器，产生正负交替的恒定电流，两路信号互相独立。微控制器产生两路独立的PWM信号(PW_M A、PWM_B)，经阻容低通滤波(R16、R17、R18、R19、C1、C2)形成0-5V的电压信号。经过低通滤波再连接mos开关，同时微控制器精确定时信号(CP1、CP2)作为4066的开关信号也被送入，4066输出治疗波形(PWM_A_L/R、PWM_B_L/R)信号，并连接运算放大器D22输出放大，再经两组推挽三极管Q1、Q2或Q6、Q7轮流导通，两组推挽三极管输出至电流互感器D3、D5，电流互感器的输出产生正负间隔的脉冲波。

开机后通过调节图1中S1-S4，微控制器产生两路独立的PWM信号(PWM_A、PWM_B)，经过低通滤波(R16、R17、R18、R19、C1、C2)形成0-5V的电压信号，整机的电流调节有40档，所以每增加一档输出微控制器脉宽调制信号输出经滤波后增加0.125V，然后信号送入mos开关(4066，图2中D11)，同时微控制器经过内部精确定时计算输出的信号(CP1、CP2)作为4066的开关信号也被送入，在时序上调整过的脉宽调制信号变成了最初的治疗波形(PWM_A_L/R、PWM_B_L/R)，之后信号经过运算放大器D22输出放大，最后经过三极管Q1、Q2或Q6、Q7轮流导通并通过特制的电流互感器D3、D5就产生了正负间隔的脉冲波，并形成不同的频率(2Hz，15Hz，50Hz，100Hz等)，最后通过CON1、CON2连接的导线与电极片形成最终的治疗波形。另外精密电压比较器im393负责监视电压，当电源电压低于标准电压时，微控制器会做出相应的处理，用户可以及时更换电池。

1、定时的控制技术的研究、开发：

本实用新型利用特定输出波形，采用当代计算软件技术，设计了具有自主知识产权的专有软件，控制微控制器内部的两个定时器，一个作为全局的实时时钟，一个作为频率改变的间隔定时器。实时时钟作为全局时钟用于整个机器的定时包括键盘锁定计时，背光延时定时，自动关机定时、按键扫描等；间隔定时器作为频率改变定时，控制频率间隔相互交替的时间，这个时间根据韩式波形而特别指定。

2、波宽随频率而自动变化和优选的疏密波：

当频率升高时，波宽自动变窄，成为典型的”TENS”(经皮神经电刺激)波形；当频率降低时，波宽自动变宽，成为典型的“针灸样”刺激。

尤其是具有特定时间间隔的2/100Hz(赫兹)疏密波，能使神经系统中具有镇痛功能的三种吗啡类物质(内啡肽、脑啡肽、强啡肽)同时释放出来。通过三者的协同作用，发挥出最强烈的止痛效果。

经本实用新型人在针刺镇痛研究反复试验验证，最有效的刺激参数，就是2Hz、100Hz和2/100Hz；2Hz可激发脑和脊髓中产生内吗啡肽、脑啡肽、和内啡肽三种内源性吗啡；100Hz产生强啡肽这一种内源性吗啡。尤其是2/100Hz两种频率相互交替的疏密波(DD波)，可以同时产生4种内源性吗啡。人体和动物实验表明，每3s±0.5s秒钟交替的设计，最符合内源性吗啡(神经介质)半衰期的要求，可获最佳效果。

本实用新型的2/100Hz疏密波的频率突变50倍，如果脉宽保持不变，刺激强度将相差悬殊。换言之，若脉冲幅度恰到好处地满足2Hz的刺激强度，转为100Hz时，必痛苦难忍。反之，如果在100Hz时强度合适，转到2Hz时，强度就会很低得没用。只有在不同频率下，自动调节脉冲宽度，才使2/100Hz疏密波正常工作。■同时具有电针(EA)与经皮神经电刺激(TENS)之优势

电针(EA)与经皮神经电刺激(TENS)之特点如下表：

本实用新型治疗仪系列产品兼具两者的特点。当频率升高时，脉冲宽度自动变窄，成为典型的”TENS”；当频率降低时，脉冲宽度自动变宽，成为典型的“EA”。因此同时具有TENS与EA之优势。

应用EA时，毫针刺入机体，所需刺激电流远低于TENS。因此我们为实际使用设计的台式4导仪器，输出强度分为“针”、“皮”两档，前者最高强度是10mA，后者是50mA，不论用何种电极均可获得细致、舒适的调节。

3、对称双向电脉冲技术的研究、开发：

单向矩形脉冲，其电流经一对电极(毫针、皮肤电极)流入和流出机体，构成完整的回路。脉冲电流流入处为正电极，流出处为负电极，负电极下的神经纤维才被刺激产生兴奋，正电极下不产生兴奋。单极性的脉冲电流总是单向流动，故只在负电极处引起刺激，另一个正电极只起导电充当无关电极，没有治疗作用，电极的利用率是50％(图5中A所示)参见图5三种不同矩形脉冲作用的结果。

一般仪器为降低成本，简化电路，发出正、负不对称的双向脉冲(图6所示)，即由单方向的不规则的矩形脉冲波和反方向的尖脉冲组成，两个脉冲的形状和幅度都不对称，经常造成两个电极的刺激：一有一无，或一强一弱，使用不便，影响效果。

“对称双向电脉冲”有大小相同、方向相反的两个矩形电脉冲交替工作，电路的两个电极轮流充当正和负极，交替得到相同强度的刺激，没有“一有一无，一强一弱”的问题，电极的利用率是100％。可使治疗效果加倍。

4、恒流输出：

利用PWM方式，量化输出电压使按键能够做到均匀调节，通过滤波器以及精密放大器使电压信号转换成电流信号。经过了中日友好医院、北京妇产医院、北京医院、天坛医院等多家医院的临床应用，上海针灸经络研究所、武汉协和医院、珠海瑞桦戒毒康复中心等临床应用取得了显著的效果。

Claims (4)

1.无针镇痛仪器，其特征是由混合信号、用于控制输出波形、频率幅度以及脉宽的控制、响应按键、驱动LCD显示的微控制器，运算放大器，电源电路，mos开关4066，阻容低通滤波，运算放大器，两组推挽三极管，电流互感器构成；电源电路由控制电压转换、控制开关管的打开与关断产生脉冲信号的三极管(Q3，Q4，Q5)、线性调整管(D4)和开关(S6)构成；微控制器输出两路独立的PWM信号(PWM_A、PWM_B)接阻容低通滤波(R16、R17、R18、R19、C1、C2)形成0-5V的电压信号；经过低通滤波再连接mos开关(4066)，同时微控制器输出的精确定时信号(CP1、CP2)作为mos开关的控制信号也被接入，mos开关(4066)输出治疗波形PWM_A_L/R、PWM_B_L/R信号，并连接运算放大器D22输出，再接两组推挽三极管(Q1、Q2或Q6、Q7)轮流导通，两组推挽三极管输出至电流互感器(D3、D5)，电流互感器的输出产生正负间隔的脉冲波。

2.根据权利要求1所述的的无针镇痛仪器，其特征是微处理器的模拟输入调节端设有40档电流调节电阻器，每增加一档输出，微控制器PWM信号输出经滤波后增加0.125V。

3.根据权利要求1所述的的无针镇痛仪器，其特征是仪器还设有监视电源电压的比较器(393)。

4.根据权利要求1所述的的无针镇痛仪器，其特征是控制微控制器内部的两个定时器，一个作为全局的实时时钟，一个作为频率改变的间隔定时器。

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