JP7236522B1

JP7236522B1 - 生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器

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Publication number: JP7236522B1
Application number: JP2021193391A
Authority: JP
Inventors: 亮曹
Original assignee: Famidoc Technology Co Ltd
Current assignee: Famidoc Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: CN113813508A; JP2023056451A; US20220079806A1; EP4162974A1; US12161582B2

Abstract

【課題】生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器を提供する。【解決手段】本発明の生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器は、ＭＣＵコントローラと、昇圧制御回路と、パルス出力制御回路と、生物電気フィードバック回路と、加熱制御回路とを備え、ＭＣＵコントローラが各々昇圧制御回路、パルス出力制御回路、生物電気フィードバック回路及び加熱制御回路に接続され、パルス出力制御回路は電極パッドを介して安全範囲内の電気パルスを人体に入力させて負荷をかけ、生物電気フィードバック回路は人体の電気抵抗、電圧、電流、周波数のうち１つ又は複数の電気パラメータを収集してＭＣＵコントローラにフィードバックする。【選択図】図１

Description

本発明は、物理療法機器の技術分野に関し、特に、生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器に関する。

電気パルス物理療法器は、一定の電圧と周波数のパルス電気信号について電極を経由して人体に接続し、人体組織の多くの構成部分に一定の電気的特性があるするため、電気刺激を受けると、人体の筋肉、神経と体液、血液にある程度の物理的・化学的反応を引き起こす。低周波電気療法及び中間周波数電気療法は、最もよく見られるこのような機器の一つである。病院において電気療法を介した痛みの改善と神経機能の調節に一定の治療効果が備わる。

ただし、利用者の使い心地及び物理療法の効果を高めるため、現在市場上の機能付き物理療法器には、異なる加熱強度の調節が設けられているが、基本的に利用者自身で加熱レンジを調整することから、加熱強度を調節する。このような調節方法は、明らかに物理療法の技術に対する要求が非常に高く、一般人又は高齢者には使いにくかった。

上記の従来技術に存在する欠陥に着目し、本発明の目的は、生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器を提供することである。

上記目的を達成するため本発明では、次のような技術的手段を講じた。
生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器であって、ＭＣＵコントローラと、昇圧制御回路と、パルス出力制御回路と、生物電気フィードバック回路と、加熱制御回路とを備え、前記ＭＣＵコントローラは各々昇圧制御回路、パルス出力制御回路、生物電気フィードバック回路及び加熱制御回路に接続され、前記パルス出力制御回路は電極パッドを介して安全範囲内の電気パルスを人体に入力させて負荷をかけ、前記生物電気フィードバック回路は人体の電気抵抗、電圧、電流、周波数のうち１つ又は複数の電気パラメータを収集してＭＣＵコントローラにフィードバックし、前記ＭＣＵコントローラは温度の高低の制御を実現するため、フィードバックされたパラメータの違いにより加熱制御回路を介して発熱シートの加熱時間の長さを制御する。

好ましくは、前記昇圧制御回路は、インダクタと、第１三極管と、第２三極管とを備え、前記第１三極管のベース電極が第１抵抗器を介してＭＣＵコントローラのＰＵＭＰピン端子に接続され、前記インダクタの一端が電源に接続され、他端が第１三極管のコレクタ電極と接続し、前記第１三極管のコレクタ電極がダイオードに接続され、ダイオードのアノードと接続し、前記ダイオードのカソードがパルス出力制御回路と接続し、前記ダイオードのカソードが充電コンデンサを介して接地され、第３抵抗器を介して第２三極管のコレクタ電極と接続し、前記第２三極管のベース電極が第２抵抗器を介してＭＣＵコントローラのＤＩＳ＿Ｐピン端子と接続する。

好ましくは、前記パルス出力制御回路は、第４三極管と、第５三極管と、第６三極管と、第７三極管とを備え、前記第４三極管、第５三極管、第６三極管及び第７三極管のベース電極が各々第６抵抗器、第５抵抗器、第８抵抗器及び第７抵抗器を介してＭＣＵコントローラのＭ＿２ピン端子、Ｍ＿０ピン端子、Ｍ＿３ピン端子及びＭ＿１ピン端子と接続し、前記第５三極管及び第７三極管のエミッタ電極が昇圧制御回路の出力側と接続し、前記第５三極管のコレクタ電極が第４三極管のエミッタ電極と接続すると共に電極パッドと接続し、前記第７三極管のコレクタ電極が第６三極管のエミッタ電極と接続すると共に同時に電極パッドの他端と接続し、前記第４三極管及び第６三極管のコレクタ電極が同時に生物電気フィードバック回路と接続する。

好ましくは、前記生物電気フィードバック回路は、第１１抵抗器と、第４抵抗器とを備え、前記第１１抵抗器の一端が接地され、他端が同時に第４抵抗器及びパルス出力制御回路と接続し、前記第４抵抗器の他端が第１コンデンサを介して接地され、ＭＣＵコントローラのＢ＿ＤＥＴピン端子と接続する。

好ましくは、前記加熱制御回路は、第３三極管と、第８三極管とを備え、前記第３三極管のベース電極が第１０抵抗器を介して接地され、第９抵抗器を介してＭＣＵコントローラのＨＥＡＴピン端子と接続し、前記第３三極管のコレクタ電極が第８三極管のベース電極と接続し、前記第８三極管のエミッタ電極が電源に接続され、前記第８三極管のコレクタ電極が発熱シートと接続し、前記発熱シートの他端が自己回復ヒューズを介して接地される。

上記の技術的手段を講じたことにより、本発明は、パルスを人体に入力し、パルス物理療法を施すと同時に、フィードバックされる抵抗値、電流、電圧、周波数等の１つ又は複数の電気パラメータに従い人体の状態を判断して、適切な温度を調節して関連の温熱療法を施し、人体の異なる生理学的な状態に応じて自動温度調節のインテリジェントな治療を実現する。

本発明の実施例に係る構造原理を示す概略図である。本発明の実施例に係るＭＣＵコントローラの概略構成図である。本発明の実施例に係る昇圧制御回路の概略構成図である。本発明の実施例に係るパルス出力制御回路の概略構成図である。本発明の実施例に係る生物電気フィードバック回路の概略構成図である。本発明の実施例に係る加熱制御回路の概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は特許請求の範囲によって限定及びカバーされる多種多様な形態で実施することができる。

図１乃至図６を参照すると、本実施例により提供される生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器は、ＭＣＵコントローラ１と、昇圧制御回路２と、パルス出力制御回路３と、生物電気フィードバック回路４と、加熱制御回路５とを備え、ＭＣＵコントローラ１は昇圧制御回路２、パルス出力制御回路３、生物電気フィードバック回路４及び加熱制御回路５に接続され、パルス出力制御回路３は電極パッドを介して安全範囲内の電気パルスを人体に入力して負荷をかけ、生物電気フィードバック回路４は人体の電気抵抗、電圧、電流、周波数等の１つ又は複数の電気パラメータを収集してＭＣＵコントローラ１にフィードバックし、ＭＣＵコントローラ１は温度の高低の制御を実現するため、フィードバックされたパラメータの違いにより加熱制御回路５を介して発熱シートの加熱時間の長さを制御する。

本実施例において、ＭＣＵコントローラ１は、ＸＷＩＣ０３５型番を用いることができ、ＭＣＵコントローラ１のＰＵＭＰピン端子がＰＷＭ信号を出力し、昇圧制御回路２に用いられ、ＭＣＵコントローラ１のＰＵＭＰピン端子ＤＩＳ＿Ｐピン端子がＧＰＩＯ出力ポートであり、昇圧制御回路２の放電制御のために用いられ、ＭＣＵコントローラ１のＭ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ピン端子がＧＰＩＯ出力であり、人体に出力するパルスを制御するために用いられ、ＭＣＵコントローラ１のＨＥＡＴピン端子がＧＰＩＯポートであり、製品の加熱モジュールのオンオフを制御するために用いられ、ＭＣＵコントローラ１のＢ＿ＤＥＴピン端子がＡＤ検出ポートであり、動作時人体からフィードバックされてきた電流を収集するために用いられる。ＭＣＵコントローラ１は、利用者が選択した治療プログラムに従い、昇圧及びパルス出力を制御すると共にＡＤポートを介してＢ＿ＤＥＴピン端子上の人体からフィードバックされてきた電流を収集し、計算により対象人体に対応する抵抗値を得ることで、人体の生理学的状態を判断し、敏感タイプ、普通タイプ、鈍感タイプなどの異なる状態の人を分類し、その後異なる利用者グループに応じて加熱温度範囲を制御し、次の対照表を参照のこと。

この表によれば、ＭＣＵコントローラ１は、加熱制御回路５のＰＷＭデューティサイクルを制御することによって自動温度調節を実現する。言及すべき点は、上記はフィードバック抵抗値範囲の定義と制御する温度選択との間の関係を示すだけであり、例としてのみ使用され、収集する電気パラメータのタイプの違い及び関連値の変更はやはり本実施例の保護範囲内に含まれる。

さらに、本実施例の昇圧制御回路２は、図３に示す回路構造を用いることができ、すなわち、インダクタＬ１と、第１三極管Ｑ１と、第１三極管Ｑ２とを備え、第１三極管Ｑ１のベース電極が第１抵抗器Ｒ１を介してＭＣＵコントローラ１のＰＵＭＰピン端子に接続され、インダクタＬ１の一端が電源に接続され、他端が第１三極管Ｑ１のコレクタ電極と接続し、第１三極管Ｑ１のコレクタ電極がダイオードＤ１に接続され、ダイオードＤ１のアノードと接続し、ダイオードＤ１のカソードがパルス出力制御回路と接続し、ダイオードＤ１のカソードが充電コンデンサＥ１を介して接地され、第３抵抗器Ｒ３を介して第１三極管Ｑ２のコレクタ電極と接続し、第１三極管Ｑ２のベース電極が第２抵抗器Ｒ２を介してＭＣＵコントローラ１のＤＩＳ＿Ｐピン端子と接続する。この回路の昇圧部分は、ブートストラップ原理を用い、ＭＣＵコントローラ１のＰＵＭＰピン端子の出力がハイになると、第１三極管Ｑ１が導通し、電源ＶＣＣがインダクタＬ１を介してグランドに放電し、ここでダイオードＤ１がコンデンサＥ１側の電圧逆流を防止するために用いられ、ＤＣインダクタ上の電流は一定の比率で直線的に増加するため、電流の増加に伴い、インダクタＬ１の中にエネルギーを蓄積する。ＭＣＵコントローラ１のＰＵＭＰピン端子の出力がローになると、第１三極管Ｑ１が遮断され、インダクタＬ１の電流保持特性により、インダクタＬ１を流れる電流がすぐ０にならず、充電終了時の値から０にゆっくりと変わる。元の回路が切断されているため、インダクタＬ１は新しい回路を介してのみ放電し、すなわちインダクタＬ１がコンデンサＥ１に充電し始め、コンデンサＥ１の両端の電圧が上昇し、この時電圧が入力電圧より高くなっており、昇圧が完了する。ＭＣＵコントローラ１のＤＩＳ＿Ｐピン端子が平常ローレベルとなり、第２三極管Ｑ２が遮断され、昇圧が不要な場合、又は昇圧レベルを下げる必要がある場合、ＭＣＵコントローラ１のＤＩＳ＿Ｐピン端子の出力はハイレベルになり、第２三極管Ｑ２が導通し、コンデンサＥ１側の電圧が第２三極管Ｑ２を介して放電する。

さらに、本実施例のパルス出力制御回路３は、図４に示す回路構造を用いることができ、すなわち、第４三極管Ｑ４と、第５三極管Ｑ５と、第６三極管Ｑ６と、第７三極管Ｑ７とを備え、第４三極管Ｑ４、第５三極管Ｑ５、第６三極管Ｑ６及び第７三極管Ｑ７のベース電極が各々第６抵抗器Ｒ６、第５抵抗器Ｒ５、第８抵抗器Ｒ８及び第７抵抗器Ｒ７を介してＭＣＵコントローラ１のＭ－２ピン端子、Ｍ－０ピン端子、Ｍ－３ピン端子及びＭ－１ピン端子と接続し、第５三極管Ｑ５及び第７三極管Ｑ７のエミッタ電極が昇圧制御回路２の出力側と接続し、第５三極管Ｑ５のコレクタ電極が第４三極管Ｑ４のエミッタ電極と接続すると共に電極パッドと接続し、第７三極管Ｑ７のコレクタ電極が第６三極管Ｑ６のエミッタ電極と接続すると共に同時に電極パッドの他端と接続し、第４三極管Ｑ４及び第６三極管Ｑ６のコレクタ電極が同時に生物電気フィードバック回路４と接続する。この回路のパルス制御端子は、ＭＣＵコントローラ１のＭ＿０、Ｍ＿１、Ｍ＿２、Ｍ＿３ピン端子であり、平常出力がハイレベルとなり、全ての三極管が遮断され、正方向パルスが必要な場合、Ｍ＿０ピン端子、Ｍ＿３ピン端子の出力をロー、Ｍ＿１ピン端子、Ｍ＿２ピン端子の出力をハイになると第５三極管Ｑ５、第６三極管Ｑ６が導通し、第４三極管Ｑ４、第７三極管Ｑ７が遮断され、昇圧後の電流は第５三極管Ｑ５を介して電極パッドに入力され、その後人体に入って負荷をかけるため、人体に正方向パルスが発生し、第６三極管Ｑ６から生物電気フィードバック回路にフィードバックされる。逆方向パルスが必要な場合、Ｍ＿１ピン端子、Ｍ＿２ピン端子の出力をロー、Ｍ＿０ピン端子、Ｍ＿３ピン端子の出力がハイになると、第４三極管Ｑ４、第７三極管Ｑ７三極管が導通し、第５三極管Ｑ５、第６三極管Ｑ６が遮断され、電流は第４三極管Ｑ４を介して電極パッドに入力され、その後人体に入って負荷をかけ、第７三極管Ｑ７が信号を生物電気フィードバック回路に伝送し、人体に逆方向パルスを発生させことから効果的なパルスの制御を実現する。

さらに、本実施例の生物電気フィードバック回路４は、図５に示す回路構造を用いることができ、すなわち、第１１抵抗器Ｒ１１と、第４抵抗器Ｒ４とを備え、第１１抵抗器Ｒ１１の一端が接地され、他端が同時に第４抵抗器Ｒ４及びパルス出力制御回路３と接続し、第４抵抗器Ｒ４の他端が第１コンデンサＣ１を介して接地され、ＭＣＵコントローラ１のＢ＿ＤＥＴピン端子と接続する。この回路は、主に人体からフィードバックしてきた生物電気をＭＣＵコントローラ１に全体的にフィードバックするために用いられ、具体的な動作の時、パルス出力制御回路３によって入力された信号を、第１１抵抗器Ｒ１１を経由した後で電圧差を発生させ、その後第４抵抗器Ｒ４、第１コンデンサＣ１によってＲＣフィルタリングを実施した後、有効で安定した電圧を形成させ、ＡＤ検出のため、ＭＣＵコントローラ１に提供する。

さらに、本実施例の加熱制御回路５は、図６に示す回路構造を用いることができ、すなわち、第３三極管Ｑ３と、第８三極管Ｑ８とを備え、第３三極管Ｑ３のベース電極が第１０抵抗器Ｒ１０を介して接地され、第９抵抗器Ｒ９を介してＭＣＵコントローラ１のＨＥＡＴピン端子と接続し、第３三極管Ｑ３のコレクタ電極が第８三極管Ｑ８のベース電極と接続し、第８三極管Ｑ８のエミッタ電極が電源に接続され、第８三極管Ｑ８のコレクタ電極が発熱シートと接続し、発熱シートの他端が自己回復ヒューズを介して接地される。この回路内の温度制御ポートＢ３、Ｂ４は、発熱シートに接続され、平常ＭＣＵコントローラ１のＨＥＡＴピン端子がローレベルとなり、第３三極管Ｑ３が遮断され、第１０抵抗器Ｒ１０の機能はＭＣＵコントローラ１が通電すると、ＩＯポートの電位が安定することを防止することで、第３三極管Ｑ３が確実に遮断されることである。第３三極管Ｑ３が遮断された後、第８三極管Ｑ８のベース電極がハイになるため、第８三極管Ｑ８が同様に遮断され、ＶＣＣ電源が切り離されることで、発熱シートが動作できなくなる。加熱が必要な場合、ＭＣＵコントローラ１のＨＥＡＴピン端子の出力がハイレベルになり、第３三極管Ｑ３が導通して、第８三極管Ｑ８を導通させ、ＶＣＣ電圧が第８三極管Ｑ８を経由して発熱シートの両端に印加され、発熱シートが正常に動作する。ＭＣＵコントローラ１がＨＥＡＴピン端子のハイ・ローレベルの時間を制御することにより、発熱シートの動作時間を効果的に制御できることから、加熱温度を制御する。同時に発熱シートの短絡による大電流の発生を防止するため、特に自己回復ヒューズＦ１を追加し、平常自己回復ヒューズＦ１が低抵抗となり、動作電流が大きくなり過ぎた場合、Ｆ１の抵抗値を急激に増加させることで、動作電流を制限することから、保護作用を働かせることができる。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明の保護範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び添付図面を利用して均等構造又は均等プロセスの変更、直接的又は間接的にその他の関連の技術分野に運用されることは、本発明の特許保護範囲内に含めるものであるのは勿論である。

Claims

生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器であって、
ＭＣＵコントローラと、昇圧制御回路と、パルス出力制御回路と、生物電気フィードバック回路と、加熱制御回路とを備え、
前記ＭＣＵコントローラは、前記昇圧制御回路、前記パルス出力制御回路、前記生物電気フィードバック回路及び前記加熱制御回路に接続され、
前記パルス出力制御回路は電極パッドを介して安全範囲内の電気パルスを人体に入力させて負荷をかけ、
前記生物電気フィードバック回路は、電流を収集して前記ＭＣＵコントローラにフィードバックし、
前記ＭＣＵコントローラは、フィードバックされた前記電流に基づいて、フィードバック抵抗値を計算し、抵抗値範囲と制御温度範囲とが関連付けられたテーブルから前記フィードバック抵抗値と対応する前記制御温度範囲を特定し、前記加熱制御回路を介して発熱シートの加熱温度を、特定した前記制御温度範囲内にあるように制御する
ことを特徴とする、生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器。
前記昇圧制御回路は、インダクタと、第１三極管と、第２三極管とを備え、前記第１三極管のベース電極が第１抵抗器を介して前記ＭＣＵコントローラのＰＵＭＰピン端子に接続され、前記インダクタの一端が電源に接続され、他端が前記第１三極管のコレクタ電極と接続し、前記第１三極管のコレクタ電極がダイオードに接続され、前記ダイオードのアノードと接続し、前記ダイオードのカソードが前記パルス出力制御回路と接続し、前記ダイオードのカソードが充電コンデンサを介して接地され、第３抵抗器を介して前記第２三極管のコレクタ電極と接続し、前記第２三極管のベース電極が第２抵抗器を介して前記ＭＣＵコントローラのＤＩＳ＿Ｐピン端子と接続することを特徴とする、請求項１に記載の生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器。
前記パルス出力制御回路は、第４三極管と、第５三極管と、第６三極管と、第７三極管とを備え、前記第４三極管、前記第５三極管、前記第６三極管及び前記第７三極管のベース電極が各々第６抵抗器、第５抵抗器、第８抵抗器及び第７抵抗器を介して前記ＭＣＵコントローラのＭ＿２ピン端子、Ｍ＿０ピン端子、Ｍ＿３ピン端子及びＭ＿１ピン端子と接続し、前記第５三極管及び前記第７三極管のエミッタ電極が前記昇圧制御回路の出力側と接続し、前記第５三極管のコレクタ電極が前記第４三極管のエミッタ電極と接続すると共に前記電極パッドと接続し、前記第７三極管のコレクタ電極が前記第６三極管のエミッタ電極と接続すると共に同時に前記電極パッドの他端と接続し、前記第４三極管及び前記第６三極管のコレクタ電極が同時に前記生物電気フィードバック回路と接続することを特徴とする、請求項１に記載の生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器。
前記生物電気フィードバック回路は、第１１抵抗器と、第４抵抗器とを備え、前記第１１抵抗器の一端が接地され、他端が同時に前記第４抵抗器及び前記パルス出力制御回路と接続し、前記第４抵抗器の他端が第１コンデンサを介して接地され、前記ＭＣＵコントローラのＢ＿ＤＥＴピン端子と接続することを特徴とする、請求項１に記載の生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器。
前記加熱制御回路は、第３三極管と、第８三極管とを備え、前記第３三極管のベース電極が第１０抵抗器を介して接地され、第９抵抗器を介して前記ＭＣＵコントローラのＨＥＡＴピン端子と接続し、前記第３三極管のコレクタ電極が前記第８三極管のベース電極と接続し、前記第８三極管のエミッタ電極が電源に接続され、前記第８三極管のコレクタ電極が前記発熱シートと接続し、前記発熱シートの他端が自己回復ヒューズを介して接地されることを特徴とする、請求項１に記載の生物電気フィードバックに基づくインテリジェントな加熱調節可能な物理療法器。