數字式低頻電脈沖治療儀的制作方法

專利名稱：數字式低頻電脈沖治療儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于醫療儀器，涉及一種數字式低頻電脈沖治療儀，用于針灸治療。
背景技術：
低頻電脈沖療法是以傳統針灸理論為基礎，將低頻電脈沖與經絡、神經理論相結合，采用皮膚電極對人體穴位進行電刺激，達到治療的目的。據此原理制造的低頻電脈沖治療儀俗稱電針儀。它是利用脈沖電生理效應范圍內的微量電流刺激人體穴位，得到針刺的治療效果，而且由于可以隨意準確地調節脈沖電流強度和刺激量，能適應各種不同病癥和患者的需要，因而被廣泛地用于針灸臨床。
目前市場上有很多種利用電脈沖刺激穴位來治療的醫療器械。它們大都是以中醫理論為基礎，結合人體經絡學，將現代電子技術與針灸原理有機地結合，達到治療的目的。如申請號為98112723的中國專利公開的一種電脈沖治療儀，其主要部件包括定時電路、慢啟動變頻振蕩器、整形放大電路、功率放大電路、電壓變換輸出電路。其中慢啟動變頻振蕩器產生可調頻率的振蕩脈沖，經過整形放大和功率放大后，進入電壓變換輸出電路，由其輸出的脈沖電流通過外接導電電極片對人體進行治療。
包括上述專利的現有技術電針儀大多是(1)用模擬電路搭成。(2)利用三極管對脈沖信號進行多級放大，整形后通過電壓變換電路輸出。(3)多采用LED數碼管顯示簡單的數字信息。(4)鍵盤的按鍵功能單一。因而現有技術電針儀的缺陷是人機界面差，操作不直觀，不能顯示所有的功能。且又因其鍵盤按鍵功能固化，不能交互使用，操作過程單一化，使用戶在使用時不能一目了然。再者，因設計方案的限制，對中央控制芯片也沒有明確的定位，致使儀器的顯示及治療等功能，受到很大的限制。

發明內容
本發明提供一種數字式低頻電脈沖治療儀及其運行控制方法，它是對現有技術電針儀的重大改進，采用全數字化控制，圖形式液晶顯示，采用交互式鍵盤，所有的按鍵與單片機相連；還設有探測部分，功能細致完善，所有操作通過人機對話完成，控制流程采用分級式菜單，上下級菜單可以相互切換，操作使用直觀簡便。
本發明數字式低頻電脈沖治療儀包括順序相連的脈沖放大電路、電壓變換器、探測時使用的探針和治療時使用的電極片，以及蜂鳴器和鍵盤。其核心控制部分為一單片機，一液晶顯示器的數據線與單片機相連，使單片機對液晶顯示器進行實時數據傳輸，構成可直觀操作的人機界面。將兩只級聯的數字電位器與單片機相連，通過單片機的串行輸出將數據流送入數字電位器，經過整理、判斷后，決定數字電位器的輸出通道哪路開啟。數字電位器通過模擬開關與所述的脈沖放大電路相連。脈沖數字信號經開啟的通道輸出，進入模擬開關。當某路開關閉合時信號輸出，否則無輸出信號。經模擬開關輸出的信號再進入到脈沖放大電路，在這里對信號進行兩級放大、整形，最后通過電壓變換器將治療信號輸出。
本發明電針儀中的數字電位器選用兩通道數字電位器，模擬開關用四通道模擬開關。本設計中將兩只數字電位器級聯，當模擬開關全部閉合時共有四路輸出。模擬開關的輸出經脈沖放大電路后，每兩個通道的輸出信號供給一個電壓變換器(即變壓器)的兩個原邊。由于變壓器的原邊有中間抽頭，當原邊的兩路分別導通時，則在變壓器的輸出端產生正、反雙向脈沖。當單片機對數字電位器發出傳輸數據的變化指令時，變壓器輸出端的正、反雙向脈沖的強度將分別得到實時調節。
本發明電針儀有一探測部分，它聯接在數字電位器的輸出端和模擬開關與單片機之間，該探測部分是由晶體管組成的兩級放大電路構成。利用模擬開關將數字電位器的輸出脈沖與脈沖放大電路斷開，在數字電位器的四路輸出中只取一路脈沖信號作為探測信號進入探測部分。通過調節數字電位器改變基準電壓值，使探測信號的強度由小到大不斷變化，尋找人體電阻的基準點。當基準點被確定時，探測信號經過兩級放大電路后得到的強度值，在單片機中予以鎖定并存儲，同時蜂鳴器鳴叫。
本發明在人機操作方面，采用交互式鍵盤，即將鍵盤的所有按鍵都與單片機相連，通過軟件程序使單片機對其實時掃描。當進行人機操作時，被改變的數據經過單片機的實時處理，以文字的形式同步地在液晶顯示器上顯示出來。由于單片機對所有按鍵實時掃描，用戶對鍵盤的任何操作都會得到即時的響應。
本發明數字式低頻電脈沖治療儀的操作運行控制，是用匯編語言編制其工作程序，通過單片機對硬件電路進行控制，實現本發明電針儀的各種功能。本發明操作運行控制的特點是采用分級式菜單，上下兩級菜單之間可雙向選擇，由顯示部分顯示菜單內容；由單片機對鍵盤按鍵進行掃描和判斷，根據按鍵指令可隨時改變或切換各級菜單界面、顯示內容及相應的功能要求；采用結構化程序設計，主程序與多個子程序相互嵌套；對脈沖信號即波形的形成和輸出進行控制。
本發明數字式低頻電脈沖治療儀與現有技術電針儀相比，具有以下技術效果和特點1、本發明電針儀采用全數字化控制。將硬件和軟件有機地結合起來，在硬件設計上以高級微電腦芯片為核心，采用LCD圖形式液晶顯示器，使所有操作均通過人機對話完成。這樣不僅對各項功能進行了細致的劃分，使用起來一目了然，同時也使儀器的操作過程變得更加詳細、具體。
2、在輸出波形部分，摒棄了傳統的由模擬電路對震蕩脈沖的整形、放大、功放、電壓變換的設計，而采用了數字電位器與模擬開關相結合的工作方式，使脈沖信號的輸出更加穩定，且其脈沖大小及輸出通道的選擇均由軟件控制完成。這樣，本發明簡化了硬件電路，大大節省了儀器的工作時間。而且由于輸出端有四個通道，產生的兩路輸出，每路均為正、反雙向脈沖。
3、探測和確定基準點。利用對數字電位器與模擬開關的控制產生探測信號，通過探針尋找人體電阻的基準點。當基準點被確定后，通過探測耳穴判斷身體相應部位是否異常。當所測點的阻抗低于基準點時，蜂鳴器鳴叫提示用戶，液晶顯示器上顯示“異常”。否則為正常范圍，屏幕上無提示信息。
4、軟件編程采用匯編語言，對硬件各部分實行分段控制，將各程序模塊自然地銜接在一起，配合硬件電路同時實現系統的各項功能。對顯示界面編程時采用分級式菜單結構，使流程變得更加清楚，下一級菜單為上級菜單的擴展，且上、下級菜單之間均可相互切換。用戶在使用時直觀、方便，只要按屏幕的提示操作即可。


圖1是本發明數字式低頻電脈沖治療儀原理示意圖。
圖2是本發明治療儀運行控制主流程圖。
圖3是本發明治療儀各級菜單界面結構流程圖。
圖4是出脈沖波形子程序流程圖。
圖5是脈沖波形周期定時中斷子程序流程圖。
圖6是治療時間定時中斷子程序流程圖。
圖7是外部中斷子程序流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例詳細說明本發明內容，包括治療儀的結構和操作控制方法。
首先請參見圖1，本發明治療儀包括順序相連的脈沖放大電路40、電壓變換器50、探測時使用的探針和治療時使用的電極片(二者在圖中未表示)。單片機10是控制部分的核心。一圖形式液晶顯示器60以其數據線與單片機10相連。兩只級聯的數字電位器20與單片機10相連。數字電位器20通過模擬開關30與脈沖放大電路40聯接。一交互式鍵盤80將其所有的按鍵與單片機10相連。還有一蜂鳴器70與單片機10相連。
本發明治療儀的數字電位器20選用兩只兩通道的數字電位器，模擬開關30選用四通道模擬開關。如圖1所示，本設計中將兩只數字電位器21和23級聯，當模擬開關30全部閉合時共有四路輸出，模擬開關30的輸出經脈沖放大電路40后，每兩個通道的輸出信號供給一個變壓器(即電壓變換器)50的兩個原邊，該變壓器50的原邊有中間抽頭。當變壓器50原邊的兩路分別導通時，其輸出端產生正、反雙向脈沖。
在本設計治療儀中，數字電位器20中的兩只數字電位器選用有兩個輸出通道的產品，例如AD公司的AD8402芯片，其阻值范圍為10kΩ，精度為256級。數字電位器具有可編程能力，并且精度高、體積小，利用軟件編程控制數字電位器，可以對脈沖信號的強度進行數字調節。如果設計的治療儀對數控精度或脈沖信號的輸出通道數目另有要求，也可以采用其它型號或其它公司的數字電位器，例如AD公司的AD8403芯片，有四個輸出通道。又如Xicor公司的X系列非易失性數字電位器等。
圖形式液晶顯示器60與單片機10相連構成本設計的人機界面，顯示各級菜單、幫助信息及人體穴位圖示。液晶顯示器與單片機的連接可以是串行連接或并行連接，本發明采用串行連接的圖形式液晶顯示器，用戶使用時一目了然，操作簡便直觀，也使治療儀的各項功能得以充分展現，并且可以節省單片機的接口。如果單片機有足夠空閑的接口，與液晶顯示器也可以并行連接。此外，如果使本發明治療儀簡易化，減少某些顯示功能，如不顯示文字和圖形，并且降低成本，可以不用圖形式液晶顯示器，而用字符形液晶顯示器或LED七段數碼管顯示器取代。
本發明治療儀的探測部分90聯接在數字電位器20的輸出端和模擬開關30的結點與單片機10之間，它是由晶體管組成的兩級放大電路構成，并且利用模擬開關30將數字電位器20的輸出脈沖與脈沖放大電路40斷開。在數字電位器20的四路輸出中只取一路脈沖信號作為探測信號進入探測部分90。其探測信號通過單片機數字化調節，經過人體電阻并進入兩級放大電路后反饋至單片機中進行識別。
如果對本發明治療儀進行簡化，只保留其基本的治療功能，則可以省略探測部分90，同時模擬開關30也可以不用。
本發明在人機操作方面采用交互式鍵盤80，即將鍵盤80的所有按鍵與單片機10相連，通過軟件程序使單片機10對其實時掃描。當進行人機操作時，被改變的數據經過單片機10的實時處理，以文字的形式同步地在液晶顯示器60上顯示出來。由于單片機10對鍵盤80的實時掃描，用戶對鍵盤80的任何操作都會得到即時的響應。
圖2至圖7是本發明治療儀操作運行控制程序的實施例，其中圖3是各級菜單界面結構流程圖。
本發明數字式低頻電脈沖治療儀的操作運行控制，是用匯編語言編制其工作程序，主程序與子程序相互嵌套，各程序模塊間功能明確且相互獨立；同時對脈沖信號即波形的形成和輸出進行控制。設計出分級式菜單，單片機對所有按鍵進行實時掃描，顯示內容及功能相應地改變。
首先請看圖2，本發明數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其運行主程序如下(1)開始100；(2)初始化、顯示器清屏102清除圖形式液晶顯示器顯示屏上的亂碼，對顯示器的行、列、頁首地址進行設置；(3)顯示開機畫面104；(4)顯示一級菜單106包括探測、自動治療、手控治療、保健四個選項；(5)鍵盤掃描子程序108對每級菜單下所對應的按鍵進行實時掃描；(6)判斷是否有按鍵按下110若有，則進入相應按鍵的處理程序112；若無，則繼續對鍵盤進行掃描；(7)判斷是否進行治療114若否，則回到相應按鍵的處理程序；若是，則進入出波形子程序116；(8)在執行出波形子程序的過程中判斷是否治療完成118，或是否有中斷120；又分為以下四種情況(a)若治療完成，則返回一級菜單，等待新的操作；(b)若治療未完成，則繼續執行出波形子程序；(c)若有中斷，則進入中斷服務子程序122；(d)若無中斷，則繼續執行出波形子程序116。
主程序中出波形子程序116后的具體流程如圖4所示。通過單片機對數字電位器的控制，數字化調節脈沖信號，運行出波形子程序包括如下步驟(1)清屏，顯示文字信息200；(2)將兩片數字電位器的電源待機腳清零202；(3)輸入強度值至寄存器204；
(4)分別調用兩路的正、反雙向輸出子程序206；(5)分別打開兩片數字電位器的電源待機腳，并調用延時子程序208；(6)打開中斷210；(7)進入待機模式，并等待中斷喚醒212；(8)判斷是否有中斷214若有，則進入相應中斷服務子程序216；若無，則繼續待機，等待中斷；(9)關中斷，判斷波形的種類218；(10)進入相應波形的處理程序，繼續循環出波形220；(11)蜂鳴器鳴叫提示治療完成，同時將相關的位地址清零，并返回到一級菜單處224。
中斷服務子程序包括波形周期定時中斷子程序、治療時間定時中斷子程序、外部中斷子程序。
圖5所示波形周期定時中斷子程序是對每種波形的單位周期進行定時，其具體流程如下(1)中斷入口300；(2)關中斷，關閉定時器302；(3)對定時器T1的兩個寄存器賦值304；(4)判斷一個波形周期是否完成306若完成，則返回主程序310；若未完成，則先打開定時器308，再返回主程序310。
如圖6所示，治療時間定時中斷子程序是對四種不同的治療時間進行定時，其具體運行流程如下(1)中斷入口400；(2)關中斷，關閉定時器402；(3)對定時器T0的兩個寄存器賦值404；(4)是否已經定時1分鐘406若否，則返回主程序420；若是，則先判斷選擇了哪種治療時間408，再進入與該治療時間相應的處理程序，以1分鐘為基本單位，進行倒計時，并在顯示屏上顯示出來410；(5)判斷治療時間是否已到412若否，則打開定時器，打開中斷414，然后返回主程序420；若是，則蜂鳴器鳴叫，并延長一段時間416，然后關閉所有中斷及定時器，將相應的位地址清零418，再返回主程序420。
外部中斷子程序是在進行脈沖波形輸出時，對按鍵的中斷處理。如圖7所示，其具體運行流程如下(1)中斷入口500，(2)將兩片數字電位器的電源待機腳分別清零502，(3)判斷是由哪個按鍵引起的外部中斷504，(4)進入相應按鍵的處理程序506，(5)修改顯示畫面508，(6)返回主程序510。
圖3為各級菜單界面結構流程實施例。開機畫面600結束后進入一級菜單601。一級菜單601包括四個選項，即探測610、自動治療620、手控治療650和保健660。以后進入鍵盤掃描子程序，對每級菜單下對應的按鍵進行實時掃描，當判斷有按鍵按下時進入相應的處理程序，同時顯示相應的畫面。以下分別敘述一級菜單601各選項下的菜單界面結構流程。
1、探測選項610(1)靈敏度校正，顯示畫面611；(2)校正結束612；(3)按確認鍵，探測開始613；(4)過程畫面614；(5)探測結束615確認探測結束，回到一級菜單601。
2、自動治療選項620(1)進入具體病種選擇二級菜單602具體病種選擇包括頭痛621……胃痛641等十四種；(2)建議信息622或642不同的病種建議信息的內容各不相同，上下兩級菜單間可雙向選擇；(3)開始確認623或643建議信息選擇確認后，按確認鍵開始治療；(4)過程畫面624或644治療過程中顯示畫面變化；(5)治療結束625或645確認治療結束，返回二級菜單602。
3、手控治療選項650(1)波形選擇651選擇治療脈沖波形；(2)頻率周期選擇652選擇治療脈沖的頻率或周期；(3)設定治療時間653設定治療多長時間；(4)開始確認654設定波形、頻率或周期、治療時間后確認，開始手控治療；(5)過程畫面655手控治療過程中顯示畫面變化；(6)治療結束656確認手控治療結束，返回一級菜單手控治療項目650。
4、保健選項660(1)進入保健項目選擇二級菜單603其中包括推拿661……電體操671七種項目供選擇；(2)建議信息662或672不同的保健項目建議信息的內容各不相同，上下兩級菜單間可雙向選擇；(3)開始確認663或673確定建議信息后，按確認鍵開始選定的保健治療；(4)過程畫面664或674實施保健項目過程中顯示畫面變化；(5)治療結束665或675確認選定的保健項目治療結束，返回保健項目選擇二級菜單603。
本發明菜單界面結構流程設計時，允許上下兩級菜單雙向選擇，各級界面可以隨時切換。
本發明治療儀具有良好的人機界面，操作簡單明了，使用時通過方向鍵移動光標位置對功能進行選擇。
治療儀開機后，控制系統默認光標在探測處，如需探測則直接按確認鍵進入。先將探測棒放在指定部位，通過對鍵盤強度鍵的操作尋找該用戶的人體電阻基準點。當強度調節到某一值時，治療儀將鳴叫提示基準點已被確定。然后即可利用探測棒探測人體的各個部位是否異常。當所探測的耳穴為異常范圍時(所測阻抗低于基準點)，則治療儀鳴叫并顯示“異常”字樣。否則為正常范圍，屏幕上無提示信息。
如需治療，則在一級菜單下根據需要選擇自動治療或手動治療。選擇自動治療后，由于系統已將所需的波形種類、治療時間設定存儲在建議信息中，選擇需治療的病種后，再按確認鍵即可進行治療；選擇手控治療時用戶要根據自身的情況選擇波形種類、頻率或周期及治療時間，確定后可進行治療。以上兩種方式在治療前應先根據體穴幫助信息中的人體穴位圖示將電極片貼在相應的穴位上，然后進行治療。在治療結束時治療儀發出鳴叫，提示用戶治療完成，顯示畫面重新返回至一級菜單下等待新的操作。如需保健，則在一級菜單下先將光標移動至保健處，按確認鍵進入，并在其二級菜單下選擇所需的保健方式。由于系統已將所需的波形種類及時間設定完成，因此按照建議信息的提示，將電極片貼在對應的位置上后即可進行保健。結束時治療儀發出鳴叫，提示用戶時間到，同時顯示畫面重新返回至一級菜單下等待新的操作。
權利要求
1.一種數字式低頻電脈沖治療儀，包括順序相連的脈沖放大電路、電壓變換器、探針和電極片，以及蜂鳴器和鍵盤，其特征是其核心控制部分為一單片機，一液晶顯示器的數據線與單片機相連，兩只級聯的數字電位器與單片機相連，數字電位器通過模擬開關與所述的脈沖放大電路相連。
2.根據權利要求1的數字式低頻電脈沖治療儀，其特征是在數字電位器的輸出端和模擬開關與單片機之間連接一探測部分，該探測部分是由晶體管組成的兩級放大電路構成。
3.根據權利要求1的數字式低頻電脈沖治療儀，其特征是其中的數字電位器為兩通道數字電位器，模擬開關為四通道模擬開關。
4.根據權利要求1的數字式低頻電脈沖治療儀，其特征是其中的鍵盤采用交互式鍵盤，該鍵盤所有的按鍵與單片機相連。
5.一種數字式低頻電脈沖治療儀的操作運行控制方法，用匯編語言編制其工作程序，通過單片機對硬件電路進行控制，實現本發明電針儀的各種功能，其特征是采用分級式菜單，上下兩級菜單之間可雙向選擇，由顯示部分顯示菜單內容；由單片機對鍵盤按鍵進行掃描和判斷，根據按鍵指令可隨時改變或切換各級菜單界面、顯示內容及相應的功能要求；采用結構化程序設計，主程序與多個子程序相互嵌套；對脈沖信號即波形的形成和輸出進行控制。
6.根據權利要求5所述的數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其特征在于其運行主程序如下(1)開始(100)；(2)初始化、顯示器清屏(102)清除圖形式液晶顯示器顯示屏上的亂碼，對顯示器的行、列、頁首地址進行設置；(3)顯示開機畫面(104)；(4)顯示一級菜單(106)包括探測、自動治療、手控治療、保健四個選項；(5)鍵盤掃描子程序(108)對每級菜單下所對應的按鍵進行實時掃描；(6)判斷是否有按鍵按下(110)若有，則進入相應按鍵的處理程序(112)；若無，則繼續對鍵盤進行掃描；(7)判斷是否進行治療(114)若否，則回到相應按鍵的處理程序；若是，則進入出波形子程序(116)；(8)在執行出波形子程序的過程中判斷是否治療完成(118)，或是否有中斷(120)，又分為以下四種情況(a)若治療完成，則返回一級菜單(106)，等待新的操作；(b)若治療未完成，則繼續執行出波形子程序(116)；(c)若有中斷，則進入中斷服務子程序(122)；(d)若無中斷，則繼續執行出波形子程序(116)。
7.根據權利要求5的數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其特征在于，通過單片機對數字電位器的控制，數字化調節脈沖信號，其運行出波形子程序如下(1)清屏，顯示文字信息(200)；(2)將兩片數字電位器的電源待機腳清零(202)；(3)輸入強度值至寄存器(204)；(4)分別調用兩路的正、反雙向輸出子程序(206)；(5)分別打開兩片數字電位器的電源待機腳，并調用延時子程序(208)；(6)打開中斷(210)；(7)進入待機模式，并等待中斷喚醒(212)；(8)判斷是否有中斷(214)若有，則進入相應中斷服務子程序(216)；若無，則繼續待機，等待中斷；(9)關中斷，判斷波形的種類(218)；(10)進入相應波形的處理程序，繼續循環出波形(220)；(11)判斷定時時間是否已到(222)若時間到，則蜂鳴器鳴叫提示，同時將相關的位地址清零，并跳轉到一級菜單處重新開始(224)；若時間未到，則繼續循環出波形。
8.根據權利要求5的數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其特征在于其運行波形周期定時中斷子程序如下(1)進入中斷入口(300)；(2)關中斷，關閉定時器(302)；(3)對定時器T1的兩個寄存器賦值(304)；(4)判斷一個波形周期是否完成(306)若完成，則返回主程序(310)；若未完成，則先打開定時器(308)，再返回主程序(310)。
9.根據權利要求5的數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其特征在于其運行治療時間定時中斷子程序如下(1)進入中斷入口(400)；(2)關中斷，關閉定時器(402)；(3)對定時器T0的兩個寄存器賦值(404)；(4)是否已經定時1分鐘(406)若否，則返回主程序(420)；若是，則先判斷選擇了哪種治療時間(408)，再進入與該治療時間相應的處理程序，以1分鐘為基本單位，進行倒計時，并在顯示屏上顯示出來(410)；(5)判斷治療時間是否已到(412)若否，則打開定時器，打開中斷(414)，然后返回主程序(420)；若是，則蜂鳴器鳴叫，并延長一段時間(416)，然后關閉所有中斷及定時器，將相應的位地址清零(418)，再返回主程序(420)。
10.根據權利要求5的數字式低頻電脈沖治療儀的運行控制方法，其特征在于其運行外部中斷子程序如下(1)進入中斷入口(500)，(2)將兩片數字電位器的電源待機腳分別清零(502)，(3)判斷是由哪個按鍵引起的外部中斷(504)，(4)進入相應按鍵的處理程序(506)，(5)修改顯示畫面(508)，(6)返回主程序(510)。
全文摘要
本發明提供一種數字式低頻電脈沖治療儀及其運行控制方法。治療儀包括順序相連的脈沖放大電路、電壓變換器、電極片等。一圖形式液晶顯示器的數據線、兩只級聯的數字電位器、以及交互式鍵盤所有的按鍵與單片機相連。數字電位器通過模擬開關與脈沖放大電路相連。在數字電位器的輸出端與單片機之間連接著由晶體管組成的兩級放大電路，它構成了本發明的探測部分。治療儀的運行控制包括對顯示部分的分級菜單處理、對鍵盤按鍵的掃描和判斷、對脈沖波形的形成和輸出控制，采用主程序與多個子程序相互嵌套，分級式菜單，上下兩級菜單雙向選擇，各級界面可隨時切換，使所有的操作都通過人機對話完成，用戶使用功能多、直觀、方便。
文檔編號A61N1/36GK1480228SQ02132228
公開日2004年3月10日 申請日期2002年9月4日 優先權日2002年9月4日
發明者李可, 薛梓瑗, 張一鳴, 李 可 申請人:中國科學院電工研究所