專利名稱：神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置涉及一種醫用神經和肌肉刺激器(以下簡稱刺激器)中對電極負載進行實時監測并控制輸出的裝置及其控制方法，用于避免此類儀器在醫院臨床治療中因負載開路產生高電壓對患者或使用者造成的電擊。
背景技術：
在醫療領域中，各類刺激器普遍使用皮膚電極作為與人體接觸的電流通道。刺激器的輸出電路一般采用恒流源設計，其特點是輸出電壓隨負載阻值變化而變化，以保持輸出電流的恒定。在刺激器工作時，如果因某種原因導致電極負載開路(負載阻值很大)， 因刺激器在大功率輸出狀態，其輸出電壓較高，一般可達到幾百伏特(YY 0607-2007/IEC60601-2-10:1987《醫用電氣設備第2部分安全專用要求》規定為不超過500V)，如此數值的電壓一旦接觸人體，將產生強烈的電擊。在實際使用中，因電極輸出插頭接觸不良、電極連接線老化出現內部斷裂、電極片與患者皮膚接觸不良、患者移動使電極片發生脫落等負載開路或電阻突然增大的現象是經常發生的，所以此種電擊的發生也較經常。因此，在刺激器的設計中，應該具備對電極負載進行實時監測的功能，當發現負載異常(阻值突然增大)時，能及時進行判斷并對輸出狀態進行相應控制，減小輸出電壓或切斷輸出通道，即刺激器的輸出狀態能自動適應負載的變化，避免高電壓接觸人體，從而保證患者和使用人員的安全。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，是一種對神經和肌肉刺激器的電極負載進行實時監測并控制輸出的裝置，實現安全角度的負載自適應控制，可以徹底地避免在電極負載上出現高數值的輸出電壓，從而防止對人體產生的電擊，保證患者和使用人員的安全。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置是采取以下技術方案實現神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置包括輸出插口、負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊、主控芯片、顯示單元和音響單元。所述主控芯片設置有數據處理模塊、顯示模式生成模塊、顯示輸出模塊。隔離輸出模塊通過電子線路板與主控芯片中的數據處理模塊相連，隔離輸出模塊通過負載傳感器與輸出插口相連；所述主控芯片中的數據處理模塊通過顯示模式生成模塊與顯示輸出模塊相連，顯示單元和音響單元與顯示輸出模塊相連。所述輸出插口通過負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊與主控芯片中的數據處理模塊相連，組成各輸出通路的閉環控制回路。負載傳感器分為開關數字型和增量數字型2種，開關數字型負載傳感器內部穩壓管D與分流電阻R*并聯(電流小時R*可不裝)，穩壓管D —端與引腳I和限流電阻R相連，另一端與引腳2和引腳4相連，限流電阻R —端與穩壓管D和引腳I相連，另一端與引腳3相連。增量數字型負載傳感器內部取樣電阻R—端與引腳I和壓控振蕩器VCO信號輸入腳IN相連，另一端引腳2、引腳4和壓控振蕩器VCO公共腳GND相連，壓控振蕩器VCO輸出腳OUT與引腳3相連。所述輸出插口設置有至少I個。所述負載傳感器設置有至少I個。所述隔離輸出模塊設置有至少I個。所述隔離反饋模塊設置有至少I個。所述顯示單元設置有至少I個。所述輸出插口 I至輸出插口 N，是當刺激器具備多路輸出功能時不同輸出通路的輸出插孔；同理，負載傳感器I N、隔離輸出模塊I N、隔離反饋模塊I N，均是當刺激器具備多路輸出功能時不同輸出通路的功能模塊。這些模塊與主控芯片中的數據處理模塊相連，組成各輸出通路的閉環控制回路。當刺激器為單路輸出時，上述各模塊數量均只有一個，組成一個輸出通路閉環控制回路。所述輸出插口，可接外部電極負載，使刺激器輸出的治療電流通過電極片到達患者人體。 所述負載傳感器，能在刺激器工作時，感知電極負載的狀態，對負載超出正常范圍的突然增大和負載開路狀態給出數字狀態參數。所述隔離反饋模塊，能將負載傳感器測量的數字量反饋至主控芯片中的數據處理模塊，并能對主控芯片和負載輸出端口之間實行電氣隔離，保證其技術指標滿足有關電介質強度、漏電流等醫療器械安全要求。所述隔離輸出模塊，受數據處理模塊控制，將主控芯片輸出的數據轉換為模擬量后，進行功率放大，經過負載傳感器向輸出插孔提供足夠功率的輸出電壓，同時對主控芯片和負載輸出端口之間實行電氣隔離，保證其技術指標滿足有關電介質強度、漏電流等醫療器械安全要求。所述數據處理模塊，依據對負載監測得到的數據進行判斷，負載正常時，向隔離輸出模塊提供正常的輸出數據，并控制顯示生成模塊產生正常的顯示數據；發現負載異常增大或負載開路時，控制隔離輸出模塊減小輸出電壓或關閉輸出，同時控制顯不模式生成模塊產生報警顯示數據。所述數據處理模塊，當負載故障排除恢復正常后，繼續提供保護控制控制輸出端仍然保持關閉輸出的狀態，輸出端無高電壓出現；控制輸出顯示為零。此時只有重新進行輸出強度調節，才能達到正常輸出狀態。所述顯示模式生成模塊，依據數據處理模塊提供的數據指令生成相應的顯示模式，將生成的顯示數據送至顯示輸出模塊。負載正常時，生成正常顯示數據；負載異常時，生成報警顯示模式，同時驅動音響單元發出報警聲。所述顯示輸出模塊，依據顯示模式驅動各顯示單元進行顯示。為了達到上述目的，本實用新型提供一種對刺激器負載進行實時監測并控制輸出的裝置，其實現方案是在刺激器電極輸出端接入由負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊和數據處理模塊組成的閉環控制回路，該閉環控制回路由刺激器電子線路板上的電子線路和電子元器件與主控芯片(單片微處理器)組成。在多路輸出的刺激器中，每路輸出都是獨立工作的閉環控制回路。所有回路均共用主控芯片(單片微處理器)為控制核心，經過適當的硬件電路設計和軟件設計，對電極輸出端的負載進行實時監測，測量結果返回到主控芯片中的數據處理模塊，按測量結果對輸出進行控制。神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置的控制方法如下當負載正常時，輸出電壓按正常程序執行，刺激器進行正常治療工作。當負載異常時，負載傳感器檢測到負載電阻突然增大或無窮大即開路，該測量結果經反饋通道返回到主控芯片，主控芯片依據返回數據控制刺激器輸出電壓減小或控制輸出為零即輸出閉鎖，避免電極輸出端出現高電壓。當負載正常時，顯示電路顯示正常工作數據，音響電路無報警聲。當負載異常時，該路在切斷輸出的同時，相關顯示電路閃動進行顯示報警，同時音響報警電路發出報警聲。當刺激器某路負載異常并發生輸出閉鎖后，該路沒有輸出，該路輸出顯示亦為零。此時如果負載恢復正常，輸出仍然保持為零，須重新調節輸出強度至正常輸出狀態。這樣可徹底避免負載突然接通時，輸出端高電壓對人體產生電擊。對于多路輸出的刺激器，當某一路輸出的負載出現異常時，該路發生輸出閉鎖動作并進行聲光報警時，并不會影響其他輸出通路的正常工作。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，設計合理，結構緊湊，可對刺激器各輸出通路的負載分別進行實時監測，當出現某路負載異常增大或出現負載開路時，能迅速控制該路輸出電壓的減小或關閉輸出，同時進行聲光報警，徹底避免輸出端出現高電壓。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，優于(YY 0607-2007/IEC60601-2-10:1987《醫用電氣設備第2部分安全專用要求》中開路電壓最高為500V的指標。可將負載端電壓限制在正常治療電壓(約幾十伏特)范圍內或徹底關閉輸出(輸出電壓為0)，能有效防止因負載異常而產生的對人體的電擊。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，當因負載開路關閉輸出后，如果負載突然恢復正常，刺激器仍將保持關閉輸出狀態，此時必須重新調節輸出強度才能恢復治療。也就是說，如果電極開路接觸不良后又突然接觸人體，因輸出端并無電壓輸出，確保不會產生對人體的電擊。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，當負載正常時，不會對刺激器的正常工作產生影響。本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，采用市售通用元件和自行研制的電路模塊，成本低(占整機成本10%)，便于應用于各類神經和肌肉刺激器產品。
以下將結合附圖對本實用新型作進一步說明圖I是神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置結構及控制方法流程示意圖。圖2是神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置的開關數據型負載傳感器原理圖圖3是神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置的增量數據型負載傳感器原理圖。
具體實施方式
參照附圖1、2、3，神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置包括輸出插口、負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊、主控芯片、顯示輸出模塊、顯示單元和音響單元。所述主控芯片設置有數據處理模塊、顯示模式生成模塊。隔離輸出模塊通過電子線路板與主控芯片中的數據處理模塊相連，隔離輸出模塊通過負載傳感器與輸出插口相連；所述主控芯片中的數據處理模塊通過顯示模式生成模塊與顯示輸出模塊相連，顯示單元和音響單元與顯示輸出模塊相連。所述輸出插口通過負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊與主控芯片中的數據處理模塊相連，組成各輸出通路的閉環控制回路。所述輸出插口設置有至少I個。所述負載傳感器設置有至少I個。所述隔離輸出模塊設置有至少I個。所述隔離反饋模塊設置有至少I個。所述顯示單元設置有至少I個。所述輸出插口采用市售兩芯蓮花插口。所述負載傳感器，分為開關數據型和增量數據型2種(見附圖2、3)，開關數據型內部采用采用普通電阻和穩壓二級管，增量數字型 內部采用普通電阻和市售通用壓控振蕩器VCO如555時基電路或通用壓控振蕩器。所述隔離輸出模塊內含市售數模轉換器如0832或其他8位數模轉換器、輸出變壓器、市售音頻功率放大器如LA4225、TPA3007等。所述隔離反饋模塊采用市售通用光電耦合器如4N25、TLP521-1等。所述主控芯片采用市售8位單片機如AT89C52等。所述顯示輸出模塊為通用數字電路用來驅動LED。所述顯示單元采用市售LED數碼管和LED發光管。所述音響單元采用市售電磁蜂鳴器或壓電蜂鳴器。所述輸出插口 I至輸出插口 N，是當刺激器具備多路輸出功能時不同輸出通路的輸出插孔；同理，負載傳感器I N、隔離輸出模塊I N、隔離反饋模塊I N，均是當刺激器具備多路輸出功能時不同輸出通路的功能模塊。這些模塊與主控芯片中的數據處理模塊相連，組成各輸出通路的閉環控制回路。當刺激器為單路輸出時，上述各模塊數量均只有一個，組成一個輸出通路閉環控制回路。所述輸出插口，可接外部電極負載，使刺激器輸出的治療電流通過電極片到達患者人體。所述負載傳感器，能在刺激器工作時，感知電極負載的狀態，對負載超出正常范圍的突然增大和負載開路狀態給出數字狀態參數。所述隔離反饋模塊，能將負載傳感器得到的數字量反饋至主控芯片中的數據處理模塊，并能對主控芯片和負載輸出端口之間實行電氣隔離，保證其技術指標滿足有關電介質強度、漏電流等醫療器械安全要求。所述隔離輸出模塊，受數據處理模塊控制，將數字量轉換為模擬量，經過負載傳感器向輸出插孔提供足夠功率的輸出電壓，同時對主控芯片和負載輸出端口之間實行電氣隔離，保證其技術指標滿足有關電介質強度、漏電流等醫療器械安全要求。所述數據處理模塊，依據對負載監測得到的數據進行判斷，負載正常時，向隔離輸出模塊提供正常的輸出數據，并控制顯示生成模塊產生正常的顯示數據；發現負載異常增大或負載開路時，控制隔離輸出模塊減小輸出電壓或關閉輸出，同時控制顯不模式生成模塊產生報警顯示數據。所述數據處理模塊，當負載故障排除恢復正常后，繼續提供保護控制控制輸出端仍然保持關閉輸出的狀態，輸出端無高電壓出現；控制輸出顯示為零。此時只有重新進行輸出強度調節，才能達到正常輸出狀態。[0049]所述顯示模式生成模塊，依據數據處理模塊提供的數據指令生成相應的顯示模式。負載正常時，生成正常顯示數據；負載異常時，生成報警顯示模式送至顯示輸出模塊，同時驅動音響單元發出報警聲。所述顯示輸出模塊，依據顯示模式驅動各顯示單元顯示正常數據或顯示報警閃動指示。神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置的控制方法如下當負載正常時，輸出電壓按正常程序執行，刺激器進行正常治療工作。當負載異常時，測量結果返回為負載電阻突然增大或無窮大(開路)，刺激器控制輸出電壓減小或控制輸出為零(輸出閉鎖)，避免電極輸出端出現高電壓。當負載正常時，顯示電路顯示正常工作數據，音響電路無報警聲。當負載異常時， 該路在切斷輸出的同時，相關顯示電路閃動進行顯示報警，同時音響報警電路發出報警聲。當刺激器某路負載異常并發生輸出閉鎖后，該路沒有輸出，該路輸出顯示亦為零。此時如果負載恢復正常，輸出仍然保持為零，須重新調節輸出強度至正常輸出狀態。這樣可徹底避免負載突然接通時，輸出端高電壓對人體產生電擊。對于多路輸出的刺激器，當某一路輸出的負載出現異常時，該路發生輸出閉鎖動作并進行聲光報警時，并不會影響其他輸出通路的正常工作。綜上所述，本實用新型的神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，在保證刺激器正常治療功能的基礎上，對負載進行實時監測。發生負載異常增大或負載開路時，控制輸出端無高電壓輸出并進行聲光報警。負載恢復正常后，須重新進行輸出強度調節才能正常輸出，徹底避免了因負載異常時產生高電壓對人體的電擊。
權利要求1.一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于包括輸出插口、負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊、主控芯片、顯示單元和音響單元；所述主控芯片設置有數據處理模塊、顯示模式生成模塊、顯示輸出模塊； 隔離輸出模塊通過電子線路板與主控芯片中的數據處理模塊相連，隔離輸出模塊通過負載傳感器與輸出插口相連；所述主控芯片中的數據處理模塊通過顯示模式生成模塊與顯示輸出模塊相連，顯示單元和音響單元與顯示輸出模塊相連； 所述輸出插口通過負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊與主控芯片中的數據處理模塊相連，組成各輸出通路的閉環控制回路。
2.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述輸出插口，接外部電極負載。
3.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于負載傳感器分為開關數字型和增量數字型2種，開關數字型負載傳感器內部穩壓管D與分流電阻Rl并聯，穩壓管D—端與引腳I和限流電阻R2相連，另一端與引腳2和引腳4相連，限流電阻R2 —端與穩壓管D和引腳I相連，另一端與引腳3相連；增量數字型負載傳感器內部取樣電阻R3 —端與引腳I和壓控振蕩器VCO信號輸入腳IN相連，另一端引腳2、引腳4和壓控振蕩器VCO公共腳GND相連，壓控振蕩器VCO輸出腳OUT與引腳3相連。
4.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述輸出插口設置有至少I個。
5.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述負載傳感器設置有至少I個。
6.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述隔離輸出模塊設置有至少I個。
7.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述隔離反饋模塊設置有至少I個。
8.根據權利要求I所述的一種神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置，其特征在于所述顯示單元設置有至少I個。
專利摘要本實用新型神經和肌肉刺激器負載自適應控制裝置涉及一種醫用神經和肌肉刺激器中對電極負載進行實時監測并控制輸出的裝置，用于避免此類儀器在醫院臨床治療中因負載開路產生高電壓對患者或使用者造成的電擊。包括輸出插口、負載傳感器、隔離輸出模塊、隔離反饋模塊、主控芯片、顯示單元和音響單元；所述主控芯片設置有數據處理模塊、顯示模式生成模塊、顯示輸出模塊；隔離輸出模塊通過電子線路板與主控芯片中的數據處理模塊相連，隔離輸出模塊通過負載傳感器與輸出插口相連；所述主控芯片中的數據處理模塊通過顯示模式生成模塊與顯示輸出模塊相連，顯示單元和音響單元與顯示輸出模塊相連。
文檔編號A61N1/36GK202637720SQ20122033233
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者史翰纓, 劉暢, 高川, 史建軍 申請人:江蘇中普科技有限公司