一種超聲疼痛治療裝置的製作方法

2023-05-27 11:49:51

專利名稱：一種超聲疼痛治療裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲信號控制領域，尤其涉及一種數位化超聲疼痛治療裝置。
背景技術：
眾所周知，軟組織損傷(或)慢性疼痛是醫學領域中最為龐大的一類疾患，包括的範圍非常廣，病程纏綿，被醫學界視為難以治癒的頑症。目前，治療方法一般是採用
1、西藥止痛只能止痛，不能治痛，長期服用易產生依賴性和毒副作用，不但無益並且刺激腸胃，損傷肝腎。2、物理治療物理治療包括電療、紅外線照射、熱療等辦法，所有做過理療的病人全部曉得，在做理療時會舒服點，不做後又會和從前同樣。3、針灸推拿和物理治療目的基本相同。便是以緩解病人的臨床症狀為主，而非根治手段。4、封閉療法俗稱「打封閉針」，就是直接把藥物注射到椎管內或神經根周圍，局部麻醉以達到止痛效果。封閉藥效過後症狀馬上又恢復
5、手術治療由於適應症要求非常嚴格，臨床上適合做手術的人群不足5%，加上費用高，創傷大，恢復期長，易復發等特點，所以沒法全面推廣。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述存在的問題，提供一種數位化超聲疼痛治療儀將高頻電能轉換為超聲波能輸出，利用超聲波在生物組織中具有的機械效應、熱效應和理化效應，進行超聲治療的裝置。本發明採用的技術方案如下
一種超聲疼痛治療裝置，包括組合式晶片超聲治療頭、顯示控制裝置、處理器，用於接收和解析顯示控制裝置發送的控制命令，並輸出控制信號；耦合電路，用於接收處理器控制信號，並將處理後的信號輸出；信號脈衝電路，用於產生高頻數位訊號，同時接收耦合電路輸出信號，並將處理後的信號輸出；高頻數字功率放大器，用於接收處理器控制信號，同時接收信號脈衝電路輸出的頻率信號，並對其進行功率放大後，將調製輸出信號送到組合式晶片超聲治療頭輸入端。所述信號脈衝電路包括晶體振蕩器，用於產生高頻信號；分頻電路，用於將晶體振蕩器產生的高頻信號分頻，分頻信號與組合式晶片超聲治療頭工作頻率匹配；調製電路，用於接收分頻電路產生的分頻信號，同時接收處理器通過耦合電路發送的控制頻率信號進行調製輸出；前置放大器，用於對調製電路輸出信號進行電壓放大；並將放大電壓信號輸出至高頻數字功率放大器。所述耦合電路包括光耦合器U、穩壓二極體D、三極體Q、第一電阻R1、第二電阻R2、 12V電源埠、Vout輸出端，所述處理器第一輸出埠、處理器第二輸出埠分別與光耦合器件U第二管腳、光耦合器件U第三管腳連接，光耦合器件第五管腳、光耦合器件U第六管腳分別與三極體Q發射極、三極體Q基極連接，光耦合器件U第七管腳分別與第一電阻Rl 一端、穩壓二極體D正極連接，第一電阻Rl另一埠分別連接12V電源埠、第二電阻R2 一端連接，穩壓二極體D負極接地，第二電阻R2另一端與三極體Q集電極連接，第二電阻R2 另一端與三極體集電極作為耦合電路Vout輸出端。所述高頻數字功率放大器包括高頻放大器、高頻功率源，高頻功率源輸出端與高頻放大器一輸入端連接，信號脈衝電路與高頻放大器另一輸入端連接，高頻放大器輸出端與組合式晶片超聲治療頭一輸入端連接，處理器第三埠與高頻功率源輸入端連接。所述高頻放大器包括耦合隔離電路，用於對信號脈衝電路輸出信號整形後通過隔離處理；功率放大器，用於耦合隔離電路處理信號進行電壓、電流放大功能；高頻變壓電路，用於將功率放大器輸出的調製信號耦合到高頻變壓器次級與組合式晶片超聲治療頭匹配工作；所述信號脈衝電路輸出端與耦合隔離電路、功率放大器、高頻變壓電路一輸入埠順序連接，高頻功率源Ctrl輸出埠與高頻變壓電路另一輸入端連接，高頻變壓電路輸出端與組合式晶片超聲治療頭連接。所述高頻變壓電路包括場效應管Q2、高頻變壓器T，所述高頻功率源輸出Ctrl信號端與場效應管Q2柵極連接，場效應管Q2源極接地，場效應管Q2漏極與高頻變壓器原邊一埠連接，高頻變壓器原邊另一端接+V電源，變壓器副邊與組合式晶片超聲治療頭連接。一種超聲疼痛治療裝置，還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置分別與處理器、顯示控制裝置連接。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是
利用非放射性的機械超聲波，在人體組織內具有良好的穿透性、可聚性的特點，運用超聲波的機械效應、熱效應、空化效應實現治療目的。而超聲波的穿透深度與超聲的頻率、調製頻率、聲輸出功率與治療效果有著密切的關係。通過以上的設計方案，可以達到對超聲頻率、調製頻率、聲輸出功率控制目的，具有治療參數設置靈活、操作方面，滿足治療的要求。 並且
(1)光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而幹擾源的阻抗較大，通常為105 106 Ω。據分壓原理可知，即使幹擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由於沒有足夠的能量而不能使二極體發光，從而被抑制掉了。(2)光電耦合器的輸入迴路與輸出迴路之間沒有電氣聯繫，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此迴路一邊的各種幹擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的幹擾信號的產生。(3)光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當外部設備出現故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入迴路和輸出迴路之間可以承受幾千伏的高壓。(4)光電耦合器的回應速度極快，其回應延遲時間只有IOys左右，適於對回應速度要求很高的場合。(5)經高頻功放後的1. 7MHz的調製頻率，通過高頻變壓器與超聲換能器進行匹配，以達到最大的超聲發射效能。特點是高頻變壓器不發熱、不發燙，並且能夠承受4000V的高壓能夠達到國家安全標準。(6)信號脈衝電路中通過分頻電路將晶體振蕩器的頻率信號分頻為1. 7MHz的調製頻率後經高頻功放進行電壓、電流放大。控制聲輸出是由處理器發出信號，控制固態繼電器，進行高、中、底電壓轉換，特點是把處理器的地與電源地隔開，進行耐壓檢測時不會影響處理器的性能，不會損壞處理器的元器件。


本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發明硬體原理圖2是耦合電路原理圖； 圖3是信號脈衝電路原理圖； 圖4高頻放大器原理圖； 圖5是高頻變壓電路原理圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。整個裝置工作過程是以處理器為主控制，控制信號脈衝電路產生(2Hz、4Hz、 Mfe)調製頻率、治療時間、開始、暫停、停止等參數，控制高頻數字功率放大器的聲輸出，來實現整個裝置的控制。如圖1所示，一種超聲疼痛治療裝置，包括組合式晶片超聲治療頭、顯示控制裝置、處理器，用於接收和解析顯示控制裝置發送的控制命令，並輸出控制信號；耦合電路，用於接收處理器控制信號，並將處理後的信號輸出；信號脈衝電路，用於產生高頻數位訊號， 同時接收耦合電路輸出信號，並將處理後的信號輸出；高頻數字功率放大器，用於接收處理器控制信號，同時接收信號脈衝電路輸出的頻率信號，並對其進行功率放大後，將調製輸出信號送到組合式晶片超聲治療頭輸入端。1、信號脈衝電路
如圖2所示，信號脈衝電路包括晶體振蕩器、分頻電路、調製電路、前置放大器。晶體振蕩器用於產生高頻信號。分頻電路用於將晶體振蕩器產生的高頻信號分頻，分頻信號與組合式晶片超聲治療頭工作頻率匹配。調製電路，用於接收分頻電路產生的分頻信號，同時接收處理器通過耦合電路發送的控制頻率信號進行調製輸出。前置放大器用於對調製電路輸出信號進行電壓放大；並將放大電壓信號輸出至高頻數字功率放大器。晶體振蕩器、分頻電路、調製電路一輸入埠依次連接，耦合電路與調製電路另一輸入埠連接、調製電路輸出埠與前置放大器輸入端連接，前置放大器輸出與高頻數字功率放大器連接。晶體振蕩器(型號為TPS2813)產生6. 78MHz的高頻信號，經過分頻電路為1. 7MHz (與組合式晶片超聲治療頭的工作頻率一致)頻率信號；同時處理器通過耦合電路的Vout埠產生控制信號(本設計中可以輸出2Ηζ、4Ηζ、6Ηζ)；晶體振蕩器經過分頻輸出的頻率與處理器通過耦合電路發送的控制頻率信號共同作為調製電路(型號TPS2814)的輸入信號，調製電路輸出的信號經過前置放大器(型號為TPS2811)對信號幅值進行放大，最後將信號送入高頻數字功率放大器。2、耦合電路
如圖3所述，耦合電路包括光耦合器U、穩壓二極體D、三極體Q、第一電阻R1、第二電阻 R2、+12V、Vout輸出端，所述處理器第一輸出埠、處理器第二輸出埠分別與光耦合器件 U第二管腳、光耦合器件U第三管腳連接，光耦合器件第五管腳、光耦合器件U第六管腳分別與三極體Q發射極、三極體Q基極連接，光耦合器件U第七管腳分別與第一電阻Rl —端、穩壓二極體D正極連接，第一電阻Rl另一埠分別連接+12V電源埠、第二電阻R2 —端連接，穩壓二極體D負極接地，第二電阻R2另一端與三極體Q集電極連接，第二電阻R2另一端與三極體集電極作為耦合電路Vout輸出端。通過處理器產生的2ΗΖ、4ΗΖ、6ΗΖ頻率控制信號，送到光耦合器件U第三腳，光耦合器件U第二腳與處理器部分的地相連接，構成迴路。光耦合器件U第五腳、光耦合器件U第六腳與信號脈衝電路部分構成迴路。光耦合器件U第七腳提供一個基準電壓。當處理器產生的2ΗΖ、4ΗΖ、6ΗΖ頻率控制電信號送入光電耦合器U的第三腳輸入端時，光電耦合器內部的發光二極體通過電流而發光，光電耦合器內部的光敏元件受到光照後產生電流，光耦合器件U第5、6腳導通，改變三極體Q基極與三極體Q發射極之間的電壓，使得三極體Q集電極電壓變化，就得到2ΗΖ、4ΗΖ、6ΗΖ頻率電壓通過Vout埠輸出。3、高頻數字功率放大器
高頻數字功率放大器包括高頻放大器、高頻功率源。高頻功率源輸出端與高頻放大器一輸入端連接，信號脈衝電路與高頻放大器另一輸入端連接，高頻放大器輸出端與組合式晶片超聲治療頭一輸入端連接，處理器第三埠與高頻功率源輸入端連接。高頻數字功率放大器是將調製後的信號經前置放大{把信號幅度放大}再送到功率放大器進行電壓、電流放大。通過高頻變壓器把信號耦合到高頻變壓器的次級，與組合式晶片超聲治療頭產生震蕩通過超聲換能器進行電聲轉換，發出功率超聲波進行治療。如圖4所示，高頻放大器包括耦合隔離電路、功率放大器、高頻變壓電路，耦合隔離電路用於對信號脈衝電路輸出信號整形後通過隔離處理；功率放大器用於對耦合隔離電路處理信號進行電壓、電流放大功能；高頻變壓電路是將功率放大器輸出的調製信號耦合到高頻變壓器次級與組合式晶片超聲治療頭匹配工作；信號脈衝電路輸出端與耦合隔離電路、功率放大器、高頻變壓電路一輸入埠順序連接，高頻功率源Ctrl輸出埠與高頻變壓電路另一輸入端連接，高頻變壓電路輸出端與組合式晶片超聲治療頭連接。如圖5所示，高頻變壓電路包括場效應管Q2、高頻變壓器T，所述高頻功率放大器輸入端信號與場效應管Q2柵極連接，場效應管Q2源極接地，場效應管Q2漏極與高頻變壓器原邊一埠連接，高頻變壓器初邊另一埠並與電源埠連接。變壓器次邊與組合式晶片超聲治療頭連接。高頻功率源包括固態繼電器、電磁繼電器、整流橋、濾波穩壓電路。固態繼電器、電磁繼電器用於選擇電源輸入電壓；整流橋，將交流信號整流為直流電壓；濾波穩壓電路，對整流橋輸出的脈動直流進行濾波、穩壓，得到較穩定的直流電壓。
4.顯示控制裝置
通過觸控螢幕及按鍵電路實現，具有可視化操作的人機界面(HMI)，使治療參數的設置與調整更為快捷與方便。5.處理器
採用ARM7、ARM9、FPGA、單片機等晶片實現。6.組合式晶片超聲治療探頭
組合式晶片超聲治療頭是由處理器控制高頻數字功率放大器進而控制組合式晶片超聲治療頭髮射晶片工作，發射晶片是聚焦型或是平面型超聲換能器，可選頻率在0. 2MHz 2MHz士20%任意一頻率點或多頻率點的晶片組成超聲治療頭。例如0.2 MHz、0. 5MHz、 1ΜΗζ、2ΜΗζ等的超聲治療頭，達到治療不同部位所需要的工作方式，實現在一個超聲換能器上有多種發射方式可選，方便用戶的操作，提高治療效率 7.循環水裝置
作用是對組合式晶片超聲治療頭進行冷卻，將組合式晶片超聲治療探頭中的換能器產生的溫度，通過循環水把溫度降下來，同時，循環水具有良好的超聲穿透性，降低了超聲損耗，延長換能器的工作壽命，從而達到有效治療的目的。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種超聲疼痛治療裝置，包括組合式晶片超聲治療頭、顯示控制裝置，其特徵在於還包括處理器，用於接收和解析顯示控制裝置發送的控制命令，並輸出控制信號； 耦合電路，用於接收處理器控制信號，並將處理後的信號輸出； 信號脈衝電路，用於產生高頻數位訊號，同時接收耦合電路輸出信號，並將處理後的信號輸出；高頻數字功率放大器，用於接收處理器控制信號，同時接收信號脈衝電路輸出的頻率信號，並對其進行功率放大後，將調製輸出信號送到組合式晶片超聲治療頭輸入端。
2.根據權利要求1所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於所述信號脈衝電路包括晶體振蕩器，用於產生高頻信號；分頻電路，用於將晶體振蕩器產生的高頻信號分頻，分頻信號與組合式晶片超聲治療頭工作頻率匹配；調製電路，用於接收分頻電路產生的分頻信號，同時接收處理器通過耦合電路發送的控制頻率信號進行調製輸出；前置放大器，用於對調製電路輸出信號進行電壓放大；並將放大電壓信號輸出至高頻數字功率放大器。
3.根據權利要求1或2所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於所述耦合電路包括光耦合器(U)、穩壓二極體(D)、三極體(Q)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、+12V電源埠、 Vout輸出端，所述處理器第一輸出埠、處理器第二輸出埠分別與光耦合器件U第二管腳、光耦合器件(U)第三管腳連接，光耦合器件第五管腳、光耦合器件(U)第六管腳分別與三極體(Q)發射極、三極體(Q)基極連接，光耦合器件(U)第七管腳分別與第一電阻(Rl) — 端、穩壓二極體(D)正極連接，第一電阻(Rl)另一埠分別連接+12V電源埠、第二電阻 (R2) —端連接，穩壓二極體(D)負極接地，第二電阻(R2)另一端與三極體(Q)集電極連接， 第二電阻R2另一端與三極體集電極作為耦合電路Vout輸出端。
4.根據權利要求3所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於所述高頻數字功率放大器包括高頻放大器、高頻功率源，高頻功率源輸出端與高頻放大器一輸入端連接，信號脈衝電路與高頻放大器另一輸入端連接，高頻放大器輸出端與組合式晶片超聲治療頭一輸入端連接，處理器第三埠與高頻功率源輸入端連接。
5.根據權利要求4所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於所述高頻放大器包括耦合隔離電路，用於對信號脈衝電路輸出信號整形後通過隔離處理；功率放大器，用於耦合隔離電路處理信號進行電壓、電流放大功能； 高頻變壓電路，用於將功率放大器輸出的調製信號耦合到高頻變壓器次級與組合式晶片超聲治療頭匹配工作；所述信號脈衝電路輸出端與耦合隔離電路、功率放大器、高頻變壓電路一輸入埠順序連接，高頻功率源Ctrl輸出埠與高頻變壓電路另一輸入端連接，高頻變壓電路輸出端與組合式晶片超聲治療頭連接。
6.根據權利要求5所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於所述高頻變壓電路包括場效應管(Q2)、高頻變壓器(T)，所述高頻功率源輸出Ctrl信號端與場效應管(Q2)柵極連接，場效應管(Q2)源極接地，場效應管(Q2)漏極與高頻變壓器原邊一埠連接，高頻變壓器原邊另一端接+V電源，變壓器副邊與組合式晶片超聲治療頭連接。
7.根據權利要求1至6之一所述的一種超聲疼痛治療裝置，其特徵在於還包括循環水裝置，所述冷卻裝置分別與處理器、組合式晶片超聲治療頭連接。
全文摘要
本發明涉及超聲信號控制領域，尤其涉及一種數位化超聲疼痛治療裝置。本發明針對現有技術存在的問題，提供一種數位化超聲疼痛治療儀將高頻電能轉換為超聲波能輸出，利用超聲波在生物組織中具有的機械效應、熱效應和理化效應，進行超聲治療的裝置。本發明通過各個電路連接完成本發明，本發明應用於及超聲信號控制領域。
文檔編號A61N7/02GK102430212SQ20111038592
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者付玉瑞, 何勇軍, 宋福生, 蘇強華, 陳兆林 申請人:綿陽索尼克電子有限責任公司