新型低频电脉冲理疗仪的研制

　　0　引　　言

　　电子技术、计算机技术和图像分析技术等在医学领域的广泛应用,促使理疗仪器向着数字化、自动化、高质量、高精度的方向发展[1]。目前研发的新型理疗设备,其技术含量更高,操作更加方便,也更加的安全有效。

　　国外发达国家的家庭保健和治疗起步较早,理疗技术已经得到广泛的推广应用,近年国内理疗仪器的发展也较为迅速[2-5],诸如红外治疗仪、中低频治疗仪、磁疗仪等小型仪器,目前已经进入国内外家庭。

　　国内理疗仪器的主要特点之一就是中医与西医结合[3],比如经络疏通或导平仪、电针治疗仪、电脑针炙与激光穴位治疗仪等。目前阻碍理疗仪器推广的主要因素是价格偏高,为了满足家庭保健成本低廉、稳定可靠的需求,本文选用性价比较高的AVR单片机,采用PWM技术和经典的PD控制算法,设计了1种新颖的低频理疗仪。

　　1　低频理疗原理

　　人体具有一定的导电性,是1个复杂的导体[3]。低频电脉冲疗法对人体作用的医学原理,是人体组织在频率低于1 kHz的低频电脉冲作用下,对外等效为容性阻抗,带有异种电荷的各类离子产生迁移,并发生电泳、电解、电渗等现象,从而改变人体组织内部的理化反应。

　　低频电脉冲物理治疗技术于20世纪30年代开始投入临床应用,这个技术现在已经发展的极为成熟有效,广泛应用于医用康复或理疗设备。临床上低频电脉冲治疗的常见方法有间动电疗法、电体操疗法、经皮神经电刺激疗法等。

　　经皮神经电刺激疗法(transcuataneous electrical nervestimulation,简称TENS)是将特定的低频电流脉冲通过皮肤输入人体,达到缓减和治疗疼痛的目的。作用于体表治疗部位的电流通常是频率为100 Hz的脉冲方波,可以引起感觉纤维兴奋,达到止痛的目的。TENS能够促进局部血液循环,小电量、低频率、大脉宽不仅可以镇痛,还可以促进骨骼的发育,临床上被广泛应用。

　　2　理疗仪硬件设计

　　理疗仪的硬件系统结构如图1所示。主要包括核心微控制器、显示模块、输入模块、电源模块、脉冲输出模块以及温度控制模块[5-9]。

　　仪器的脉冲输出参数、脉冲作用时间,以及输出温度由键盘输入;单片机读取设定值,自动调整参数并输出相应的PWM波形,经过放大或滤波,分别控制输出的电脉冲参数和温度值;并采集实际输出的温度值,形成闭环控制电路,实现温度的实时调节。

　　显示模块和输入模块都采用了成熟实用的低成本设计,关键是微控制器的选择,以及脉冲输出模块、温度控制模块、电源模块的设计。

　　2.1　微控制器选择

　　微控制器采用8位高性能单片机ATmega16。ATmega16采用CMOS低功耗技术,基于AVR的增强RISC结构;该单片机内嵌10位ADC和16位定时器/计数器,其中ADC可设置为单端或差分输入方式,定时器具备PWM和预分频功能,因此设计系统时不再需要独立的A/D转换芯片;ATmega16片内集成有可编程的看门狗电路,设计有专用的片内振荡电路,工作稳定可靠,利用看门狗监测系统运行,可以有效提高仪器的安全性和可靠性。