专利名称：基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪器。
背景技术：
灸法，是采用以艾绒为主要材料制成的艾炷或艾条，点燃后熏灼腧穴来防治疾病的一种方法。长时期来，临床上与针法配合应用，故合称“针灸”。《灵枢·官能》篇说“针所不为，灸之所宜”；《医学入门》说凡病“药之不及，针之不到，必须灸之。”均指出灸法的重要作用。
艾的性能，据《本草从新》记载“艾叶苦辛，生温熟热，纯阳之性，能回垂绝之元阳，通十二经，走三阴，理气血，逐寒湿，暖子宫，止诸血，温中开郁，调经安胎……以之灸火，能透诸经，而除百病。”由于艾叶性质的温暖，所以能振扶气阳，能通行诸经，调理气血，辛主散寒，苦主燥湿，故以此作为施灸的燃料。此外，艾绒还有一个特点，就是燃烧时火力温和，能直透皮肤、肌肉的深处，若以其他物品代替，则往往使人灼痛难忍，而且效果也不如艾绒的显著。
不同的艾绒对皮肤刺激的感觉也有区别，优质绒，燃烧速度较缓，在皮肤上的热感是由轻至重达到灼痛缓慢地进行，温热时间长，热渗透力较强，因此疗效较好。劣质绒燃烧速度快，感觉即温则痛，渗透力较弱。
不同的艾会有不同的灸疗效果，不同的艾绒对皮肤刺激的感觉也有区别，优质绒，燃烧速度较缓，在皮肤上的热感由轻至重达到灼痛缓慢地进行，温热时间长，热渗透力较强。因此疗效好。劣质绒燃烧速度快，感觉即温则痛，渗透力较弱，所以历来针灸家强调应用祈艾和陈艾。
从工程角度看，艾灸就是一个具有特定光谱的热(光)源，这种热(光)源主要特点是穿透能力较强，透入人体组织较深。
众所周知在光谱中，波长760毫微米到400微米一段称为医用红外线，根据波长不同又可分成近红外线和远红外线两部分。波长760毫微米到1.5微米，这段波长的红外线穿透能力强，透入人体组织较深，并且有明显的光电作用和光化学作用，一般来讲，穿透深度达到10毫米以上。波长1.5微米到400微米，这段波长的红外线穿透能力较弱，只能透入人体组织0.5～2毫米，远红外照射能引起分子和分子中的原子旋转或振动加强，引起分子动能的改变，从而产生热。
用现代技术手段复现传统中医艾灸是一个吸引人的研究课题。也是发明专利的热点问题。有关灸(灸疗)方面的专利主要为两类一类是电子灸、激光灸和光电灸；另一类是红光治疗仪和红光烧伤治疗仪。
现有技术存在的问题是①没有明确传统艾灸热辐射特性与现有专利技术中发光器的热辐射关系，没有定量给出两者的相似关系和发光器光谱谱段；②红光治疗仪采用滤光液对红光反射和吸收，红光使用效率低，滤光液升温会出现气泡，使红光输出功率不稳定；③发光器采用低电压供电(比如5v，或12v)，不仅增加变压环节所需成本，更重要的是，供给发光器的电流太大(3-4A)，连接电缆耐热性要求高，成本高。如若设计多发光器治疗仪，由于需要变压，成本会随所用发光器个数增加；④辐射到人体表面的光功率一般只是通过调整供给发光器的功率来调解；⑤发光器功率调节装置通常安装在仪器面板上，使用操作不便；⑥因为发光器发热，通常需要风扇冷却。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪，该发明可以基本复现传统的艾灸光谱，其光谱成分包含可见光、近红外和远红外复合光谱，对人体表面的幅照功率可以按恒距离(脉冲宽度调制)和恒功率(发光器与人体表面距离调解)方式调解。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明的核心控制部分为单片机，键盘、显示器的数据线与单片机相连，单片机与PWM功率控制电路、红外接口和电源模块连接，工频电源与电源模块和可控硅模块连接，可控硅模块连接复合光发光器。复合光发光器采用导轨式结构，卤钨发光器的灯丝处于椭圆反射灯罩的焦点位置，反射罩可以是玻璃或金属材料，其表面镀有金、铝或铑反射膜；光学滤光片采用截止型玻璃滤光片，其透过界限波长可选择在0.6μm或0.7μm。
逻辑电路的U1和U2为NE555定时器，U1和R1、R2、C1、C2组成多谐振荡器，U2和RW、C4、C3组成单稳态触发器，U2输出的PWM功率控制信号通过三极管T1驱动固态继电器O1，固态继电器O1来调节通过卤钨灯DS1的电流大小，多路输出信号可采用多级U2、T1、O1和DS1并联的方式来实现。
单片机产生的PWM功率控制信号经过三极管T1、T2、T3、T4放大后驱动固态继电器O1、O2、O3、O4，固态继电器O1、O2、O3、O4控制通过卤钨灯电流的大小；工频电源为DS1、DS2、DS3、DS4为具有复合光谱的卤钨灯和变压器TR1供电；D2～D5、C2、E3、E4和U3组成整流稳压电路，U3产生3.3V恒定直流电流给单片机系统供电；KEY1为线控接口，KEY2为外部线控部分。
脉冲宽度调制实现方式可以采用单片机输出端口输出脉冲控制技术或采用改变振荡器输出脉冲占空比方式实现。
图1是2.5-15μm热辐射特性测试曲线；图2是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪的光谱测量曲线；图3是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪原理示意图；图4是距离可调的复合光源结构示意图；图5是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪的逻辑电路实例；图6是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪的单片机实例；图7是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪的工作程序流程图。
具体实施例方式
本发明涉及两个方面，即复合光谱治疗仪硬件和软件。复合光谱治疗仪整体结构包括单片机、遥控(线控)器、显示电路、电源模块、电子开关和复合光源等组成；智能电子灸软件是将传统的典型灸法(域)映射到电气参数(域)并用计算机语言加以描述实现灸法集成的。
图3是基于传统艾灸光谱复制技术的复合光谱治疗仪原理示意图，由图可知，交流220V市电，直接对卤钨灯供电，从而不需要变压器。由键盘开关控制单片机产生控制脉冲的占空比(或晶闸管的导通角)和频率，实现灸疗强度和刺激信号的快慢调节，占空比或晶闸管的导通角调节强度，频率调节刺激方式。开关可采用继电器或电子开关。常用的电子开关是双向晶闸管。晶闸管导通时，发光器发光；晶闸管截止时，发光器熄灭。计算机控制显示器的显示方式，所用的显示器可以是发光二极管、液晶显示器或荧光显示屏。功率调节还可以采用改变复合光源与人体间距离的方式。
复合光源采用一种导轨式结构(见图4)，光源部分的导轨摩擦件1在导轨2内的滑动，这样可以调节卤钨灯与人体间的距离，从而实现对功率的调节。
实施例1图5是本发明的第一个实施例的逻辑电路。图中U1和U2为NE555定时器，U1和R1、R2、C1、C2组成多谐振荡器，产生一定频率和一定占空比的矩形脉冲信号，频率值f0由R1、R2和C2确定。矩形脉冲信号送给U2，U2和RW、C4、C3组成单稳态触发器，受到来自U1的矩形脉冲信号控制，触发器的持续时间由RW和C3控制，且要求触发持续时间不能超过1/f0，否则会导致占空比不能连续可调节，U2输出的PWM信号通过三极管T1驱动固态继电器O1，通过O1来调节通过卤钨灯DS1的电流大小。系统工作电压Vin为3V～18V均可，Vin可以由外部直流电来供给，或通过220V降压、整流、滤波和稳压的方式来实现，卤钨灯工作电压为220V。如果需要多路输出信号可以采用多级U2、T1、O1和DS1并联的方式来实现。
实施例2图6是本发明的第二个实施例的单片机电路。图中PWM控制方式是由单片微型计算机MSP430F41X产生的，同时附带有液晶显示、键盘长线控制(简称线控)、红外遥控等功能。其中，液晶显示器是特殊定制的具有完整功能显示的用户接口部分，主要显示治疗时间、治疗方法和治疗的穴位以及患者相关的信息等。系统控制部分既可以采用带有红外功能的远距离遥控，也可以采用简单的、特殊的有线小键盘近距离控制，方便用户使用。LCD为液晶显示，U2为红外接收信息的模块，KEY1为线控接口，KEY2为外部线控部分，单片机产生的PWM信号经过三极管T1、T2、T3、T4放大后驱动固态继电器O1、O2、O3、O4，固态继电器主要是控制通过卤钨灯电流的大小，DS1、DS2、DS3、DS4为220V供电的具有复合光谱的卤钨灯，TR1为220V到6V的变压器，是给单片机系统供电的，D2～D5，C2、E3、E4、U3为整流稳压电路部分，U3产生3.3V恒定直流电压。
在使用时，除了由PWM信号控制卤钨灯的功率外，还可以通过调节卤钨灯与患者穴位之间的距离来控制其对人体的光照强度。
由于卤钨灯功率较小，且导轨2和外壳采用较多的通风渠道，使得卤钨灯产生的热量可以直接散发到空气中，不必采用风扇强制制冷的方式。
治疗仪工作的程序流程图见图7，系统上电后程序开始工作，首先是进行必要的初始化，然后进入休眠待机工作状态，以降低系统功耗，然后如果有用户输入信号，则从休眠状态进入到工作状态，判断是否是启动按键，如果是启动按键则再一次判断是否是启动按键(相当于连续两次按下启动按键)，则执行默认的输出程序，如果不是启动按键，则判断是否是功能选择和治疗时间选择的按键，如果是则按要求设定功能和时间，然后接着判断是否是启动按键，如果是启动按键，输出用户定制的程序，程序执行过程中，程序判断输出强度按键是否改变，如果有改变则改变输出强度值，即用户可以随时调节强度，不影响程序的功能和时间的设定，输出过程中，程序对时间进行监测，当时间达到用户设定的治疗时间后则停止输出，给出显示，重新进入到休眠待机状态，并随时等待新的输入。
发明人在多年研究中医灸疗现代化过程中，采用现代科学研究手段测试了自燃状态下艾条在200-800nm、1-2.5μm和2.5-15μm热辐射特性，图1给出2.5-15μm热辐射特性测试曲线。图2给出的是本发明的复合光谱发光器2.5-15μm的光谱特性。本发明的光谱特性基本与自燃状态下艾条在200-800nm、1-2.5μm和2.5-15μm热辐射特性相同。
权利要求
1.一种基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，包括工频电源、键盘、显示器和遥控器，其特征在于其核心控制部分为单片机，键盘、显示器的数据线与单片机相连，单片机与PWM功率控制电路、红外接口和电源模块连接，工频电源与电源模块和可控硅模块连接，可控硅模块连接复合光发光器。
2.根据权利要求1基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，其特征是复合光发光器采用导轨式结构，卤钨发光器的灯丝处于椭圆反射灯罩的焦点位置，反射罩可以是玻璃或金属材料，其表面镀有金、铝或铑反射膜；光学滤光片采用截止型玻璃滤光片，其透过界限波长可选择在0.6μm或0.7μm。
3.根据权利要求1或2基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，其特征是U1和U2为NE555定时器，U1和R1、R2、C1、C2组成多谐振荡器，U2和RW、C4、C3组成单稳态触发器，U2输出的PWM功率控制信号通过三极管T1驱动固态继电器O1，固态继电器O1来调节通过卤钨灯DS1的电流大小。
4.根据权利要求3基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，其特征是多路输出信号可采用多级U2、T1、O1和DS1并联的方式来实现。
5.根据权利要求1或2基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，其特征是单片机产生的PWM功率控制信号经过三极管T1、T2、T3、T4放大后驱动固态继电器O1、O2、O3、O4，固态继电器O1、O2、O3、O4控制通过卤钨灯电流的大小；工频电源为DS1、DS2、DS3、DS4为具有复合光谱的卤钨灯和变压器TR1供电；D2～D5、C2、E3、E4和U3组成整流稳压电路，U3产生3.3V恒定直流电流给单片机系统供电；KEY1为线控接口，KEY2为外部线控部分。
6.根据权利要求5所述的基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪，其特征是脉冲宽度调制实现方式可以采用单片机输出端口输出脉冲控制技术或采用改变振荡器输出脉冲占空比方式实现。
7.一种基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪的操作运行控制方法，用汇编语言编制其工作程序，通过单片机对电路进行控制，其特征是其运行主程序如下(1)开始；(2)进行系统初始化；(3)然后进入休眠待机工作状态，以降低系统功耗；(4)然后如果有用户输入信号，则从休眠状态进入到工作状态，判断是否是启动按键，如果是启动按键则再一次判断是否是启动按键(相当于连续两次按下启动按键)，则执行默认的输出程序；(4)如果不是启动按键，则判断是否是功能选择和治疗时间选择的按键，如果是则按要求设定功能和时间，然后接着判断是否是启动按键，如果是启动按键，输出用户定制的程序；(5)程序执行过程中，程序判断输出强度按键是否改变，如果有改变则改变输出强度值，即用户可以随时调节强度，不影响程序的功能和时间的设定；(6)输出过程中，程序对时间进行监测，当时间达到用户设定的治疗时间后则停止输出，给出显示；(7)重新进入到休眠待机状态，并随时等待新的输入。
全文摘要
本发明公开一种基于传统艾灸光谱复制技术的复合光治疗仪。其特征在于其核心控制部分为单片机，键盘、显示器的数据线与单片机相连，单片机与PWM功率控制电路、红外接口和电源模块连接，工频电源与电源模块和可控硅模块连接，可控硅模块连接复合光谱发光器。本发明是在对传统艾灸热辐射特性测试基础上，采用卤钨光源加光学滤光片的方案实现与传统艾灸光谱相似的复合光谱发光器的设计。
文档编号A61B18/00GK101073689SQ20061010235
公开日2007年11月21日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者洪文学 申请人:燕山大学