一种治疗装置及其控制方法与流程

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种治疗装置及其控制方法，尤其是基于聚焦超声和经皮神经电刺激治疗关节炎的治疗装置及其控制方法。

背景技术：

聚焦超声治疗技术是一种利用超声波治疗疾病的技术，其通过超声换能器向病灶部位发出聚焦的超声波，利用超声波的作用对靶区病灶进行治疗，如治疗前列腺炎、肿瘤、宫颈廉烂、乳腺增生、关节炎等疾病。聚焦超声治疗技术属于非创伤性的治疗技术，因此具有成本低、痛苦小、副作用少、几乎无并发症、恢复快、可重复治疗等优点。同时，对于许多疾病其他的常规疗法均不能达到聚焦超声治疗的效果。

经皮的神经电刺激疗法(Transcuataneous electrical nerve stimulation，TENS)是通过皮肤将特定的低频脉冲电流输入人体以治疗疼痛的电疗方法。即由适当强度频率的电流，连续、轻柔的刺激神经、肌肉和细胞，激发身体自然产生吗啡，阻断、舒缓疼痛的(讯息即为能量)讯息，由于在止痛方面收到较好的效果，因而在临床上(尤其在美国)得到了广泛的应用。

然而，现有的治疗关节炎的装置为超声波治疗仪或TENS治疗仪，并没有集成两者的优点同时对病灶进行治疗；同时，在超声波治疗时，其采用的超声频率为1MHZ，导致治疗深度较浅，无法达到深度治疗的目的；另外，在超声波治疗仪的驱动电路设计时，大多采用自谐振驱动电路，从而导致驱动效率不高。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种治疗装置及其控制方法，用于解决现有技术中无法将超声波治疗仪或TENS治疗仪合二为一对病灶集中治疗，从而导致治疗效果不佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种治疗装置，所述治疗装置包括：驱动模块、超声输出部、低频输出部、控制模块和电源模块；

所述控制模块，用于根据预设参数同时产生第一控制信号与第二控制信号；

所述驱动模块，其包含低频驱动单元和超声驱动单元，所述超声驱动单元用于根据第一控制信号产生超声驱动信号；所述低频驱动单元用于根据第二控制信号产生低频驱动信号；

所述超声输出部，用于根据接收到超声驱动信号将电信号转化为聚焦超声波；

所述低频输出部，用于根据接收到低频驱动信号产生具有非对称指数波的低频脉冲电流；

所述电源模块，用于为驱动模块、超声输出部、低频输出部和控制模块供电。

本发明的另一目的在于提供一种治疗装置的控制方法，包括：

获取所述预设参数，根据所述预设参数同时生成第一控制信号与第二控制信号；

分别根据所述第一控制信号与第二控制信号对应产生超声驱动信号和低频驱动信号；

所述超声驱动信号驱使超声输出部发射聚焦超声波；所述低频驱动信号驱使低频输出部发射低频脉冲电流。

如上所述，本发明的治疗装置及其控制方法，具有以下有益效果：

本发明通过低频驱动单元和超声驱动单元，同时驱动超声输出部和低频输出部工作，输出低频脉冲电流和聚焦超声波，相比一般的超声装置而言，对于关节炎患者具有更好的治疗效果；其中，聚焦超声波的输出频率范围为0.5MHz～1MHz，宽广的输出频率范围使得其对病灶能产生深度治疗的效果；所述超声驱动单元基于E类高频放大与变压器的组合，通过变压器输出避免了直流电压直接输出漏电的危险；低频驱动单元产生具有周期频率的非对称指数波，提高了治疗效果；在低频驱动单元与超声驱动单元中各自对应设置变压器，达到耦合隔离的目的，有效降低了输出的超声波对低频脉冲电流的影响；将低频脉冲电流和聚焦超声波集成于同一治疗头对病灶进行治疗，其中，通过电极片与超声耦合剂集成于一体，治疗头与电极片卡接连接对病灶输出，提高了机电的耦合系数。

附图说明

图1显示为本发明的一种治疗装置的结构框图；

图2显示为本发明的一种治疗装置的低频驱动单元的结构框图；

图3显示为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元的电路图；

图4显示为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元的结构框图；

图5显示为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元的电路图；

图6显示为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元的实施例电路图；

图7显示为本发明的一种治疗装置的控制方法流程图；

图8显示为本发明的一种治疗装置中治疗头的侧视图；

图9显示为本发明的一种治疗装置中治疗头的俯视图；

图10显示为本发明的一种治疗装置中治疗头的仰视图。

元件标号说明：

1 控制模块

2 驱动模块

3 电源模块

4 低频输出部

5 超声输出部

21 低频驱动单元

22 超声驱动单元

211 数模子单元

212 跟随子单元

213 低频驱动子单元

214 第一变压器子单元

221 控制子单元

222 升压子单元

223 第二变压器子单元

224 滤波子单元

A1 固定座

A2 圆槽

A3 数据口

S1～S3 步骤1～步骤3

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种治疗装置的结构框图；包括：

所述治疗装置包括：驱动模块、超声输出部、低频输出部、控制模块和电源模块；

所述控制模块1，用于根据预设参数同时产生第一控制信号与第二控制信号；

其中，所述预设参数为用户根据需求设定，根据预设参数可设置驱动模块转动的时间以及功率。

所述驱动模块2，其包含低频驱动单元21和超声驱动单元22，所述超声驱动单元21用于根据第一控制信号产生超声驱动信号；所述低频驱动单元21用于根据第二控制信号产生低频驱动信号；

所述超声输出部5，用于根据接收到超声驱动信号将电信号转化为聚焦超声波；

所述低频输出部4，用于根据接收到低频驱动信号产生具有非对称指数波的低频脉冲电流；

所述电源模块3，用于为驱动模块2、超声输出部5、低频输出部4和控制模块1供电。其中，本申请中的低频输出部为经皮神经电刺激电极；超声输出部为超声波换能器；所述经皮神经电刺激电极与超声波换能器集成于一个治疗头部件上，对外同时输出TENS和聚焦超声波；而且本装置的优选的组合方式为至少两个治疗头部件同时对生物体进行治疗，两个治疗头内的经皮神经电刺激电极、超声波换能器对外输出时，可与电源之间形成闭合电路，通过形成闭合回路提高治疗效果。

所述控制模块至少要能同时输出DAC信号与PWM信号；所述聚焦超声波的频率为0.5MHz～1MHz，将聚焦超声与电极片耦合剂合二为一，减轻医生劳动强度又能保证超声和TENS治疗效果。

其中，所述电源模块可为蓄电池或外接电源，如为蓄电池，则优选为可循环充电的蓄电池。

在本实施例中，在其它领域最多也就是不能集成而已，不会引起什么负担，而在医疗领域TENS和聚焦超声分开治疗效果不是理想，一者本领域技术人员也没有想到将两者集成；二者将两者集成相互之间会出现干扰；三者无法同时实现两者同时工作。而本申请中TENS和聚焦超声不止是单单的集成，集成所带来的治疗效果也是巨大，不能进行轻易的对比；通过低频驱动单元和超声驱动单元，同时驱动超声输出部和低频输出部工作，在同一治疗头上既产生低频脉冲电流又产生聚焦超声波，对于关节炎等疾病产生了良好的治疗效果。

如图2所示，为本发明的一种治疗装置的低频驱动单元21的结构框图，具体包括：

数模子单元211，用于控制输出的模拟信号的幅度；

跟随子单元212，用于根据模拟信号产生具有低输出阻抗和隔离作用的电压信号；

低频驱动子单元213，用于根据电压信号控制电路导通产生具有周期频率的非对称指数波；

第一变压器子单元214，用于放大并处理所述非对称指数波。

在本实施例中，通过数模转换器输出稳定的模拟信号，经过可变电阻调节该模拟信号的幅度；采用跟随器对模拟信号进行隔离和优化，产生较低阻抗的电压信号；电压信号根据模拟信号的变化周期性导通或截止场效应管，从而产生医学专用的非对称指数波，将所述非对称指数波进行放大输出到经皮神经电刺激电极可对病人的病灶进行治疗，达到治疗病人的目的，提高了治疗效果。

如图3所示，为本发明的一种治疗装置的低频驱动单元21的电路图，具体包括：

所述数模子单元211包括数模转换器和可变电阻R0，所述数模转换器的输出端串联可变电阻的一端，所述可变电阻R0的另一端和其控制端连接所述跟随单元212的输入端；

具体地，所述可变电阻R0的可控范围为0～2.1千欧姆，通过调节其阻值范围达到控制数模转换器输出的模拟信号的幅度；优选地，还可在数模转换器与可变电阻R0之间连接零值电阻，用于测试数模转换器输出。

所述跟随子单元212包括跟随器A、第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2，所述跟随器A的正向输入端分别连接第一电容C1和第一电阻R1的一端，所述跟随器A的负向输入端连接第二电阻R2的一端，所述第一电容C1、第一电阻R1与第二电阻R2的另一端均接地，所述跟随器A的正向控制端连接第一电源电压VCC1，所述跟随器A的负向控制端接地，所述跟随器A的输出端连接低频驱动子单元213。

具体地，所述跟随器A的型号为LM258D，所述第一电阻R1和第二电阻R2的阻值分别为20千欧姆、2.2欧姆，所述第一电容C1容值3900皮法，所述第一电源电压为12伏，第一电容C1用于滤除高频的模拟信号；第一电阻用于分压作用，所述第二电阻R2起到恒流作用。

所述低频驱动子单元213包括N沟道MOS管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2，所述N沟道MOS管Q1的栅极分别连接跟随器A的输出端和第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端接地；所述N沟道MOS管Q1的源极连接跟随器A的负向输入端，所述N沟道MOS管Q1的漏极分别连接第四电阻R4和第二电容C2的一端，所述第四电阻R4和第二电容C2的另一端均连接第二电源电压VCC2。

具体地，所述第三电阻R3、第四电阻R4的阻值分别为1千欧姆、51欧姆，所述第二电容C2容值5600皮法，所述第二电源电压VCC2为24伏，电阻R3用于放电，其用于泄掉跟随器输出的的电压，通过第四电阻值R4与第二电容C2用于产生医学专用的非对称指数波。

所述第一变压器子单元214包括第一变压器T1、第一二极管D1和第五电阻R5，所述第一变压器T1的第一输入端连接第一二极管D1的正极，所述第一二极管D1的负极连接第五电阻R5一端，所述第五电阻R5的另一端连接第一变压器T1的第二输入端，所述第一变压器T1的第一输出端和第二输出端输出放大的非对称指数波。

具体地，所述变压器T1的输入端与输出端之间的线圈匝数比为40：450，所述二极管D1的型号为IN4007，该二极管D1为续流二极管，所述第五电阻R5的阻值为10欧姆，二极管D1与第五电阻R5组成续流电路，在变压器不工作时，防止其反向电流达到泄流的目的，保护与其连接的电路元器件，通过变压器T1设定固定的线圈匝数比为40：450，耦合的变压器T1输出可滤除超声驱动单元的高频干扰。

在本实施例中，在N沟道MOS管Q1的源漏极如果存在电压，即正向电压则导通，否则不导通；当N沟道MOS管Q1导通时，由第四电阻值R4与第二电容C2用于产生非对称指数波，通过变压器T1对非对称指数波的进行放大输出，将输出的非对称指数波加到经皮神经电刺激电极，形成可治疗疾病的超声脉冲。

如图4所示，为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元22的结构框图，包括：

控制子单元221，用于根据PWM信号控制控制电路导通或截止；

升压子单元222，用于当电路导通时，对PWM信号进行升压；

第二变压器子单元223，用于对升压的PWM信号进行放大；

滤波子单元224，用于滤波处理放大的PWM信号，使得PWM信号按预设频率加载于超声输出部。

在本实施例中，所述控制子单元221与升压子单元222组合为E类功率放大电路，周期性的PWM信号使得其规律导通，不会持续输出；通过E类功率放大电路与第二变压器子单元223耦合，滤波子单元224可滤除输出的超声驱动信号达到预设频率，可有效避免直流电压直接输出漏电的危险，提高了机电的耦合系数。

如图5所示，为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元22的电路图，具体包括：

所述控制子单元221为N沟道MOS管Q2，所述N沟道MOS管Q2的栅极连接PWM脉冲信号，所述N沟道MOS管Q2的源极接地，所述N沟道MOS管Q2的漏极连接放大子单元。

具体地，N沟道MOS管Q2主要起到开关的作用，还可以优选在N沟道MOS管Q2的栅极与PWM输入信号之间串联一个电阻，该电阻的阻值为5.1千欧，该电阻为延迟N沟道MOS管Q2的源删极的充电时间，使其打开过程平滑。

所述升压子单元222括扼流电感L、第二二极管D2、第三电容C3、第六电阻R6和第七电阻R7，所述N沟道MOS管Q2的漏极分别连接第二二极管D2的正极、第三电容C3的一端、第七电阻R 7的一端；所述第二二极管D2的负极连接第六电阻R6的一端；所述第二变压器T2的第二输入端分别连接第六电阻R6的另一端、第三电容C3的另一端、第七电阻R7的另一端以及扼流电感L的一端；所述扼流电感L的另一端连接第三电源电压VCC3；

所述第二变压器子223单元为第二变压器T2，所述第二变压器T2的副级输出端(即，第三输出端3为正输入端和第四输出端4为正输入端)连接滤波子单元，所述第二变压器T2的原级输入端(即，第一输入端1为负输入端和第二输入端2为正输入端)。

具体地，所述N沟道MOS管Q2与升压子单元222内各器件组成E类功率放大器，所述第二变压器子单元用于阻抗匹配：为了提供使其最大的输出功率，以及信号相位调整：使不同的输出电压信号工作在相同相位，避免反相导致电压信号相互干涉抵消；所述扼流电感L为防止电流过大和抑制杂音，起到保护电路的作用；所述第三电源电压VCC3优选电压值为24V；N沟道MOS管Q2导通，所述第三电容C3、第六电阻R6和第七电阻R7之间并联起到快速升压的作用，第二二极管D2导通；而N沟道MOS管Q2截止，电容C3放电，第二二极管D2截止。

所述滤波子单元224包括第四电容C4、第五电容C5、第八电阻R8和第九电阻R9；所述第二变压器T2的第三输出端3与第四输出端4之间分别并联第四电容C4、第五电容C5，所述第五电容C5两端各连接第八电阻R8和第九电阻R9的一端，所述第八电阻R8和第九电阻R9的另一端均接地；所述第五电容C5分别与第八电阻R8、第九电阻R9之间的连接处输出超声驱动信号。

具体地，所述电容C4、C5均用于调节聚焦超声晶片的电压，达到分压的目的；所述第八电阻R8、第九电阻R9与并联后的电容组成RC滤波电容，用于RC滤波匹配波形的目的；所述第五电容C5与第八电阻R8之间为负超声驱动信号的端口，所述第五电容C5与第九电阻R9之间为正超声驱动信号的端口。

如图6所示，为本发明的一种治疗装置的超声驱动单元的实施例电路图；

在本实施例中，图6是有两个相同的超声驱动单元构成；在图5的基础上；分别在每个超声驱动单元中第二变压器的第二输入端分别并联第三二极管D3和第六电容C6，所述第三二极管D3和第六电容C6的另一端均接地；其中，所述第三二极管D3是防止输入电压幅度过大；所述第六电容C6用于滤波；

在扼流电感L与第二变压器的第二输入端之间还设有第五二极管D5，第七电容C7、第八电容C8和第四电源电压VCC4，所述第五二极管D5的正极连接扼流电感L一端，所述扼流电感L的另一端连接第四电源电压VCC4和第二变压器的第二输入端，第四电源电压的值为24V，所述第五二极管D5用于保护电路，防止反向电流；所述第七电容C7、第八电容C8并联在第五二极管D5正极与扼流电感L之间用于滤波。

如图7所示，为本发明的一种治疗装置的控制方法流程图，包括：

步骤S1，获取所述预设参数，根据所述预设参数同时生成第一控制信号与第二控制信号；

具体地，预设参数为用户选择设置，所述驱动信号是经预设参数调节的，第一控制信号是控制PWM信号的周期，第二控制信号是控制DAC信号的幅度和周期。

步骤S2，分别根据所述第一控制信号与第二控制信号对应产生超声驱动信号和低频驱动信号；

步骤S3，所述超声驱动信号驱使超声输出部发射聚焦超声波；所述低频驱动信号驱使低频输出部发射低频脉冲电流；

其中，所述超声驱动信号即PWM信号通过驱使超声波换能器发射聚焦超声波；所述低频驱动信号通过经皮神经电刺激电极发射低频脉冲电流。

具体地，在使用过程中，所述治疗装置通过治疗头对用户病灶部位输出治疗波，如图8至图10所示，分别为本发治疗装置中治疗头的侧视图、俯视图、仰视图；

每个所述治疗头均包含固定座A1，在所述固定座A1上嵌入有凹形圆槽A2，所述凹形圆槽A2内安装有超声波换能器对外输出聚焦超声波，所述凹形圆槽A2的高度略大于所述固定座高度；在所述固定座内沿凹形圆槽A2边缘处设有至少三个卡槽，同时，在电极片中设有镂空的金属片，该金属片镂空部位为凸出的圆环，该圆环大小与凹形圆槽A2相互匹配，在凸出的圆环边沿上设有至少三个卡扣，通过旋转治疗头使得卡扣与卡槽相互咬合；该电极片具有粘连性，可稳定的吸附在病灶部位，无需绑定或手扶，从而减轻了医生的工作量，通电工作时，在凹形圆槽A2对外释放聚焦超声波时，通过金属片可释放TENS，达到两种治疗波同时作用于病灶部位。

具体地，所述固定座A1的形状可为圆形柱体或矩形柱体或椭圆形柱体，本申请中优选椭圆形柱体，所述卡槽也可设置于固定座A1内凹形圆槽A2外壁，只要与电极片中圆环形状大小相适应，卡槽与圆环上的卡扣能够实现咬合即可，按上述方式卡接，拆分组装快速方便，操作简单，同时连接卡接紧固，不易脱落。

在如图8至10中的椭圆形柱体的固定座A1上设有数据口A3，所述数据口A3用于传输低频脉冲电流和聚焦超声波。

综上所述，本发明通过低频驱动单元和超声驱动单元，同时驱动超声输出部和低频输出部工作，输出低频脉冲电流和聚焦超声波，相比一般的超声装置而言，对于关节炎患者具有更好的治疗效果；其中，聚焦超声波的输出频率范围为0.5MHz～1MHz，宽广的输出频率范围使得其对病灶能产生深度治疗的效果；所述超声驱动单元基于E类高频放大与变压器的组合，通过变压器输出避免了直流电压直接输出漏电的危险；低频驱动单元产生具有周期频率的非对称指数波，提高了治疗效果；在低频驱动单元与超声驱动单元中各自对应设置变压器，达到耦合隔离的目的，有效降低了输出的超声波对低频脉冲电流的影响将低频脉冲电流和聚焦超声波集成于同一治疗头对病灶进行治疗，其中，通过电极片与超声耦合剂集成于一体，治疗头与电极片卡接连接对病灶输出，提高了机电的耦合系数。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。