本发明涉及经皮神经电刺激镇痛疗法、软硬件开发、物联网等技术领域、具体涉及一种穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪。
背景技术
经皮神经电刺激疗法(transcutaneouselectricalnervestimulation，简称tens)是通过皮肤将特定的脉冲电流输入人体以治疗疼痛的电疗方法。2001年，临床电生理学和美国生理治疗协会给经皮神经电刺激(tens)作了如下定义：经皮神经电刺激(tens)是一种应用电刺激皮肤从而控制疼痛的方法。比起主要通过刺激人体的运动纤维达到镇痛效果的传统电刺激，经皮神经电刺激疗法(tens)主要刺激的是感觉纤维，可以让阵痛的感觉更加强烈。tens因其安全无毒性、无需开处方、不用担心剂量过多、易于使用等优点，而受到患者和医生的欢迎，在国内外临床上得到了广泛的应用。
目前，现有的便携tens设备只是提供常用的几种工作模式，不同模式下仅仅改变调制波的波形，载波为脉冲波，用户不能自行调节相关参数，也就做不到因人而异设计合适的刺激波形，即多波形输出设计。多波形输出可提供不同的治疗方案，避免耐药性。而临床使用的台式tens镇痛设备虽然可以做到多波形输出，但设备体积大，不方便作为个人便携设备。
在设备交互方面，现有的便携tens设备都带有按键和屏幕作为标准输入输出接口，也有精简版的只保留了按键和指示灯。在设备上添加屏幕，不利于设备体积的进一步缩小。而仅仅使用指示灯来呈现设备工作状态，又造成了人机交互不友好的问题，且呈现的参数有限，一般只能呈现设备输出波形强度等级和工作模式，不能在调节输出波形其他参数时起指示作用。
因此，设计一种体积小、可穿戴，界面人性化，操作简便，治疗效果良好，适用于有需要的痛经患者在日常工作和生活环境下使用的穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，穿戴式设计，多波形输出，治疗效果良好。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，包括电源模块、控制模块、波形调制模块、与人体连接的电极片；移动端app通过app交互界面控制治疗仪工作；电源模块为系统各模块供电，控制模块通过与移动app交互确认治疗处方并控制波形调制模块生成刺激脉冲，然后通过与人体连接的电极片作用于人体；电源模块包括升压电路和稳压电路，控制模块包括无线通信电路和主控制单片机，波形调制模块包括功率放大电路和波形产生电路。
优选的，所述功率放大电路包括d类功率放大器和中频变压器，d类功率放大器将波形产生电路输出的波形进行放大，d类功率放大器使用12v供电电压，在低功耗的条件下提高d类功率放大器的输出电压；中频变压器将d类功率放大器输出电压进行进一步提升，中频变压器采用epc直插型骨架。
优选的，所述波形产生电路可以产生波形包括：频率、幅值可调的三角波、方波、正弦波、梯形波、锯齿波、指数波。
优选的，所述移动端app，通过蓝牙连接治疗仪，通过移动端app发送参数包括电刺激波形、频率、幅度和波表到治疗仪。
具体的，移动端app交互界面控制治疗仪工作包括：可视化交互式控制和语音交互控制；可视化交互控制直观，量化镇痛治疗强度；语音交互控制，app接受实时语音助手唤醒，关键词匹配、实时控制；用户根据自身疼痛程度，提高、降低镇痛治疗强度；如果电脉冲治疗造成刺痛感，控制降低刺痛感；如果电脉冲治疗造成酸麻感，控制降低酸麻感。
优选的，所述的移动端app与主控制单片机进行无线通信交互，使用移动端app对设备进行控制，移动端app对用户个人信息进行管理，包括记录用户使用习惯，为新用户匹配相似的用户，推送相应的处方波形供用户参考。
优选的，所述的电源模块包括升压电路和稳压电路，升压电路将3.7v锂电池电压升压至12v输出，电源输出与波形调制模块连接，作为波形调制模块中，功率放大电路的供电电源；稳压电路采用ldo器件将3.7v锂电池电压降至3.3v输出，电源输出与控制模块连接，作为无线通信电路、主控制单片机的供电电源。
优选的，所述的控制模块包括主控制单片机和无线通信电路，主控制单片机使用stm32f103ret6作为微处理器，主控制单片机使用总线传输发送指令，包括进行初始化、串口通信、波形选择、波形频率控制、波形幅值控制；主控制单片机使用dma传输方式，波形产生电路直接从内存读取波形数据，无需经过处理器控制；两种传输方式分别独立工作。
优选的，无线通信电路选用低功耗ble蓝牙通信模块搭建。
优选的，波形产生电路使用微处理器内置dac经dma传输方式直接从内存读取波形数据，根据读取的波形数据，微处理器根据控制命令改变输出波形的频率、幅度和不同波形组合形式，并通过内部的dac输出波形信号。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明能输出多波形(方波，三角波、正弦波、梯形波和指数波)，降低耐药性造成治疗效果不佳的问题，且设备体积小。
2、本发明去掉屏幕和按键，添加无线通信接口，通过手机等移动设备控制设备工作。
3、本发明改善功放电路，将变压器体积减小，减小设备体积。
4、本发明控制设备工作的app要能记录用户使用习惯，为新用户匹配相似的用户，推送相应的处方波形供用户参考。
5、本发明设计针对痛经的tens波形参数，研究出临床上有效的刺激穴位和刺激方法，达到改善tens缓解痛经的效果。
附图说明
图1是实施例穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪的组成框图。
图2是实施例穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪立体外观图。
图3是实施例移动端app交互界面效果图。
图4是实施例移动端app控制主控制单片机原理图。
图5是实施例主控制单片机控制波形发生和功率放大原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，包括：电源模块、控制模块、波形调制模块、与人体连接的电极片、移动端app；
所述波形调制模块包括波形产生电路、功率放大电路；
所述功率放大电路由d类功率放大器和中频变压器组成，d类功率放大器将波形产生电路输出的波形进行放大，d类功率放大器使用12v供电电压，在低功耗的条件下提高d类功率放大器的输出电压；中频变压器将d类功率放大器输出电压经由进一步提升电压，中频变压器采用epc直插型骨架。
具体的，要满足低功耗高效率高输出电压的条件，选用静态功耗低转换效率高和高输入电压的d类功放芯片，将dac模块输出的波形信号放大8到10倍，经d类功放放大后的信号再经中频变压器进行3到4倍的放大。根据传输信号的频率，使用定制设计的中频变压器，在满足升压条件下将体积做到最小。市面上现有的变压器规格参差不齐，满足升压条件和传输信号频率的变压器体积较大，无法达到缩小设备体积的目的。根据d类功放输出信号的幅频特性，参考变压器设计手册，特别地对变压器骨架进行选型，挑选体积在15*15*10mm以内的变压器骨架绕制变压器，测试不同骨架绕制的变压器对d类功放信号进行放大时的效率和带负载能力，最终综合效率和带负载能力，挑选扁平的占体积小的变压器。
所述波形产生电路可以产生波形包括：频率、幅值可调的三角波、方波、正弦波、梯形波、锯齿波、指数波等。
所述移动端app，用户手机开启蓝牙功能，连接穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，待蓝牙连接指示3常亮，通过app交互界面控制治疗仪工作。
所述的移动端app与主控制单片机进行无线通信交互，使用移动端app对设备进行控制，移动端app可对用户个人信息进行管理，并能够记录用户使用习惯，为新用户匹配相似的用户，推送相应的处方波形供用户参考。
移动端app交互界面控制工作方式包括：可视化交互式控制和语音交互控制；可视化交互控制直观，量化镇痛治疗强度；语音交互控制，app接受实时语音助手唤醒，关键词匹配、实时控制；用户根据自身疼痛程度，提高、降低镇痛治疗强度；如果电脉冲治疗造成刺痛感，控制降低刺痛感；如果电脉冲治疗造成酸麻感，控制降低酸麻感；可以选择不同的治疗方案，避免耐药性。
所述的电源模块由升压电路和稳压电路组成，升压电路将3.7v锂电池电压升压至12v输出，电源输出与波形调制模块连接，作为波形调制模块中，功率放大电路的供电电源；稳压电路采用ldo器件将3.7v锂电池电压降至3.3v输出，电源输出与控制模块连接，作为无线通信电路、主控制单片机的供电电源。
所述的控制模块由主控制单片机和无线通信电路组成，主控制单片机使用stm32f103ret6作为主要微处理器，主控制单片机使用总线传输发送指令，进行初始化、进行串口通信、波形选择、波形频率控制、波形幅值控制等，使用dma传输方式，波形产生电路直接从内存读取波形数据，无需经过处理器控制；两种传输方式分别独立工作，提高工作效率，降低功耗。无线通信电路选用低功耗ble蓝牙通信模块搭建。
波形产生电路使用stm32f103ret6内置dac经dma传输方式直接从内存读取波形数据，根据读取的波形数据，微处理器根据控制命令改变输出波形的频率、幅度和波形形式，并通过内部的dac输出波形信号。
使用用户的智能手机作为测控平台，从而大大简化了治疗仪的结构、减轻重量。治疗仪通过移动端app实现人机交互，通过移动端app无线发送电刺激波形、频率、幅度等参数到治疗仪主机，app还可以发送波形的波表，用来产生自定义波形(添加更新设备中的存储波形)。主机由此产生特定的刺激信号，经过功率放大和变压器进行隔离，最后经电极片输出给人体。治疗仪使用dac直接产生目标波形的小信号形式，然后经过功率放大，输出刺激波形。以dac产生波形可以灵活改变波形形式(方波，三角波、正弦波、梯形波、指数波)、频率、幅值以及各类波形的组合形式等，很好地解决tens因人而异的治疗效果，又可避免单一固定波形容易引发的“耐药性”。优化设计的功放电路，解决了中低频变压器的体积过大而影响治疗仪的总体积和重量问题，实现了产品的可穿戴设计目标。
实施例2
现有经皮神经电刺激痛经治疗设备常见设计方案有两种，一种是通过rlc谐振产生低频高压信号，然后通过三极管斩波输出脉冲信号，该方案输出的脉冲波形为单一的矩形波，容易产生耐药性。另一种是直接使用dac直接产生目标波形的小信号形式，然后经过功率放大，输出刺激波形。但由于功率放大器件中采用了变压器，而刺激信号是属于中低频信号，中低频的变压器的体积限制设备总体积的缩小，是将设备便携化的障碍。但方案二中的dac产生波形可以灵活改变波形形式、频率、幅值和组合形式等，可以避免固定波形造成的耐药性的问题。方案一多在便携设备中使用，但波形的局限，限制了设备功能的拓展和治疗效果的提高。方案二的设备体积大和功耗问题，导致其多用于台式设备。
基于上述情况，本发明提供一种可产生多种波形，波形频率、幅值可调，体积小，功耗低的穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，实施以下步骤：
s1、使用dac直接产生目标波形的小信号形式，然后经过功率放大，输出刺激波形。dac产生波形可以灵活改变波形形式包括：方波，三角波、正弦波、梯形波、指数波、混合波等、频率、幅值以及各类波形的组合形式等，很好地解决经皮神经电刺激痛经治疗因人而异的治疗效果，又可避免单一固定波形容易引发的“耐药性”。
s2、优化设计的功放电路，结合使用d类功率放大器和中频变压器，匹配最优化，解决了中低频变压器的体积过大而影响穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪的总体积和重量问题，实现了产品的可穿戴设计目标。
s3、穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，尺寸50*35*10mm，重量55g。用户将如图2所示穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪上与人体连接的电极片2粘贴于腹部，按下开机按钮1，等待按钮指示灯1闪烁，即完成开机。
s4、移动端app交互。如图3所示，用户手机开启蓝牙功能，连接穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪，待蓝牙连接指示3常亮，即蓝牙连接成功，可通过app交互界面控制治疗仪工作，用户可以根据自身疼痛程度，通过按键4提高镇痛治疗强度，通过按键5降低镇痛治疗强度；如果由于电脉冲治疗造成刺痛感，通过按键6降低刺痛感；如果由于电脉冲治疗造成酸麻感，通过按键7降低酸麻感；通过方案选择栏8，选择不同的治疗方案，避免耐药性。
s5、移动端app控制主控制单片机。如图4所示，用户根据自身需求选择方案、治疗强度后。移动端app向穿戴式经皮神经电刺激痛经治疗仪发送治疗波形发生参数，无线通信电路接收参数后，通过pa9端口9、pa10端口10向主控制单片机传输参数，完成用户使用移动端app控制治疗仪产生波形。
s6、主控制单片机控制波形发生和功率放大。如图5所示，主控制单片机使用dma传输方式11控制波形发生电路产生相应参数的治疗脉冲波形，从pa4端口12输出波形，经耦合电容，传输至d类功率放大器input+端口13，input-端口14接地，d类功率放大器输出接至中频变压器输入端15，经电压提升后通过输出端口16，输出至与人体连接的电极片2，与人体连接。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。