一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪的制作方法

本发明属于医疗器械领域，具体说是一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪。

背景技术：

医学上，传统治疗方式采用注射、服药、外敷等治疗方式，这几种治疗方式需要有人体对药物的吸收转化过程，才可达到治疗效果。这样，患者忍受疾病痛苦会是比较长的一段时间。伴随着电子技术的逐渐发展和理疗技术的广泛应用，直流电脉冲和超声等方式的引入可实现一种新型疗法。

超声直流电脉冲离子导入治疗仪可实现从人体皮肤表面向人体体内导入药物的新型疗法。它根据患处位置，在皮肤上施加电流及超声波，不改变透入药物的药理作用，增加药物的渗透性和皮肤对药物的吸收能力，药物透过皮肤和生物膜推送到人体局部病灶部位，在一定范围内形成局部浓集和浸润，促使药物自细胞外向细胞内转移，直接发挥药物的治疗作用，以达到靶位治疗的治疗效果。在局部表浅组织中，药物浓度可比肌肉注射途径用药高20～100倍。并且这是一种无创的给药方式。

考虑实际的应用过程中的便利性，设备体积不易过大，如采用市电交流220v供电，仪器电源受限，医院需提供固定的场地，患者也需要亲自来到医院或固定的空间进行治疗，治疗过程中空间人员密集，会造成互相干扰。

技术实现要素：

本发明公开了一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪，它体积小、功耗低、操作简单、使用舒适、便于携带，患者可根据医嘱在任何时间任何场所进行治疗，省去了医院专门的设备空间。解决了上述设备带来的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪，包括顺序连接的恒流源充电电路、放电电路、主控芯片、从芯片，从芯片分别与电脉冲发生电路、超声波发生电路相连，恒流源充电电路与主控芯片之间设有第一电平转换稳压器组，放电电路依次通过变压器、第二电平转换稳压器组与从芯片连接，放电电路与主控芯片相连，恒流源充电电路与放电电路之间接有电池，其中：

恒流源充电电路，用于给治疗仪电池充电，接入电源适配器后，经恒流源充电电路为电池充电，恒流源充电电路的输出为电池的输入，同时，电池电源输出给放电电路，作为放电电路输入；

放电电路，用于给变压器供电，从而使变压器产生隔离电源；

主控芯片，用于将电池输出的电源经放电电路进行开关控制处理；

从芯片，用于将变压器输出的隔离电源转化为正弦波；

电脉冲发生电路，用于正弦波转化成正弦形式的脉冲波；

超声波发生电路，用于输出由三点式震荡电路产生的超声波。

所述第一电平转换稳压器组，用于将电池输出的电压进行降压处理输出给继电器线圈；

所述第二稳压器组，用于将第一电平转换稳压器组输出的电压进行二次降压处理,输出给主控芯片。

所述电脉冲发生电路与继电器触点连接，继电器触点连接治疗头，主控芯片与继电器线圈连接，主控芯片管脚控制继电器线圈的通断电，从而控制电脉冲换向，使治疗头两端换向输出。

所述主控芯片还与按键相连，用于用户操作使用，用户可将电脉冲电压、频率、超声波频率的参数输入给设备，设备就会输出相应的治疗信号。

一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪，包括：电池、控制板、底板、pet按键、以及治疗头，其中：电池正负极通过导线及端子连接器接入底板，控制板通过两侧的单排插针与底板上的排母连接，pet按键的信号线通过排针接于控制板，治疗头由超声换能片和不锈钢碗组成，超声换能片置于不锈钢碗中间，二者采用绝缘胶粘合连接，治疗头引出线接于底板。

所述控制板为矩形电路板，电路板两侧各设有单排插针用于与底板排母相连，控制板还包括主控芯片以及分别与主控芯片相连的显示屏、储存单元、音频芯片、字库芯片以及用于接入按键的按键接口；主控芯片的音频信号管脚通过排针与置于底板的音频芯片相连，信号经放大处理后，由底板引出接线端子与扬声器连接。

所述底板包括：从芯片、dc充电接口、恒流源充电电路、放电电路、变压器、电脉冲发生电路、超声波发生电路、第一稳压器组、第二稳压器组、震荡电路、电压调节电路、恒流源电路、继电器以及光耦合器，其中：

dc充电接口连接二极管d1的输入，恒流源充电电路的输入端连接二极管d1的输出，恒流源充电电路的输出端与放电电路的输入端之间通过电池接地，放电电路的输入端通过第一稳压器组连接控制板的主控芯片的电源引脚vcc，放电电路的输出端依次通过变压器以及第二稳压器组连接从芯片的电源引脚vcc，从芯片的第一控制引脚pwm输出至震荡电路驱动超声波输出，电脉冲发生电路的输入分别通过电压调节电路连接从芯片的第二控制引脚pwm、通过恒流源电路连接从芯片的数模da引脚，电脉冲发生电路的输出通过继电器连接控制板的主控芯片，从芯片通过光耦合器与控制板的主控芯片相连。

所述恒流源充电电路包括：二极管d1的输出端作为恒流源充电电路的输入端并通过电解电容c6接地；充电芯片的dcin引脚连接二极管d1的输出端；充电芯片的chg引脚通过电阻r1连接接二极管d1的输出端；充电芯片的ntc引脚依次通过电阻r3和电阻r2连接二极管d1的输出端，电阻r2和电阻r3之间通过电容c1接地；充电芯片的rt引脚通过电阻r4接地；充电芯片的ith引脚依次通过电阻r5以及电容c2接地；充电芯片的infet引脚连接mosfet管m1的栅极，mosfet管m1的漏极连接二极管d1的输出端，mosfet管m1的源极连接mosfet管m2的源极；充电芯片的clp引脚通过电阻r6连接mosfet管m2的源极；充电芯片的cln引脚通过电阻r7连接mosfet管m2的源极，充电芯片的clp引脚与充电芯片的cln引脚之间接有电容c3，mosfet管m2的源极通过电容c4接地；充电芯片的tgate引脚连接mosfet管m2的栅极，mosfet管m2的漏极连接mosfet管m3的漏极；充电芯片的bgate引脚连接mosfet管m3的栅极，mosfet管m3的源极接地；充电芯片的csp引脚通过电感l1连接mosfet管m3的漏极；充电芯片的bat引脚依次通过电阻r8、电感l1连接mosfet管m3的漏极；mosfet管m3的漏极通过二极管d2接地；充电芯片的bat引脚作为恒流源充电电路的输出端分别通过电解电容c7、电容c5、锂电池接地。

所述放电电路包括：mosfet管m4的漏极作为放电电路的输入端并通过电阻r9连接mosfet管m4的栅极；mosfet管m5的栅极分别连接电阻r10和电阻r11，并通过电阻r11接地，mosfet管m5的源极接地，mosfet管m5的漏极连接mosfet管m4的栅极，mosfet管m4的源极作为放电电路的第一输出端与变压器相连，mosfet管m5的栅极通过电阻r10后作为放电电路的第二输出端连接控制板的主控芯片io引脚；主控芯片io引脚控制m5导通，从而驱动m4导通将电源输出。

所述电脉冲发生电路包括：三极管q1的基极分别通过电阻r12与从芯片的pwm引脚连接、通过电阻r13接地，三极管q1的发射极接地，三极管q1的集电极通过电阻r14连接电压调节电路；三极管q2的发射极连接电压调节电路，三极管q2的基极连接三极管q1的集电极，三极管q2的集电极连接三极管q3的集电极；三极管q3的基极连接三极管q1的集电极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极依次通过电容c8、继电器、电容c9连接三极管q4的集电极；三极管q4的基极通过电阻r15连接运算放大器的输出端，三极管q4的发射极通过电阻r16接地；运算放大器的正向输入端分别通过电阻r17连接从芯片的da引脚、通过电容c11接地，运算放大器的反向输入端通过电容c10接地。

所述超声波发生电路包括：三极管q6的基极分别通过电阻r20连接从芯片的第一pwn引脚、通过电阻r21连接三极管q6的发射极，三极管q6的发射极接地，三极管q6的集电极分别通过电阻r18连接三极管q5的发射极、通过电阻r19连接三极管q5的基极；三极管q5的集电极分别连接第一三点式震荡电路和第二三点式震荡电路。

所述第一三点式震荡电路具体为：电阻r22的一端连接三极管q5的集电极，另一端分别通过电容c12接地、通过电感l2连接电容c13的一端，电容c13的另一端作为三点式震荡电路1的输出端连接治疗头；电感l2与电容c13之间，分别通过电阻r23连接三极管q7的基极、通过电容c14连接三极管q7的发射极；三极管q7的基极与三极管q7的集电极之间接有电容c16，三极管q7的集电极与三极管q7的发射极之间接有电容c15，三极管q7的发射极依次通过电感l3和电阻r24接地。

所述第一三点式震荡电路和第二三点式震荡电路的结构相同。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明药物导入治疗仪采用超声波加直流电脉冲结合的形式，在皮肤上施加超声波可增加皮肤活力以及对大分子药物的吸收能力。在皮肤上施加电脉冲可使药物通过电流进入人体皮下组织，进一步增加药物的渗透性。

2.本发明药物导入治疗仪可针对人体局部病灶部位直接发挥药物的治疗作用，达到靶位治疗的治疗效果。

3.本发明药物导入治疗仪的治疗是一种无创的给药治疗方式。

4.本发明药物导入治疗仪具有小型化、便携化，使患者治疗不受物理空间的限制的特点。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为控制板系统布置图；

图3为底板系统布置图；

图4为恒流源充电电路电路图；

图5为放电电路电路图；

图6为电脉冲发生电路电路图；

图7为超声波发生电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，与传统超声直流电脉冲离子导入治疗仪不同，电源采用内置的11.1v锂电池供电。治疗仪其他部分还包括：控制板、底板、pet贴膜按键、外壳、超声电脉冲治疗头和15v2a适配器。

本发明是一种采用11.1v锂电池供电的医疗设备，mcu通过串口发出命令，使dsp控制相应电路，输出电脉冲信号和超声信号，达到对患者的治疗效果。考虑漏电流安全问题，该治疗部分采用隔离的变压器供电，串口通讯采用光耦隔离，电脉冲及超声换向部分选用继电器换向，也可起到隔离控制作用，这样保证了患者治疗过程中没有触电风险，另外，该设备具有屏幕显示、按键输入、与上位机通讯、音频输出、电池充电等功能。

如图3所示，底板，包括电池的充放电电路，电平转换，信号检测、光耦隔离、继电器控制、变压器、usb接口、电池接口、dc充电接口和治疗头接口。由于便携式是与患者一对一绑定的，所以不必设计更多路的治疗输出，节省空间。

如图2所示，控制板，包括显示屏、按键接口、串口通讯、存储单元和音频输出。

两块电路板以排针和排母对插的形式相结合，控制板坐落在底板上。两层堆叠的形式充分利用空间，减小设备的体积，提高了设备的便携性。

设备外壳以microusb接口的形式引出串口，它可与pc相连，医生通过pc将患者的治疗参数写入设备，设备和患者是一对一绑定，在患者治疗期间无需对设备进行参数设置，开机即可治疗。

一种便携式超声直流电脉冲离子导入治疗仪，包括一块额定电压为11.1v电量为1200mah，体积65×35×12mm锂电池，置于设备内部，电池正负极两端通过导线及端子连接器接入电路板底板，为整个系统提供电源。底板设计有电平转换电路，在非隔离部分，输出5v为继电器换向提供电源，输出3.3v为控制板芯片和整个系统的其他ic器件提供电源。

控制板是该治疗仪的核心组成部分，上面设计有一颗主控芯片，选用经济性较高的stm32f103rct6，其他外设包括2.4寸spi显示屏z240it010和可在显示屏上显示中文的字库芯片gt30l32，用来与pc串口通讯的ft232芯片，存储单元eeprom_24c256，具有音乐输出功能的音频芯片ns4168以及按键接口。控制板是一块矩形电路板，两侧各放置了12pin的单排插针，用于与底板的排母相结合，另外，主芯片和各外设的电源管脚和io通过上述排针引出，用于接受电源供电及信号的检测和发送。

底板主要实现治疗仪的充放电、电平转换和治疗功能。在底板左侧设置有电池接口和dc充电接口，适配器接入后，恒流源充电电路开始工作，选用以ltc40062为核心的恒流源恒流源充电电路，它的充电电流为2a，40分钟即可将1200mah电量的电池充满，电量充满后治疗仪可工作200分钟。如图4所示为底板恒流源充电电路，在充电的过程中，ltc40062可由引脚ad_imon发出实际充电电流的ad信号及acp引脚发出电量充满信号，主控芯片可通过这些信号检测电池的充电状态，同时可将这些信息显示在屏幕上供用户查看，非充电状态下屏幕可显示电池电量。底板左侧还置有一个microusb接口，控制板主控芯片的通讯信号由排针引到底板与usb相连，供以后和pc机数据交互使用。

底板中包括第一稳压器组、第二稳压器组，其中：

第一电平转换稳压器组，用于将电池输出的电源进行降压至5v处理输出给继电器线圈；

第二稳压器组，用于将第一电平转换稳压器组输出的5v进行降压至3.3v处理,输出给主芯片。

经变压器输出的30v经电平转换稳压器输出12v，12v再经电平转换稳压器输出5v用于输出给超声波发生电路，5v经电平转换稳压器输出3.3v用于给从芯片供电。

为避免电量浪费，底板上治疗部分的电路仅需在患者治疗过程中供电，这就需要一个放电开关来采用mos管实现该功能。如图5所示，为底板放电电路。irlml6402为p沟道mosfet具有4.9a的电流输出能力，为提高驱动能力，n沟道mosfetao3400将其源极接在irlml6402的门极，这样主控芯片的io管脚控制ao3400的导通与关断就可以驱动irlml6402的通断，从而控制治疗部分电路的供电。

由于本治疗仪属于医疗器械产品，存在设备连接适配器充电治疗的情况，需考虑漏电流安全问题，故底板采用隔离设计。充放电部分以及连接的控制板部分属于同一个等电位地，治疗部分与患者皮肤接触必须采用隔离地。隔离部分的电源由电池放电后通过反激式开关电源得到一个隔离的30v电源，该反激开关电源由变压器、uc3845、电压基准tl431和光耦pc817组成，该方案非常成熟，故不赘述。另外，控制板与治疗电路的串口通讯rxd和txd两路信号需光耦tlp293进行隔离。最后，用来控制电脉冲换相的继电器hfd3-v/5同样起到了隔离作用，它由控制板io经排针传递到底板进行控制。

底板治疗部分的电路由控制芯片dspic33fj16gs502、电平转换电路、变压器升压电路、直流电脉冲发生电路和超声波发生电路组成。

dspic33fj16gs502的电源和各ic芯片的电源由电平转换电路得到。

变压器升压电路，电脉冲的电压是0～90v可调，底板的第二个变压器，选用匝数比为1:3的变压器，在原边输入30v电压，dspic33fj16gs50输出占空比可调的pwm波调整加在变压器原边的电压，使之在0～30v之间变化，这样通过1:3的比例变压器副边就可产生0～90v的电压。

直流电脉冲可以产生电致孔俗称电针，可使患者感到舒适感，提高细胞的新陈代谢，促进药物吸收。直流电脉冲由三极管驱动电路和恒流源电流调节电路组成，如图6所示为电脉冲换向驱动电路，切换继电器和控制电脉冲的正反方向。

vt为可调的0～90v电压，不同的电压决定了输出脉冲的幅值，pulse由控制芯片输出，决定了电脉冲的输出频率。da信号同样由控制芯片输出，经运放将电压转换成电流构成恒流源电路，电流的大小决定了电脉冲信号的强度。两电容之间的继电器接插件端子用于接入电极片，电极治疗片作用于人体，切换继电器状态，可改变电极片电脉冲的输出方向，从而改变流过人体的脉冲电流。

超声波可改变细胞膜的通透性，促进代谢物质的交换，进而也促进了药物的吸收。具体电路如图7所示，首先通过调整pwm的占空来调整施加在电路上的电压，电压最大为5v，从而可控制超声波的输出强度。三点式震荡电路为超声波提供震荡频率，驱动电路输出端电压放大后，out1和out2激励超声换能片输出超声波。

在治疗头上，电极片和超声换能片是组合在一起的，患者在治疗的过程中可同时接受直流电脉冲和超声波的治疗，从而得到更好的治疗效果。

按键选用pet贴膜按键，按键信号线以排线形式引出，与坐落在底板上的控制板相连，按键部分贴在设备外壳表面供用户使用操作。