专利名称：微电脑肺功能康复治疗机的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于对慢性阻塞性肺疾病进行肺功能康复治疗的由微电脑控制的电疗机。
慢性阻塞性肺疾病(简称COPD)包括慢性支气管炎、慢性肺气肿、支气管哮喘、支气管扩张症、弥漫性细支管炎等。COPD以肺组织弹性衰退，肺内残余气体增加，胸部活动能力减弱，肺功能受损为主要病理改变。COPD患者由于通气不足，缺氧和二氧化碳潴留，使呼吸加快，呼吸功增加，呼吸肌疲劳，收缩乏力和呼吸肌不能协调收缩，并往往形成各种不正确的呼吸方式，如浅弱的胸式呼吸，腹壁矛盾运动(吸气时腹肌收缩)，胸腹式交替呼吸，广泛使用辅助呼吸肌等，因此重建正确的呼吸类型是肺功康复的重要手段，即用深缓的腹式呼吸代替胸式或上胸式呼吸，以显著提高有效通气量。呼吸肌包括膈肌，肋间肌、胸廓辅助呼吸肌和腹肌。目前，腹式呼吸训练主要通过医师(或治疗师)用手按压患者胸、腹部，指导患者进行训练，仍没有专门的呼吸训练仪器。这种方法由于治疗师的工作量过大，动作繁杂，患者不易学会及坚持训练，同时由于缺乏比较精确的仪器指导，控制呼吸的长短、快慢和比例，仅靠人工操作，呼吸训练的模式难以统一，因而仍未广泛推广。
中国专利(专利号89200051.1)中公开了一种膈肌起博呼吸仪，其特征是由集成电路产生的脉冲串通过体表治疗电极刺激膈神经而引起膈肌运动增加，达到改善病人的呼吸困难症状，其缺点为(1)仅有单一的电刺激作用，不能指导病人作呼吸训练使用;(2)没有微机控制系统，不能按患者具体情况选择不同的治疗参数。还有一种高频通气膈肌起博器(专利申请号90109631.8)，在原膈肌起博呼吸仪的基础上增加了高频喷射通气装置，也即增加了供氧装置，该仪器同样不能对病人作呼吸电刺激训练使用。另有一种电脑中频电疗仪(专利申请号CN85107310A)其特征是由微型计算机控制下能输出多种调制波形的中频电流，具有多种中频电流治疗的功能，但没有呼吸训练的功能。
同时，呼吸疾病康复治疗的重要部分是排出肺内分泌物，排痰的办法，目前多数仍是以通过人手或机械装置，敲击或拍打病人的肺部，以帮助病人排出分泌物。日本京都大学胸部疾患研究所附属医院内科川合满副教授首先提出并应用干扰电流作电刺激排痰，通过放置在胸背部的4个电极，使干扰电流在气管附近形成干扰低频(差频为70Hz)，干扰低频使呼吸道分泌亢进，增强呼吸道纤毛的运送能力，改变痰的性状，使其易于流动咳出，而且可增加血流，使温度上升，故有利于排痰，该方法较为先进、科学和经济可靠。
本发明的目的，在于提供一种能够对COPD患者进行呼吸电刺激训练，通过分别是刺激患者的膈神经和腹肌神经，交替送出一组低频双向方波和一组随时间增幅的低频调制正弦波，使患者随机器所设定的时间和间隔进行正确的呼吸训练，并在“吸气”“呼气”的同时由治疗机给出两组模拟呼气和吸气声音信号和不同颜色的光信号，使患者能主动配合进行训练;除此外，该治疗机还能送出多个不同差频(含70Hz差频在内)的干扰电流，以对不同情况的病人进行排痰治疗;还可以送出多种波形的调制中频电流，既可同步从两组电极输出一组波形的调制电流，也可以异步输出两组不同波形不同频率的调制中频电流，作多用电疗机使用。
本发明是这样实施的，由带键盘的主机、数值显示器、声光显示器和两对治疗电极组成微电脑肺功能康复治疗机，其中键盘是由六个输入键组成，分别为开始键(2A)、暂停键(2B)、选择键(2C)、递减键(2D)、递增键(2E)和复位键(2F)，声音显示器采用两只机内喇叭或两只外接喇叭(19)(20)，光显示器采用两条不同颜色的10段LED条形数码管(11)(17)，数值显示器则采用一个两位LED数码管(21)，主机由单片机(1)、地址存贮器(4)、数据存贮器(5)组成单片计算器处理系统，通过地址总线由片选择码器(7)提供给各部件片选信号，再分别通过两路D/A转换器(8)、(14)，经过各自的数据放大器(9)、(15)，从功率放大器(10)、(16)送到各阻抗变换器(12)、(18)接到两对治疗电极上。
下面结合附图详述本发明实施例
图1是本发明所说微电脑肺功能康复机的控制面板示意图;
图2是本发明主机的电原理方框图;
图3是本发明所送出的随时间增幅的低频调制正弦波电流波形图。
如图1所示，本发明是由带键盘的主机面板(22)、声显示器(19)(20)、光显示器(11)(17)和两对治疗电极组成，其中，六个控制键分别为开始键(2A)、暂停键(2B)、选择键(2C)、递减键(2D)、递增键(2E)和复位键(2F)，声音显示器(19)(20)采用两只机内喇叭或两只外接喇叭，光显示器(11)(17)采用和两条10段LED条形数码管，数值显示器(21)则采用一只两位LED数码管。另外，在面板上还装有定时显示指示灯(3A)、音量显示指示灯(3B)、A通道电流显示灯(3C)、B通道电流显示灯(3D)和处方选择指示灯(3E)。
如图2所示，本发明所说的主机是由单片机(1)、地址锁存器(4)、EPROM存贮器(5)组成单片计算器处理系统，经地址总线由片选择码器(7)提供给各部件片选信号，通过两路D/A转换器(8)、(14)，形成两路输出通道，经各自的数控放大器(9)、(15)，从功率放大器(10)、(16)送到各阻抗变换器(12)、(18)，从两对治疗电极输出信号。
在存贮器(5)中，由统一一块EPROM存贮数种波形数据、键盘操作程序和三组不同用途的治疗处方有用以刺激COPD患者膈神经以引起深吸气和腹肌深呼气的呼吸训练电流信号;有用以治疗排痰的多个差频(含70Hz差频)的干扰电流信号;有用作理疗的多种调制中频电流信号。有用以作电刺激呼吸训练用的两种信号中，有一种是用于刺激腹肌的低频调制正弦波。为了避免强电流的骤然输出使腹肌引起强烈收缩而使病人感到不舒服，本发明所调制输出的是一种随时间递增的低频调制正弦波电流，其电流波形图如图3所示，只要操作者选择所需要的治疗电流幅值，本治疗机则可按所选定的处方随时间增加其调制幅度，从50%上升到100%。
本发明为达到上述目的采用如下技术，应用单片机技术和功能性电刺激技术，通过所编入的程序，在用于治疗呼吸电刺激训练时，从本机的两个输出通道可以以0-2秒的停顿间隙交替输出一组低频双向方波和一组随时间增加幅度的低频调制正弦波电流。其中，低频双向方波通过放置于双侧颈部膈神经点的电极刺激膈神经引起深吸气(为避免同时刺激颈部辅助呼吸肌，辅设放置于枕部)，低频调制正弦波则通过放置于腹肌的电极刺激腹肌引起深呼气，通过调节电刺激吸气和电刺激呼气的时间和比例，以及调节输出电流的强度，刺激患者产生深缓的腹式呼吸。另外在吸气和呼气同时给予两组不同的光信号和模拟吸气和呼气的声音信号，令患者能够主动配合，进行呼吸电刺激训练。本机预先根据最佳呼吸训练方案，通过制定两组电流输出时间的长短(即选取呼与吸之比)和制定两组电流交替输出之间的停顿时间(吸气与呼气之间有短时间1-2秒的停顿，有利于肺部充分换气)，编制并存贮了10多个呼吸电刺激训练处方供临床训练选用。用于刺激腹肌的低频调制正弦波，幅度能逐渐增大，使腹肌收缩逐渐增强，避免骤然强电流的刺激引起腹肌突然强收缩，从而避免使病人感到不舒服。以往的文献报道，电刺激可使受刺激的肌肉肌力增强和恢复功能，COPD患者通过本机的治疗，加强了呼吸肌的肌力，加强膈肌活动，并使患者在很短时间内能够掌握正确的深缓的腹式呼吸方法，建立新的呼吸反射机制，使呼吸由浅促变为深缓，使肺脏更好地收缩，增加有效通气量和氧吸收量，减少肺内残余气量，从而使肺功能得到康复。
本发明所说的微电脑肺功能康复治疗机内存有多个不同差频(含70Hz的差频在内)的干扰电流处方，可以根据不同人体的需要，选择不同的差频干扰电流用作电刺激排痰治疗。
本机还能输出多种波形的调制中频电流，在本机内预先存贮了20多个波形程序处方，而且可由两通道同步输出，也可以两通道异步输出，用以作多种中频电疗。
本发明所说的微电脑肺功能康复治疗机采用全数字化的输入控制。由D/A转换器(8)，数控放大器(9)、功率放大器(10)，阻抗变换器(12)组成通道A，而由D/A转换器(14)，数控放大器(15)、功率放大器(16)，阻抗变换器(18)组成完全对称的通道B。这两路通道的各个部件数据线均连接在单片机的8位数据总线Do-D7上，片选信号则由片选择码器(7)提供，由于该机所需要的中频载频电流和低频调制电流均由单片计算器处理系统的CTC时钟分频获得，不用另设频率发生器，减少了元器件，因此线路简单，体积小。单片微处理计算器对所选定的蕊片进行写操作时的数据，由数据锁存译码器(6)通过两位LED数码管(21)作为数值显示器显示出来，通过调整数控放大器(9)和(15)的放大倍数，使当“选择键(2C)”设置在“A通道输出电流(3C)”或“B通道输出电流(3D)”时，数值显示器(21)所显示的值(0-99)就是对应于A通道或B通道的输出电流值(0-99mA)。A、B两通道的音响音量控制均由一个数控音响放大器(13)来实现，但每个通道的发音则由每个通道的功率放大器(10)(16)给出同步信号。当有输出时，音响同步发出声音，两个通道的音响分别模拟吸气和呼气声，治疗结束时，仪器自动停止输出，音响发生呼叫声，提示治疗结束。为直观显示输出电流，仪器还配有两条10段LED条形数码管(11)和(17)，同步显示两个通道的输出电流值。
下面通过实施例详述本发明的使用方法及治疗效果。
实施例一、本发明是以下述方法使用的1，接通电源，处方显示灯(3E)亮，按动选择键(2C)后，在数值显示器(21)上显示当前处方号码数，然后按动递增键(2E)、递减键(2D)，选取所需的治疗处方号码，以数值显示器(21)的数字显示为准;
2，按动选择键(2C)，处方显示灯(3E)灭，A通道电流指示灯(3C)亮，此时根据数值显示器(21)的显示数，按动递增键(2E)、递减键(2D)，选取所需的电流幅值;
3，按动选择键(2C)，使A通道电流指示灯(3C)熄灭，B通道电流指示灯(3D)同时亮，如2方法相同，选取所需的电流幅值;
4，按动选择键(2C)，使B通道电流指示灯(3D)熄灭，同时定时显示灯(3A)亮，如上述选择方法，选取了所需的治疗时间;
5，再按动选择键(2C)，定时显示灯(3A)灭，音量指示灯(3B)亮，仍用递增键和递减键选取输出音量的电流值后，按动开始键(2A)，将治疗电极按治疗病种的不同放置在病人的有关部位上，进行开机治疗。
用上述方法共对30例慢阻肺患者进行治疗训练，均能在一周内掌握正确的深缓腹式呼吸办法，使潮气量增加，氧耗量减少，能量代谢下降，跨膈压增加。患者的胸闷、气紧等缺氧症状明显得到改善，对慢阻肺进行康复治疗有明显效果。
实施例二、患者冯某，65岁，反复咳嗽气促10年，肺功能检查诊断为COPD。采用本发明所说机器进行治疗。患者仰卧位或坐位，把A通道电极辅设置于枕部，作用极置于颈部两侧的膈神经点(锁骨上2-3厘米，胸锁乳定肌外侧缘)，分别用松紧带或橡皮胶固定电极;另B通道电极分置于两侧中下腹部，用松紧带固定。先接通电源开关，处方显示灯(3E)亮，按动递增键(2E)、递减键(2D)，根据数值显示器(21)上的显示选择治疗处方。本例先用7号处方(呼吸频率为10次/分，吸气2秒停1秒，呼气2秒停1秒，再转吸气2秒……)，选定后，按动选择键(2C)，调好A通道的输出电流幅值，再按动选择键(2C)，调定B通道输出电流幅值，再按选择键(2C)，调定治疗时间(一般为10分钟)及音量输出幅值，然后按开始键(2A)。首先是A通道输出低频双向方波刺激膈神经，同时声音显示器(19)发出模拟吸气声2秒，并在10段LED数码管(11)上显示输出电流的大小，然后按程序停顿1秒钟，由B通道输出随时间正比例增幅的低频调制正弦波电流，刺激腹肌，其电流幅值从50%逐渐升到100%，同时发出呼气声音2秒，并在10段LED数码管(17)上以光显示电流的大小，再停顿1秒，转由A通道继输出低频双向方波电流……。由于电刺激膈肌神经引起膈肌运动量增大，人的吸气量就增多;电刺激腹肌使病人呼气量增大，减少肺内残余气量。另外在训练治疗的过程中，伴有声光模拟信号，使病人能主动随其进行动作可以更快地掌握正确的呼吸方法。在使用7号处方治疗2天后，改用9号处方(呼吸频率7.5次/分，A通道吸2秒，停1秒，B通道呼4秒，停1秒，A通道吸2秒……)，治疗二周(一个疗程15天)，每天1次，症状消失，肺通气功能增加，血PO2上升，PCO2下降，运动能力增强。
实施例三，患者李某，60岁，反复咳嗽，胸闷气促5年，呼吸加剧2周，痰多，稠，难咯，诊断为慢支急发，慢性阻塞性肺气肿。
首先采用微电脑肺功康复治疗机进行排痰治疗。将A通道的两个电极分置于右前胸和左后背;B通道的两个电极置于右后胸和左前背。开机后选择29号处方(两个通道的差频为70Hz)，调定A、B通道的电流幅值一样，不用调音量输出，只调好定时20分钟，按动开始键(2A)，两个通道电极同时送出正弦波电流，其中A通道电流为4KHz的正弦电流，B通道为4070Hz的正弦电流，两组电流在气管区交叉形成70Hz的差频干扰场，该70Hz的差频电流振荡着气管，每天1次，治疗15天后，排痰量增加，病人可以自己咳出，症状明显减轻，肺通气功能明显好转。
实施例四，患者梁某，70岁，双膝关节肿疼2月，X光检查诊断双膝关节骨质增生。采用微电脑肺功能康复治疗机进行调制中频治疗。将A、B通道的两对电极分别置于双膝前后。接通电源选择治疗处方，本病例采用24号处方(A通道、B通道同时输出多种波形的不同频率不同幅度的调频中频电流)，然后调整A通道和B通道的输出电流幅值。再设定治疗时间为20分钟，不需调节音量输出。由于A、B通道同时输出多种波形组合的中频调制电流，如先输出正弦波1分钟，再输出锯齿波3分钟，再输出方波5分钟……等等，由于波形和频率在治疗过程中不断变换，患部不容易对电流产生适应性，故可提高治疗效果。该患者经过每天治疗一次，10天一个疗程，双膝关节肿痛消失。
由于采用了本发明所说的用一块EPROM存贮多种电疗处方，然后通过两个D/A变换器实现两路的数控调制和数模变换，可以分别用于慢性阻塞性肺病的呼吸电刺激训练治疗、排痰治疗和多种疾患的调制中频治疗。在呼吸电刺激训练治疗中，以模拟“呼吸”声音，帮助患者随其掌握正确的呼吸方法，提高肺通气功能，减轻或解除病状，达到康复。本发明所说的微电脑肺功康复治疗机由于由单片计算器处理系统贮存了大量的编码数据，结构紧凑，医护人员操作简便，一机多用，可广泛用于康复中心医院、卫生院以及家庭病人使用。
权利要求
1.一种微电脑肺功能康复治疗机，由带键盘的主机、数值显示器、声光显示器和两对治疗电极组成，其特征在于所说的键盘是由六个输入键组成，分别为开始键(2A)、暂停键(2B)、选择键(2C)、递减键(2D)、递增键(2E)和复位键(2F)，声音显示器采用两只机内喇叭(19)、(20)或两只外接喇叭，光显示器采用两条不同颜色的10段LED条形数码管(11)(17)，数值显示器采用一个两位LED数码管(21)。
2.根据权利要求1所说的微电脑肺功能康复治疗机，其特征在于所说的主机是由单片计算器处理系统分别通过两路D/A转换器(8)(14)经各自的数控放大器(9)(15)，从功率放大器(10)(16)送到阻抗变换器(12)(18)接到各自的治疗电极组成。
3.根据权利要求2所说的微电脑肺功能康复治疗机，其特征在于所说的单片计算器处理系统是由单片机(1)、地址存贮器(4)、数据存贮器(5)组成，经地址总线由片选择码器(7)提供给各部件片选信号。
4.根据权利要求1所说的微电脑肺功能康复治疗机，其特征在于所说的存贮器(5)采用一块EPROM，按程序编存有数种波形数据、键盘操作程序和三组不同用途的治疗处方。
5.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的单片计算器处理系统所输出的中频载频电流和低频调制电流均由CTC时钟分频获得，不另设频率发生器。
6.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的两路D/A转换器(8)、(14)可分别控制调制从数据存贮器(5)所送出信号的调制幅度。
7.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的存贮器(5)所编存的各种波形信号，处方信号等均由单片计算器处理系统通过D/A转换器(8)、(14)产生。
8.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的两对治疗电极输出用于呼吸电刺激训练处信号时，以0-2秒的停顿间隙交替分别输出一组低频双向方波和一组随时间递增的低频调制正弦波，同时两个喇叭(19)(20)和两条10段LED条形数码管(11)(17)与其同步输出“呼”或“吸”的声音和光显信号。
9.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的随时间递增的低频调制正弦波，其调制幅度随时间增加以50%上升到100%。
10.根据权利要求2所说的微电脑肺功康复治疗机，其特征在于所说的声光显示器中，每一个喇叭和一个10段LED数码管并联接在功率放大器(10)或(16)的后面，与功率放大器同步输出。
全文摘要
一种微电脑肺功能康复治疗机，由一块EPROM存贮多种波形编码数据、多组治疗处方和键盘操作程序，分别由两块D/A变换器实现同步或异步数控调制和数模变换输出信号，既可配以送出两组不同的声光显示信号用于呼吸电刺激训练、排痰治疗，又可以用于各病种的理疗。本发明结构简单，操作简便，一机多用，可广泛适用于康复中心、医院、卫生院门诊以及家庭保健康复治疗。
文档编号A61H31/00GK1085457SQ9311654
公开日1994年4月20日 申请日期1993年8月29日 优先权日1993年8月29日
发明者张鸣生 申请人:广州市红十字会医院