专利名称：微机化多通道自动控温中医灸疗仪的制作方法
技术领域：
本实用新型的名称是微机化多通道自动控温中医灸疗仪，属于医疗仪器技术领域。现有的灸疗仪器治疗头不多，不具备温度检测和控制功能，不能对治疗参数进行监测，无故障报警及异常保护功能，本实用新型的目的在于设计了一个新型的八个加温探头，应用现代电子及微机控制技术，研制出具有温度检测与控制、能对备类治疗头的治疗参数进行时实监测、具备故障报警及异常保护功能的多通道中医灸疗仪，实现中医经络理论循经取穴多穴位配穴施灸的要求，并设计出符合患者生理及病理特点的加热治疗升温曲线。
仪器的八个加温治疗探头，可以根据中医针灸辨证论治、循径取穴、主配穴结合的治疗原则，很方便地进行多穴位同时施治，也可根据临床需要多床位同时治疗，治疗时取穴不受患者体位限制。温度测量电路可同时测量八个探头的工作温度，测量值经八通道A/D转换器分时转换后送8031微处理器控制电路进行分析处理，根据处理结果由控制电路向探头加热电路和报警电路发出控制指令，同时8031控制电路还兼顾整个仪器的管理。探头加热电路的控制部分采用无触点固态继电器，与TTL电平兼容，灵敏度高，响应快，抗干扰能力强，工作稳定可靠。异常报警与电路受温度测量电路和8031控制电路的双重控制，可以避免因某一电路工作发生故障而造成的报警与保护失灵。控制键盘采用软触膜式结构，无旋钮、按键，工作界面简单明快，一目了然，操作非常简便。显示电路采用多位LED数码管，可同时显示工作时间、工作通道和工作温度。
微处理器控制的多通道自动控温灸疗仪包括以下关键技术带测温传感器的加温治疗探头；
·多通道高分辨率温度测量电路；·多通道闭环反馈加温控制电路；·异常报警与保护电路。
1.带测温传感器的加温治疗探头带测温传感器的加温治疗探头是整个灸疗技术最关键的部分。
治疗头的结构如图2、图3所示，图2为治疗头侧面的透视图，图中A1为治疗头外壳的上盖，A2为外壳的下底，B为热芯，B1为绕于热芯上的电热丝，C为放置灸物的空间，D为温度传感器，E为连接线电缆；图3为探头底面的示意图，图中A2为与皮肤接触的底面，C为放置药垫及隔灸物的圆柱形空间。
治疗头设计为圆柱形结构，以热的不良导体聚四氟乙烯(F-4)作外壳材料，保证了热量主要沿设计的传导通路向皮肤传导，加强了对穴位的热刺激作用。放置药垫的位置C是一个直径1～1.5cm，厚度为3～5mm的圆柱形空间，它可以放置药垫和其他隔灸物来模拟接触灸，也可以不放置任何物品来模拟非接触灸。热量仅仅集中于C这样小的面积，而且热芯具有稳定的温度。治疗头的中心为一个直径4mm的孔，可用于温度针灸，使用时将治疗头套于已刺入穴位的针体上，固定住即可。治疗头的发热材料采用电阻率稳定性高、易于焊接、具有较高机械强度、抗氧化和耐腐蚀性好、工作温度高的带聚脂漆包绝缘层的康铜丝(耐热级别为F级，155℃)。热芯B采用具有良好的导热性和耐腐蚀性、比热小、重量轻、易加工的金属铝，使用时我们对金属铝芯表面进行了直流电硫酸阳极氧化和浸漆两次绝缘处理。热芯的作用有两个1)作为骨架，需要将康铜丝绕于其上；2)导热作用，需要将电阻丝产生的热量快速、均匀地传至穴位皮肤表面。
温度传感器D放置于热芯B内，既减小了因温度传感器的放置位置造成的治疗头加工的难度，又使传感器本身的热响应时间降至最小，约0.2S。
2.多通道温度测量电路图4为PN结温度线性测量电路，它由恒流源、测量与定标电路、箝位电路及射极跟随器等几部分组成，这是多通道测量电路中的一个通道。在电路中，运放Y1与基准电压源Z1及电阻R1构成高精度恒流源，为测温PN结Z2提供50μA的恒定电流。Y2、Y3与电阻、电容构成PN结输出电压的线性检测放大电路与低通滤波电路。 W1、W2用来对测温电路的输出进行定标。从Y3输出的电压信号级R10、C5构成的滤波电路，再一次对信号的高频干扰进行滤除。稳压二极管Z3对输出信号进行箝位。Y4构成射极跟随器，进一步降低测量电路的输出阻抗，提高输出信号的稳定性。
图5为多通道测温电路的硬件框图，图中T1～T8为8个测温治疗头，M1～M8为8路独立的温度测量电路，其输出分别接至8通道模/数转换器ADC0809的8个输入端，ADC0809是CMOS8位单片模/数转换器，片内有8路模拟开关，控制选择8个模拟量输入通道IN0～IN7，8个模拟量输入通道由三位地址信号经译码来选择，芯片内部有此三位地址的锁存和译码电路。
3.闭环反馈加温控制电路及加热方式图6为微处理器控制的闭环反馈探头加热电路示意框图，包括温度负反馈单元Unit1、控制单元Unit2、探头加热执行单元Unit3三部分。Unit1由探头温度测量电路和多通道模/数转换电路组成，测温电路完成8探头的温度测量，其输出模拟量经微处理器控制的八通道模/数转换器ADC0809分时转换后，送Unit2单元进行处理。Unit2由中央微处理器8031及程序与数据存储器2764、6264、可编程I/O接口芯片8155等外围芯片组成，它负责对8路温度测量信号的采样控制、数据存贮、分析处理、向执行单元发出逻辑控制俱等工作。加热执行单元Unit3由治疗探头、加热恒压源与加热控制电路组成，探头的发热电阻丝由恒压源供电发热，其加热方式由加热控制电路接收Unit2单元发出的控制信号来实现。
微处理器控制的闭环反馈加热电路的工作由软件引导完成。为了编程与修改的方便，电路的软件采用模块式结构，主要分为主程序模块。主程序模块负责电路的初始化，包括各标志位的复位，8155各口的设定以及8031CPU定时器的设定等工作。中断服务程序模块负责电路的键盘控制处理、灸疗工作时间的计时、各通道异常报警及保护处理、各通道的温度控制以及显示方式与显示内容的控制等各个子程序模块的工作。
加热控制电路即闭环反馈加热控制电路中的执行单元Unit3，是一个电热型功率接口电路，由数字逻辑电路DC1、固态继电器SSR及被控制的发热体—电阻丝B1组成，见图7。图中DC1为数字电路组成的逻辑控制器，它受可编程I/O接口芯片8155PA口和8路报警保护信号K1～K8的双重控制，DC1将输入信号经逻辑变换后向电热功率接口器件固态继电器SSR发出通断控制信号，由SSR接通或断开施加于发热电阻丝B1两端的恒定电压，从而达到控制探头发热过程的目的。
考虑到测温电路热响应速度造成的测温滞后，加热过程应减小过冲以提高控温精度，为此，设计了两种加热方式来控制治疗探头的加热过程，连续加热方式与断续加热方式。控制程序中将两种加热方式综合运用，加热开始时采用连续加热方式，降低探头的升温速度，减小因热响应时间引起的温度传导滞后效应造成的温度过冲现象。
本仪器设计了温灸、雀啄灸两种灸疗模式。两种灸疗模式与治疗头相配合，能模拟传统的艾条灸、艾炷灸、太乙神针灸、瘢痕灸、隔物灸、温针灸等多种不同灸法。
4.加热过程监测、异常报警与保护电路灸疗作为一种热刺激疗法，操作不当或仪器故障容易造成加热过程失控而伤及患者(瘢痕灸除外)，因此，治疗过程监测与过热保护及故障报警技术在现代灸疗仪器中是必不可少的。
实时显示8路探头的温度变化，监测8路探头的加热升温过程，可使医生及时了解不同患者或同一患者不同施灸部位对热刺激的耐受程度，指导医生设计相适应的治疗方案，这对于患脑部疾病造成热感知功能损伤的患者尤为重要，同时8路探头加热过程的实时监测可以显示各通道是否处于正常工作状态，提高灸疗仪的安全可靠性。为此，本仪器设计了6位LED数码管监测显示电路，它既可作为人机对话界面用于治疗参数的设定，又可用于加热过程实时监测。它可对任一通道同时显示设定的治疗时间、通道号及治疗头的实测温度，每个通道工作状态的显示时间为3秒。
为确保患者的人体安全，本仪器设计了主、辅两套报警保护电路，两套电路相互独立，互不干扰，图8为其电路示意框图。
主电路C1为8031单片机控制单元，它既是探头加热过程的控制电路，又是整个仪器主报警保护电路，探头异常工作的状态的识别、声光报警以及过热保护功能的实现都是通过控制软件完成的。
辅助报警与保护电路G2是为防止单片机控制电路发生故障而导致加热控制及报警与保护失灵而设计的。它由判断识别电路S1、声光报警电路S2及过热保护电路S3组成。辅助报警与保护分非启动状态和启动状态两种情况分别予以判断。在非启动状态下，将探头温度超过45℃视为异常；在启动状态下，将探头的正常工作范围设定为45～70℃，低于45℃高于70℃都将视为异常工作状态。判断识别电路S1对8个探头的实际温度进行监测，当出现异常工作通道时，它给出相应的控制信号于声光报警电路S2及过热保护电路S3，由声光报警电路给出对应通道的声光报警信号Vsi，过热保护电路发出控制信号Vki，关闭对应通道的加热电路使探头处于非工作状态。
本仪器自动化程度很高，操作简便，治疗效果好。
图1微机化多通道自动控温中医灸疗仪原理示意图1-治疗探头(加热芯、温度传感器)2-治疗探头加热电路3-温度测量电路4-异常报警与保护电路5-A/D转换器6-8031微处理器控制电路7-控制键盘8-显示电路图2治疗探头侧视图图3治疗探头底面示意图图4PN结温度线性测量电路图5灸疗仪多通道测温电路硬件结构示意图图6闭环反馈加热控制电路结构示意图图7加热控制电路结构示意图图8过热保护与故障报警电路结构示意图其中T1～T8治疗探头M1～M8(MCircuitl-eircuit8)探头测 温电路 Cont.1-cont.8加热电路ADC08098个通道的模/数转换器8031微处理器 2764存储器6264存储器8155存储器DL1数字逻辑电路 Vc恒压源SSR1-SSR8固态继电器Y1、Y2、Y3、Y4运算放大器Z1稳压管A1治疗头外壳上盖Z3稳压管A2外壳下底Z2PN结热敏二极管C放置隔灸物的空间W1电位器B热芯W2电位器B1电热丝D温度传感器 E连续电缆参考文献1.综合治疗仪(中国专利90212332.7)2.甲淋电燃艾灸器(中国专利91205073.x)3.袖珍型电热式灸疗仪(中国专利90217710.9)4.电药灸治疗仪(中国专利892214133.6)5.智能控制艾灸器(中国专利92114082.x)6.自动艾灸治疗仪(中国专利9110647.2)
权利要求1.一种由治疗探头，探头加热电路，A/D转换器、控制键盘、显示电路，多通道测温电路，异常报警与保护电路、8031微处理器控制电路构成的微机化多通道自动控温中医灸疗仪，其特征在于它具有八个加温治疗探头，每个治疗探头由加热、测量元件构成，可外配药垫，适用于温灸、隔物灸、雀啄灸、温针灸等多种中医灸法，探头是8个头的，园柱形、直径25mm，厚17mm，中心有一个直径4mm孔，用于温针灸，聚四氟乙烯(F-4)作外壳，外壳有上盖(A1)、下底(A2)、金属铝制成的热芯(B)，用康铜丝制成的电热丝(B1)绕于热芯(B)上，温度传感器D放置于热芯B内，是由点状PN结热敏二级管构成，C是一个直径1～1.5mm、厚3-5mm的圆柱形空间，药垫及隔灸物放置其间。
专利摘要本实用新型的名称是微机化多通道自动控温中医灸疗仪，属于医疗仪器技术领域。现有的灸疗仪器治疗头不多，不具备温度检测和控制功能，不能对治疗仪参数进行监测，无异常报警及保护功能。本实用新型的目的在于设计一个新型的八个加温治疗探头，与8031微处理器控制电路等构成整个灸疗仪。每个探头用四氟乙烯作外壳，内有加热、测量元件，外配药垫，通过电路控制，完成多种中医灸法，并且可以实施异常报警。本仪器设计了主、辅两套报警保护电路，互相独立，互不干扰。本仪器技术先进，操作简便，效果好。
文档编号A61H39/00GK2235279SQ9521354
公开日1996年9月18日 申请日期1995年6月22日 优先权日1995年6月22日
发明者关晓光, 殷涛, 石学敏, 徐圣普, 韩景献, 赵金城 申请人:中国医学科学院生物医学工程研究所