便攜式可穿戴的超聲理療儀制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種便攜式可穿戴的超聲理療儀，包括供電模塊（1）、人機(jī)交互模塊（2）、主控模塊（3）、DDS模塊（4）、功放模塊（5）、治療頭模塊（6）、頻率跟蹤模塊（7）；供電模塊包括可充電的聚合物電池，其治療頭模塊（6）具有多個(gè)治療頭，且具有吸附結(jié)構(gòu)，治療頭的吸附部件為近似錐形的吸附罩，超聲治療頭有效輻射面積為3-9cm2，有效輸出聲強(qiáng)≤3W/cm2。該治療儀器可輸出具有多個(gè)中心頻率的超聲波，且在0.5-3.5MHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，用于器質(zhì)性心血管病患者、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷性患者的治療。本理療儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率自動(dòng)跟蹤、穩(wěn)定度高、多頻、輸出功率高、易操作等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于對(duì)器質(zhì)性心血管病患者、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷類(lèi)患者的體外物理治療。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
便攜式可穿戴的超聲理療儀
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種智能超聲理療儀，具體涉及一種用于器質(zhì)性心血管病患者、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷性患者體外物理治療的高科技超聲理療儀。
技術(shù)介紹
超聲波作用于人體組織會(huì)產(chǎn)生一定的生物效應(yīng)，如機(jī)械效應(yīng)、溫?zé)嵝?yīng)、空化效應(yīng)等，利用這些效應(yīng)可以達(dá)到某種治療目的，也就是所謂的超聲理療。超聲波在生物組織中的衰減值隨頻率近乎線(xiàn)性增加,即頻率越大,衰減系數(shù)越大,衰減越快，不同的超聲頻率將會(huì)導(dǎo)致超聲信號(hào)進(jìn)入人體深度有所不同；另一方面，過(guò)量的超聲波輻射會(huì)對(duì)人體造成傷害，針對(duì)不同的治療部位應(yīng)考慮采用不同劑量的超聲信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上較為流行的超聲治療儀大多數(shù)結(jié)構(gòu)相似，存在自動(dòng)化程度低，操作繁雜，可調(diào)節(jié)聲功率范圍窄，自動(dòng)保護(hù)功能弱等共同缺陷。超聲理療儀目前多采用單頻、固定頻率的技術(shù)方案,這種頻率是固定的,不可變的。單一頻率其治療部位有限，患者需要多個(gè)部位治療時(shí)，就需要另外的設(shè)備來(lái)完成。在治療過(guò)程中，由于溫度、環(huán)境等不同，導(dǎo)致超聲治療頭的諧振頻率發(fā)生改變，由于目前的超聲理療設(shè)備不具備頻率自動(dòng)跟蹤功能，就會(huì)出現(xiàn)頻率失調(diào)，從而會(huì)導(dǎo)致阻抗失配，降低效率，嚴(yán)重的不能正常工作。現(xiàn)有的超聲理療儀大多操作繁雜，沒(méi)有專(zhuān)家療方功能，治療頻率多為單一且固定的1MHz或3MHz，輸出聲功率在2W/cm2以?xún)?nèi)，單一治療頭，治療頭有效面積比較小。偶見(jiàn)雙頻雙治療頭的理療儀，其1MHz和3MHz治療頭的有效治療面積相差較大，輸出聲功率較小，不具備自動(dòng)頻率跟蹤功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種智能雙頻或多頻率的超聲理療儀，該智能超聲理療儀可以有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種智能超聲理療儀，包括供電模塊、人機(jī)交互模塊、主控模塊、DDS模塊、功放模塊、治療頭模塊、頻率跟蹤模塊、和/或溫度控制模塊；所述供電模塊包括一220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊，所述220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊分別連接有一電平轉(zhuǎn)換模塊和推挽功放電路；220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊將交流220V轉(zhuǎn)換成直流15V用于給推挽功放電路提供電源；電平轉(zhuǎn)換模塊，將直流15V電壓轉(zhuǎn)換為主控模塊和人機(jī)交互模塊所需的各種電壓。在另一實(shí)施方式中，供電模塊可包括可充電的聚合物電池。所述人機(jī)交互模塊包括觸摸屏和狀態(tài)顯示燈；通過(guò)觸摸屏可以設(shè)定各種治療參數(shù)，同時(shí)還可以調(diào)用專(zhuān)家療方功能，操作方便、直觀、簡(jiǎn)潔；狀態(tài)指示燈用于實(shí)時(shí)顯示理療儀的運(yùn)行狀態(tài)。所述主控模塊包括一微處理器，所述微處理器連接有一DDS電路、占空比調(diào)節(jié)電路、數(shù)字電位計(jì)、頻率切換與匹配電路、相位差檢測(cè)電路、溫度采樣電路和過(guò)溫保護(hù)電路；微處理器主要根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的治療參數(shù)，在設(shè)備的總體技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)，控制超聲治療頭模塊輸出滿(mǎn)足要求的超聲波信號(hào)，并使其穩(wěn)定、可靠地工作；所述DDS模塊包括一DDS發(fā)生電路，所述DDS發(fā)生電路的輸出端連接一低通濾波電路，所述低通濾波電路的輸出端連接一占空比調(diào)節(jié)電路，所述占空比調(diào)節(jié)電路與微處理器相連；DDS發(fā)生電路用于產(chǎn)生原始的超聲激勵(lì)信號(hào)，采用直接數(shù)字頻率合成器實(shí)現(xiàn)，具有頻率調(diào)整方便、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、輸出相位連續(xù)、全數(shù)字化和控制方便等優(yōu)點(diǎn)；低通濾波電路用于濾除DDS發(fā)生電路輸出的諧波干擾，諧波干擾主要來(lái)自參考時(shí)鐘，選擇7階巴特沃茲低通濾波器，巴特沃茲濾波器在通頻帶內(nèi)具有最平坦的幅頻特性，且衰減速率比較快；占空比調(diào)節(jié)電路用于控制輸出超聲波信號(hào)的占空比，微控制器通過(guò)控制占空比調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)超聲激勵(lì)信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出超聲信號(hào)占空比的控制。所述的功放模塊包括一級(jí)放大電路，所述一級(jí)放大電路的同相輸入端連接占空比調(diào)節(jié)電路的輸出端，實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比調(diào)制后的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；所述一級(jí)放大電路的反相輸入端連接一數(shù)字電位計(jì)，通過(guò)調(diào)整接入反相端電阻的大小，控制輸出信號(hào)的大小，經(jīng)過(guò)后續(xù)放大以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)治療強(qiáng)度的控制，所述的數(shù)字電位計(jì)與微處理器相連，所述一級(jí)放大電路的輸出端連接二級(jí)放大電路，所述二級(jí)放大電路輸出端連接一推挽功放電路；DDS發(fā)生電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)很微弱，需要經(jīng)過(guò)功率放大才能驅(qū)動(dòng)超聲換能器；一級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的初步放大，二級(jí)放大電路對(duì)一級(jí)放大電路輸出進(jìn)行進(jìn)一步放大，輸出幾W功率，最終再通過(guò)推挽功放電路進(jìn)行放大，輸出功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，推動(dòng)換能器工作；微控制器通過(guò)控制一級(jí)功放的放大倍數(shù)（反相端接入電阻大小），來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的調(diào)整。所述治療頭為一個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選為2-8個(gè)，且具有吸附部件，用于將治療頭吸附在治療部位。吸附部件為近似錐形的吸附罩，吸附區(qū)域可以為圓形或橢圓形。通過(guò)負(fù)壓作用使超聲治療頭與治療部位密切接觸，并且可通過(guò)調(diào)節(jié)吸附力的大小來(lái)調(diào)控治療頭與人體的作用壓力。每個(gè)超聲治療頭由2-5個(gè)超聲發(fā)射頭組合而成，且每個(gè)發(fā)射頭由主控模塊獨(dú)立控制，每個(gè)發(fā)射頭的面積為1-2cm2,。多個(gè)發(fā)射頭可組合成一字型、多邊形、十字交叉等形狀。所述治療頭模塊包括一頻率切換與匹配電路，所述頻率切換與匹配電路的輸入端連接推挽功放電路的輸出端；所述頻率切換與匹配電路的輸入端還連接微處理器；所述頻率切換與匹配電路的輸出端連接一換能器；頻率切換與匹配電路的作用有兩個(gè)：一是用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)中心頻率的切換，如1MHz、2MHz、3MHz；二是阻抗匹配，使換能器工作在串聯(lián)諧振純阻態(tài)，提高設(shè)備的效率；換能器用于將電能（超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（超聲波）輸出。所述治療頭上可以設(shè)置有回波傳感器，用以監(jiān)測(cè)超聲的傳輸聚焦深度，便于用戶(hù)進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)而選擇適當(dāng)?shù)闹委燁l率。所述頻率跟蹤模塊包括一電流電壓采樣電路，所述電流電壓采樣電路的輸入端連接換能器；所述電流電壓采樣電路的輸出端連接一相位差檢測(cè)電路,所述相位差檢測(cè)電路的輸出端連接微控制器；電流電壓采樣電路用于獲取換能器中電壓和電流的相位大小；相位差檢測(cè)電路用于判斷電壓電流信號(hào)的相位差，微控制器根據(jù)相位差的大小，調(diào)整頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻率的自動(dòng)跟蹤。所述溫度控制模塊包括一溫度采樣電路，所述溫度采樣電路連接過(guò)溫保護(hù)電路和微控制器；溫度采樣電路采用熱敏電阻，安裝在超聲治療頭模塊內(nèi)，靠近換能器，微處理器采集溫度后，判斷是否超過(guò)設(shè)定的安全閾值，如果超溫，控制過(guò)溫保護(hù)電路切斷輸出，確保使用者安全。所述的電平轉(zhuǎn)換模塊連接所述的微處理器，所述的220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊連接推挽功放電路。所述觸摸屏和狀態(tài)指示燈分別連接在所述的微控制器上。專(zhuān)家控制模塊包括預(yù)先設(shè)置的專(zhuān)家療方，可通過(guò)人機(jī)交互模塊進(jìn)行調(diào)用，專(zhuān)家療方針對(duì)不同的疾病預(yù)設(shè)置不同的頻率或頻率組合、功率大小、治療時(shí)間參數(shù)。所述的專(zhuān)家療方可對(duì)每個(gè)超聲發(fā)射頭的輸出頻率和功率進(jìn)行不同的設(shè)置，以使得圍繞中心治療部位作用的深度、截面、截面大小最優(yōu)化。如，針對(duì)所需治療的深度不同，超聲的頻率設(shè)置不同，3.5MHz頻率適合0.5cm左右的治療深度，2MHz頻率適合1.5cm左右的治療深度，1MHz頻率適合2.5cm左右的治療深度。針對(duì)病灶部位的深度范圍，可設(shè)置不同發(fā)射頭采用不同頻率的組合進(jìn)行治療。治療截面大小配合不同發(fā)射頭的功率大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果：（1）輸出超聲波可具有多個(gè)中心頻率，且在0.5-3.5MHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可輸出連續(xù)波和脈沖波，脈沖波形占空比10-本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于：包括供電模塊（1）、人機(jī)交互模塊（2）、主控模塊（3）、DDS模塊（4）、功放模塊（5）、治療頭模塊（6）、頻率跟蹤模塊（7）；供電模塊包括可充電的聚合物電池。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于：包括供電模塊(1)、人機(jī)交互模塊(2)、主控模塊(3)、DDS模塊(4)、功放模塊(5)、治療頭模塊(6)、頻率跟蹤模塊(7)；供電模塊包括可充電的聚合物電池；治療頭模塊(6)具有多個(gè)治療頭，且具有吸附結(jié)構(gòu)，治療頭的吸附部件為近似錐形的吸附罩；所述人機(jī)交互模塊(2)包括觸摸屏(201)和狀態(tài)指示燈(202)；所述主控模塊(3)包括一微處理器(301)；所述DDS模塊(4)包括一DDS發(fā)生電路(401)，所述DDS發(fā)生電路(401)的輸出端連接一低通濾波電路(402)，所述低通濾波電路(402)的輸出端連接一占空比調(diào)節(jié)電路(403)，所述占空比調(diào)節(jié)電路(403)與微處理器(301)相連；所述功放模塊(5)包括一級(jí)放大電路(501)，所述一級(jí)放大電路(501)的同相輸入端連接占空比調(diào)節(jié)電路(403)的輸出端，實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比調(diào)制后的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；所述一級(jí)放大電路(501)的反相輸入端連接一數(shù)字電位計(jì)(504)，通過(guò)調(diào)整接入反相端電阻的大小，控制輸出信號(hào)的大小，經(jīng)過(guò)后續(xù)放大以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)治療強(qiáng)度的控制，所述的數(shù)字電位計(jì)(504)與微處理器(301)相連，所述一級(jí)放大電路(501)的輸出端連接二級(jí)放大電路(502)，所述...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧華東，陳瑞濤，楊杰，鄭陳琪，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32