便攜式可穿戴的超聲理療儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(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)傷類患者的體外物理治療。
【專利說(shuō)明】便攜式可穿戴的超聲理療儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型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。

【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]超聲波在生物組織中的衰減值隨頻率近乎線性增加，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)。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]現(xiàn)有的超聲理療儀大多操作繁雜，沒(méi)有專家療方功能，治療頻率多為單一且固定的IMHz或3MHz，輸出聲功率在2W/cm2以內(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IMHz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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型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)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]—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；
[0010]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。
[0011]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)。
[0012]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足要求的超聲波信號(hào)，并使其穩(wěn)定、可靠地工作；
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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lMHz、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。
[0018]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，便于用戶進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)而選擇適當(dāng)?shù)闹委燁l率。
[0019]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?。幌辔徊顧z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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]專家控制模塊包括預(yù)先設(shè)置的專家療方，可通過(guò)人機(jī)交互模塊進(jìn)行調(diào)用，專家療方針對(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)。
[0024]所述的專家療方可對(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，IMHz頻率適合2.5 cm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)。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0026](I)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10-100%可調(diào)，多個(gè)治療頭輸出，使用方便；
[0027]能夠產(chǎn)生多個(gè)中心頻率的超聲激勵(lì)信號(hào)，且在0-3.5MHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可以輸出連續(xù)波形和脈沖波形，脈沖波形占空比10-100%可調(diào)，治療時(shí)間0-30分鐘可調(diào)；
[0028](2)超聲治療頭有效輻射面積為3-9 cm2，優(yōu)選為5cm2，有效輸出聲強(qiáng)彡3ff/cm2 ；輸出聲功率高，用戶可選擇范圍大；超聲治療頭具有多個(gè)，可進(jìn)行多個(gè)部位同時(shí)治療；
[0029](3)具有頻率自動(dòng)跟蹤功能，使換能器始終工作在諧振點(diǎn)附近，提高設(shè)備效率和使用者舒適度；
[0030](4)在線溫度監(jiān)測(cè)，過(guò)溫保護(hù)功能；根據(jù)使用對(duì)象的不同，可以對(duì)溫度安全閾值進(jìn)行微調(diào)，提聞治療效果；
[0031](5)具有專家療方功能，采用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互，簡(jiǎn)單、方便、直觀。
[0032]上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0034]圖1為本實(shí)用新型的總體框架圖。
[0035]圖2為本實(shí)用新型的DDS模塊的電路原理圖。
[0036]圖3為本實(shí)用新型的功放模塊的電路原理圖。
[0037]圖4為本實(shí)用新型的治療頭模塊構(gòu)造框架圖。
[0038]圖5為本實(shí)用新型的治療頭模塊的電路原理圖。
[0039]圖6為本實(shí)用新型的頻率跟蹤模塊的電路原理圖。
[0040]圖7為本實(shí)用新型的頻率跟蹤模塊的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)施過(guò)程做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042]實(shí)施例1:
[0043]參見(jiàn)圖1所示，一種智能雙頻超聲理療儀，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和溫度控制模塊8 ；
[0044]所述供電模塊I包括一 220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊101，所述220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊101連接有一電平轉(zhuǎn)換模塊102 ；220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊101將交流220V轉(zhuǎn)換成直流15V用于給推挽功放電路503提供電源；電平轉(zhuǎn)換模塊102，將直流15V電壓轉(zhuǎn)換為主控模塊3和人機(jī)交互模塊2所需的各種電壓。
[0045]所述人機(jī)交互模塊2包括觸摸屏201和狀態(tài)顯示燈202 ;通過(guò)觸摸屏201可以設(shè)定各種治療參數(shù)，例如治療時(shí)間、治療頻率、治療強(qiáng)度和占空比等；同時(shí)還可以調(diào)用專家療方功能，操作方便、直觀、簡(jiǎn)潔；狀態(tài)指示燈202用于實(shí)時(shí)顯示理療儀的運(yùn)行狀態(tài)。
[0046]所述主控模塊3包括一微處理器301，所述微處理器301連接有一 DDS電路401、占空比調(diào)節(jié)電路403、數(shù)字電位計(jì)504、頻率切換與匹配電路601、相位差檢測(cè)電路702、溫度采樣電路801和過(guò)溫保護(hù)電路802 ;微處理器主要根據(jù)用戶設(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足要求的超聲波信號(hào)，并使其穩(wěn)定、可靠地工作；
[0047]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)電路與微處理器301相連；DDS發(fā)生電路401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402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403用于控制輸出超聲波信號(hào)的占空比，微控制器301通過(guò)控制占空比調(diào)節(jié)電路403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。
[0048]所述的功放模塊5包括一級(jí)放大電路501，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與微處理器相連301，所述一級(jí)放大電路的輸出端連接二級(jí)放大電路502，所述二級(jí)放大電路502輸出端連接一推挽功放電路503 ；DDS發(fā)生電路401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501實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的初步放大,二級(jí)放大電路502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503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301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。
[0049]所述治療頭模塊6包括一頻率切換與匹配電路601，所述頻率切換與匹配電路601的輸入端連接推挽功放電路503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301 ;所述頻率切換與匹配電路601的輸出端連接一換能器602 ;頻率切換與匹配電路601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；二是阻抗匹配，使換能器602工作在串聯(lián)諧振純阻態(tài)，提高設(shè)備的效率；換能器602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。
[0050]所述頻率跟蹤模塊7包括一電流電壓采樣電路701，所述電流電壓采樣電路701的輸入端連接換能器602 ;所述電流電壓采樣電路701的輸出端連接一相位差檢測(cè)電路702，所述相位差檢測(cè)電路702的輸出端連接微控制器301 ;電流電壓采樣電路701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702用于判斷電壓電流信號(hào)的相位差，微控制器301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。
[0051 ] 所述溫度控制模塊8包括一溫度采樣電路801，所述溫度采樣電路801連接過(guò)溫保護(hù)電路802和微控制器301 ;溫度采樣電路801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802切斷輸出，確保使用者安全。
[0052]所述的電平轉(zhuǎn)換模塊102連接所述的微處理器301，所述的220V交流轉(zhuǎn)直流15V電源模塊101連接推挽功放電路503。
[0053]所述觸摸屏201和狀態(tài)指示燈202分別連接在所述的微控制器301上。
[0054]具體的:
[0055]人機(jī)交互模塊2中，觸摸屏201包括用戶參數(shù)的輸入和顯示，采用串口真彩屏，用微處理器301的串口來(lái)控制；狀態(tài)指示燈202主要用來(lái)實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)微處理器301的I/O控制。
[0056]主控模塊3中，微處理器301米用ST公司的基于ARM核心的32位微處理器STM32F103芯片，最高72MHz工作頻率，其內(nèi)置2個(gè)12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，2個(gè)12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A，多達(dá)7個(gè)定時(shí)器，具有SP1、USB、CAN、IIC、USART等通信接口。微處理器301主要根據(jù)用戶設(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足要求的超聲波信號(hào)，并使其穩(wěn)定、可靠地工作。
[0057]供電模塊I中，采用賽思德隔離電源SAS100-15-K，功率100W，輸入交流電壓范圍165-265VAC,輸出直流15V電壓信號(hào)，給推挽功放模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊提供電源；電平轉(zhuǎn)換模塊采用多個(gè) DC-DC模塊，分別完成 DC15V-DC12V、DC12V-±9V, DC9V-DC5V, DC5V-DC3.3V 等電平的轉(zhuǎn)換。
[0058]實(shí)施例2:
[0059]參見(jiàn)附圖2，微處理器控制DDS集成芯片產(chǎn)生超聲激勵(lì)信號(hào)，DDS集成芯片采用AD公司的AD9851，輸出頻率最高180MHz，可以產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等輸出信號(hào)，功耗低。通過(guò)串行總線連接微處理器，采用50MHz有源晶振作為參考時(shí)鐘，輸出的正弦波激勵(lì)信號(hào)通過(guò)R、L、C組成的低通濾波電路；濾除諧波干擾后的信號(hào)進(jìn)入占空比調(diào)節(jié)電路；占空比調(diào)節(jié)電路由高速模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)成，微處理器通過(guò)調(diào)節(jié)輸入B端信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)占空比的控制:B端高電平時(shí)，fout=fin; B端低電平時(shí)，fout=GND(0V)，在一個(gè)固定周期內(nèi)，調(diào)節(jié)高低電平的時(shí)間，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)激勵(lì)信號(hào)占空比的控制。
[0060]實(shí)施例3:
[0061]參見(jiàn)附圖3，功放模塊中，U4組成一級(jí)放大電路，激勵(lì)信號(hào)由同相端輸入，構(gòu)成同相比例放大電路，放大倍數(shù)由數(shù)字電位計(jì)的輸出阻值與R3的比值確定，微處理器通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)字電位計(jì)輸出阻值的大小，從而控制輸出電壓的大小，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的控制；U4輸出的功率在IW左右；C5為耦合電容；Q3構(gòu)成二級(jí)放大電路，R4、R5通過(guò)分壓后構(gòu)成偏置電路，R6、C6作用是反饋補(bǔ)償，Q3放大后輸出功率達(dá)到5W左右，通過(guò)變壓器Tl耦合到推挽功放電路；V_setl、V_set2用來(lái)設(shè)置Ql、Q2的靜態(tài)工作電流，其大小在0-6V可調(diào)，QU Q2為功率MOS管，T2為輸出變壓器，L4為扼流線圈，濾除高頻對(duì)直流電源的影響。
[0062]實(shí)施例4:
[0063]參見(jiàn)附圖4和5，超聲治療頭的模塊構(gòu)造框架如圖4所示。圖5中，U6為頻率切換繼電器，微處理器根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置，控制U6輸出不同中心頻率，(如IMHz或者3MHz)的超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)；匹配電路的作用是提高系統(tǒng)的效率。換能器發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電路總阻抗不是純阻態(tài)；匹配電路一方面加入匹配電感或電容使電路呈純阻態(tài)，此時(shí)換能器的阻抗最小；把超聲驅(qū)動(dòng)電路看做一個(gè)電源，換能器作為負(fù)載，由電路理論知識(shí)可知:當(dāng)電源內(nèi)阻等于負(fù)載阻抗時(shí)，負(fù)載獲得的功率最大。匹配電路另一方面即是進(jìn)行阻抗變換，使得換能器能夠獲得最大的功率輸人，次功能由變壓器T2實(shí)現(xiàn)。根據(jù)治療頭的數(shù)量設(shè)置，U6可以有多個(gè)頻率輸出模塊。
[0064]實(shí)施例5:
[0065]參見(jiàn)附圖6和7。圖5為電壓、電流采樣的原理圖。采樣電路既不能影響原來(lái)的主電路，又要能準(zhǔn)確采集所需信號(hào)，并盡量保證信號(hào)不失真。電壓采樣是在高頻功率變壓器T2的磁心上另饒一組繞組，繞組兩端接可調(diào)電位器RV，已調(diào)整輸出的采樣電壓大小；電流采樣可由電阻、霍爾電流傳感器或電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電阻由于直接與換能器串聯(lián)，其阻值過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗及壓降，而阻值過(guò)小則會(huì)使信號(hào)太弱，因此設(shè)計(jì)比較麻煩；霍爾電流傳感器精度比較高，但成本很高，且應(yīng)用頻率較低；本實(shí)用新型采用電流互感器進(jìn)行電流采樣，電流互感器T3串聯(lián)在超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)和換能器之間，功率電阻Ri將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。
[0066]參見(jiàn)圖7所示，兩個(gè)運(yùn)放U7、U8組成的兩個(gè)過(guò)零比較器，將輸入的同頻率的采樣電流、采樣電壓信號(hào)整定成為同周期的方波信號(hào)；U9、UlO是兩個(gè)反相器，提高過(guò)零比較器輸出方波的前后沿陡度；U11為D觸發(fā)器，整定后的電流、電壓方波信號(hào)分別輸入到D觸發(fā)器的D端和CLK端，若電壓超前電流，則D觸發(fā)器的Q端輸出電平Sig_hl為邏輯“O”;若電流超前電壓，則D觸發(fā)器的Q端輸出Sig_hl電平為邏輯“I”； D觸發(fā)器的Q端輸出電平Sig_hl輸入到微處理器，作為微處理器控制時(shí)增加或減小頻率的依據(jù)。兩個(gè)方波信號(hào)同時(shí)也輸入到與門(mén)U12，得到體現(xiàn)相位差的脈寬信號(hào)輸出Sig_ph，若電壓和電流相位相同，則該脈寬信號(hào)Sig_ph的占空比為50% ;如果二者存在相位差，則輸出的脈寬信號(hào)Sig_ph的占空比必然小于為50%，這個(gè)輸出的占空比Sig_ph即反映了電流、電壓相位差的大小，Sig_ph信號(hào)也輸入到微處理器，這樣微處理器通過(guò)不斷掃描Sig_hl、Sig_ph信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的占空比大小和電流的超前或滯后關(guān)系通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生DDS發(fā)生器的頻率增量，從而調(diào)整超聲激勵(lì)信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)頻率的自動(dòng)跟蹤，使得換能器始終工作在諧振狀態(tài)，提高系統(tǒng)的效率。
[0067]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
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(I)、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；其中，所述治療頭模塊(6)具有多個(gè)治療頭，且具有吸附結(jié)構(gòu)；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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于:治療頭的吸附部件為近似錐形的吸附罩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于: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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于:超聲治療頭有效輻射面積為3-9cm2，有效輸出聲強(qiáng)< 3W/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于: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)，所述二級(jí)放大電路(502)輸出端連接一推挽功放電路(503)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于:所述治療頭模塊(6)包括一頻率切換與匹配電路(601)，所述頻率切換與匹配電路(601)的輸入端連接推挽功放電路(503)的輸出端；所述頻率切換與匹配電路(601)的輸入端還連接微處理器(301);所述頻率切換與匹配電路(601)的輸出端連接一換能器(602)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于:所述頻率跟蹤模塊(7)包括一電流電壓采樣電路(701)，所述電流電壓采樣電路(701)的輸入端連接換能器(602)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式可穿戴的超聲理療儀，其特征在于:所述電流電壓采樣電路(701)的輸出端連接一相位差檢測(cè)電路(702)，所述相位差檢測(cè)電路(702)的輸出端連接微控制器(301)，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。
【文檔編號(hào)】A61N7/00GK203971212SQ201420212059
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】顧華東, 陳瑞濤, 楊杰, 鄭陳琪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所