用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器，由AC-DC模塊、n組DC-DC升壓模塊(n≥2)、n組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊(n≥2)、主控模塊四部分組成。AC-DC模塊將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，連接到n組DC-DC升壓模塊的輸入端；n組DC-DC升壓模塊將AC-DC模塊輸出的直流電壓升壓變換成n路直流高壓，給n組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的n個(gè)儲(chǔ)能電容供電；n組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊在主控模塊的控制下，對(duì)外接的n個(gè)刺激線圈放電；主控模塊通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡接口，與計(jì)算機(jī)連接；在計(jì)算機(jī)的控制下，主控模塊控制n組DC-DC模塊的接入和充電電壓，控制n組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊對(duì)刺激線圈放電，并對(duì)電源的溫度/電壓狀態(tài)進(jìn)行采集。本發(fā)明包含了多路充電電源模塊，多個(gè)儲(chǔ)能電容，多個(gè)放電控制開(kāi)關(guān)，一臺(tái)相當(dāng)于多臺(tái)經(jīng)顱磁刺激高壓脈沖電源發(fā)生器，可以實(shí)現(xiàn)多線圈同時(shí)刺激，也可以各個(gè)線圈分別刺激。
【專利說(shuō)明】
用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于經(jīng)顱磁刺激領(lǐng)域，特別涉及一種用于經(jīng)顱磁刺激的高壓脈沖電源發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)盧頁(yè)磁刺激(TranscranialMagnetic Stimulat1n，TMS)由英國(guó)的 Barker 等學(xué)者于1985年首先創(chuàng)立，利用時(shí)變脈沖電磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)作用于大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)，改變大腦皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的膜電位，影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動(dòng)，從而引起一系列生理生化反應(yīng)的一種大腦神經(jīng)領(lǐng)域治療方法，具有無(wú)痛、無(wú)損傷、無(wú)X線輻射等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，重復(fù)經(jīng)顱磁刺激技術(shù)(Repeated TMS，rTMS)在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、臨床神經(jīng)精神疾病及康復(fù)領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的認(rèn)可。2002年以色列批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用，2008年美國(guó)食物與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)使用于抗藥物難治性抑郁癥。中國(guó)國(guó)藥監(jiān)械
[2002]302號(hào)批準(zhǔn)磁刺激器為II類醫(yī)用電子儀器設(shè)備。
[0003]經(jīng)顱磁刺激設(shè)備主要由高壓脈沖電源發(fā)生器、刺激線圈和控制計(jì)算機(jī)組成。其工作原理為:控制計(jì)算機(jī)對(duì)高壓脈沖電源發(fā)生器發(fā)出充電/放電指令；充電時(shí)高壓脈沖電源發(fā)生器對(duì)內(nèi)部?jī)?chǔ)能電容充電；放電時(shí)儲(chǔ)能電容對(duì)刺激線圈放電，產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，作用于腦部，產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)。
[0004]高壓脈沖電源發(fā)生器是經(jīng)顱磁刺激設(shè)備的核心，主要包括高壓脈沖電源，儲(chǔ)能電容，可控硅開(kāi)關(guān)，反向二極管，其功能為接受計(jì)算機(jī)的控制指令，為儲(chǔ)能電容充電，并控制儲(chǔ)能電容放電。
[0005]目前市場(chǎng)上的經(jīng)顱磁刺激設(shè)備由一臺(tái)高壓脈沖電源發(fā)生器和一個(gè)刺激線圈組成，如中國(guó)專利CN101984548A，此類設(shè)備的缺點(diǎn)是單獨(dú)一臺(tái)設(shè)備不能同時(shí)刺激多個(gè)部位。中國(guó)專利CN101234231A提出了一種多個(gè)刺激線圈的磁刺激器，特征之一為一臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)高壓電源，一個(gè)儲(chǔ)能電容，連接多個(gè)線圈；特征之二為多個(gè)電源，連接多個(gè)電容、多個(gè)放電開(kāi)關(guān)和多個(gè)線圈。這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜，效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器，從電源設(shè)計(jì)的角度，把各個(gè)電路模塊集成到一個(gè)電源發(fā)生器內(nèi)部，減少了 TMS系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了 TMS系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的電源效率。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的:
[0008]用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器，由AC-DC模塊、η組DC-DC升壓模塊(η彡2)、η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊(η彡2)、主控模塊四部分組成。其中，
[0009]AC-DC模塊將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，其特征在于，一路交流輸入，η路直流輸出，并聯(lián)接到η組DC-DC升壓模塊的輸入端；
[0010]η組DC-DC升壓模塊將AC-DC模塊輸出的直流電壓升壓變換成η路直流高壓，給η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的η個(gè)儲(chǔ)能電容供電，其特征在于DC-DC升壓模塊的接入受控于控制模塊，輸出的電壓范圍O?2000V可調(diào)，輸出電壓值受控于控制板的O?1V的直流電壓信號(hào);
[0011]η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊，其特征為每一組都包括一個(gè)儲(chǔ)能電容，一個(gè)可控硅放電開(kāi)關(guān)，一個(gè)保護(hù)二極管，主控模塊控制打開(kāi)每個(gè)可控硅開(kāi)關(guān)，對(duì)外接的刺激線圈放電；
[0012]主控模塊包括數(shù)據(jù)采集卡接口，光耦隔離電路，采集和控制電路。其特征為采集卡接口與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，經(jīng)光耦隔離，信號(hào)采集控制電路處理后，發(fā)出三種控制信號(hào)，主控模塊對(duì)電源的溫度/電壓狀態(tài)進(jìn)行采集，并通過(guò)采集卡接口輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
[0013]如上所述，主控模塊發(fā)出的三種控制信號(hào)，其特征為:第一種η路高/低電平信號(hào)，控制η組DC-DC模塊的接入與否；第二種η路O?1V電壓信號(hào)，控制η組DC-DC模塊充電電壓范圍在O?2000V ;第三種輸出η路時(shí)鐘脈沖信號(hào)，控制η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的可控硅開(kāi)關(guān)開(kāi)通，放電頻率可以設(shè)置為O?10Hz。
[0014]本發(fā)明中，η組DC-DC升壓模塊的輸入端為同一個(gè)AC-DC模塊，相比于采用多個(gè)高壓電源的方式(CN101984548A)，提高了電源的整體效率。按照每路的峰值功耗1.5KVA計(jì)，本發(fā)明的電源發(fā)生器功耗在3KVA以上(η彡2)。
[0015]本發(fā)明所述的用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器各路之間充電電源，儲(chǔ)能電容，放電開(kāi)關(guān)和刺激線圈方面完全獨(dú)立，可以在多方面滿足磁刺激治療需要。應(yīng)用之一為η個(gè)線圈對(duì)應(yīng)η個(gè)病人，一臺(tái)設(shè)備給多個(gè)病人同時(shí)治療。應(yīng)用之二為同一個(gè)病人采用η個(gè)線圈同時(shí)刺激η個(gè)部位，擴(kuò)展了治療的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用之三為η個(gè)儲(chǔ)能電容作用于同一個(gè)線圈，通過(guò)改變各路的放電時(shí)鐘，使刺激頻率疊加，增加了單個(gè)線圈的刺激頻率。
[0016]本發(fā)明采用一臺(tái)多路高壓脈沖電源發(fā)生器替代多個(gè)電源，增加了刺激數(shù)量，減少了 TMS系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了 TMS系統(tǒng)的成本，擴(kuò)展了治療的種類和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2a圖1中所述的AC-DC電路實(shí)施例1 ;
[0019]圖2b圖1中所述的AC-DC電路實(shí)施例2 ；
[0020]圖3圖1中所述的一種DC-DC升壓模塊電路實(shí)施原理圖；
[0021]圖4圖1中所述的一種儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊實(shí)施原理圖；
[0022]圖5圖1中所述的主控模塊實(shí)施原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0024]圖1是用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明的工作過(guò)程:輸入的交流電經(jīng)過(guò)AC-DC模塊變換成直流電，該直流分成η路，經(jīng)過(guò)η組DC-DC升壓模塊后，給η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的電容充電；主控模塊控制η組DC-DC升壓模塊是否接入，并通過(guò)主控模塊的充電控制信號(hào)控制輸出電壓，給電容器充電；在計(jì)算機(jī)的發(fā)出放電時(shí)鐘控制下，開(kāi)通η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的可控娃，控制η個(gè)儲(chǔ)能電容對(duì)η個(gè)刺激線圈放電。
[0025]圖2a為AC-DC電路實(shí)施例1，交流額定輸入220V，采用EMI電路和整流橋，轉(zhuǎn)變成標(biāo)稱值為300V的直流電，并分成η路，通過(guò)開(kāi)關(guān)K1，K2，......，Κη，給DC-DC升壓模塊輸入級(jí)供電。其中開(kāi)關(guān)Kl，Κ2，......，Kn的開(kāi)通受控于主控模塊。這個(gè)電路的特點(diǎn)是輸出的直流電壓隨負(fù)載變化波動(dòng)較大，在200V?310V之間，給后級(jí)DC-DC升壓模塊電路電壓調(diào)整增加了難度。
[0026]圖2b為AC-DC電路實(shí)施例2，交流輸入90?260V，采用EMI電路、整流橋和PFC
電路，轉(zhuǎn)變成標(biāo)稱值為400V的直流電，并分成η路，通過(guò)開(kāi)關(guān)Kl，Κ2，......，Κη，給DC-DC
升壓模塊輸入級(jí)供電。AC-DC電路實(shí)施例2具有寬的交流電壓輸入范圍，適應(yīng)世界范圍內(nèi)的主要國(guó)家的電網(wǎng)交流電壓。400V輸出的直流電波動(dòng)范圍小，降低了后級(jí)DC-DC升壓模塊電路電壓調(diào)整的難度。
[0027]圖3為圖1中所述的一種DC-DC升壓模塊電路實(shí)施例原理圖。本發(fā)明由η組電路實(shí)現(xiàn)了 η路高壓的輸出。對(duì)于其中的一路來(lái)說(shuō)，輸入的直流電壓經(jīng)過(guò)全橋逆變電路和高頻變壓，以及高頻整流電路，變成直流高壓，給儲(chǔ)能電容充電。通過(guò)O?1V的直流信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)全橋逆變電路PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的O?2000V的調(diào)壓。DC-DC升壓模塊的實(shí)現(xiàn)不限于全橋逆變，也可以半橋或其他的DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0028]圖4為圖1中所述的一種儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊實(shí)施原理圖。本發(fā)明由η組電路實(shí)現(xiàn)了 η路儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊。對(duì)于其中的一路來(lái)說(shuō)，都包括一個(gè)儲(chǔ)能電容Cs，一個(gè)可控硅放電開(kāi)關(guān)SCR，一個(gè)保護(hù)二極管Dp，每個(gè)可控娃開(kāi)關(guān)由主控模塊發(fā)出時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制打開(kāi)，時(shí)鐘脈沖信號(hào)O?10Hz可調(diào)。
[0029]圖5為圖1中所述的主控模塊實(shí)施原理框圖。主控模塊包括數(shù)據(jù)采集卡接口，光耦隔離電路，采集和控制電路。主控模塊通過(guò)采集卡接口接收計(jì)算機(jī)控制信號(hào)，上傳電壓和溫度的采集信號(hào)；光耦隔離電路實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信號(hào)和電源的信號(hào)隔離；采集和控制電路將計(jì)算機(jī)發(fā)出的三種控制信號(hào)調(diào)理以后給不同的功能模塊。三種控制信號(hào)包括m路高/低電平信號(hào)，控制η組DC-DC模塊的接入與否；η路O?1V電壓信號(hào)，控制η組DC-DC模塊充電電壓范圍在O?2000V ；η路時(shí)鐘脈沖信號(hào)，控制η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的可控硅開(kāi)關(guān)開(kāi)通。采集和控制電路還將電壓電壓和溫度信號(hào)調(diào)理以后經(jīng)光耦傳給計(jì)算機(jī)接口。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器，由AC-DC模塊、η組DC-DC升壓模塊(η彡2)、η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊(η彡2)、主控模塊四部分組成。2.按照權(quán)利要求1所述的用于經(jīng)顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發(fā)生器，AC-DC模塊其特征在于，一路交流輸入，η路直流輸出，并聯(lián)接到η組DC-DC升壓模塊的輸入端；η組DC-DC升壓模塊，其特征在于DC-DC升壓模塊的接入受控于控制模塊，輸出的電壓范圍O?2000V可調(diào)，輸出電壓值受控于控制板的O?1V的直流電壓信號(hào)；η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊，其特征為每一組都包括一個(gè)儲(chǔ)能電容，一個(gè)可控硅放電開(kāi)關(guān)，一個(gè)保護(hù)二極管，每個(gè)可控硅開(kāi)關(guān)由主控模塊發(fā)出時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制打開(kāi)；主控模塊包括數(shù)據(jù)采集卡接口，光耦隔離電路，采集和控制電路，其特征為發(fā)出三種控制信號(hào)，并對(duì)電源的溫度/電壓狀態(tài)進(jìn)行采集。3.按照權(quán)利要求2所述的主控模塊發(fā)出的三種控制信號(hào)，其特征為:第一種η路高/低電平信號(hào)，控制η組DC-DC模塊的接入與否；第二種η路O?1V電壓信號(hào)，控制η組DC-DC模塊充電電壓范圍在O?2000V ;第三種輸出η路時(shí)鐘脈沖信號(hào)，控制η組儲(chǔ)能-放電開(kāi)關(guān)模塊中的可控硅開(kāi)關(guān)開(kāi)通。
【文檔編號(hào)】A61N1/36GK105879219SQ201510069014
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】王為民, 王春忠
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)