便攜式電療裝置的制作方法

專利名稱：便攜式電療裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及電療裝置，且更具體地說，涉及便攜式電療裝置，用以產生特別設計的用于改進脊椎動物和無脊椎動物中的各種臨床生理、神經與行為情況的低頻脈沖磁場。
背景技術：
各種研究表明，磁刺激可以影響動物的行為、細胞和生理功能。弱磁場產生各種生理影響，涉及從細胞離子流動的改變到動物定向與學習的改進，以及人類的治療作用。
有幾個解決組織上的低頻磁場照射影響機制的理論。例如，已經提出低頻磁場照射通過電流感應而施加其影響。還已經提出通過組織中的磁鐵粒子檢測弱磁場，并且由于這種檢測產生生理影響；但是，這個基于磁鐵的機制未被廣泛接受(Prato，F.S.；Kavaliers，M.；Carson，J.L.L.(1996)磁場對蝸牛(適林蝸牛屬)影響的行為證明可能不依賴于磁鐵或感應電流，生物電磁學17123-130)。
極低頻(ELF)磁場是在組織中衰減很少的物理因數，因此如果它們能被檢測并且它們的檢測與生理過程耦合，則可用于改變內生性過程。現在已經顯示出，磁場可被設計成時變信號，以使它們能用于改變特定目標的生理過程，并按此方式可用于治療/改進各種神經與生理情況和行為。授予Thomas等人的美國專利No.6234953(其內容通過引用結合于此)公開了這種使用低頻磁脈沖治療生理、神經與行為紊亂的方法。
用于產生刺激對象的電磁波形的裝置也是已知的。例如，授予Koren等人的美國專利No.6312376公開了一種用以產生電磁波形的儀器，該儀器包括信號發生器和選擇器。選擇器響應通道選擇輸入，來將信號發生器的處理器產生的數學導出波形應用到選擇的通道上。產生的波形被應用于電磁裝置，從而將戴著電磁裝置的對象照射于產生的電磁波形中。盡管該儀器是令人滿意的，但仍希望改進。
授予Edward等人的PCT申請公布號為WO 96/11723的專利公開了一種電磁治療裝置，該裝置存儲波形參數，諸如脈寬、持續時間、占空因數和頻率、執行順序、變化表以及各種計數器，以便影響方波形變化序列的實現。在操作期間，微處理器引入這些可操作參數，并產生相應的數字值序列。然后，這些一起構成方波形的數字值，由波形發生器轉換成電流，并被應用于感應器，以便產生合成的電磁場。Edward等人的裝置要求其微處理器執行幾種指令，以便實時地產生各數字值。為做到這點，對于每個產生的數字值，微處理器都被占幾個循環，并因此在頻率方面受到限制，在該頻率它能產生那些值。由此，Edward的裝置固有地受其設計限制產生了頻率遠低于其微處理器時鐘速度的波形，并且為了克服這些局限性，需要更快且因此更貴的微處理器。此外，Edward的裝置僅在時段計數器達到變化表中反應的某個參數值后才重新計算波形特征中的改變。這樣，裝置被限制于在間歇期產生方波形，并且當不斷將計數器與變化表比較時用完了循環，進一步限制了合成波形的頻率。
因此本發明的目的是，提供一種新型便攜式電療裝置，用以產生特定低頻脈沖磁場用來改變脊椎動物和無脊椎動物中的各種生理、神經與行為情況。

發明內容
根據本發明的一方面，提供一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的電療裝置，所述裝置包括存儲器，存儲至少一個數字Cnp波形；數模轉換器，將所述至少一個數字波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應操作員輸入，并調節所述存儲器將所述至少一個數字Cnp波形直接輸出至數模轉換器，從而旁路所述處理器。
根據本發明另一方面，提供一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的便攜式電療裝置，所述裝置包括包含小型外殼的控制器，所述外殼在其上具有操作員控制和接口，并在其中容納處理電路，所述處理器電路包括存儲器，存儲多個數字Cnp波形；數模轉換器，將選擇的一個所述數字Cnp波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應經由所述操作員控制的命令輸入，并調節所述存儲器將選擇的一個所述數字Cnp波形直接輸出至所述數模轉換器，從而旁路所述處理器；以及耦合到所述控制器的至少一組線圈，所述線圈由對象佩戴，并響應所述模擬Cnp波形，從而將所述Cnp波形應用于所述對象。
最好，存儲器可由通過接口耦合到控制器的計算機遠程編程。還最好的是，處理器存儲用于控制將所選數字Cnp波形輸出至數模轉換器的操作參數，其中處理器也是遠程可編程的。
最好，處理電路還包括連接到數模轉換器的放大器，該放大器用于在將模擬Cnp波形輸出到線圈之前對其放大。在一種形式中，該組線圈包括一組頭線圈。在這種情況下，配置數字Cnp波形，以使當對象佩戴頭線圈時，合成的模擬Cnp波形提供由淺至深的腦刺激。在另一形式中，該組線圈包括一組纏繞線圈。在這種情況下，配置數字Cnp波形，以使當對象佩戴纏繞線圈時，合成的模擬Cnp波形提供局部深層組織照射(exposure)。
根據本發明再一方面，提供一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的便攜式電療裝置，所述裝置包括包含小型外殼的控制器，所述外殼在其上具有用戶控制和接口，并在其中容納處理電路，所述處理器電路包括存儲器，存儲多個數字Cnp波形；數模轉換器，將選擇的一個所述數字Cnp波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應通過所述操作員控制的命令輸入，并調節所述存儲器將選擇的一個所述數字Cnp波形直接輸出至所述數模轉換器，從而旁路所述處理器；以及耦合到所述控制器的線圈，所述線圈由對象佩戴，并響應所述模擬Cnp波形，從而將所述Cnp波形應用于所述對象。
如所理解的，本發明提供了一種便攜式電療裝置，以將低頻脈沖磁場(Cnp波形)傳送至對象。以前，產生低頻脈沖磁場需要用連接到計算機的昂貴、龐大而笨重的裝置，并需要由熟練的技術人員操作。本裝置提供了無需連接到分立計算機的便攜式操作，且易于操作，使該裝置可由非技術人員使用。
本發明還提供了這樣的優點由于存儲在存儲器中的數字Cnp波形在處理器的控制下但不通過處理器而直接傳送到數模轉換器，因此可以較高的速度產生模擬Cnp波形，且具有較好的分辨率。


參考附圖現將更全面地描述本發明的實施例，附圖中圖1是根據本發明的便攜式電療裝置的示意圖；圖2是圖1中便攜式電療裝置的框圖；圖3是圖1中便攜式電療裝置的原理圖；以及圖4是顯示圖1中便攜式電療裝置執行的步驟的流程圖。
具體實施例方式
現轉到圖1，示出了根據本發明用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的便攜式電療裝置，并通常用標號10標示。如所示，便攜式電療裝置10包括基于微處理器的控制器12和可連接到控制器的多個線圈。在本實施例中，線圈包括一對頭線圈14和一對纏繞線圈16，為了便于圖示只給出了其中一個。如將要理解的，頭線圈14允許便攜式電療裝置產生的Cnp波形被應用于對象的腦組織。纏繞線圈16允許便攜式電療裝置產生的Cnp波形被應用于對象的其他區域，從而刺激組織。為了便于將Cnp波形應用于對象的組織，纏繞線圈16由對象戴著的固定器容納，以在對象的身體上正確放置纏繞線圈。為了說明性目的，示出了將纏繞線圈16放在鄰近對象膝蓋處的膝蓋纏繞線圈固定器18。本領域技術人員要理解到，當一對線圈作為頭線圈示出，或相對于纏繞線圈討論時，一個線圈可二中擇一地用在任一方面。
控制器12包括小型便攜式外殼30，該外殼具有輸出插孔32，頭線圈14或纏繞線圈16插入到該插孔中，以使控制器12能夠驅動線圈。外殼30還包括RS232串行接口34，以允許控制器12耦合到遠程計算機(未示出)。如將要描述的，在外殼30上配備了控制和指示器，使操作員能夠以希望的方式操作電療裝置10。電線40從外殼30伸出來，允許由傳統的110VAC電源給控制器12供電。
圖2和圖3示出了外殼30內的電路50。如圖2中可見，該電路包括中央處理單元(CPU)52，該CPU具有隨機存取存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)存儲器、閃速程序存儲器和電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。CPU 52與串行接口34、控制和指示器、以及一對串行EEPROM 54a和54b通信。高分辨率數模轉換器(DAC)56與EEPROM 54a和54b通信，并與響應相位與增益控制的雙通道高電流放大器58通信。放大器58將模擬輸出提供到插孔32，并因此提供給線圈。裝有保險絲的電源62從AC電源接收輸入功率，并將適當的DC功率提供給電路50。
現轉到圖3，進一步說明電路50。電源62是常規電源，包括全波整流器62a和一系列分別為62b、62c和62d的穩壓器。穩壓器提供為電路50供電所需的DC電壓。
EEPROM 54a與54b通過RS232轉換器54耦合到串行接口34。EEPROM 54a、54b各存儲不同的數字Cnp波形表。數字Cnp波形表由遠程計算機通過串行接口34預載到EEPROM 54a與54b中。數字Cnp波形表由雙極十進制數值表征，使用高分辨率數模轉換將這些值集合到模擬Cnp波形中。選擇數字Cnp波形表數據，以使便攜式電療裝置10產生類似于授予Thomas等人的美國專利No.6234953(其內容通過引用結合于此)中描述的那些Cnp波形。特別地，選擇數字Cnp波形表數據，以便在使用頭線圈14時合成的模擬Cnp波形提供由淺至深的腦刺激，而在使用纏繞線圈16時提供局部深層組織照射。
放大器58包括一對通道，每個通道有兩個放大級。每個放大級包括輸入放大器72a、72b與輸出放大器72c、72d。放大器58提供足夠的電流來驅動線圈，以提供足以傳送在8cm(線圈間是16cm)上具有100微特斯拉峰值磁場通量密度的Cnp波形。放大器58的雙通道允許多線圈配置的同相或異相操作。
外殼30上的控制包括電源通/斷開關70，該電源開關在鄰近電線40的外殼30的一個末端面板上。按鈕開關36位于鄰近指示器38a與38b的外殼30的另一末端面板上。按鈕開關36允許操作員選擇電療裝置10要輸出的期望Cnp波形，或啟動下載的數字Cnp波形表，如將描述的。在鄰近按鈕開關36的末端面板上還提供了相位開關72和增益控制開關74。相位開關72允許放大器58的一個輸出通道的極性被反向。增益控制器開關74控制范圍為5至1的放大器58的增益。
CPU 52中的EEPROM存儲若干數字Cnp波形操作參數，諸如點數、潛伏周期與難控制(refractory)周期。通過指定創建輸出模擬Cnp波形所用的數字Cnp波形表中點的個數，點數確定了便攜式電療裝置10要產生的Cnp波形的大小。潛伏周期表示連續點之間的持續時間，而難控制周期表示重復Cnp波形之間的時間。數字Cnp波形操作參數由遠程計算機通過串行接口34與RS232轉換器54下載到CPU 52的EEPROM中。
現將參考圖1至4來說明便攜式電療裝置10的操作。假定數字Cnp波形表與操作參數已加載到EEPROM中，并且用于刺激對象的線圈已戴在對象的適當位置。當控制器12上電時，CPU 52初始化它的變量、指針與寄存器(步驟100)，并然后初始化串行接口34與DAC 56(步驟102)。如果操作員通過按開關36來調節控制器12產生Cnp波形(步驟104)，CPU 52就選擇要用于產生Cnp波形的EEPROM 54a、54b(步驟106與108)。CPU 52還經由放大器80a、80b點亮與選擇的EEPROM相關聯的指示器38a、38b，以向操作員提供關于所選的數字Cnp波形表的視覺反饋。CPU 52然后加載存儲在其EEPROM中的數字Cnp波形操作參數(步驟110)。接著，CPU52調節EEPROM 54a、54b，以將數字Cnp波形表傳送至DAC 56，而無需數字Cnp波形表數據通過CPU 52。DAC 56依次將數字Cnp波形表轉換為應用于放大器58的模擬信號(即，Cnp波形)。放大器58依次放大DAC輸出，并通過輸出插孔34向線圈提供輸出模擬Cnp波形(步驟112)。繼續Cnp波形產生過程，如難控制周期參數所指定的。如果在這個過程期間操作員再次按開關36，則CPU 52調節另一EEPROM，以輸出其存儲的數字Cnp波形表，并重新執行上述步驟(步驟114與116)。有利的是，開關36經由中斷線連接到CPU 52，以使在按開關36時CPU 52能立即響應，而不是一直等到波終止。
如所理解的，在Cnp波形產生期間，由于數字Cnp波形表在CPU52的定時控制下從EEPROM 54a、54b直接傳送到DAC 56，而不通過CPU，所以消除了許多CPU指令周期。這是由于以下事實避免了讀取CPU中的串行數字Cnp波形表數據并然后將該串行數字Cnp波形表數據寫到DAC 56的需要。CPU 52當然有能力在沒有產生Cnp波形期間對EEPROM 54a、54b和DAC 56讀和寫。這種數據傳送方法提供了更高的速度，這為輸出Cnp波形產生了更好的時間分辨率。
在步驟104，如果操作員通過處理開關36來調節控制器12接收來自遠程計算機的數字Cnp波形表數據，則CPU 52初始化EEPROM54a、54b以及串行接口，并等待來自遠程計算機的輸入數字Cnp波形表(步驟120和122)。當CPU 52接收到來自遠程計算機的重寫命令時，CPU 52便從選擇的EEPROM 54a、4b中擦掉適當的數字Cnp波形表，并通知遠程計算機(步驟124與126)。CPU然后等待接收替換數字Cnp波形表(步驟128)。當從遠程計算機接收到數字Cnp波形表時，CPU就將數字Cnp波形表寫到選擇的EEPROM中(步驟130)。
如果操作員調節控制器12來接收更新的數字Cnp波形操作參數，CPU 52便為數字Cnp波形操作參數輸入而監控遠程計算機。數字Cnp波形操作參數輸入是以字符串形式，該字符串被串行加載到CPU 52中，并存儲在字符串緩沖器中。一旦數字Cnp波形操作參數數據被完全接收，CPU 52就將新的數字Cnp波形操作參數存儲在其EEPROM中。
盡管控制器12顯示為從AC電源供電，但本領域技術人員將理解到，控制器也可配備如圖2和3所示的可充電電源、AC適配器或備選電源。對于采用例如電池的控制器12，結合電池電源檢測電路、軟件和指示器來向用戶顯示電源狀態是有用的，其最終目是防止由于低電量或不可用電池造成EEPROM參數訛誤。另外，控制器12不必是遠程可編程的。在這種情況下，用感興趣的數字Cnp波形表預編程EEPROM 54a與54b，且不需要串行接口34。
專業技術人員可以設想將字母數字顯示器(諸如LCD模塊)耦合到控制器12以便顯示裝置操作信息。為此，這種顯示器可用于向用戶顯示任何活動模式參數、模式的名字以及其難控制狀態(例如使用閃爍的“*”)。顯示器還可用于代替模式指示器LED 38a與38b，減少不必要的功率消耗，或指示電池電量狀態。
如果需要，電路50可配備有平衡控制，以平衡放大器58的輸出。這種平衡控制可以是可調電位計形式，該電位計插入在具有接地中間引線的兩個輸出放大器72c、72d的輸入端，以便調節電位計來減少一個輸出放大器的增益，并增加另一個輸出放大器的增益。
雖然已描述了本發明的優選實施例，但專業技術人員將理解到在，不脫離本發明所附權利要求書中所定義的精神與范圍的前提下，可作變動與修改。
權利要求
1.一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的電療裝置，包括存儲器，存儲至少一個數字Cnp波形；數模轉換器，將所述至少一個數字Cnp波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應操作員輸入，并調節所述存儲器以將所述至少一個數字Cnp波形直接輸出至所述數模轉換器，從而旁路所述處理器。
2.如權利要求1所述的電療裝置，其中所述存儲器存儲多個數字Cnp波形，所述處理器響應操作員輸入，并調節所述存儲器以輸出選擇的一個所述數字Cnp波形。
3.如權利要求2所述的電療裝置，還包括連接到所述數模轉換器的用于放大所述模擬Cnp波形的放大器，以及連接到所述放大器的用于將所述模擬Cnp波形應用于所述對象的一對線圈。
4.如權利要求3所述的電療裝置，其中所述一對線圈包括一組頭線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述頭線圈時，所述模擬Cnp波形提供由淺至深的腦刺激。
5.如權利要求3所述的電療裝置，其中所述一對線圈包括一組纏繞線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述纏繞線圈時，所述模擬Cnp波形提供局部深層組織照射。
6.如權利要求3所述的電療裝置，其中所述處理器存儲用于控制將所述選擇的數字Cnp波形輸出到所述數模轉換器的操作參數。
7.如權利要求6所述的電療裝置，其中所述操作參數包括潛伏周期和難控制周期中的至少一個。
8.如權利要求6所述的電療裝置，其中所述存儲器是遠程可編程的。
9.如權利要求8所述的電療裝置，其中所述操作參數是遠程可編程的。
10.一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的便攜式電療裝置，包括包含小型外殼的控制器，所述外殼在其上具有用戶控制和接口，并在其中容納處理電路，所述處理器電路包括存儲器，存儲多個數字Cnp波形；數模轉換器，將選擇的一個所述數字Cnp波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應通過所述操作員控制的命令輸入，并調節所述存儲器以將選擇的一個所述數字Cnp波形直接輸出至所述數模轉換器，從而旁路所述處理器；以及耦合到所述控制器的至少一組線圈，所述線圈由對象戴著，并響應所述模擬Cnp波形，從而將所述Cnp波形應用于所述對象。
11.如權利要求10所述的便攜式電療裝置，其中所述存儲器可由通過所述接口耦合到所述控制器的計算機遠程編程。
12.如權利要求11所述的便攜式電療裝置，其中所述處理器存儲用于控制將所述選擇的數字Cnp波形輸出到所述數模轉換器的操作參數。
13.如權利要求12所述的便攜式電療裝置，其中所述處理器可由通過所述接口耦合到所述控制器的計算機遠程編程。
14.如權利要求13所述的便攜式電療裝置，還包括連接到所述數模轉換器的放大器，所述放大器用于在所述模擬Cnp波形輸出到所述線圈之前對其放大。
15.如權利要求14所述的便攜式電療裝置，其中所述組線圈包括一組頭線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述頭線圈時，合成的模擬Cnp波形提供由淺至深的腦刺激。
16.如權利要求14所述的便攜式電療裝置，其中所述組線圈包括一組纏繞線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述纏繞線圈時，合成的模擬Cnp波形提供局部深層組織照射。
17.如權利要求13所述的便攜式電療裝置，其中所述操作參數包括潛伏周期和難控制周期中的至少一個。
18.一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的便攜式電療裝置，包括包含小型外殼的控制器，所述外殼在其上具有用戶控制和接口，并在其中容納處理電路，所述處理器電路包括存儲器，存儲多個數字Cnp波形；數模轉換器，將選擇的一個所述數字Cnp波形轉換成模擬Cnp波形，以應用于對象；以及與所述存儲器通信的處理器，所述處理器響應通過所述操作員控制的命令輸入，并調節所述存儲器以將選擇的一個所述數字Cnp波形直接輸出至所述數模轉換器，從而旁路所述處理器；以及耦合到所述控制器的線圈，所述線圈由對象戴著，并響應所述模擬Cnp波形，從而將所述Cnp波形應用于所述對象。
19.如權利要求18所述的便攜式電療裝置，其中所述存儲器可由通過所述接口耦合到所述控制器的計算機遠程編程。
20.如權利要求19所述的便攜式電療裝置，其中所述處理器存儲用于控制將所述選擇的數字Cnp波形輸出到所述數模轉換器的操作參數。
21.如權利要求20所述的便攜式電療裝置，其中所述處理器可由通過所述接口耦合到所述控制器的計算機遠程編程。
22.如權利要求21所述的便攜式電療裝置，還包括連接到所述數模轉換器的放大器，所述放大器用于在所述模擬Cnp波形輸出到所述線圈之前對其放大。
23.如權利要求22所述的便攜式電療裝置，還包括第二線圈，其中所述線圈是頭線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述頭線圈時，合成的模擬Cnp波形提供由淺至深的腦刺激。
24.如權利要求22所述的便攜式電療裝置，還包括第二線圈，其中所述線圈是纏繞線圈，配置所述數字Cnp波形，以使當對象戴上所述纏繞線圈時，合成的模擬Cnp波形提供局部深層組織照射。
25.如權利要求21所述的便攜式電療裝置，其中所述操作參數包括潛伏周期和難控制周期中的至少一個。
全文摘要
本發明公開了一種用于產生特別設計的低頻脈沖磁場(Cnp波形)的電療裝置。該裝置包括存儲至少一個數字Cnp波形的存儲器，以及將至少一個數字Cnp波形轉換為模擬Cnp波形以應用于對象的數模轉換器。處理器與存儲器通信且響應操作員的輸入，并調節存儲器以將至少一個數字Cnp波形直接輸出到數模轉換器，從而旁路處理器。電療裝置對于電療對象改變多種臨床生理、神經與行為情況是有用的。
文檔編號A61N2/02GK1738662SQ200380108994
公開日2006年2月22日 申請日期2003年11月25日 優先權日2002年11月25日
發明者A·W·托馬斯, L·D·基恩利賽德 申請人:弗拉雷克斯醫療公司