專利名稱：生理反饋遠紅外旋磁治療儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學康復理療系統，特別是通過遠紅外輻射和旋轉磁場使人體局部組織受到良性調節的醫學康復理療系統，屬于醫學康復理療技術領域。
背景技術：
人體發射的遠紅外線波長在9. 6微米左右，在治療時所選擇的紅外波長在8 15微米，可以和人體表面峰值匹配產生共振。遠紅外線能使水分子產生共振，變成獨立水分子(即兩個氫分子和一個氧分子結合)，提高身體的含氧量，細胞因而能恢復活力，精神更暢旺、頭腦更靈活，進而能提高抗病能力，延緩衰老。遠紅外線能使體內熱能提高，細胞活化，因此促進脂肪組織分解代謝，將多余脂肪消耗掉，有效減少脂肪厚度。 旋磁可在人體體表局部產生高速旋轉變化的磁場，促進皮下組織血液循環，增強人體細胞膜的通透性，提高紅血球的攜氧量，減輕血液的粘稠度，良性改善血液理化指標；促進皮下脂肪的快速分解，減少脂肪厚度。與靜態磁場相比，其磁生物效應更加明顯。
發明內容
本發明的目的是提供一種將遠紅外和旋轉磁場相結合的生理反饋遠紅外旋磁治療儀，以提高對人體局部組織調節治療的效果。本發明實現過程如下
一種生理反饋遠紅外旋磁治療儀，由傳感器、磁頭及遠紅外發射器和控制器組成，其
中，
傳感器包括用于檢測人體呼吸信號的傳感器和溫度傳感器；
磁頭及遠紅外發射器包括旋轉磁頭和遠紅外發射器；
控制器包括單片機、旋轉磁場控制單元、遠紅外控制單元、溫度傳感單元和生理檢測單
J Li o設置于磁頭及遠紅外發射器中心的旋轉磁頭由磁頭、旋轉盤和電機組成，四周為4個遠紅外發射器串聯相接，旋轉磁場控制單元通過控制電機的轉動帶動磁頭的轉動形成旋轉磁場(簡稱旋磁)。遠紅外控制單元通過實時采集遠紅外發射器表面的溫度執行遠紅外發射器的加熱控制。生理反饋遠紅外旋磁治療儀的傳感器檢測的溫度信號和人體呼吸信號通過溫度傳感單元和生理檢測單元傳給單片機，單片機通過旋轉磁場控制單元和遠紅外控制單元控制磁頭及遠紅外發射器工作。本發明的優點與積極效果本發明通過單片機控制電機轉速進而改變磁場的變化，當旋轉磁場的磁場強度與人體自身一致時，產生共振能夠促使脂肪細胞迅速分解，在遠紅外線和旋轉磁的共同作用下，能有效降低脂肪厚度；在睡眠時，當神經興奮性下降時，咽部組織不會堵塞，可減輕或消除打鼾；本發明將遠紅外與旋磁相結合共同作用于人體，可提聞治療效果。
圖I控制系統總體框 圖2旋轉磁頭及遠紅外發射器結構示意 圖3電機驅動電路 圖4遠紅外加熱驅動電路；
圖5溫度檢測電路；
圖6肺功能參數測試電路圖； 圖7軟件總體流程 圖8系統結構圖。
具體實施例方式以下詳細描述本發明實現過程。如圖I所示，本發明的控制系統主要由C8051R)20單片機、旋轉磁場控制單元、遠紅外控制單元、溫度傳感單元和生理檢測單元組成。單片機的DAC控制磁頭旋轉產生轉速可變的旋磁，單片機發出的PWM信號控制遠紅外管加熱，通過實時溫度傳感器采集溫度將溫度控制在要求范圍內，為了檢測治療效果，實時檢測人體的溫度和肺功能等信號。I、磁頭及遠紅外發射器
如圖2所示，磁頭及遠紅外發射器包括旋轉磁頭和遠紅外發射器，其中旋轉磁頭由磁鐵、旋轉盤、電機組成，四周為4個遠紅外發射器串聯相接。2、旋轉磁場控制單元
電機的轉動帶動磁頭的轉動形成旋磁，驅動電路采用高效率的PWM脈寬調速法，控制電機的轉速，改變磁場的旋轉速度。治療要求的磁場強度是80(Tl000高斯，用2個直徑為IOmm厚度為4mm的磁片即可滿足。通過程序控制單片機DAC的輸出電壓改變下圖中電壓比較器的參考電壓，進而改變電機的轉速，旋轉速度范圍(T3000轉/min。圖3是電機驅動電路圖。圖中運放UlA和UlB產生三角波，UlC為UlB提供基礎電壓。UlD是電壓比較器，其反相輸入端由兩個電阻和一個電位器組成參考電壓，同相端是三角波輸入，通過改變電位器的值來改變參考電壓，進而改變方波的占空比調節電機的速度。若要單片機控制電機轉速，單片機的DAC輸出為UlD提供參考電壓，根據參考電壓的不同即可改變電機的轉速。3、遠紅外控制單元
遠紅外控制單元包括遠紅外加熱驅動電路和溫度采集電路，在遠紅外加熱的同時，實時采集遠紅外加熱器表面的溫度，當表面溫度大于等于最高溫度時，改變PWM占空比，停止加熱，當溫度低于最低溫度時繼續加熱。檢測溫度范圍0 100°C，控制精度±0. 5。。。3. I遠紅外加熱驅動電路
遠紅外加熱器是一種12V供電的遠紅外陶瓷材料，該材料節能、升溫速度快且穩定、無害；發出的紅外波長在I. 5-25um，與人體發出的遠紅外波相比配，可滿足治療需求。單片機發出的PWM信號控制功率管工作，改變紅外輻射器的加熱溫度，同時用PT1000鉬電阻溫度傳感器實時監測溫度，形成反饋，將溫度控制在一定的范圍內。圖4為遠紅外加熱驅動電路。3.2溫度采集電路
溫度檢測電路的電源輸入為5V，經過MC1403輸出2. 5V精準電壓。流經Pt的電流是恒定的，當溫度變化時，溫度傳感器的電阻值相應變化，其上電壓值隨著阻值的變化而變化。電流反映到下一級運放負輸入端，輸出通過增益調節電位器RW反饋到運放的反相輸入端，優點是帶寬增加和輸出阻抗降低。圖5是溫度采集電路圖。傳感器可采用金屬鉬熱電阻PT1000，其具有電阻溫度系數大，感應靈敏；電阻率高，元件尺寸小；電阻值隨溫度變化而變化基本呈線性關系；在測溫范圍內，物理、化學性能穩定，長期復現性好，測量精度高。
4、生理信號采集
為了檢測治療效果，對人體做一定時間的治療后需要評價治療效果，需要檢測人體的體溫、肺功能信號。4. I生理檢測單元
人體的呼吸頻率范圍0. 05Hz 20Hz，正常人靜止狀態下在IHz左右，呼吸強度測定范圍是(Tl50rpm。肺功能的檢測其實就是檢測人體的呼吸信號，根據呼吸系統動力學原理，用差壓式孔板流量傳感器測量人體的呼氣肺活量、用力肺活量等，綜合評估這些參數，能有效反映肺臟、氣管、支氣管等呼吸道器官的狀態及其調節功能。圖6為肺功能參數測試電路原理圖，人在呼吸氣過程中，通過傳感器獲得與氣流信號相對應的電壓差信號，經過電壓跟隨器UlA和UlB進入放大電路，這樣可以提高輸入阻抗和降低輸出阻抗。U2A為低通放大器，在吸氣時會產生負信號，U2A在抬高電壓的基礎上加上R5和R7使比較器有了滯后作用，消除輸出雜波。4. 2溫度傳感單元
人體溫度傳感單元與前面的溫度檢測電路相同，只是檢測的范圍不同。人體的體溫測
量范圍為(T50°C，測量精度為±0. 1°C。溫度檢測輸出信號電壓對應鉬電阻關系圖如下表
溫度(°C) Io |13 125. 7138.6 151.6 阻值(K) ~ I. 05 ~ I. I I. 15 I. 2 電壓(V) |o. 0025 |o. 625 |l. 25 |l. 875 \2. 5
在治療時可實時檢測人體溫度，傳感器由鉬電阻PTlOO構成，測溫電路為恒流電路，即
流經測試電阻的電流是恒定的。當溫度變化時，PT100溫度傳感器的電阻值相應變化，由于
流經溫度傳感器的電流不變，其上電壓隨著阻值的變化而變化，運放輸出的電壓值亦隨著
變化，它反映的就是體溫變化狀況。5、軟件系統
軟件系統主要完成三個功能包括讀取鍵盤、LED顯示和信號的采集。鍵盤由6個按鍵，包括開始、結束、上下左右鍵，主要實現對溫度、時間的設置，設置有6個LED，兩個顯示加熱的最高溫度值，四個顯示治療時間。左右鍵用來選擇所要設置的LED位，上下鍵用來實現數值的加減。信號的采集利用單片機自帶的12位AD轉換將模擬信號轉換成數字信號送單片機處理，總體流程圖如圖7所示。在治療之前需要提前設定遠紅外輻射加熱器所允許的最高溫度、電機轉速和治療時間，通過上下左右按鍵設定溫度、轉速和時間，LED顯示溫度和時間。治療時間根據不同的人設置不同。治療儀開機初始化后，根據病人的情況設定治療的時間、溫度、電機轉速，并LED實時顯示，當治療時間與設定的時間相等時治療結束。通過傳感器實時檢測人體的溫度、呼吸。為了檢測治療效果，本發明在遠紅外和旋磁的共同作用下可實時檢測人體的溫度 和肺功能等信號，既可用于科研試驗，也可以用于減肥或打鼾等的康復治療，經過臨床100余例試用者試用，有效率達到85%以上，顯著高于單獨使用遠紅外或旋磁的效果。
權利要求
1.一種生理反饋遠紅外旋磁治療儀，其特征在于由傳感器、磁頭及遠紅外發射器和控制系統組成，其中， 傳感器包括用于檢測人體呼吸信號的傳感器和溫度傳感器； 磁頭及遠紅外發射器包括旋轉磁頭和遠紅外發射器； 控制系統包括單片機、旋轉磁場控制單元、遠紅外控制單元、溫度傳感單元和生理檢測單元。
2.根據權利要求I所述的生理反饋遠紅外旋磁治療儀，其特征在于設置于磁頭及遠紅外發射器中心的旋轉磁頭由磁頭、旋轉盤和電機組成，四周為4個遠紅外發射器串聯相接。
3.根據權利要求2所述的生理反饋遠紅外旋磁治療儀，其特征在于旋轉磁場控制單元通過控制電機的轉動帶動磁頭的轉動形成旋轉磁場。
4.根據權利要求I所述的生理反饋遠紅外旋磁治療儀，其特征在于遠紅外控制單元通過實時采集遠紅外發射器表面的溫度執行遠紅外發射器的加熱控制。
5.根據權利要求I所述的生理反饋遠紅外旋磁治療儀，其特征在于傳感器檢測的溫度信號和人體呼吸信號通過溫度傳感單元和生理檢測單元傳給單片機，單片機通過旋轉磁場控制單元和遠紅外控制單元控制磁頭及遠紅外發射器工作。
全文摘要
本發明公開了一種生理反饋遠紅外旋磁治療儀，由傳感器、磁頭及遠紅外發射器和控制器組成，其中傳感器包括用于檢測人體呼吸信號的傳感器和溫度傳感器；磁頭及遠紅外發射器包括旋轉磁頭和遠紅外發射器；控制器包括單片機、旋轉磁場控制單元、遠紅外控制單元、溫度傳感單元和生理檢測單元。本發明將遠紅外與旋磁相結合共同作用于人體，可提高治療減肥或打鼾的效果。
文檔編號A61N5/06GK102961827SQ20121043307
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月4日 優先權日2012年11月4日
發明者劉朝暉, 倪原, 張晟豪 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學