基于FPGA的便携式低频脉冲治疗仪的研制

低频脉冲电流对人体有多种生理作用和治疗作用,尤其以兴奋神经肌肉组织和镇痛为主要作用。目前在医疗界,众多基于电刺激疗法的治疗仪已广泛被临床应用,并取得了较好的治疗效果。这种疗法以其安全性、可靠性和无创性被广大患者所接受。 本文设计的便携式低频脉冲治疗仪,采用Altera公司Cyclone系列FPGA作为主控制器,结合750kHz低功耗DC/DC升压控制器以及双向压控恒流输出技术,产生变化有序的多种组合脉冲波形,可以较逼真地模拟出针灸、捶击、按摩、火罐、推拿和刮痧等不同的刺激效果。该治疗仪以经皮神经电刺激为主要治疗手段,采用按键+液晶实时显示的人机交互方式,电极输出双极性脉冲,刺激频率、模式、强度和定时时间数字式可调,可以有效地克服单极性刺激时电极的极化现象,同时也避免了人体对固定频率的适应性问题。与以往的治疗仪相比,该治疗仪体积小,集成度高,电池供电,方便携带。不需要设计过于复杂的外围电路,通过对FPGA芯片编程就可以产生任何形式的组合波形,并且在线可编程能力强。 论文主要分五个部分:首先从多个角度详细阐述了低频脉冲电流的镇痛机理。然后对刺激波形的类型、频率和脉宽进行了综合分析并最终确定了治疗仪的输出指标参数。其次详细介绍了治疗仪的硬件电路,包括Boost升压电路、双向压控恒流输出电路、按键扫描电路和液晶显示电路等。接下来介绍了系统的软件设计与实现过程。软件部分采用模块化设计,重点阐述了刺激波形发生模块、键盘扫描译码模块和LCD显示模块。最后,为了检验所设计的治疗仪是否达到设计要求,对治疗仪进行了硬件调试并记录了仪器在四种工作模式下输出的波形,从实验的结果可以看出,此治疗仪的输出波形基本达到了设计的预期要求。