孫 旭 尹曉峰* 吳 洋 張 偉 張谷敏

激光磁能量治療儀是一種集激光、低頻高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)和高頻電療功能于一體的理療儀，此類多功能理療儀是近年來理療設(shè)備發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，具有多功能、高集成化、體積小、便于操作使用等特點(diǎn)，深受廣大患者青睞。

現(xiàn)代航空母艦是高科技的產(chǎn)物，以艦載作戰(zhàn)飛機(jī)為主要武器，并整合通訊、情報(bào)、作戰(zhàn)信息、反潛反導(dǎo)裝置及后勤保障為一體的大型海上戰(zhàn)斗機(jī)移動(dòng)基地平臺(tái)。航空母艦的誕生標(biāo)志著世界海上力量發(fā)生了從制海到制空、制海相結(jié)合的一次革命性變化。航空母艦作為支持海軍海空立體作戰(zhàn)的平臺(tái)，必須有強(qiáng)大的戰(zhàn)斗力(艦載機(jī))，總體空間的合理分配及大小決定了戰(zhàn)斗能力與保障能力的強(qiáng)弱，航空母艦空間可謂寸土萬金之稱[1]。艦載醫(yī)療區(qū)又是航空母艦不可缺少的組成部分，對(duì)全艦官兵的身心健康負(fù)責(zé)。在戰(zhàn)訓(xùn)一體化時(shí)代，考驗(yàn)后勤及醫(yī)療救護(hù)保障的能力；在日常的戰(zhàn)訓(xùn)任務(wù)中，醫(yī)療區(qū)的理療設(shè)備使用頻率較高，對(duì)理療設(shè)備的要求也更為嚴(yán)格?，F(xiàn)有的理療設(shè)備種類繁多，占用空間大，而航空母艦又是空間受到嚴(yán)重制約的領(lǐng)域?；诖耍狙芯垦兄屏艘环N激光磁能量治療儀，將光療、磁療及高頻電三種理療裝置集合于一體，極大節(jié)省了空間占用比，簡(jiǎn)化了操作流程，便于醫(yī)師操作。同時(shí)，通過儀器中的軟件系統(tǒng)的控制，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度、高頻頻率及理療模式，以便適應(yīng)患者的個(gè)人情況，達(dá)到更好的治療效果。

1 理療的基本原理

理療學(xué)又稱物理治療學(xué)，是研究應(yīng)用物理因子作用人體以提高健康水平，從而達(dá)到保健、預(yù)防和治療疾病的效果，促進(jìn)病后機(jī)體康復(fù)，延緩衰老等的專門學(xué)科。在電脈沖作用下，人體組織對(duì)外表現(xiàn)出一定的阻抗，并且呈容性，即阻抗主要表現(xiàn)為容抗，表現(xiàn)為電容性質(zhì)。在外界電脈沖作用下，人體組織的阻抗與頻率成反比，電脈沖幅值和頻率的不同，作用于人體的效果不同。

1.1 激光磁能量治療儀

激光磁能量治療儀是采用高頻電療和磁療及激光技術(shù)，作用于患者病處，起到理療效果，而高頻電療法是應(yīng)用高頻電作用使人體達(dá)到防治疾病目的[2-3]。激光磁能量治療儀的特點(diǎn)為：①無明顯的電解作用；②對(duì)感覺及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)有很強(qiáng)的刺激作用；③具有良好的鎮(zhèn)痛作用和熱效應(yīng)。

1.2 激光理療

激光理療是光療的一種，是指用弱激光直接照射生物組織后引起一系列生物效應(yīng)，從而達(dá)到治療疾病目的。激光理療其功能為：①促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)；②加強(qiáng)機(jī)體的體液免疫功能，提高機(jī)體免疫力；③加速潰瘍和傷口愈合；④有明顯的抗炎及鎮(zhèn)痛作用。

1.3 磁療

磁療是將磁場(chǎng)作用于人體，在適量磁場(chǎng)的作用下，通過特定部位的刺激，達(dá)到治療疾病目的的一種物理療法。人體內(nèi)有各種生物電流，在磁場(chǎng)作用下，生物電流將受到磁場(chǎng)力的作用，即磁場(chǎng)將對(duì)生物電流的分布、電荷運(yùn)動(dòng)形式及其能量狀態(tài)發(fā)生作用，因而引起有關(guān)組織器官的功能發(fā)生相應(yīng)的變化，其具有鎮(zhèn)靜止痛、消炎消腫以及降壓等作用[4]。

2 艦載激光磁能量治療儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

整臺(tái)儀器處理系統(tǒng)按功能結(jié)構(gòu)可分為7大部分，即主控系統(tǒng)、按鍵控制系統(tǒng)、顯示界面系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、磁療系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。其中按鍵控制系統(tǒng)和顯示界面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互；激光、高頻及磁療系統(tǒng)為設(shè)備提供了理療輸出；冷卻系統(tǒng)對(duì)高溫系統(tǒng)進(jìn)行降溫，以保證設(shè)備在最佳狀態(tài)持續(xù)工作。激光磁能量治療儀整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 激光磁能量治療儀整體設(shè)計(jì)框圖

2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

激光磁能量治療儀主要由不銹鋼框架、高聚物聚丙烯控制面板構(gòu)成。由上部分的顯示控制面板和刺激手以及下部分的主機(jī)箱體和腳輪組成。顯示控制面板的正面為PP塑料板，背面為環(huán)氧板?？刂泼姘宓膴A層內(nèi)包括控制電路板、控制處理器等。顯示控制面板有啟動(dòng)開關(guān)、參數(shù)顯示屏及數(shù)碼管，功能選擇鍵、參數(shù)調(diào)節(jié)鍵，急停開關(guān)等。刺激手為設(shè)備工作在磁療模式下的磁場(chǎng)輸出源。主機(jī)箱內(nèi)包含大部分主要工作系統(tǒng)，有主控系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、磁療系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等是治療儀的重要組成部分。激光磁能量治療儀底部安有4個(gè)腳輪，可以在任意方向上滾動(dòng)，方便治療儀移動(dòng)(如圖2所示)。

圖2 激光磁能量治療儀正面圖

2.3 半導(dǎo)體泵浦激光器

泵浦激光器是用來發(fā)射655 nm波段附近的紅外激光裝置。半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同物質(zhì)所產(chǎn)生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質(zhì)有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦3種形式。本研制采用泵浦激光器，其具有效率高、壽命長(zhǎng)、光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊以及小型化等優(yōu)點(diǎn)[5]。

2.4 穩(wěn)流電源

泵浦激光器發(fā)射激光要求恒流，才可以得到穩(wěn)定輸出。治療儀采用的脈沖激光穩(wěn)流電源為單片機(jī)控制的數(shù)控電源，其具有控制精度高、紊波系數(shù)小、抗干擾能力強(qiáng)和超溫自動(dòng)保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[6]。

2.5 主控系統(tǒng)

治療儀主控系統(tǒng)控制治療儀的開啟、關(guān)閉、治療(模式、時(shí)間、頻率、強(qiáng)度)以及遇到危險(xiǎn)時(shí)急停開關(guān)。主控系統(tǒng)模塊采用兩塊CPU，一塊專門用于系統(tǒng)內(nèi)部所有硬件模塊和裝置的控制，如激光器、磁療及高頻電療等(如圖3所示)；另一塊則控制輸入/輸出顯示，以及通信等與外部的連接(如圖4所示)。

圖3 激光磁能量治療儀電源及高頻電模塊接線圖

圖4 激光磁能量治療儀CPU控制面板接線圖

2.6 顯示輸出系統(tǒng)

顯示控制面板由一塊顯示屏、觸摸控制按鍵、參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕及多個(gè)顯示數(shù)碼管組成，用來顯示治療模式、參數(shù)以及治療時(shí)間等。通過參數(shù)選擇鍵及控制鍵來實(shí)現(xiàn)模式輸入，輸出則是通過顯示屏及數(shù)碼管進(jìn)行顯示，與目前眾多的顯示方式相比較，具有更高的穩(wěn)定性和可控性(如圖5所示)。

圖5 激光磁能量治療儀顯示控制面板圖

2.7 磁療治療模式系統(tǒng)

2.7.1 自動(dòng)模式

根據(jù)不同的患者所耐受磁療脈沖程度的不同，自動(dòng)模式分為A1～A4四種模式，各模式按周期運(yùn)行，并在運(yùn)行過程中重復(fù)輸出磁場(chǎng)。

(1)A1模式。該模式下輸出頻率隨時(shí)間波動(dòng)；此模式下磁場(chǎng)強(qiáng)度在80%～100%之間變化，脈沖頻率變化范圍為3～15Hz，每個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間在3.5～16 s(如圖6所示，見表1)。

圖6 A1模式下頻率隨時(shí)間波動(dòng)圖

(2)A2模式。此模式下磁場(chǎng)強(qiáng)度在70%～100%之間變化，脈沖頻率變化范圍為3～23 Hz，每個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間在3.3～16.7 s(如圖7所示，見表2)。

圖7 A2模式下頻率隨時(shí)間波動(dòng)圖

(3)A3模式。此模式下磁場(chǎng)強(qiáng)度在70%～100%之間變化，脈沖頻率變化范圍為3～30 Hz，每個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間在3～16.7 s。如圖8所示，見表3。

(4)A4模式。此模式下磁場(chǎng)強(qiáng)度主要集中在95%～100%之間變化，脈沖頻率變化范圍為3～40 Hz，每個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間在1.6～16.7 s，如圖9所示，見表4。

表1 自動(dòng)模式A1脈沖頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度百分比及重復(fù)時(shí)間(允許誤差：±10%)

表2 自動(dòng)模式A2脈沖頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度百分比及重復(fù)時(shí)間(允許誤差：±10%)

注：表中①～⑦分別對(duì)應(yīng)圖7中的序號(hào)，代表不同時(shí)間段工作時(shí)的脈沖頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

表3 自動(dòng)模式A3脈沖頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度百分比及重復(fù)時(shí)間(允許誤差：±10%)

注：表中①～⑦分別對(duì)應(yīng)圖8中的序號(hào)，代表不同時(shí)間段工作時(shí)的脈沖頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

表4 自動(dòng)模式A4脈沖頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度百分比及重復(fù)時(shí)間(允許誤差：±10%)

圖8 A3模式下頻率隨時(shí)間波動(dòng)圖

圖9 A4模式下頻率隨時(shí)間波動(dòng)圖

2.7.2 手動(dòng)模式

手動(dòng)模式有M1～M4四種模式，四種模式的運(yùn)行時(shí)間1～60 min可調(diào)，輸出強(qiáng)度0～100%可調(diào)，頻率F1、F2在1～50 Hz可調(diào)，運(yùn)行時(shí)間0～4 s可調(diào)，間歇時(shí)間0～10 s可調(diào)，頻率F1和F2交替進(jìn)行。

2.8 軟件流程

本系統(tǒng)軟件編寫過程中，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，使整個(gè)程序的編寫快速有效。系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸以及顯示等功能，是治療儀的重要組成部分，負(fù)責(zé)調(diào)度系統(tǒng)的各應(yīng)用程序模塊，并與系統(tǒng)的設(shè)備及時(shí)交換信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟、硬件資源的整體管理。系統(tǒng)主程序流程如圖10所示。

3 艦載激光磁能量治療儀技術(shù)參數(shù)

根據(jù)國家食品藥品監(jiān)督管理總局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，激光磁治療儀類醫(yī)療器械產(chǎn)品，必須符合治療危險(xiǎn)性控制、生物學(xué)評(píng)價(jià)、電氣安全標(biāo)準(zhǔn)、臨床研究數(shù)據(jù)、醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)化、醫(yī)療器械質(zhì)量體系控制及市場(chǎng)反饋與不良事件控制等方面的嚴(yán)格規(guī)定，特制定了以下技術(shù)參數(shù)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 系統(tǒng)主程序軟件編程流程圖

(1)激光波長(zhǎng)為655 nm，允差±10%。

(2)激光輸出功率為4.2 mW×3個(gè)，允差±20%。

(3)激光輸出方式為連續(xù)輸出；輸出不穩(wěn)定度(St)應(yīng)優(yōu)于±10%；輸出功率復(fù)現(xiàn)性(Rp)應(yīng)優(yōu)于±10%。

(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度：最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為2.0 T，0～100%可調(diào)，步進(jìn)2%，允差±20%。

(5)磁場(chǎng)安全范圍：環(huán)境中距磁墊20 cm以外，磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)≤0.5 mT。

(6)脈沖頻率：1～50 Hz，允差±10%。(7)脈沖寬度：310 μs，允差±10%。(8)定時(shí)器：1～60 min，步進(jìn)1 min，允差±10%。

(9)整機(jī)噪音：≤60 dB(A)。

4 艦載激光磁量治療儀應(yīng)用效果

自2017年8-11月，激光磁治療儀樣機(jī)在航母醫(yī)務(wù)中心進(jìn)行試用，經(jīng)過臨床應(yīng)用具有以下特點(diǎn)。

(1)治療效果明顯。在較短的時(shí)間內(nèi)病患處有明顯緩解，治療效果顯著[7]。

(2)使用方便。操作面板簡(jiǎn)潔明了，使醫(yī)生的操作更加方便靈活。急停開關(guān)設(shè)置在明顯位置，提高了治療儀使用中的安全性。

(3)移動(dòng)擺放便利。治療儀底部設(shè)計(jì)有4個(gè)滑輪，可以方便移動(dòng)到任何需要的科室，并且集多種功能于一體，占用空間小，達(dá)到了航母上節(jié)約空間的目的，方便擺放[8]。

(4)功能穩(wěn)定。質(zhì)量檢測(cè)合格，通過有效技術(shù)措施保證程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保正常工作。同時(shí)，合金金屬機(jī)殼既保證有效的機(jī)械強(qiáng)度，又可以起到很好的屏蔽干擾的作用[9]。

5 結(jié)語

激光磁能量治療儀是一種集激光、低頻高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)和高頻電療功能于一體的理療儀，滿足了艦上康復(fù)理療的需要，有效解決了當(dāng)前理療設(shè)備多而雜的問題，且該治療儀具有多功能、高集成化、體積小、便于操作使用等特點(diǎn)，節(jié)約了航空母艦空間，間接增強(qiáng)了其后勤保障能力。并能夠更好的適應(yīng)患者的個(gè)人情況，提高治療效果，在康復(fù)理療領(lǐng)域具有良好的推廣前景[10-11]。

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