專利名稱：肌肉力量訓(xùn)練儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電刺激器，特別是訓(xùn)練肌肉力量用的電刺激器。
肌電刺激(ESM)是在皮膚上放置皮膚表面電極，在電極中通以電流波形，使肌肉產(chǎn)生收縮。功能肌電刺激(ESMF)是對健全的肌肉進(jìn)行有目的性的肌電刺激，它能極大地提高肌肉的再生效力和力量，為理療和肌運(yùn)動療法開辟了廣闊的前景，它同時(shí)也是現(xiàn)代肌肉力量訓(xùn)練的一種優(yōu)越和有效的手段。
第一代ESMF電流是用低頻交流電調(diào)制中頻正弦電流，而肌生理學(xué)研究表明對運(yùn)動神經(jīng)的刺激，其效果取決于電流上升或下降的速度，以陡直脈沖為好，由于正弦波的上升速度較慢，在刺激運(yùn)動神經(jīng)的同時(shí)，對皮膚感覺神經(jīng)也產(chǎn)生刺激，因此有很大的疼痛感。第二代ESMF電流為幾十HZ的低頻單向方波，效果好于第一代，但由于單向方波有直流分量和方向性，因此會造成對皮膚的燒灼感和直流電解反應(yīng)。
目前國內(nèi)的電子治療儀器(無專門的肌電刺激儀器)如中低頻治療儀、便攜式電子理療儀等多采用第一代和第二代ESMF電流，從機(jī)理上即存在缺陷，此外中低頻電子治療儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，便攜式電子理療儀輸出波形種類少，且大多以電池為電源，不能提供充足的電刺激強(qiáng)度。
肌生理學(xué)及肌電刺激研究表明人體肌肉分為白肌纖維(快肌)、紅肌纖維(慢肌)和中間肌三類，其中快肌屬力量型肌肉，其收縮放松的頻率約33HZ;紅肌屬耐力型肌肉，其收縮放松的頻率較慢，約為10HZ;而中間肌則兼具快肌和慢肌的特性。
本發(fā)明的目的是提供可以輸出針對上述三種肌纖維特性的第三代ESMF電流，即低頻雙向方波脈沖電流，且使用安全、沒有燒灼感和疼痛感的肌電刺激和理療康復(fù)儀器。第三代ESMF中包括T1～T4四個(gè)參數(shù)，其中，方波寬度T1為幾百μs～幾ms，它是刺激強(qiáng)度的參量，雙向方波的周期T2為幾十ms可調(diào)，它對應(yīng)不同肌纖維的收縮放松頻率，雙向方波序列持續(xù)時(shí)間T3為幾秒～十幾秒，間歇時(shí)間T4為幾秒～幾十秒。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種肌肉力量訓(xùn)練儀有外殼、直流電源、功放電路、電極和波形產(chǎn)生電路和接在功放電路和電極之間的輸出變壓器組成。波形產(chǎn)生電路包括頻率控制、單脈沖發(fā)生、程序轉(zhuǎn)換、調(diào)制頻率及調(diào)制器五個(gè)單元。其中頻率控制單元為頻率可調(diào)的振蕩器，它產(chǎn)生與肌肉收縮放松頻率相符的單向脈沖T2去觸發(fā)單脈沖發(fā)生單元;單脈沖發(fā)生單元將所收的單向脈沖轉(zhuǎn)變成雙向方波送給調(diào)制器單元，每個(gè)方波的寬度為T1;調(diào)制頻率單元為可產(chǎn)生脈寬為T3、周期為T3+T4的調(diào)制波的振蕩器;程序轉(zhuǎn)換單元分別為頻率控制、單脈沖發(fā)生和調(diào)制頻率單元提供用于調(diào)節(jié)脈寬和頻率的可選擇的定時(shí)電阻;調(diào)制器單元用調(diào)制頻率單元輸出的調(diào)制波將單脈沖發(fā)生單元輸出的雙向方波調(diào)制成邊沿緩變的輸出波，然后送至功放電路。
本發(fā)明有四種程序，通過程序轉(zhuǎn)換單元可選擇不同的T1～T4值，以達(dá)到對快肌、慢肌、中間肌及止痛的功能肌電刺激，產(chǎn)生的波形經(jīng)功放和輸出變壓器后，由附著于人體的導(dǎo)電橡膠電極片作用于肌肉。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明組成框圖;
圖2是本發(fā)明中的波形產(chǎn)生電路原理圖。
在附圖中1-頻率控制2-單脈沖發(fā)生3-程序轉(zhuǎn)換9-電極4-調(diào)制頻率5-調(diào)制器6-功放電路7-直流電源8-輸出變壓器10～13、20、21、26、27-CD4098單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14～16、22-CD4066雙向模擬開關(guān)18、19-CD4052多路模擬開關(guān)24-CD4051多路模擬開關(guān)17、25-CD40193四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器23-CD4095JK觸發(fā)器28-10HZ振蕩器29～32-CD4023與非門圖1所示的肌肉力量訓(xùn)練儀由外殼(圖中未畫出)、直流電源7、功放電路6、電極9、接在功放電路6和電極9之間的輸出變壓器8及波形產(chǎn)生電路組成，電極9有一負(fù)四正五個(gè)導(dǎo)電橡膠電極片，所說波形產(chǎn)生電路包括頻率控制1、單脈沖發(fā)生2、程序轉(zhuǎn)換3、調(diào)制頻率4及調(diào)制器5五個(gè)單元。其中頻率控制1為頻率可調(diào)的振蕩器，它產(chǎn)生與肌肉收縮放松頻率相符的單向脈沖T2去觸發(fā)單脈沖發(fā)生2;單脈沖發(fā)生2將所收的單向脈沖轉(zhuǎn)變成雙向方波送給調(diào)制器5，每個(gè)方波的寬度為T1;調(diào)制頻率4為可產(chǎn)生脈寬為T3、周期為T3+T4的調(diào)制波的振蕩器;程序轉(zhuǎn)換3分別為頻率控制1、單脈沖發(fā)生2和調(diào)制頻率4提供用于調(diào)節(jié)脈寬和頻率的可選擇的定時(shí)電阻;調(diào)制器5用調(diào)制頻率4輸出的調(diào)制波將單脈沖發(fā)生2輸出的雙向方波調(diào)制成邊沿緩變的輸出波后送至功放電路6。
在圖2中頻率控制1-由第一單穩(wěn)10和第二單穩(wěn)11組成，兩者的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，為典型應(yīng)用。第一單穩(wěn)的定時(shí)電阻固定，第二單穩(wěn)的定時(shí)電阻由第五多路模擬開關(guān)19的一路提供。第一單穩(wěn)產(chǎn)生T21，第二單穩(wěn)產(chǎn)生T22，這里T22＞＞T21，T21+T22＝T2，可認(rèn)為T2≈T22，改變它的定時(shí)電阻即可改變T22(T2)。第二單穩(wěn)的輸出接第三單穩(wěn)12和第四單穩(wěn)13的TR+腳。
單脈沖發(fā)生2-由第三單穩(wěn)12、第四單穩(wěn)13、第一至第三單路模擬開關(guān)14～16組成，第一至第三單路模擬開關(guān)成星形連接，第一模擬開關(guān)14的另一端接電源正端，第二模擬開關(guān)15的另一端接地，第三模擬開關(guān)16的另一端作為單脈沖發(fā)生2的輸出點(diǎn)與并在電源和地之間的電阻串聯(lián)支路的串聯(lián)點(diǎn)B相接，平時(shí)B點(diǎn)的電位為Vc/2。第三單穩(wěn)和第四單穩(wěn)的定時(shí)電阻由第四多路模擬開關(guān)18的兩路輸出分別提供，第三單穩(wěn)12的兩路輸出分別接第一模擬開關(guān)14和第二模擬開關(guān)15的控制端，第四單穩(wěn)13的輸出接第三模擬開關(guān)16的控制端。當(dāng)A點(diǎn)即第三單穩(wěn)12和第四單穩(wěn)13的TR+腳有一上升沿觸發(fā)時(shí)，單穩(wěn)12從其Q和Q端分別輸出寬度為T1的正負(fù)脈沖，使第一模擬開關(guān)14通，第二模擬開關(guān)15斷，同時(shí)單穩(wěn)13輸出一個(gè)寬度為2T1的正脈沖，使第三模擬開關(guān)16通，于是B點(diǎn)接Vc產(chǎn)生上半脈沖;經(jīng)T1時(shí)間后，模擬開關(guān)14斷，模擬開關(guān)15通，而此時(shí)模擬開關(guān)16仍通，于是B點(diǎn)接地產(chǎn)生下半脈沖。經(jīng)2T1時(shí)間后，單穩(wěn)13工作結(jié)束，模擬開關(guān)16斷，使B點(diǎn)的電位維持為Vc/2，單脈沖產(chǎn)生過程結(jié)束，等待下次A點(diǎn)的上升沿觸發(fā)。
程序轉(zhuǎn)換3-由第一計(jì)數(shù)器17、第四和第五多路模擬開關(guān)18、19及程序選擇鍵K1組成。第四和第五多路模擬開關(guān)的各輸入腳分別經(jīng)定時(shí)電阻與電源正端相接，第四多路模擬開關(guān)18的兩路輸出分別接第三單穩(wěn)12和第四單穩(wěn)13的定時(shí)電阻輸入腳，第五多路模擬開關(guān)19的兩路輸出分別接第二單穩(wěn)11和第六單穩(wěn)21的定時(shí)電阻輸入腳，第四和第五多路模擬開關(guān)18、19的控制端接第一計(jì)數(shù)器17的輸出。當(dāng)K1不斷按下，便觸發(fā)計(jì)數(shù)器17，使其輸出端QBQA按00-01-10-11-00循環(huán)變化，更使多路模擬開關(guān)18、19的COM1和COM2端分別接通自己的0-1-2-3-0端，即相當(dāng)于第二單穩(wěn)11的定時(shí)電阻分別選擇R21、R22、R23、R24，第三單穩(wěn)12的定時(shí)電阻分別選擇R11、R12、R13、R14，第四單穩(wěn)13的定時(shí)電阻分別選擇R15(＝2R11)、R16(＝2R12)、R17(＝2R13)、R18＝2R14)，第六單穩(wěn)21的定時(shí)電阻分別選擇R25、R26、R27、R28。這樣通過不同的T1T2T3的選擇便實(shí)現(xiàn)了不同程序的轉(zhuǎn)換。
調(diào)制頻率4-由第五和第六單穩(wěn)20～21、第六單路模擬開關(guān)22、觸發(fā)器23和通斷控制鍵K2組成。第五單穩(wěn)20和第六單穩(wěn)21的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第六單路模擬開關(guān)22串接在單穩(wěn)20和21的輸入輸出交叉回路中，觸發(fā)器23的輸出接第六單路模擬開關(guān)22的控制端，第六單穩(wěn)21的輸出接第七單穩(wěn)26和第八單穩(wěn)27的輸入端。按下K2，觸發(fā)器23的Q輸出端將由0變?yōu)?或反之，受其控制的第六模擬開關(guān)22將通或斷，從而控制該多諧振蕩器的起振或停振，產(chǎn)生T3脈沖作為調(diào)制波。
調(diào)制器5-由第七模擬開關(guān)24、第二計(jì)數(shù)器25、第七單穩(wěn)26、第八單穩(wěn)27、用非門和阻容元件構(gòu)成的10HZ振蕩器28和與非門29～32組成。第七多路模擬開關(guān)24的輸入、輸出和控制端分別接單脈沖發(fā)生2的輸出、第二計(jì)數(shù)器25的輸出和功放電路6的輸入;與非門29和30的第一個(gè)輸入端接10HZ振蕩器28的輸出，第二個(gè)輸入端接第二計(jì)數(shù)器25輸出的門控信號，第三個(gè)輸入端分別接第七單穩(wěn)26和第八單穩(wěn)27的輸出，與非門29和30的輸出分別接計(jì)數(shù)器25的遞增計(jì)數(shù)端和遞減計(jì)數(shù)端;調(diào)制頻率4的輸出點(diǎn)即C點(diǎn)分別接第七單穩(wěn)26的TR+腳和第八單穩(wěn)27的TR-腳。當(dāng)T3上升沿作用C點(diǎn)后，單穩(wěn)26的Q端產(chǎn)生一個(gè)1S的脈沖輸出，將與非門29打開，于是10HZ振蕩器28輸出的脈沖作用于計(jì)數(shù)器25的遞增計(jì)數(shù)端，使計(jì)數(shù)器25的輸出端QCQBQA從000每隔0.1秒變化一次遞增到111，使模擬開關(guān)24的COM腳輸出在0.7秒內(nèi)從零上升至滿幅度。由于此時(shí)QCQBQA＝111，使與非門31翻轉(zhuǎn)，封住了與非門29，故計(jì)數(shù)器25因無計(jì)數(shù)脈沖輸入而處保持狀態(tài)。這樣模擬開關(guān)24輸出的便是上升沿緩變的治療波形。當(dāng)T3下降沿作用C點(diǎn)后，單穩(wěn)27輸出一個(gè)1S的脈沖，將與非門30打開，使10HZ脈沖作用于計(jì)數(shù)器25的遞減計(jì)數(shù)端，使其QCQBQA從111逐漸下降到000，于是模擬開關(guān)24的COM腳輸出從滿幅度均勻下降至零的下降沿緩變的治療波形。此后QCQBQA＝000，使與非門32翻轉(zhuǎn)，封住與非門30，使計(jì)數(shù)器25保持，等待下次C點(diǎn)上升沿脈沖觸發(fā)。
本發(fā)明采用第三代ESMF電流，即低頻雙向方波脈沖電流，且具有四種程序可供用戶選擇，使用中無燒灼感和疼痛感、針對性強(qiáng)，即可用于肌肉訓(xùn)練又可用于理療康復(fù);
本發(fā)明采用市電經(jīng)輸入變壓器供電，并采用輸出變壓器將治療波形升壓和隔離，具有使用安全、刺激強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn);
本發(fā)明送出的治療波形其上升沿和下降沿均經(jīng)緩變處理，并采用柔性導(dǎo)電橡膠電極，使用舒適方便。
本發(fā)明曾經(jīng)1992年奧運(yùn)會金牌得主，游泳運(yùn)動員莊泳試用，使肌肉(大腿肌群)力量增加25%，為奪取金牌創(chuàng)造了條件。本發(fā)明也曾為多家醫(yī)療單位，如解放軍總醫(yī)院、友誼醫(yī)院、天壇醫(yī)院、白求恩國際和平醫(yī)院、北醫(yī)三院、協(xié)和醫(yī)院、宣武醫(yī)院、中國康復(fù)中心等使用，在理療科、神經(jīng)科、內(nèi)科、骨科等有良好的療效。
權(quán)利要求
1.一種肌肉力量訓(xùn)練儀有外殼、直流電源(7)、功放電路(6)、電極(9)和波形產(chǎn)生電路，其特征在于它還包括接在功放電路(6)和電極(9)之間的輸出變壓器(8)，所說波形產(chǎn)生電路由頻率控制(1)、單脈沖發(fā)生(2)、程序轉(zhuǎn)換(3)、調(diào)制頻率(4)及調(diào)制器(5)組成，其中頻率控制(1)為頻率可調(diào)的振蕩器，它產(chǎn)生與肌肉收縮放松頻率相符的單向脈沖去觸發(fā)單脈沖發(fā)生(2)；單脈沖發(fā)生(2)將所收的單向脈沖轉(zhuǎn)變成雙向方波送給調(diào)制器(5)；調(diào)制頻率(4)為可產(chǎn)生調(diào)制波的振蕩器；程序轉(zhuǎn)換(3)分別為頻率控制(1)、單脈沖發(fā)生(2)和調(diào)制頻率(4)提供可選擇的定時(shí)電阻；調(diào)制器(5)用調(diào)制頻率(4)輸出的調(diào)制波將單脈沖發(fā)生(2)輸出的雙向方波調(diào)制成邊沿緩變的輸出波后送至功放電路(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌肉力量訓(xùn)練儀，其特征在于所說頻率控制(1)由第一單穩(wěn)(10)和第二單穩(wěn)(11)組成;所說單脈沖發(fā)生(2)由第三單穩(wěn)(12)、第四單穩(wěn)(13)、第一至第三單路模擬開關(guān)(14)～(16)組成;所說程序轉(zhuǎn)換(3)由第一計(jì)數(shù)器(17)、第四和第五多路模擬開關(guān)(18)～(19)組成;所說調(diào)制頻率(4)由第五和第六單穩(wěn)(20)～(21)、第六單路模擬開關(guān)(22)、觸發(fā)器(23)組成;所說調(diào)制器(5)由第七模擬開關(guān)(24)、第二計(jì)數(shù)器(25)、第七單穩(wěn)(26)、第八單穩(wěn)(27)、10HZ振蕩器(28)和與非門(29)～(32)組成;其中在頻率控制(1)中-第一單穩(wěn)(10)和第二單穩(wěn)(11)的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第一單穩(wěn)的定時(shí)電阻固定，第二單穩(wěn)的定時(shí)電阻由第五多路模擬開關(guān)(19)的一路提供，第二單穩(wěn)的輸出接第三單穩(wěn)(12)和第四單穩(wěn)(13)輸入;在單脈沖發(fā)生(2)中-第一至第三單路模擬開關(guān)(14)～(16)成星形連接，第一模擬開關(guān)(14)的另一端接電源正端，第二模擬開關(guān)(15)的另一端接地，第三模擬開關(guān)(16)的另一端作為單脈沖發(fā)生(2)的輸出點(diǎn)與并在電源和地之間的電阻串聯(lián)支路的串聯(lián)點(diǎn)相接，第三單穩(wěn)(12)和第四單穩(wěn)(13)的定時(shí)電阻由第四多路模擬開關(guān)(18)的兩路輸出分別提供，第三單穩(wěn)(12)的兩路輸出分別接第一模擬開關(guān)(14)的第二模擬開關(guān)(15)的控制端，第四單穩(wěn)(13)的輸出接第三模擬開關(guān)(16)的控制端;在程序轉(zhuǎn)換(3)中-第四和第五多路模擬開關(guān)(18)～(19)的各輸入腳分別經(jīng)定時(shí)電阻與電源正端相接，第四多路模擬開關(guān)(18)的兩路輸出分別接第三單穩(wěn)(12)和第四單穩(wěn)(13)的定時(shí)電阻輸入腳，第五多路模擬開關(guān)(19)的兩路輸出分別接第二單穩(wěn)(11)和第六單穩(wěn)(21)的定時(shí)電阻輸入腳，第四和第五多路模擬開關(guān)(18)～(19)的控制端接第一計(jì)數(shù)器(17)輸出;在調(diào)制頻率(4)中-第五單穩(wěn)(20)和第六單穩(wěn)(21)的輸入輸出交叉連接成多諧振蕩器，第六單路模擬開關(guān)(22)串接在第五單穩(wěn)(20)和第六單穩(wěn)(21)的輸入輸出交叉回路中，觸發(fā)器(23)的輸出接第六單路模擬開關(guān)(22)的控制端，第六單穩(wěn)(21)的輸出接第七單穩(wěn)(26)和第八單穩(wěn)(27)的輸入端;在調(diào)制器(5)中-第七多路模擬開關(guān)(24)的輸入、輸出和控制端分別接單脈沖發(fā)生(2)的輸出、第二計(jì)數(shù)器(25)的輸出和功放電路(6)的輸入，與非門(29)和(30)的第一個(gè)輸入端接10HZ振蕩器(28)的輸出，第二個(gè)輸入端接第二計(jì)數(shù)器(25)輸出的門控信號，第三個(gè)輸入端分別接第七單穩(wěn)(26)和第八單穩(wěn)(27)的輸出，與非門(29)和(30)的輸出分別接第二計(jì)數(shù)器(25)的遞增計(jì)數(shù)端和遞減計(jì)數(shù)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌肉力量訓(xùn)練儀，其特征在于所說電極(9)有一負(fù)四正五個(gè)導(dǎo)電橡膠電極片。
全文摘要
一種肌肉力量訓(xùn)練儀有外殼、直流電源7、功放電路6、導(dǎo)電橡膠電極9和波形產(chǎn)生電路，其特征在于它還包括接在功放電路6和電極9之間的輸出變壓器8，所說波形產(chǎn)生電路由頻率控制1、單脈沖發(fā)生2、程序轉(zhuǎn)換3、調(diào)制頻率4及調(diào)制器5組成。本發(fā)明采用第三代ESMF電流，即低頻雙向方波脈沖電流，且具有四種程序可供用戶選擇，使用中無燒灼感和疼痛感、針對性強(qiáng)，既可用于肌肉訓(xùn)練又可用于理療康復(fù)。
文檔編號A61N1/36GK1081920SQ9310737
公開日1994年2月16日 申請日期1993年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月26日
發(fā)明者王斐力 申請人:王斐力