基于51单片机的电子针灸原理及应用Word下载.docx
《基于51单片机的电子针灸原理及应用Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的电子针灸原理及应用Word下载.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1电针温针治疗的应用背景...................................................1
1.1针灸疗法概述.......................................................1
1.2电针治疗原理.......................................................1
2低频电疗的生理及病理基础.................................................2
2.1神经肌肉兴奋的原理.................................................2
2.1.1细胞的兴奋性.................................................2
2.1.2兴奋的传导和肌肉收缩.........................................3
2.2痛觉...............................................................3
2.2.1痛觉的产生...................................................3
2.2.2疼痛的病理生理特点...........................................4
2.3低频电流的生理和治疗作用...........................................4
2.3.1兴奋神经肌肉组织.............................................5
2.3.2镇痛.........................................................5
2.3.2.1即时镇痛作用...........................................5
2.3.2.2多次治疗后的镇痛作用...................................5
2.3.3促进局部血液循环.................................................5
3电针治疗仪的硬件设计.....................................................6
3.1波形参数及其产生电路...............................................6
3.1.1脉冲宽度.....................................................6
3.1.2频率要适中...................................................7
3.1.3波形的形状...................................................7
3.1.4电路构成.....................................................8
3.2穴位探测...........................................................8
3.3系统性能指标.......................................................8
3.4系统构成...........................................................9
3.4.1单片机选型及系统接口扩展.....................................9
3.4.2DA和通道切换控制部分........................................10
3.4.3单个通道控制及变压输出.......................................11
3.4.4探穴部分.....................................................12
3.4.5加热部分.....................................................13
3.4.6其他.........................................................13
4软件设计方案.............................................................13
4.1程序流程图.........................................................13
4.2程序设计要点.......................................................15
4.2.1主函数说明...................................................15
4.2.2定时器分配、设置.............................................15
4.2.3各种波形参数.................................................15
4.2.4多路同时输出、参数独立可调的实现（Timer2中断函数）.............16
4.2.5各种波形的编程实现...........................................16
4.2.6关于工作定时的说明...........................................17
4.2.7其他.........................................................17
5总结.....................................................................17
参考文献...................................................................18
注释.......................................................................18
致谢.......................................................................23
1电针温针治疗的应用背景
1.1针灸疗法概述
针灸是针法和灸法的合称。
针法是把毫针按一定穴位刺入患者体内，用捻、提等手法来治疗疾病。
灸法是把燃烧着的艾绒按一定穴位熏灼皮肤，利用热的刺激来治疗疾病。
针灸通过经络、腧穴的作用，以及应用一定的手法，来达到治疗全身疾病的目的[1]。
针灸可以达到疏通经络的效果。
疏通经络的作用就是可使淤阻的经络通畅而发挥其正常的生理作用，是针灸最基本最直接的治疗的作用。
经络“内属于脏腑，外络于肢节”，运行气血是其主要的生理功能之一。
经络不通，气血运行受阻，临床表现为疼痛、麻木、肿胀、瘀斑等症状。
针灸科选择相应的腧穴和针刺手法及三棱针点刺出血等使经络通畅，气血运行正常[2]。
针灸疗法具有很多优点：
第一，有广泛的适应症，可用于内、外、妇、儿、五官等科多种疾病的治疗和预防；
第二，治疗疾病的效果比较迅速和显著，特别是具有良好的兴奋身体机能，提高抗病能力和镇静、镇痛等作用；
第三，操作方法简便易行；
第四，医疗费用经济；
第五，没有或极少副作用，基本安全可靠，又可以协同其他疗法进行综合治疗。
这些也是它始终受到人民群众欢迎的原因。
1.2电针治疗原理
凡是具有生命的生物体内，都会有一种独特的电流。
人类的心脏、脑、肌肉、神经等身体内的每个部位都会发出自身感觉不到的非常微弱的低频电流，这被生物学家们称为“生物电流”。
生物电流对身体机能的正常发挥起着非常重要的作用，尤其是对身体内的细胞、神经经络等方面的协调运行更是具有重要的意义。
现代科学研究证明，人体大约是由60M个细胞组成，每个静息活细胞都存在细胞膜电位，细胞在膜电位的作用下，使周围的钠离子、钾离子、氯离子形成梯度排列，并通过离子的交换进行新陈代谢活动。
人体生命活动在各种各样情况下，都应保持一定的电位平衡，当人体有病变时，人体细胞的电位就不平衡。
中国传统医学讲究气血循环、经络通畅，中医里经常提到的“痛则不通，通则不痛”，实质是指经络而言，经络在人体正常生理情况下，起到协调内外平衡阴阳的作用，发挥营内卫外的功能。
而现代科学研究证实：
如果经络的营运功能受到外因的干扰造成不通，那么人体内的气血运行也会受阻，而气血被称为人体之“电气”，即人体生物电流，也即人体内的生物电流受阻，同样如果人体的神经细胞电位失衡，会造成电阻增大、电流不通，电信号传递受阻，也会引起相关神经和相关组织的病痛。
而经络是疾病在体表或皮下组织上所呈现的反应系统，经穴为经络上的反应点，所以在一定反应点上通过电流可以使细胞电位恢复正常，打通电流，使患者的经络在瞬间畅通，使之达到“通则不痛”的目的，故能达到通经活络、通气活血、消除病痛之神奇效果。
人们可以采用一定频率的电流作用于人体上的经穴处，特别是与人体自身的生物电流频率相同的电流来调整人体内的生物电流，使其得到平衡，并修复神经细胞的电位、减小电阻，保持神经系统的电流畅通，神经电信号传递流畅，达到促进相关组织病痛的康复目的。
根据以上原理和目的，人们发明了电疗仪。
本设计便是基于以上原理的一种多通道输出并辅助以温热功能的综合低频电疗仪，经实验性能和效果良好。
2低频电疗的生理及病理基础
2.1神经肌肉兴奋的原理
2.1.1细胞的兴奋性
细胞是生物体的基本构造单位，人体所有的生理功能和生化反应都是在细胞极其产物的物质基础上进行的。
组织或细胞具有对外界刺激发生反应的能力，即具有兴奋性。
细胞的兴奋与许多因素有关。
（1）、刺激与反应：
刺激，泛指细胞所取环境因素的任何改变，常见的刺激因子有化学、机械、温度、电、光等。
任何刺激要引起组织兴奋，必须有一定的刺激强度、刺激持续时间和刺激强度的变化率。
三者互相影响，组成了可兴奋组织的强度-时间曲线关系。
引起组织兴奋所需的最小刺激强度（阈值）与刺激的持续时间呈反变关系，即当刺激较强时，只需较短的刺激时间就可引起兴奋；
当刺激强度较弱时，需较长的刺激时间才能引起组织兴奋。
但当刺激强度低于基强度时，无论刺激时间怎样延长，也不能引起组织兴奋；
同样，当刺激时间短于某值时，无论怎样加大刺激强度，也不能引起组织兴奋。
不同组织（如神经与肌肉组织）的基强度、最小刺激持续时间（脉冲宽度）不同。
当细胞处于兴奋状态时，在受刺激部位首先出现动作电位，而各种细胞的外部表现如肌肉收缩和腺体分泌等，都是由动作电位触发引起的。
在细胞接受一次刺激而兴奋后的一个短时间内，其兴奋性产生明显的变化，即出现绝对不应期和相对不应期。
在绝对不应期，无论刺激强度多大，细胞都不能再兴奋。
不同组织的不应期有很大的差异，如神经纤维的绝对不应期为0.5ms，骨骼肌细胞为2ms，心肌细胞更是高达200~400ms，所以理论上神经纤维每秒内能产生和传导的动作电位数可达2000次，也就是说频率2000Hz以下的每个脉冲刺激均能使神经纤维产生一次兴奋。
但实际上神经纤维在体内传导的冲动的频率，低于理论上可能达到的最大值，一般认为每秒为1000次左右，所以临床上把1000Hz的频率作为低、中频电疗法的分界。
（2）、兴奋的产生：
在安静情况下，细胞的膜电位（静息电位）是膜外为正，膜内为负。
当膜的极化状态受到破坏，并达到一定程度（阈值）时，首先出现膜的去极化，并引发一个动作电位。
动作电位的产生是细胞兴奋的标志，它只有在刺激满足一定条件或在特定条件下刺激强度达到阈值时才能产生。
神经兴奋的传播或神经冲动，实质上是沿着神经传导的动作电位。
2.1.2兴奋的传导和肌肉收缩
可兴奋细胞的特征之一是细胞膜的任何一处产生的动作电位，都可传给与它相邻接的膜结构。
一个细胞向另一个细胞的兴奋传递，则以缝隙连接、激素-受体相互作用、突触连接等方式进行。
神经细胞之间、神经细胞与肌肉细胞之间的兴奋传递是经突触连接传导的。
兴奋传播的机理简述如下。
（1）、兴奋的传播：
兴奋的传导，就是动作电位的扩布。
由于去极化后产生膜电位的暂时倒转，使膜外电位低于邻近静息部位，而膜内电位高于邻近静息部位，于是在兴奋区和静息区之间构成局部电流，该电流使邻近静息区产生动作电位。
而这一新动作电位的部位又与邻近膜之间形成局部电流，依次类推，使兴奋逐渐向前移行。
在无髓神经纤维和肌肉纤维，兴奋传导是连续性的过程，而在有髓鞘神经纤维上，兴奋传导是从一个郎飞氏节（Ranvier'
snode，注[1]）跳跃到另一个郎飞氏节的跳跃传导方式。
（2）、神经肌肉接头的兴奋传递和肌肉收缩：
可简述为兴奋→突触小结→突触小泡释放乙酰胆碱→乙酰胆碱与运动终板上的受体结合→终板电位→兴奋传导到三联管系统→肌肉动作电位→整个肌原纤维兴奋→肌丝滑行，肌小节变短→肌肉收缩。
2.2痛觉
疼痛是人类共有而个体差异很大的一种不愉快的、复杂的主观感觉。
疼痛提供躯体受到伤害性刺激威胁的警报信号，对机体具有保护意义。
但另一方面，严重的慢性疼痛困扰着数以百万计的人们，是临床一大难题。
2.2.1痛觉的产生
当机体受到伤害性刺激时，组织细胞破坏并释放一些化学物质，激活伤害性感受器（nociceptor），后者将刺激转为神经冲动并迅速传入到中枢而产生痛觉。
痛觉是一种复杂的感觉，易受心理和其他因素的影响，在个体间有很大的差异。
痛觉的产生和传导涉及到周围和中枢神经系统的许多部分。
（1）、伤害性刺激引起伤害性感受器兴奋：
在人体皮肤、肌肉、关节和内脏器官内广泛存在伤害性感受器。
不同组织中的伤害性感受器的反应特性不同。
一般认为痛觉感受器是游离的神经末梢，任何伤害性刺激均是痛觉感受器的适宜刺激，且只要达到一定的强度就会引起疼痛。
这些伤害性刺激包括炎症、损伤、冷热、压迫等物理刺激和酸碱等化学刺激。
（2）、痛觉传导纤维：
神经纤维根据其直径大小和电生理特征分为A类、B类、C类（见表1），其中Aδ纤维和C纤维传导痛觉。
由此可将伤害性感受器分为“Aδ伤害性感受器”和“C伤害性感受器”，前者传导刺痛，后者传导灼痛。
Aδ纤维兴奋阈值低。
传导速度快，主要传导快痛。
C纤维兴奋阈值高，传导速度慢，主要传导慢痛。
表1神经纤维的分类
A类（有髓）
B类
（有髓）
C类（无髓）
Aα
Aβ
Aγ
Aδ
sC
drC
纤维直径μm
13~22
8~13
4~8
1~4
1~3
0.3~1.3
0.4~1.2
传导速度m/s
70~120
30~70
15~30
12~30
3~15
0.7~2.3
0.6~2.0
来源
初级肌梭传入纤维支配梭外肌传出纤维
皮肤的触压觉传入纤维
支配梭内肌的传出纤维
皮肤痛温觉传入纤维
植物神经节前纤维
植物神经节后纤维
后根中传导痛觉的传入纤维
2.2.2疼痛的病理生理特点
（1）、疼痛是机体组织受到较强的物理化学因子刺激所产生的复杂的局部或全身的病理生理变化；
（2）、机体对疼痛的感受程度和反应大小，与疼痛的性质、强度、范围、持续时间密切相关；
（3）、疼痛与精神心理状态相关；
（4）、可同时伴有其他感觉障碍、运动障碍等症状。
2.3低频电流的生理和治疗作用
低频电流的生理作用和治疗作用包括：
（1）、兴奋神经肌肉组织；
（2）、镇痛；
（3）、促进局部血液循环；
（4）、促进伤口愈合；
（5）、促进骨折愈合；
（6）、消炎；
（7）、镇静催眠作用。
前三种是主要作用，后四种是次要作用。
下面着重介绍三种主要作用。
2.3.1兴奋神经肌肉组织
只有不断变化的电流才能兴奋神经肌肉组织，引起肌肉收缩，恒定直流电是不能引起神经肌肉兴奋的，因此低频脉冲电流的主要治疗作用之一是引起神经肌肉兴奋。
用电刺激作用于神经时，必须是外向电流，而且只有达到一定的强度才能引起兴奋。
因此，当低频脉冲电流刺激神经干时，兴奋易发生在阴极下方。
当低频电流的阳极、阴极并置于神经干上方时，电流有两条通路。
一是从阳极通过皮下组织到阴极，另一条是从阳极通过神经纤维再到阴极。
当皮下组织的阻抗很小时（如两电极靠得太近时），电流的大部分将通过阻抗最小的通路，即皮下组织。
要使通过神经纤维的电流达到引起兴奋的强度，就必须增大刺激强度或使电极的放置合理。
2.3.2镇痛
2.3.2.1即时镇痛作用
是电疗中和电疗后数分钟至数小时内所发生的镇痛作用。
其作用机理概括如下。
（1）、低频电流→兴奋粗（Aβ）纤维→SG细胞兴奋→闸门关闭→痛觉传入减弱或受阻→镇痛
（2）、低频电流→兴奋脊髓背角胶质区→
抑制痛觉的传入→镇痛
（3）、低频电流→脑高级中枢内源性痛觉调制系统→释放5-HT、阿片肽、GABA、NA等递质→脊髓背外侧束→抑制脊髓背角神经元→镇痛
（4）、低频电流刺激冲动→脊髓→皮层感觉区→干扰痛觉→镇痛
（5）、低频电流→产生震颤感和肌肉颤动→兴奋粗纤维→疼痛的传导受干扰和受阻→镇痛
2.3.2.2多次治疗后的镇痛作用
多次治疗后的镇痛，与产生即时镇痛作用的各种因素和局部血液循环改善而带来的有利反应有关。
局部血液循环的改善能减轻局部缺血、缓解酸中毒、加速致痛物质和有害的病理产物的清除、减轻组织和神经纤维间水肿、改善局部营养代谢，从而消除或减弱了疼痛的刺激因素，达到镇痛效应[3]。
2.3.3促进局部血液循环
低频电流有改善局部血液循环的作用，其作用可能通过以下途径产生：
（1）、轴突反射：
低频电流刺激皮肤，使神经兴奋，传入冲动同时沿着与小动脉壁相连的同一神经元之轴突传导，使小动脉壁松弛，出现治疗当时和治疗后电极下的皮肤浅层充血发红。
（2）、低频电流刺激神经（尤其是感觉神经）后，使之释放出小量的P物质和乙酰胆碱等物质，引起血管扩张反应。
（3）、皮肤受刺激释放出组织胺，使毛细血管扩张，出现治疗后稍长时间的皮肤充血反应。
（4）、电刺激使肌肉产生节律性收缩，其活动后的代谢产物如乳酸、ADP、ATP等有强烈的扩血管作用，能改善肌肉组织的供血。
（5）、抑制交感神经而引起血管扩张，如间动电流作用于颈交感神经节，可使前臂血管扩张；
干扰电流作用于高血压患者的颈交感神经节可使血压下降。
3电针治疗仪的硬件设计
3.1波形参数及其产生电路
目前，人们制造和使用的传统电疗仪都是采用变频、脉冲等方式，既有低频治疗仪、中频治疗仪和高频治疗仪之分，波形又有三角波、方波、梯形波、正弦波、阶梯波、指数波等。
3.1.1脉冲宽度
脉冲宽度要尽量窄。
施用脉冲电压较高时，发现对神经系统引起的刺激较大，当然治疗作用也较显著。
但如其平均电流过大时，则会引起扎针部分肌肉收缩或皮肤烧伤等有害问题。
平均电流越大则问题越显著存在。
我们要求得到较大的刺激，但又不让肌肉有收缩或皮肤烧伤的现象，就要尽量缩窄脉冲宽度。
这样虽然脉冲的强度极高能产生较大刺激，但其平均电流仍是很低的，因此便符合了我们的要求。
请参考图1。
在实践治疗过程中，发现在用电疗仪时，初时不可一下子就采用最大脉冲电压刺激，应先稍微刺激一下，然后才逐渐加强输出，这样病人才能适应。
ab
图1脉冲宽度与平均电流的关系
a宽脉冲b窄脉冲
3.1.2
升级会员 