專利名稱：熱刺激裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱刺激裝置。更具體地，本發明涉及一種能夠提供加熱及致冷的熱刺激裝置。
背景技術：
本領域目前已知幾種用于各種治療應用治療方式，包括電刺激法、熱療以及熱刺激法。電刺激涉及向單一肌肉或一組肌肉群施加電流。由此造成的收縮可在增強受損肌肉、減輕水腫、緩解疼痛以及促進愈合等各方面產生效果。許多電刺激系統限于具有兩條或四條通道，因此允許僅將兩個或四個墊片用于患者。墊片通常很小并通過電池供電。這會導致在治療過程中的功率較低，由此所產生電場的治療深度較小。現有電刺激系統產生的很淺的電場深度限制了系統性能及對患者的治療效果。在某些系統中已嘗試通過由電纜或電網電源施加較大電流來消除上述影響。然而，由于現有電刺激墊片的尺寸較小，在治療中采用較高的功率時(即采用較大電流時)，會導致患者感到疼痛或不適。熱療具有如減輕肌肉痙攣和增強血液流通而促進愈合等多種效果，因而該療法本身極為實用。而人們已發現聯合療法(即協同使用其他方式，如按摩、超聲波和/或電刺激)比單一的熱療法更具療效。熱刺激即為其中一種聯合療法，包括同時使用熱療法及電刺激。隨著熱刺激作用，在電刺激的增強、調理、鎮痛和康復療效之外還伴有熱療的康復療效。而且，人們發現熱療法還可起到能讓病人承 受較大電流的功用。同未協同熱療法的電刺激相比，這種療法所產生的電場強度更大且穿透深度更深，由此產生更積極的效果。低溫治療也可用于不同情況的治療，可作為治療措施或防護措施。局部損傷或疼痛通常采用加熱、冷卻或二者相結合的方式來進行治療，從而加速愈合過程。實際上，實施低溫治療包括應用利用水循環技術的降溫毯或降溫包。這些裝置極易發生泄露，因此并不建議將它們與電動設備結合使用。第6125636號美國專利描述了一種個人致冷和/或加熱裝置，所述裝置包括散熱構件以及珀爾帖熱光伏模塊，所述散熱構件配合于用戶部分身體的四周。第3099137號美國專利涉及一種柔性熱電裝置，所述裝置可構成于衣服內，用于致冷或加熱局部區域。第2009/0163984號美國專利申請涉及一種止痛治療裝置，所述裝置包括傳導構件，傳導構件自裝置的內表面延伸并能夠從一次性或多次使用的袋包傳遞熱、冷或震動。第2008/0140165號美國專利申請涉及一種熱烤盤，所述熱烤盤包括交替作用的加熱和致冷部分。第3132688號美國專利涉及一種致冷和/或加熱身體局部區域的熱裝置。因此，本領域仍需一種更為安全有效的改進的熱刺激治療裝置或方法，該裝置或方法可提供應用加熱和致冷的治療
發明內容
本發明披露一種熱刺激裝置，該裝置包括提供加熱及致冷的裝置。根據本發明的第一方面，提供一種熱刺激裝置，該裝置包括:提供電刺激的裝置以及提供加熱及致冷的裝置。優選地，提供電刺激的裝置可向人或動物身體施加電刺激。優選地，提供加熱及致冷的裝置可向人或動物身體實施加熱及致冷。根據本發明披露的不同實施例，提供加熱及致冷的裝置可單獨實施加熱、單獨實施致冷或同時實施加熱和致冷。提供電刺激的裝置可提供加熱及致冷的裝置向人或動物身體實施加熱、致冷或加熱及致冷的同一時間向人或動物身體施加電刺激。優選地，同時實施加熱、致冷和電刺激。在一優選實施方案中，熱刺 激裝置包括至少一個加熱墊片以及至少一個致冷墊片。優選地，所述至少一個加熱墊片包括所述提供電刺激的裝置和供熱裝置。所述至少一個加熱墊片可包括頂層、與待治療區域接觸的底層以及支撐刺激裝置和加熱裝置的第
一和第二中間層。優選地，致冷墊片包括容納液態或氣態致冷劑的裝置。在另一優選實施方案中，熱刺激裝置包括至少一個能夠提供加熱和致冷的墊片。優選地，加熱和致冷組合式墊片包括一個或多個珀耳帖元件。所述墊片可進一步包括散熱裝置和/或熱交換裝置。優選地，根據本發明所述的墊片包括溫度傳感器，溫度傳感器連接至中心處理單元，以調節墊片的溫度。優選地，溫度傳感器包括熱電偶。所述墊片也可設置成獨立于所述熱刺激裝置。根據本發明的第二方面，提供一個或多個下列部件:用于如上所述熱刺激裝置的加熱墊片、致冷墊片以及加熱和致冷組合式墊片。


下面根據附圖對本發明進行進一步說明，其中:圖1是根據本發明所述熱刺激裝置的框圖；圖2是根據本發明所述熱刺激裝置的不同部分的流程圖；圖3是根據本發明所述熱刺激裝置所采用的加熱及電刺激墊片圖示；圖4A、4B、4C和4D是如圖3所示加熱及電刺激墊片的三層的俯視示意圖；圖5A、5B、5C和是如圖3所示加熱及電刺激墊片的三層的仰視示意圖；圖6是如圖5B和4C所示層的示意圖；圖7表示采用致冷墊片的根據本發明所述裝置的示意圖；圖8表示如圖7所示致冷墊片的中間層的俯視示意圖；圖9表示根據本發明所述加熱和致冷組合式墊片的俯視示意圖；圖10表示根據本發明所述加熱和致冷組合式墊片的仰視示意圖。
具體實施例方式參照圖1，圖中表示根據本發明的熱刺激裝置I。裝置可包括顯示及控制單元2(例如iPad 或其他適當的計算機裝置)。裝置I還可包括一個或多個(優選為多達二十個)接口卡3以及可選的接口卡4。每一接口卡3均適于接納向患者實施電刺激、加熱和/或致冷的墊片40。優選地，每一接口卡3均具有其獨有的中央處理單元(CPU) 5。每一接口卡3均適于接收來自置于墊片中的溫度傳感器的反饋，溫度傳感器如熱電偶或電阻式溫度計(例如PtlOOO或PtlOO鉬電阻溫度計)。裝置I可進一步包括一個或多個可選的接口卡4。例如，可選的接口卡4可采取生物電阻抗測量16，用于根據組織特性進行墊片輸出的生物反饋控制，由此優化墊片的療效。另如，可選的接口卡4可用于超聲波17、激光18及射頻/微波治療。優選地，裝置由電網6供電，所有連接至接口卡3、4的附件(包括下述墊片)均可經由裝置I通過供電單元(PSU) 8而由電網6供電。使用中，另一中央處理單元(CPU )7經由藍牙 .或W1-Fi .連接器9接收來自顯示及控制單元2的協議消息、解釋這些消息并將組態設定分配至相應接口或墊片。CPU7也可接收來自接口或墊片的消息或警告信號、作用于這些消息并將狀態信息發送至顯示及控制單元2上的用戶接口。圖2表示提供根據本發明的裝置概況的流程圖，下面將進一步詳述每一部件。圖中示出三種類型的墊片，即組合式電子肌肉刺激及加熱墊片19、利用氣體或液體致冷介質并結合使用散熱器21的冷墊片20及利用一個或多個帕爾貼元件的致冷及加熱組合式墊片22。墊片接口卡3驅動在墊片上提供期望的電刺激脈沖所需的電流和電壓。它還監控實際的電流和電壓并將其限定于最大值。此外，墊片接口卡3輸送加熱所需的電流。極為重要之處在于個別墊片接口是電絕緣接口。倘若這些墊片接口不是電絕緣接口，電流在墊片間流動，這將導致電流通過身體。所述結構包括預設電路的限流器。CPU5 (例如微控制器)可加至每一墊片接口卡3和/或可選的接口卡4。這可允許使用采用協議的總線方案，用于與CPU進行通信。由此極大地降低了對電線的需求。這種微控制器還可監控電壓/電流并適當地對其進行限制。倘若超出限制則提出警告。優選地，刺激及加熱墊片接口 19的正常運作是連續循環存儲于RAM中的脈沖序列，直至另有指示為止。脈沖序列經由例如I2C總線下載至接口。一組命令也經由I2C使得新的脈沖序列被激活、溫度值及溫度狀態被讀出等。圖3表示本發明所述熱刺激裝置所采用的墊片19，適于為患者提供加熱和電刺激。倘若裝置I并未具有經由墊片19中的溫度傳感器(如熱電偶)的輸入而進行溫度反饋控制的內置功能，則溫度控制單元25可連接至墊片19與裝置I之間。墊片屏蔽電線23可裝備有連接器24(例如四針連接器)并可用于連接墊片19、裝置I和溫度控制單元25。優選地，溫度控制單元25包括LCD顯示屏，以在墊片連接、墊片加熱、溫度設定值、達到設定值以及可能出現的任何錯誤或故障時發出指示。故障可由錯誤消息和/或利用蜂鳴器進行可視警報。所述系統可調試成在任何軟件或硬件故障的情況下，通向加熱墊片19的電流將被切斷。

優選地，墊片包括溫度反饋控制裝置，例如在裝置I和墊片19之間附加的溫度控制單元25 (如上所述)。倘若裝置I具有內置的溫度控制裝置，則通常無需外部溫度控制單元25。在這種情況下，電線23可能安裝有六針連接器24，下文將進一步闡述。可選地，八針連接器可用于降低裝配成本。
參照圖4A至圖4D和圖5A至圖加熱及刺激墊片19可包括四層，即頂層19a、第一中間層19b、第二中間層19c和底層19d。在本申請的范圍內，詞語“底層”是指與患者皮膚相接觸的層；詞語“頂層”是指最外層(即距離患者皮膚最遠的層);詞語“中間層”是指任一位于底層和頂層中間的層。詞語“頂面”是指在使用中背向患者的表面；“底面”是指在使用中面向患者的表面。優選地，頂層19a (例如參見圖4A和圖4B)包括絕緣的熱塑性聚合物，從而電刺激及熱指向患者，以便減少熱損失。優選地，第一中間層19b (參見圖4C的頂面及圖的底面)包括硅樹脂聚合物、熱塑層或者一個或多個柔性印制電路板(PCB)。熱塑層優選為硅樹脂聚合物，其原因在于硅樹脂聚合物在塑模過程中更易于操作。此外，硅樹脂聚合物不像熱塑性聚合物一樣易于黏著，因此最好在中間層19b、19c上包括一個或多個孔43,以提聞頂層19a和底層19d的粘合。第一中間層1%的頂面可包括:可覆有硅橡膠的溫度傳感器12 (例如熱電偶或電阻式溫度計(如PtlOOO))、可用于指示正常連接至熱刺激裝置I的LED26以及將電線23連接至溫度傳感器12、刺激電極10及加熱件28的連接器27 (例如六針連接器)。優選地，第二中間層19c (如圖4D的頂面和圖5C的底面)包括硅樹脂聚合物。第二中間層19c的頂側可包括加熱件28 ;優選地，加熱件28是粘合至表面的絞合線。一個或多個刺激導線29可粘合至第二中間層19c的底面。底層19d (參見圖5B)可包括絕緣的熱塑性聚合物。底層19d的底側可包括一個或多個(優選為兩個)刺激電極10。刺激電極10可導電；優選地，刺激電極10包括導電的熱塑性聚合物。每一刺激電極10電氣連接至對應的刺激導線29 (參見圖5C)，從而熱刺激裝置I中產生的電刺激電流可經由電極10作用于患者。優選地，本申請中所述的墊片是通過噴鑄成型預設計的塑性聚合物所制造。優選地，熱塑性聚合物是用于·最大程度地控制成型過程、質量(表面等)及粘接性能。優選地，兩個中間層均包括多個(優選為三個)延伸孔43，以確保在成型過程中頂層19a和底層19b間正常粘接。圖6是具有第二中間層(圖中未示出)和第一中間層19b的底層19d的俯視示意圖。印制電路板(PCB)或軟性印制電路板可設于第一中間層19b的頂面并具有LED26。在使用中，LED26通過頂層19a可視并在墊片19正常連接至熱刺激裝置I時進行指示。優選地，印制電路板包括六針連接器27。連接器27的兩針連接至加熱件28 ;連接器27的兩針連接至刺激電極10 ;連接器27的其余兩針連接至溫度傳感器12。圖6包括電線23的橫截剖視圖(參見左下圖)，電線23具有兩條用于加熱件28的導線、兩條用于刺激電極10的導線以及兩條用于熱電偶12的導線。圖6還包括安裝有連接器的電線23的示意圖(參見右下圖)，該連接器在成型過程中起穩定作用。聚氨酯(PU)電線23較佳，以便最大限度地粘合至墊片19，從而防止裂縫，否則可能由于水進入墊片19而造成短路。圖7是表示根據本發明的致冷墊片20、21的原理的圖示。如圖7所示，接口卡3與致冷墊片20、21和致冷設備30耦合。致冷墊片20、21與致冷設備30耦合。每一致冷墊片20,21均適于容納冷卻介質(在本申請中稱為致冷劑)。接口卡3可對向每一致冷墊片20、21供應致冷劑進行調節。優選地，致冷設備30是在熱刺激裝置I的外部。致冷設備30包含氣體冷卻器(例如低溫冷卻器)或液體冷卻器(例如具有恒溫控制的冷卻槽)。在所述兩種系統中,均可由致冷設備30的冷卻介質(氣態或液態)通過進給管31和回流管32沖刷致冷墊片。下面將對具有氣態致冷劑的致冷設備30和致冷墊片20的一個實施例中的操作進行說明。在熱力循環的起始階段，致冷劑以液體形式存在于致冷設備30中。然后致冷劑經由進給管31被泵送至致冷墊片20。致冷劑到達致冷墊片20之后，熱量從患者身體傳遞至致冷劑。這種熱傳遞使身體降溫并同時使致冷劑受熱。致冷劑由于受熱而在致冷墊片20中汽化，也就是說患者身體中的熱量使致冷劑由液態變為氣態。然后致冷劑經由回流管32被泵送至致冷設備30，致冷劑在回流管32中冷凝并恢復液態。散熱器設于致冷設備30內，將熱量從氣態致冷劑中排出，以使致冷劑恢復氣態并使致冷劑基本恢復至其初始溫度。然后所述熱力循環進行重復。致冷劑可以是氬、氮或任何其他適于達到所需身體降溫程度的致冷劑。下面將對具有氣態致冷劑的致冷設備30和致冷墊片20的另一實施例中的操作進行說明。在熱力循環的起始階段，致冷劑以氣體形式存在于致冷設備30中。然后致冷劑經由進給管31被泵送至致冷墊片20。致冷劑到達致冷墊片20之后，熱量從患者身體傳遞至致冷劑。這種熱傳遞使身體降溫并同時使致冷劑受熱。然后致冷劑經由回流管32被泵送至致冷設備30。致冷設備30中的散熱器將熱量從致冷劑中排出，使致冷劑基本恢復至其初始溫度。然后所述熱力循環進行重復。如同前述實施例所述，致冷劑可以是氬、氮或任何其他適于達到所需身體降溫程度的致冷劑。下面將對具有液態致冷劑的致冷設備30和致冷墊片21的操作進行說明。在熱力循環的起始階段，致冷劑以液體形式存在于致冷設備30中。然后致冷劑經由進給管31被泵送至致冷墊片21。致冷劑到達致冷墊片21之 后，熱量從患者身體傳遞至致冷劑。這種熱傳遞使身體降溫并同時使致冷劑受熱。然后致冷劑經由回流管32被泵送至致冷設備30。致冷設備30中的散熱器將熱量從致冷劑中排出，使致冷劑基本恢復至其初始溫度。然后所述熱力循環進行重復。需要注意的是，使用液態致冷劑時，在循環中致冷劑的物態并未發生改變，亦即致冷劑在熱力循環中始終保持液態。液態致冷劑可以是水。更優選地，液態致冷劑可以是帶有添加劑(如異丙醇)的水，以防致冷劑在致冷設備30中發生凍結。優選地，根據本發明的致冷墊片20、21包括頂層、中間層及底層。頂層及底層均包括塑性聚合物(優選為“致冷塑性聚合物”)和/或使溫度均勻分布的高導熱性的熱塑性聚合物。中間層20a、21a包括塑性聚合物(優選為低導電性的熱塑性聚合物)并具有頂面和底面。優選地，中間層20a、21a的一面(參見圖8)包括經由電線23至溫度傳感器12的電氣連接。優選地，另一面(參見圖7)包括一個或多個粘合于其上的導管31、32。優選地，導管31、32是由聚氨酯構成。導管31、32與致冷設備30流體連接。致冷墊片20、21包括溫度傳感器12。溫度傳感器12可以是熱電偶或鉬電阻溫度計。優選地，溫度傳感器12置于導管31、32所處的冷卻面上。優選地，電線23是屏蔽電線并覆有聚氨酯。優選地，電線僅包括兩條導線。溫度傳感器12由電線23電氣連接至接口卡3。為了達到所需身體溫度，致冷設備30可基于溫度傳感器12的反饋由接口卡3進行控制。特別地，接口卡3可控制致冷設備30，以便調節液態或氣態致冷劑的流速。通過調節致冷劑的流速，可控制由致冷劑排出身體的熱量的量，從而達到所需溫度。溫度可進行調節，從而皮膚溫度降至1°C以下。優選地，致冷墊片20、21的表面溫度高于1°C且優選小于42°C。在需要時，在熱刺激裝置或冷卻墊片20、21中可設有加熱裝置，用于進一步調節冷卻墊片中的致冷劑溫度。圖9是表示根據本發明的采用一個或多個珀耳帖效應熱電元件15的加熱和致冷組合式墊片22的原理的圖示。在該實施方案中，與上述加熱及刺激墊片的相關部分類似，溫度可通過溫度傳感器12的反饋進行控制，因此無需外部致冷設備。將具有特定極性的電壓施加于珀耳帖元件15時，墊片22可用于致冷。通過轉換所施加電壓的極性，墊片22可用于加熱。在使用中，珀耳帖元件15兩側間的溫差通常不高于60°C。因此，墊片22被構造成使頂層22a表面的散熱最大化(如圖9和圖10所示)。加熱溫度和致冷溫度可利用適當的控制裝置來進行預選或控制。優選地，加熱和致冷組合式墊片包括頂層22a、中間層33及底層22b。圖9是頂層22a和中間層33的俯視示意圖。圖10是底層22b和中間層33的仰視示意圖。優選地，頂層22a包括散熱裝置，以從珀耳帖元件15散熱。可選或同時地，頂層22a可包括“致冷塑性聚合物”或最大限度來散熱的高導熱性的熱塑性聚合物。散熱裝置可包括風冷片組(例如頂層的頂側具有大表面積結構，該結構優選包括導熱性聚合物)或與頂層22a相鄰的液體。例如，液體可置于袋包或護套中并可連接至致冷系統。頂面和底面間的溫差約為60度，這表示頂面溫度會高于60度，因而需要散熱。加熱和致冷組合式墊片22可包括熱交換裝置，以在珀爾帕元件12和患者皮膚間建立熱交換。熱交換裝置可包括熱流流動通道和/或與患者皮膚建立熱接觸的熱接觸墊片。中間層33可包括一個或多個孔43，以在成型過程中頂層22a和底層22b間獲得最大粘接。優選地，頂層22a和底層22b包括非導性或低導性的熱塑性聚合物。中間層33的底面可包括一個或多個珀耳帖元件15。中間層33的底面可進一步包括覆有塑性聚合物的溫度傳感器12。中間層33的頂面可包括連接器27及LED26。圖中示出四個用于珀耳帖元件15的焊接點/連接點(即連接器27)，但并非導線連接所述元件。連接器27可裝至焊接點/連接點。在附圖中還表示出聚氨酯屏蔽電線23的橫截面，電線23的兩條導線(平行耦合)是用于珀耳帖元件15，兩條導線是用于溫度傳感器12 (用于溫度反饋)。電流從熱刺激裝置I經由連接器27供入珀耳帖元件15。有利地，本發明所述的熱刺激裝置包括可提供電刺激和加熱的第一墊片19以及可提供致冷的第二墊片20、21、22。兩組不同類型墊片的組合提供協同療效，其中通過第一墊片加熱可使患者能夠承受向身體特定部位施加比電刺激更大的電流，同時通過第二墊片
20、21、22冷卻身體的同一部位又可有助于減輕腫脹和炎癥。例如，可同時利用熱、電刺激及致冷來治療同一肌肉(或肌肉群)的不同部位。熱刺激裝置可協同所施加的熱、電刺激及致冷，從而優化療效。因此，本發明所披露的熱刺激裝置對治療肌肉損傷和康復極具效果。本申請所述的熱刺激裝置可包括控制系統和/或一個或多個如第12/592498號、第12/592492號、第12/592470號和第12/592493號美國專利申請中任一申請所述的具有溫度反饋的墊片。本申請中所述的熱刺激裝置和墊片特別有利于治療肌肉損傷、康復以及放松和按摩。可以理解，本 發明僅通過舉例方式對本發明進行說明，對其細節所做的修改均包含于本發明的范 圍內。
權利要求
1.一種熱刺激裝置，包括 提供電刺激的裝置；以及 提供加熱及致冷的裝置。
2.根據權利要求I所述的裝置，包括至少一個加熱墊片以及至少一個致冷墊片。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述至少一個加熱墊片包括所述提供電刺激的裝置和一供熱裝置。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述至少一個加熱墊片包括一頂層、一與待治療區域接觸的底層以及一支撐所述提供電刺激的裝置及所述供熱裝置的第一及第二中間層。
5.根據權利要求2所述的裝置，其中所述致冷墊片包括容納液態或氣態致冷劑的裝置。
6.根據權利要求5所述的裝置，進一步包括汽化液態致冷劑的裝置。
7.根據權利要求I或2所述的裝置，包括至少一個能夠提供加熱及致冷的墊片。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中所述墊片包括一個或多個珀耳帖元件。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中所述墊片包括一散熱裝置。
10.根據權利要求7所述的裝置，其中所述墊片包括一熱交換裝置。
11.根據權利要求2至10中任一權利要求所述的裝置，其中所述墊片包括一連接至一中央處理單元的溫度傳感器，以調節所述墊片的溫度。
12.—種如權利要求2至10中任一權利要求所定義的用于一熱刺激裝置的墊片。
13.—種如本申請參照附圖所述的熱刺激裝置。
14.一種如本申請參照附圖所述的墊片，用于一熱刺激裝置。
全文摘要
熱刺激裝置(1)包括提供電刺激的裝置(19)以及提供加熱及致冷的裝置(19、20、21、22)。本發明還提供用于所述刺激裝置的墊片，所述墊片包括加熱墊片(19)、致冷墊片(20、21)以及加熱和致冷組合式墊片(22)。
文檔編號A61F7/02GK103237529SQ201180052690
公開日2013年8月7日 申請日期2011年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者路易斯·莫恩, 奧利·布里克斯, 巴德·亨里克森, 英奇·克萊普斯維克 申請人:路易斯·莫恩