一種痛覺刺激儀及其實現方法
【專利摘要】本發明提供了一種痛覺刺激儀及其實現方法，所述痛覺刺激儀包括雙波長激光模塊、激光電源、控制電路板、水冷機、機械光路、紅外成像監測模塊和PC機；該痛覺刺激儀，根據不同激光波長穿透人體表面作用于人體皮膚痛覺神經產生光熱刺激痛的原理制成，使得測定結果更準確，采用非接觸的方式特異性興奮傷害性感受器，感覺強度可調，在安全刺激的同時不會灼傷皮膚也不會對身體產生傷害，消除了病人痛苦，減少了感染及血源傳播疾病的幾率，具有極高的臨床實踐價值。
【專利說明】一種痛覺刺激儀及其實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種刺激神經系統的醫療器械及其實現方法，尤其是一種痛覺刺激儀及其實現方法。
【背景技術】
[0002]痛覺是有機體受到傷害性刺激所產生的感覺。有重要的生物學意義。是有機體內部的警戒系統，能引起防御性反應，具有保護作用。痛覺，可分為皮膚痛，來自肌肉、肌腱和關節的深部痛和內臟痛，它們各有特點。痛覺達到一定程度，通常可伴有某種生理變化和不愉快的情緒反應。人的痛覺或痛反應有較大的個別差異。有人痛感受性低，有人則高。痛覺較大的個別差異產生痛覺的心理因素有很大關系。痛覺在民族、性別、年齡方面也存在著一定的差異。
[0003]可見，有機體對于疼痛的感覺是存在個體差異的，在一些臨床研究、診斷和治療過程中，例如，鎮痛藥物、麻醉療效評價，腓骨肌萎縮癥神經性疼痛的機理研究，運用激光誘發電位技術和疼痛直覺干預進行整體睡眠和眼球快速移動睡眠研究，椎管內麻醉和神經阻滯麻醉等方面，通過對有機體痛覺神經的刺激，利用其疼痛感受可對用藥量、治療效果等作出客觀并極具指導意義的評估。
[0004]現階段，對有機體進行痛覺刺激的方法主要包括:針刺法、電刺激法和熱源刺激法，然而，針刺法因針刺力度不恒定往往造成病人對疼痛刺激感受不準的影響，電刺激法和熱源刺激法使得刺激面積大，刺激深度難以控制，因而不能準確刺激需要刺激部位。因此， 研究一種新的痛覺刺激裝置，在安全刺激有機體的同時得到準確的測定結果，將具有非常重要的臨床研究價值。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題在于提供一種痛覺刺激儀。
[0006]本發明所要解決的另一技術問題在于提供上述痛覺刺激儀的實現方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:
[0008]一種痛覺刺激儀，包括雙波長激光模塊、激光電源、控制電路板、水冷機、機械光路、紅外成像監測模塊和PC機，其中，
[0009]雙波長激光模塊，主要由980nm激光器(產生脈沖電流)和1940nm激光器(產生連續電流)通過光纖耦合器耦合而成；
[0010]激光電源，與雙波長激光模塊線路連接；
[0011]水冷機，通過水冷接口為水冷平臺循環供給冷卻水，所述雙波長激光模塊置于水冷平臺上并以銦進行膠連和導熱；
[0012]控制電路板，為DAQ V1.0數據采集卡，通過IO輸出口和DA輸出口與激光電源的 15針控制端口連接，以控制激光輸出的能量、脈寬和周期等參數，同時所述控制電路板與水冷機控制連接；[0013] 機械光路，由帶護鎧光纖、準直鏡和鏡架組成，所述帶護鎧光纖連接雙波長激光模塊，通過帶護鎧光纖將雙波長激光模塊產生的光導出，并在該帶護鎧光纖末端通過鏡架固定有準直鏡，通過準直鏡保證照射時的光束質量；
[0014]紅外成像監測模塊，由紅外成像監測儀和PLC通訊模塊線路連接組成，用于將探測到的溫度信號以4位十六進制數字的形式返回PC機，經計算后用于告警或控制激光功率；
[0015]PC機，與紅外成像監測模塊的PLC通訊模塊線路連接，同時該PC機與控制電路板線路連接。
[0016]優選的，上述痛覺刺激儀，所述雙波長激光模塊還包括指示光源，所述指示光源由一個632nm的半導體激光光源和一個LED燈以光纖耦合的方式組成。
[0017]優選的，上述痛覺刺激儀，所述雙波長激光模塊與激光電源線路連接方式為雙波長激光模塊通過導線和232接口與五針航空插座相連，一個準連續半導體激光電源 J-QCW4212 (脈沖電流)和一個連續電源J-CW5006 (連續電流)的電源供電線被整合進航空插頭中，通過連接所述五針航空插座給雙波長激光模塊進行供電。
[0018]優選的，上述痛覺刺激儀，所述水冷機為800W的BIL0N-T-1001水冷機。
[0019]優選的，上述痛覺刺激儀，所述機械光路的鏡架上還設置有附件，所述附件包括為防塵而設計的帶濾網的風機、防塵罩以及為控制光路所加的衰減片、光學尖劈及微型步進電機連接件。
[0020]優選的，上述痛覺刺激儀，所述紅外成像監測儀的型號為在線式監測儀WX-150。
[0021]優選的，上述痛覺刺激儀，所述PLC通訊模塊的型號為三菱PLC通訊模塊 FX1N-485-BD FX3U-485-BD FX2N。
[0022]上述痛覺刺激儀對有機體進行激光刺激的實現方法，具體步驟如下:
[0023]LEPS模式(laser evoked potentials,激光誘發電位,是利用脈沖激光誘發腦電的模式)下，系統初始化，進行脈沖寬度，脈沖頻率和脈沖能量的初始設置并檢查水壓保護， 初始狀態是否正常，利用外頻信號控制輸出脈沖波形，并在開始輸出的瞬間開始計時，并向腦電圖機發送同步脈沖信號，由腦電圖機在每個時間點上記錄探測到的腦電信號，并在 LEPS結束的時候將探測到的信號存儲至PC機，方便進行運算；和/或
[0024](I)CHEP 模式(Contact heat evoked potentials,接觸熱刺激模式,是以熱盤進行熱刺激的模式，這里是指以連續輸出的激光進行刺激，模擬CHEP的溫度曲線進行刺激的方式)下，系統初始化，主要是進行預設溫度和溫升時間的設定，由這兩個數值，經過換算由實驗確定激光功率和溫度值的對應關系，將預設溫度和溫升時間找出對應基線激光功率和刺激脈沖激光功率，確定輸出激光模式，得到需要調制的激光輸出功率；同時，還需要進行初始狀態的檢測；
[0025](2)CHEP模式下，利用紅外成像監測儀測試被照射受試體表面溫度，并將溫度值發送至PC機，進而調控控制電路板，依據溫升速度和表面溫度，提高或降低輸出激光的功率， 最終達到痛覺刺激的時間、強度均為可控的效果。
[0026]本發明的有益效果是:
[0027]上述痛覺刺激儀，根據不同激光波長穿透人體表面作用于人體皮膚痛覺神經產生光熱刺激痛的原理制成，使得測定結果更準確，采用非接觸的方式特異性興奮傷害性感受器，感覺強度可調，在安全刺激的同時不會灼傷皮膚也不會對身體產生傷害，消除了病人痛苦，減少了感染及血源傳播疾病的幾率，具有極高的臨床實踐價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發明所述痛覺刺激儀的結構連接關系框圖；
[0029]圖2是本發明所述痛覺刺激儀對有機體進行激光刺激的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明所述技術方案作進一步的詳細說明。
[0031]實施例1
[0032]如圖1所不,一種痛覺刺激儀,包括雙波長激光模塊、激光電源、控制電路板、800W 的BIL0N-T-1001水冷機、機械光路、紅外成像監測模塊和PC機，其中，
[0033]雙波長激光模塊，主要由獨立的150W準連續980nm激光器(產生脈沖電流)和3個 5W的1940nm激光器(產生連續電流)通過光纖耦合器耦合而成，同時，還具有指示光源，所述指示光源由一個632nm的半導體激光光源和一個綠色LED燈以光纖耦合的方式組成；
[0034]激光電源，與雙波長激光模塊線路連接，連接方式為雙波長激光模塊通過導線和 232接口與五針航空插座相連，一個準連續半導體激光電源J-QCW4212和一個連續電源 J-CW5006的電源供電線被整合進航空插頭中，通過連接所述五針航空插座給雙波長激光模塊進行供電；
[0035]水冷機，通過水冷接口為水冷平臺循環供給冷卻水，所述雙波長激光模塊置于水冷平臺上并以銦進行膠連和導熱；
[0036]控制電路板，為DAQ V1.0數據采集卡，通過IO輸出口和DA輸出口與激光電源的 15針控制端口連接，以控制激光輸出的能量、脈寬和周期等參數，同時所述控制電路板與水冷機控制連接；
[0037]機械光路，由帶護鎧光纖、準直鏡和鏡架組成，所述帶護鎧光纖連接雙波長激光模塊，通過帶護鎧光纖將雙波長激光模塊產生的光導出，并在該帶護鎧光纖末端通過鏡架固定有準直鏡，通過準直鏡保證照射時的光束質量；此外，所述機械光路的鏡架上還可以設置附件，所述附件包括為防塵而設計的帶濾網的風機、防塵罩以及為控制光路所加的衰減片、 光學尖劈及微型步進電機連接件；
[0038]紅外成像監測模塊，由紅外成像監測儀和三菱PLC通訊模塊FX1N-485-BD FX3U-485-BD FX2N線路連接組成，其中，所述紅外成像監測儀的型號為在線式監測儀 WX-150，PLC通訊模塊用于將紅外成像監測儀探測到的溫度信號以4位十六進制數字的形式返回PC機，經計算后用于告警或控制激光功率；
[0039]PC機，與紅外成像監測模塊的PLC通訊模塊線路連接，同時該PC機與控制電路板線路連接。
[0040]如圖2所示，上述痛覺刺激儀對有機體進行激光刺激的實現方法，具體步驟如下:
[0041]LEPS模式(laser evoked potentials,激光誘發電位,是利用脈沖激光誘發腦電的模式)下，系統初始化，進行脈沖寬度，脈沖頻率和脈沖能量的初始設置并檢查水壓保護，初始狀態是否正常，利用外頻信號控制輸出脈沖波形，并在開始輸出的瞬間開始計時，并向腦電圖機發送同步脈沖信號，由腦電圖機在每個時間點上記錄探測到的腦電信號，并在 LEPS結束的時候將探測到的信號存儲至PC機，方便進行運算；和/或
[0042](I)CHEP 模式(Contact heat evoked potentials,接觸熱刺激模式,是以熱盤進行熱刺激的模式，這里是指以連續輸出的激光進行刺激，模擬CHEP的溫度曲線進行刺激的方式)下，系統初始化，主要是進行預設溫度和溫升時間的設定，由這兩個數值，經過換算由實驗確定激光功率和溫度值的對應關系，將預設溫度和溫升時間找出對應基線激光功率和刺激脈沖激光功率，確定輸出激光模式，得到需要調制的激光輸出功率；同時，還需要進行初始狀態的檢測；
[0043](2)CHEP模式下，利用紅外成像監測儀測試被照射受試體表面溫度，并將溫度值發送至PC機，進而調控控制電路板，依據溫升速度和表面溫度，提高或降低輸出激光的功率， 最終達到痛覺刺激的時間、強度均為可控的效果。
[0044]由于976nm激光在皮膚中的穿透深度較深，能夠在不損傷皮膚的模式下產生熱量刺激較深的痛覺感受；1940nm激光在水上是個吸收峰，在皮膚表淺就被吸收并向深處傳導熱刺激，所述痛覺刺激儀的雙波長激光模塊中雙波長激光的產生采用1940nm連續激光以及倍頻得到976nm脈沖激光，刺激表淺的痛覺感受器。由于能量、脈沖時間可調,故對痛覺誘發信號的控制可以在比較精確、高重復性的情況下進行。而且可以通過雙波長激光控制照射表面的溫度在43°C、48°C和52°C這幾個區間內進行調節(上述幾個溫度是痛覺感受受體被激活的閾值)，從而可以控制分別刺激痛覺感受器A S纖維和C纖維，這在臨床疾病的判斷和基礎研究中具有較高的實用價值。
[0045]上述參照【具體實施方式】對該一種痛覺刺激儀及其實現方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定 范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種痛覺刺激儀，其特征在于:包括雙波長激光模塊、激光電源、控制電路板、水冷機、機械光路、紅外成像監測模塊和PC機，其中，雙波長激光模塊，主要由980nm激光器和1940nm激光器通過光纖耦合器耦合而成；激光電源，與雙波長激光模塊線路連接； 水冷機，通過水冷接口為水冷平臺循環供給冷卻水，所述雙波長激光模塊置于水冷平臺上并以銦進行膠連和導熱；控制電路板，為DAQ V1.0數據采集卡，通過IO輸出口和DA輸出口與激光電源的15針控制端口連接，同時所述控制電路板與水冷機控制連接；機械光路，由帶護鎧光纖、準直鏡和鏡架組成，所述帶護鎧光纖連接雙波長激光模塊， 通過帶護鎧光纖將雙波長激光模塊產生的激光導出，并在該帶護鎧光纖末端通過鏡架固定有準直鏡，通過準直鏡保證照射時的光束質量；紅外成像監測模塊，由紅外成像監測儀和PLC通訊模塊線路連接組成，用于將探測到的溫度信號以4位十六進制數字的形式返回PC機，經計算后用于告警或控制激光功率；PC機，與紅外成像監測模塊的PLC通訊模塊線路連接，同時該PC機與控制電路板線路連接。
2.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述雙波長激光模塊還包括指示光源，所述指示光源由一個632nm的半導體激光光源和一個LED燈以光纖耦合的方式組成。
3.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述雙波長激光模塊與激光電源線路連接方式為雙波長激光模塊通過導線和232接口與五針航空插座相連，一個準連續半導體激光電源J-QCW4212和一個連續電源J-CW5006的電源供電線被整合進航空插頭中，通過連接所述五針航空插座給雙波長激光模塊進行供電。
4.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述水冷機為800W的 BILON-T-1001 水冷機。
5.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述機械光路的鏡架上還設置有附件，所述附件包括為防塵而設計的帶濾網的風機、防塵罩以及為控制光路所加的衰減片、 光學尖劈及微型步進電機連接件。
6.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述紅外成像監測儀的型號為在線式監測儀WX-150。
7.根據權利要求1所述的痛覺刺激儀，其特征在于:所述PLC通訊模塊的型號為三菱 PLC 通訊模塊 FX1N-485-BD FX3U-485-BDFX2N。
8.權利要求1-7之一所述的痛覺刺激儀對有機體進行激光刺激的實現方法，其特征在于:具體步驟如下:LEPS模式下，系統初始化，進行脈沖寬度，脈沖頻率和脈沖能量的初始設置并檢查水壓保護，初始狀態是否正常，利用外頻信號控制輸出脈沖波形，并在開始輸出的瞬間開始計時并向腦電圖機發送同步脈沖信號，由腦電圖機在每個時間點上記錄探測到的腦電信號，并在LEPS結束的時候將探測到的信號存儲至PC機，方便進行運算；和/或(I)CHEP模式下，系統初始化，主要是進行預設溫度和溫升時間的設定，由這兩個數值， 經過換算由實驗確定激光功率和溫度值的對應關系，將預設溫度和溫升時間找出對應基線激光功率和刺激脈沖激光功率，確定輸出激光模式，得到需要調制的激光輸出功率；同時，還需要進行初始狀態的檢測；(2)CHEP模式下，利用紅外成像監測儀測試被照射受試體表面溫度，并將溫度值發送至 PC機，進而調控控制電路板，依據溫升速度和表面溫度，提高或降低輸出激光的功率，最終達到痛覺刺激的時間、強度均為可控的效果。
【文檔編號】A61B5/00GK103584839SQ201310593485
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】楊基春, 胡勇, 李迎新, 董曉曦, 穆志明, 金文東 申請人:中國醫學科學院生物醫學工程研究所