Xây dựng Phần mềm Chương trình Điều trị Vật lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Phạm Ngọc Tiến, Học viên Cao học ngành Xử lý thông tin Trường Đại Học Bách LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Khoa Hà Nội, khóa 2005 – 2007 Tôi xin cam đoan luận văn “ XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH TẠO RA CÁC DẠNG XUNG ĐIỀU TRỊ DÙNG TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU TRÌNH TẠO CÁC DÒNG XUNG ĐIỀU TRỊ DÙNG TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU ”, trực tiếp nghiên cứu thực hướng dẫn PGS TS Nguyến Đức Thuận Tôi xin chịu hoàn toàn chịu trách nhiệm Đồ án NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN MÃ SỐ: Hà Nội, tháng 11/2007 PHẠM NGỌC TIẾN Phạm Ngọc Tiến Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC THUẬN Hà Nội 2007 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: CÁC DÒNG ĐIỆN XUNG TẦN SỐ THẤP I.1 ĐỊNH NGHĨA I.2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT I.2.1 Dạng xung I.2.2 Tần số dòng 11 I.2.3 Biên độ dòng 12 I.2.4 Cách pha trộn xung 12 I.3 ĐẶC TÍNH SINH LÝ 13 I.3.1 Phản ứng thể dòng điện xung 13 I.3.2 Tác dụng sinh lý 17 I.4 CÁC DÒNG ĐIỆN XUNG THÔNG DỤNG 20 I.4.1 Dòng điện xung hình chữ nhật dòng điện xung hình tam giác 20 I.4.2 Dòng điện xung hình lưỡi cày 22 I.4.3 Dòng điện xung hình sin (dòng Dydinamic, dòng Bernard) 24 I.4.4 Dòng điện xung 2-5 (Trabert, dòng Ultra-Zeir) 26 I.4.5 Dòng điện xung giao thoa 28 I.4.6 Dòng TENS 33 I.4.7 Dòng kích thích Nga 38 I.4.8 Dòng chiều tần số 8kHz 39 CHƯƠNG II: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 41 II.1 CÁC DẠNG XUNG ĐƯỢC LỰA CHỌN THIẾT KẾ 41 II.1.1 Dạng sóng biến điệu chu kì dài (LP) 41 II.1.2 Dạng sóng biến điệu chu kì ngắn (CP) 42 II.1.3 Dạng sóng pha cố định (DF) 42 II.1.4 Dạng sóng pha cố định (MF) 42 II.1.5 Dạng sóng Faradism 43 II.1.6 Dạng sóng TENS pha không đối xứng (BF.ASYM) 43 II.1.7 Dạng sóng TENS pha đối xứng (BF.SYM) 43 II.1.8 Dạng sóng TENS pha đối xứng có điều biên (BF.SYM-AM) 44 II.1.9 Dạng sóng TENS pha không đối xứng có điều biến tần số (BF.SYM-FM) 44 II.1.10 Dạng sóng TENS pha không đối xứng dạng chùm (TENS BF.ASYM-burst) 44 II.1.11 Dạng sóng tần số trung bình MF có điều chế biên độ (MF-AM) 45 II.1.12 Dạng sóng tần số trung bình kết hợp điều chế biên độ tần số 45 II.2 CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU TRỊ ĐƯỢC LỰA CHỌN THIẾT KÉ 45 II.2.1 Superficial pain (dia) 46 II.2.2 Neurogenic 47 II.2.3 Acute phase (MF) 47 II.2.4 Subacute phase (MF) 48 II.2.5 Chronic phase (MF) 49 II.2.6 Acute phase (TENS) 50 II.2.7 Subacute phase (TENS) 50 II.2.8 Chronic phase (TENS) 51 II.2.9 Subacute phase ( TENS) 51 II.2.10 Super ficial circulation improvement (dia) 52 II.2.11 Circulation improvement (TENS) 53 II.2.12 Muscle stimulation (Faradism) 53 II.2.13 Muscle Stimulation (TENS) 54 II.2.14 Epicondilitis (TENS) 54 II.3 XÂY DỰNG MODUL PHẦN CỨNG 54 II.3.1 Sơ đồ khối modul tạo sóng nguyên lý làm việc 54 II.3.2 Modul tạo sóng 58 II.3.3 Modul tạo sóng dạng đường bao 59 II.3.4 Sơ qua linh kiện sử dụng Modul tạo sóng 59 II.3.4.1 Chip vi điều khiển AT89C51 59 II.3.4.2 Bộ chuyển đổi số - tương tự 66 II.3.4.3 IC nhân tín hiệu tương tự (AD534) 70 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TẠO CÁC DẠNG SÓNG 72 III.1 MÔ HÌNH CÔNG VIỆC 72 III.1.1 Dạng sóng cần thiết kế 72 III.1.2 Tính toán tần số f, chu kì T 73 III.1.3 Lựa chọn chu kì dạng sóng 75 III.1.4 Lấy mẫu chu kì 77 III.1.5 Lượng tử hóa 78 III.1.6 Số hóa tín hiệu 80 III.1.7 Xây dựng phần mềm trung gian 81 III.1.8 Nạp sở liệu vào chip tạo sóng 82 III.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH 82 III.2.1 Modul chương trình cho khối tạo dạng sóng đường bao 84 III.2.2 Modul chương trình cho khối tạo dạng sóng 88 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các dòng xung điện Hình 2: Các dạng xung Hình 3: Các giai đoạn xung 10 Hình 4: Sự thay đổi dạng kiểu xung điện 10 Hình 5: Biên độ dòng 12 Hình 6: Vùng có hiệu lực điều trị 14 Hình 7: Đường dòng xung 16 Hình 8: Các dòng điện xung chữ nhật 20 Hình 9: Dòng Faradic 21 Hình 10: Dòng điện xung hình lưỡi cày 23 Hình 11: Dòng điện xung hình sin 24 Hình 12: Xung – 27 Hình 13: Bốn vị trí đặt điện cực Traberrt 27 Hình 14: Giao thoa dòng xoay chiều khác tần số 28 Hình 15: Tần số điều biến khoảng điều biến 30 Hình 16: Một số chương trình điều biến 31 Hình 17: Độ sâu điều biến 31 Hình 18: Xung chữ nhật 34 Hình 19: Dòng kích thích Nga 38 Hình 1: Dạng sóng LP 41 Hình 2: Dạng sóng CP 42 Hình 3: Dạng sóng DF 42 Hình 4: Dạng sóng MF 42 Hình 5: Dạng sóng Faradism 43 Hình 6: Dạng sóng TENS(BF.ASYM) 43 Hình 7: Dạng sóng TENS(BF.SYM) 43 Hình 8: Dạng sóng TENS(BF.SYM-AM) 44 Hình 9: Dạng sóng TENS(BF.SYM-FM) 44 Hình 10: Dạng sóng Burst -TENS 44 Hình 11: Dạng sóng MF-AM 45 Hình 12: Dạng sóng MF-AM&FM 45 Hình 13: Dạng sóng DF 46 Hình 14: Dạng sóng LP 46 Hình 15: Dạng sóng LP đảo cực 46 Hình 16: Dạng sóng CP 47 Hình 17: Dạng sóng CP đảo cực 47 Hình 18: Dạng sóng MF 10kHz 48 Hình 19: Dạng sóng MF 10kHz biến tần 48 Hình 20: Dạng sóng MF 6kHz 48 Hình 21: Dạng sóng MF 6kHz 49 Hình 22: Dạng sóng MF 4kHz 49 Hình 23: Dạng sóng MF 4kHz biến tần 49 Hình 24: Dạng sóng TENS BF.ASYM 50 Hình 25: Dạng sóng TENS BF.ASYM biến tần 50 Hình 26: Dạng sóng TENS BF.ASYM 50 Hình 27: Dạng sóng TENS -BF.ASYM biến tần 51 Hình 28: Dạng sóng TENS-BF.ASYM 51 Hình 29: Dạng sóng Burst - TENS 51 Hình 30: Dạng sóng Burst TENS 52 Hình 31: Dạng sóng TENS BF.ASYM 52 Hình 32: Dạng sóng CP 52 Hình 33: Dạng sóng CP đảo cực 53 Hình 34: Dạng sóng TENS( BF.SYM) 53 Hình 35: Dạng sóng Faradism 53 Hình 36: Dạng sóng TENS( BF.SYM) có điều biên 54 Hình 37: Dạng sóng TENS( BF.SYM) có điều tần 54 Hình 38: Sơ đồ khối thiết kế modul phần cứng 55 Hình 39: Dạng sóng TENS( BF.SYM) có điều biên 56 Hình 40: Nhịp co giãn biên độ 57 Hình 41: Cách xây dựng dạng sóng có điều biên 57 Hình 42: Sơ đồ chi tiết khối tạo dạng sóng 58 Hình 43: Sơ đồ chân chip AT89C51 60 Hình 44: Sơ đồ chân DAC 0808 67 Hình 45: Sơ đồ ghép nối chip vi điều khiển với DAC 68 Hình 46: Mạch test dòng DAC0808 70 Hình 47: Sơ đồ mạch cho IC nhân tín hiệu tương tự 71 Hình 1: Mô hình xây dựng dạng sóng cần thiết kế 72 Hình 2: Dạng sóng DF 73 Hình 3: Dạng sóng TENS(BF.ASYM) có biến tần 74 Hình 4: Nhịp biến điệu tần số 74 Hình 5: Dạng sóng TENS( BF.SYM) điều biến biên độ 74 Hình 6: Nhịp biến điệu biên độ 75 Hình 7: Dạng sóng DF 75 Hình 8: Một chu kì dạng sóng DF 75 Hình 9: Dạng sóng TENS( BF.SYM) điều biến biên độ 76 Hình 10: chu kì dạng sóng TENS( BF.SYM) 76 Hình 11: Chu kì dạng sóng đường bao 77 Hình 12: Dạng sóng DF 77 Hình 13: chu kì dạng sóng DF 78 Hình 14: Lấy mẫu chu kì 78 Hình 15: Quá trình lượng tử hóa 79 Hình 16: Giao diện phần mềm lập trình Keil C 83 Hình 17: Viết chương trình cho khối tạo dạng đường bao 84 Hình 18: Thiết kế chương trình cho khối tạo dạng sóng 88 MỞ ĐẦU Như biết thực trạng trang thiết bị y tế nước ta hạn chế đáp ứng nhu cầu ngày lớn nhu cầu điều trị CHƯƠNG I: CÁC DÒNG ĐIỆN XUNG chăm sóc sức khoẻ cộng đồng việc nhập máy đắt tiền không giải cách triệt để nhu cầu tình trạng bệnh lí TẦN SỐ THẤP đa dạng người dân khả sử dụng trang thiết bị không tận dụng cách hiệu Việc tự chế tạo trang thiết bị điều trị nước tiến hành có xu hướng ngày phát triển giá thành phù hợp hiệu sử dụng cao đáp ứng nhu cầu điều trị cho số lượng lớn nguời bệnh I.1 ĐỊNH NGHĨA Dòng điện xung nhiều xung điện liên tiếp tạo nên Hiện phương pháp điều trị hiệu quả, an toàn, giá thành Các xung điện dòng điện không trì liên tục, mà tồn thấp phục vụ đông đảo bệnh nhân nghèo tuyến tỉnh huyện điều trị khoảng thời gian ngắn, xen kẽ khoảng nghỉ dòng điện xung với việc sử dụng kết hợp nhiều dạng sóng điều trị dòng điện khoa vật lý trị liệu Trung tâm Điện tử Y sinh học tiến hành khảo sát, Tên dòng điện xung gọi theo tên xung điện theo cách nghiên cứu chế tạo thành công máy điều trị điện xung tần số thấp BK- mà người ta tạo dòng điện đơn giản gọi theo tên tác giả tìm eT2, thành viên tham gia trình nghiên cứu dòng điện xung chế tạo thành công máy điều trị điện xung BK- eT2, em làm đồ án thạc sỹ với tên đề tài: XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH TẠO CÁC Theo chiều hướng vận động dòng điện ta có dòng điện xung chiều dòng xung xoay chiều DÒNG XUNG ĐIỀU TRỊ DÙNG TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU để trình bày mục đích, lí toàn trình thiết kế ứng dụng triển khai thực tiễn máy điều trị điện xung BK- eT2 Hình 1: Các dòng xung điện a Xung chiều b Xung xoay chiều - Thời gian xung: bao gồm thời gian dốc lên (ta), thời gian trì (ti), I.2 thời gian xuống (tb) khoảng nghỉ (tp) bắt đầu xung ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT Một dòng điện xung cấu thành từ yếu tố sau đây: Tổng hợp yếu tố tạo thành chu kỳ xung (t) - Dạng xung tạo nên dòng xung - Tần số dòng - Biên độ dòng - Cách pha trộn xung (điều biến xung) Hình 3: Các giai đoạn xung I.2.1 Dạng xung Biên độ xung: độ lớn xung điện, phản ánh khả kích Một xung điện có tham số sau đây: - Hình thể xung: có dạng xung xung vuông (chữ nhật), xung gai nhọn (tam giác), xung hình sin, xung lưỡi cày Hình thể xung định tính thích mạnh, nhẹ xung - Dòng điện xung liên tục, biên độ, tần số ngắt quãng, có biến điệu tần số hay biên độ (hình 2.4) chất kích thích xung điện Những xung có độ dốc lớn (xung vuông, xung gai) có khả kích thích mạnh chi phối thần kinh tốt, xung có độ dốc thấp (xung lưỡi cày) phù hợp với bị giảm chi phối thần kinh Xung hình sin dạng trung gian loại trên, có tác dụng điều hoà tốt Hình 2: Các dạng xung a- Xung vuông; b- Xung gai ; c- Xung hình sin ; d- Xung lưỡi cày Hình 4: Sự thay đổi dạng kiểu xung điện a Dòng điện xung liên tục b Dòng điện xung ngắt quãng c Dòng điện xung biến điệu biên độ 10 Kết hợp yếu tố hình thể, thời gian biên độ xung định I.2.3 Biên độ dòng lượng điện tích truyền tải từ xung điện tới tổ chức thể (tác dụng dinh dưỡng), tính chất khả kích thích Có thể thấy dạng xung hình sin dạng đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn đây, vừa có tác dụng cảm giác, co, vừa có tác dụng dinh dưỡng; đồng thời kích thích tổ chức bình thường tổ chức mà khả phản ứng bị giảm sút, nhờ có độ dốc lên dốc xuống giữ vừa phải tăng giảm từ từ, dạng xung thông dụng ứng dụng lâm sàng Hình 5: Biên độ dòng a- Dòng DF dòng có biên độ ổn định I.2.2 b- Dòng giao thoa dòng có biên độ suốt trình tồn Tần số dòng biến đổi theo nhịp (dòng AMF) Là số chu kỳ xuất khoảng thời gian giây (đơn vị tính Hz) Mỗi dòng điện xung có kiểu tần số đặc trưng riêng, phản ánh tính chất tác dụng đặc thù loại dòng Tần số dòng thay đổi từ Là biên độ tất xung tạo nên dòng điện xung Biên độ dòng vài xung vài ngàn xung giây Tuy nhiên, tần số từ ổn định suốt trình tồn dòng xung biến đổi theo 3.000Hz tác dụng tần số không khác nữa, tổ chức nhịp định trước thể không kịp đáp ứng với thay đổi nhanh dòng (ức chế I.2.4 Wedensky) Cách pha trộn xung Chúng ta biết trì dạng kích thích đơn điệu, Nhưng dòng điện xung có tần số 1.000 Hz gọi dòng điện nhanh chóng dẫn đến tình trạng thích ứng (hiện tượng quen dòng) xung tần số thấp Những dòng điện xung có tần số từ 1.000Hz đến thể Điều biến xung (pha trộn tần số biên độ xung) tạo nên đa 10.000Hz gọi dòng điện xung tần số trung bình dạng kích thích, chống quen làm tăng cường hiệu tác dụng dòng điện xung Hiện nay, thực hành vật lý trị liệu có dòng điện xung sau đây: - Dòng xung vuông (dòng Ledue) - Dòng xung gai nhọn (dòng Faradie) 11 12 - Dòng xung lưỡi cày (dòng Lapie, dòng Exponentiel) - Dòng xung hình sin (dòng Bernard, dòng Diadynamic) - Dòng 2-5 trabert (dòng Ultra-reiz) - Dòng giao thoa (dòng Nemec, dòng Interferentiel) I.3 I.3.1 giác xoắn vặn cơ, gây đau thắt khó chịu dẫn tới tác dụng phụ khó lường trước Bởi vậy, đau biểu cần tránh trình điều trị Các giai đoạn đáp ứng gọi “ngưỡng” tổ chức thể dòng điện xung, quy luật chung cho tất loại dòng điện - Dòng kích thích Nga (Russian stim) xung, không phụ thuộc vào thông số kỹ thuật dòng Tuy nhiên, mức - Dòng TENS độ biểu đáp ứng lại tuỳ theo cảm ứng riêng người tình - Dòng chiều tần số 8000Hz trạng bệnh lý tổ chức thể ĐẶC TÍNH SINH LÝ Phản ứng thể dòng điện xung Ngưỡng tượng quen dòng: tác dụng dòng điện xung thể khoẻ mạnh bao trải qua giai đoạn sau đây: - Giai đoạn cảm giác: đáp ứng nhanh sau thiết Hình 6: Vùng có hiệu lực điều trị lập điện trường tổ chức thể Lúc cường độ dòng thấp, vàima người bệnh có cảm giác râm ran kiến bò mặt da, Các ngưỡng điện xung liên tục tăng lên trình điều trị Điều rõ dần kim châm chích Giai đoạn qua nhanh cường độ dòng phản ánh đặc tính tổ chức thể, tượng thích nghi (hay quen) với tác nhân kích thích ngoại lai (ở tác nhân điện), xảy tiếp tục tăng lên - Giai đoạn co cơ: cường độ dòng đủ mạnh tạo đáp ứng co từ mức độ nhẹ đến mạnh mà người bệnh cảm thấy rõ , giống rung lên theo nhịp dòng điện mặt khác, người kỹ thuật viên điều trị nhận thấy tượng co rút cách nhìn sờ trực tiếp vào vùng điều trị, thấy co rút vồng lên theo nhịp dòng điện xung nhanh chóng sau bắt đầu điều trị, đặc biệt dòng có tần số cao (dòng có tần số trung bình) Hiện tượng thích nghi làm cho tác dụng dòng xung điện bị giảm sút, vấn đề cần phải khắc phục thực hành điều trị Có số biện pháp để tránh quen thường áp dụng là: - Giai đoạn đau: biểu đáp ứng mức dòng cường độ vượt giới hạn cho phép Từ co rút êm dịu chuyển thành cảm 13 14 - Liên tục tăng cường độ dòng theo nhiều nấc để trì mức cường độ điện cực có cực tính, nghĩa có cực âm cực dương Có khác phạm vi từ ngưỡng cảm giác tới ngưỡng đau Đây phạm vi tác dụng điện cực điện cực âm kích thích mạnh hơn, thường cường độ có hiệu điều trị tốt (cong gọi “khoảng hiệu lực điều trị”) dùng làm điện cực tác dụng - Điều biến xung cách phối hợp xen kẽ nhóm xung tần có số khác (dòng CP, dòng LP, dòng giao thoa), ngắt quãng khoảng nghỉ dòng (nhịp thể dục, dòng Burst - TENS, dòng kích thích nga), tạo biên độ dòng theo nhịp (dòng AMF, dòng uốn sóng-surge…) - Giới hạn thời gian điều trị biện pháp đơn giản có hiệu quả, phần phụ thuộc vào ý thức chủ quan người kỹ thuật viên điều trị Cần khắc phục tâm lý phải kéo dài thời gian điều trị có nhiều hiệu thực tế số dòng cần có thời gian điều trị tương đối dài (như dòng TENS), nói chung thời gian cho lần điều trị thường không 10 phút - Phản ứng với dòng tần số thấp dòng tần số trung bình: biết điện trở da chia làm hai loại: • Trở kháng (r0): phụ thuộc vào tần số dòng có giá trị tương đối ổn định 1000 ohm (Ω) • Dung kháng (r0): điện trở biến đổi tuỳ theo dung tích lớp tổ chức nông tần số dòng dung kháng giảm khả tần số dòng mối quan hệ tần số dung kháng thể qua công thức sau: Trong đó: rc: dung kháng (trung bình từ 4-6 phút), đợt điều trị không 10 ngày, cần phải điều trị nhièu đợt phải cánh từ đến tuần - Phản ứng với dòng chiều dòng xoay chiều: khác biệt chủ yếu chỗ dòng chiều gây tác dụng điện phân điện cực (tác dụng galvanie), dòng xoay chiều không gây tác dụng cường độ cao, tác dụng điện phân nhiều gây đau điều làm cho cường độ dòng chiều bị hạn chế với dòng xoay chiều, vấn đề f: tần số dòng Rc = 2.π f c c: dung tích tổ chức Dòng có tần số thấp (chằng hạn 50Hz) đáp ứng với RC khoảng 3200Ω Theo luật dòng theo đường có điện trở thấp Do theo đường trở kháng điện trở lớn, tác dụng xay bề mặt nông, gây kích thích da mạnh không xảy ra, đặt cường độ cao nhiều mà không bị đau điều đặc biệt có lợi điều trị kích thích cơ, nơi cần có cường độ dòng cao Một khác biệt dòng chiều dòng xoay chiều tính phân cực với dòng xoay chiều, điện cực cực tính Nếu dùng hai điện cực có kích thước tác dụng hai điện cực nhau, điện cực dùng làm điện cực kích thích Với dòng chiều, 15 Hình 7: Đường dòng xung a- Đường dòng xung tần số thấp b- Đường dòng xung tần số trung bình 16 Dòng có tần số trung bình (chẳng hạn 4000Hz) đáp ứng với rc khoảng - Tần số dòng xung: nghiên cứu cho thấy giải tần số 50Hz có 39,8 Ω Theo luật trên, theo đường dung kháng Vì điện trở tác dụng gây hưng phấn mạnh dễ dàng dẫn tới co rút cơ; thấp, nên dòng qua dễ dàng vào tới lớp tổ chức sâu hơn, tác dụng ức chế lại dễ dàng đạt với dải tần từ 80-200Hz mà kích thích da tất - Thời gian tác dụng kéo dài làm giảm dần tính hưng phấn dẫn tới Như vậy, tần số kích thích da mạnh, tác dụng nông, tần số trung bình kích thích da ít, tác dụng sâu I.3.2 tượng quen dòng Từ đặc điểm trên, ta suy tác dụng sinh ly loại dòng điện xung: Tác dụng sinh lý Khi dòng điện xung tác dụng vào tổ chức thể quan cảm - Dòng Faradic kích thích mạnh ức chế độ dốc lên độ dốc thụ nằm da, tổ chức có dòng điện chạy qua hưng phấn xuống xung dung đứng dùng để kích thích vùng da giảm cảm dẫn đến đáp ứng phản xạ giãn mạch, tăng tuần hoàn, giác, bại, liệt, v.v… dinh dưỡng chuyển hoá… tổ chức thể Sự thay đổ đột ngột cường độ xung điện dẫn tới co rút không theo ý muốn tuỳ theo nhịp độ dòng mà co rút thể thành chuỗi co rút liên tục kèm theo rút tăng cường phản ứng oxy hóa – khử tiêu thụ glycogen Đối với tổ chức thần kinh, sau hưng phấn ban đầu tác dụng dòng điện tiếp tục kéo dài thể phản ứng lại tượng giảm hưng phấn, chí đến ức chế dẫn truyền xung động từ ngoại vi vào trung ương, làm cho da cảm giác tác dụng hưng phấn hay ức chế còng phụ thuộc vào số yếu tố như: - Dòng điện xung hình chữ nhật, tuỳ tần số, thời gian xung, thời gian nghĩ…có thể có tác dụng kích thích hay ức chế mạnh thời gian có điện nhiều tác dụngmang điện tích lớn - Dòng điện xung hình lưỡi cày, độ dốc xung lên xuống thoai thoải, thời gian xung kích thích kéo dài hơn, nên phù hợp với bị thương phần, có phản ưng chậm bình thường chúng thích hợp để kích thích bại, liệt co rút - Dòng điện xung hình sin 50Hz kích thích mạnh, loại 100Hz ức chế mạnh - Dòng điện giao thoa kích thích da (vì tần số cao tới 5000Hz), - Tốc độ tăng - giảm cường độ dòng điện nhanh hay chậm: xung có độ dốc tăng - giảm cường độ lớn (xung vuông, xung gai nhọn) tác dụng hưng phấn mạnh tác dụng mạnh tổ chức sâu - Còn dòng điện xung hình sin xoay chiều, hoàn toàn tác dụng di chuyển điện tích, không tác dụng cảm thụ da; trái lại tác dụng tổ chức sâu Các dòng điện xung nói chung có tác dụng tổng hợp sau đây: 17 18 - Kích thích gây co rút dòng xung tần số trung bình lựa chọn thích hợp (có thể nói - Giảm đau, giảm co thắt, thư giãn bị tăng trương lực dòng giao thoa dòng lý tưởng cho kích thích cơ) - Kích thích tuần hoàn máu I.4 - Tăng cường chuyển hoá I.4.1 - Giảm phù nề, tiêu tán dịch thẩm xuất vùng tổn thương Tác dụng tăng cường tuần hoàn máu đạt phần dòng điện kích thích trực tiếp thụ cảm thể mạch máu, mặt khác kết gián tiếp tượng co cơ, dẫn tới phản ứng xung huyết mạnh chỗ Còn tác dụng giảm đau trước hết kết ảnh hưởng dương tính hệ thống điều hoà đau (thuyết “cổng kiểm soát”) thể tiếp theo, kết CÁC DÒNG ĐIỆN XUNG THÔNG DỤNG Dòng điện xung hình chữ nhật dòng điện xung hình tam giác Dòng xung hình chữ nhật gọi dòng Galvanic nhịp với đặc điểm dòng điện biến thiên, thay đổi cách nhanh Đặc điểm: - xung hình chữ nhật - Tần số f từ 100 đến 1000 Hz/giây - Thời gian t = 0,01 – mili giây cải thiện tuần hoàn chuyển hoá chỗ (giảm phù nề chèn ép giảm chất chuyển hoá có hại chỗ) Hiện tượng tăng tuần hoàn chuyển hoá chỗ, mà điện cực đặt chỗ có ảnh hưởng mạnh tới hệ thống thần kinh thực vật theo phân vùng tiết đoạn thông qua có tác dụng cải thiện, điều trị cho vùng rộng Do kết tác dụng trên, dòng điện xung gây tác dụng cải thiện triệu chứng bệnh đa dạng nhiên, tác dụng nguyên nhân gây bệnh Một điểm đáng lưu ý dòng điện xung tần số thấp gây co rút nhẹ, không nên dùng để kích thích Lý cường độ cần Hình 8: Các dòng điện xung chữ nhật a Dòng điện xung chữ nhật liên tục b Dòng điện xung chữ nhật có nhịp nghỉ c Dòng điện xung chữ nhật biến điệu tần số d Dòng điện xung chữ nhật biến điệu biên độ thiết để tạo co rõ phải cao Nếu dùng dòng xung tần số thấp, kích thích trở nên đau nguy ăn mòn da lớn (cường độ dòng cao, tác dụng Galvanic nhiều) Trong trường hợp này, Dòng điện xung hình tam giác Faraday phát minh năm 1931 dòng dùng sớm điều trị, có đặc điểm dòng xung hình gai nhọn liên tục , tần số 100Hz, thời gian xung 1-1,5ms 19 20 MSB Dòng số tín hiệu vào VEE=-5V Mức cao Mức thấp I 15 160 mW VCC=15V; VI H=5V 0,04 mA VI L=0,8V -0,008 -0,8 mA Dòng phân cực so sánh VEE=-15V - Mạch test DAC0808 đầu vào -1 -3 µA Dòng I0 Dòng tất bit VREF= 2V 1,9 1,99 2,1 mA thấp R14 =1KΩ µA VEE = - 5V 2,0 2,1 mA Phạm vi dòng VEE= -15V 2,0 4,2 mA -0,95+0,4 Vdc -0,5+0,4 Vdc TA=25°C Điện áp chấp nhận Er ≤ 0,19% TA=25°C SRIREF Mức độ thay đổi dòng so µA/µS sánh Công suất dòng cung cấp VEE ≤5 0,05 2,7 µA/V V Hình 46: Mạch test dòng DAC0808 Công suất dòng cung cấp ICC 2,3 22 mA Iout = K(A1/2+A2/2+…+A8/2) 4,3 -13 mA K=Vref/R14 VCC=5V; 33 170 mW AN = AN đặt mức cao VEE=-5V 106 305 mW (các bit vào mức thấp) IEE Tất bit thấp VCC=5V; II.3.4.3 VEE=-15V Tất bit cao VCC=15V; AN = AN đặt mức thấp 90 mW IC nhân tín hiệu tương tự (AD534) Ở ta dùng IC nhân tương tự cho độ xác cao với hai tín hiệu vào nhỏ IC AD534 dùng với điện áp 12V nên thuận tiện cho việc thiết 69 70 kế Không thế, nhỏ gọn độ xác lớn mạch CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TẠO điều biên tương tự nhiều CÁC DẠNG SÓNG U7 RA1 RA2 BIENDO_AD534 11 10 +12V -12V 14 X1 X2 OUT 12 BIENDO_AD534 Y1 Y2 III.1 MÔ HÌNH CÔNG VIỆC Việc xây dựng chương trình phần mềm thực tế phần chuỗi thiết kế, việc lựa chọn phương án thiết kế, xây dựng phần Z1 Z2 mềm modul phần cứng sau xác định rõ mục tiêu thiết kế, SF tức xác định phân loại dạng xung điện cần phải tạo Trên sở +VS -VS xây dựng mô hình công việc để xây dựng chương trình tạo dạng sóng AD534 sau: Hình 47: Sơ đồ mạch cho IC nhân tín hiệu tương tự Hình 1: Mô hình xây dựng dạng sóng cần thiết kế III.1.1 Dạng sóng cần thiết kế Chính dạng sóng lựa chọn cho mục đích thiết kế trình bày chi tiết chương II 71 72 III.1.2 Tính toán tần số f, chu kì T Có thể nhận thấy dạng sóng đa dạng, dạng sóng dựa tín hiệu sine tần sô f chu kì T dễ nhận thấy hay tính toán, dạng sóng có điều chế tần số biên độ phức tạp hơn, ta cần xác định nhiều thông số thời gian có xung, tần số xung( hay chu kì xung), có tần số nền, tần số điều biến, nhịp co giãn có kết hợp điều chế biên độ Hình 3: Dạng sóng TENS(BF.ASYM) có biến tần Ví dụ: - Dạng sóng DF chế độ điều trị Superficial Pain(dia): Điều biến tần số theo nhịp 6/6 (giây) biều diễn bên dưới: T = 10ms, tần số f = 100Hz Hình 4: Nhịp biến điệu tần số T - Dạng sóng TENS chế độ điều trị Muscle Stimulation (TENS) Hình 2: Dạng sóng DF Dạng sóng TENS chế độ điều trị Acute Phase (TENS) TENS BF.SYM với thời gian xung T = 200µs, tần số f = 35Hz, điều biến biên độ với nhịp co giãn 3/2/1/6 (giây) TENS BF.ASYM dạng xung vuông pha không đối xứng với thời gian có xung T = 80µs, tần số f = 80Hz, tần số điều biến 20Hz, chu kì quét 6/6 (giây) Hình 5: Dạng sóng TENS( BF.SYM) điều biến biên độ 73 74 Nhịp điều biến biên độ biểu diễn bên dưới: - Dạng sóng TENS chế độ điều trị Muscle Stimulation (TENS) TENS BF.SYM với thời gian xung T = 200µs, tần số f = 35Hz, điều Hình 6: Nhịp biến điệu biên độ III.1.3 biến biên độ với nhịp co giãn 3/2/1/6 (giây) Lựa chọn chu kì dạng sóng Về dạng sóng tuần hoàn dạng sóng bản, sau xác định chu kì T, tần số f, tần số hay khoảng tần số biến điệu, nhịp co giãn cho tần số biên độ chu kì ta đưa dạng sóng đặc trưng cho chu kì Ví dụ: - Dạng sóng DF chế độ điều trị Superficial Pain(dia): Hình 9: Dạng sóng TENS( BF.SYM) điều biến biên độ T = 10ms, tần số f = 100Hz Ta có dạng sóng cho chu kì bản, dạng sóng TENS pha đối xứng dạng sóng đường bao tạo dạng điều biên T Hình 7: Dạng sóng DF Ta có chu kì bản: Hình 10: chu kì dạng sóng TENS( BF.SYM) Hình 8: Một chu kì dạng sóng DF 75 76 Hình 11: Chu kì dạng sóng đường bao Hình 13: chu kì dạng sóng DF III.1.4 Lấy mẫu chu kì Sau xác định xác dạng sóng chu kì gốc, dựa Lấy mẫu chu kì, n số mẫu, với T chu kì ta có T thời gian tồn mẫu ai, thiết kế, tùy theo dạng n sở phần cứng thiết kế, tính toán, thử nghiệm để tính toán chu ts = kì cần tạo mẫu tạo dạng sóng có dạng lựa sóng khác ta có sỗ mẫu n tương ứng khác nhau, kéo theo thời gian chọn thiết kế ts có giá trị khác Trong modul thiết kế chuyển đổi DAC0808 DAC bit, mức tín hiệu chuẩn đầu tính toán chuẩn 5V 8bit mức cao 0V bit mức thấp, tức dải 0V đến 5V ta có 225 mức giá trị cho biên độ 255 dạng sóng Ví dụ: - Dạng sóng DF chế độ điều trị Superficial Pain(dia): T = 10ms, tần số f = 100Hz a0 a1 an-1 an ai-1 T Hình 14: Lấy mẫu chu kì T Hình 12: Dạng sóng DF Ta có chu kì bản: III.1.5 Lượng tử hóa Vẫn lấy tín hiệu tương tự dạng sine làm ví dụ, ta thấy dạng sóng sine rời rạc thành n mẫu từ a1 đến an, số mẫu n lớn tín hiệu tạo từ mẫu mịn, việc tạo tín hiệu sine phương pháp 77 78 số hóa dựa chuyển đổi DAC khôi phục lại tín hiệu sine từ mi = mẫu a1 đến an (III.1.5.2) xi n Tương ứng với mẫu giá trị lượng tử mi, trình có mi trình lượng tử hóa, việc xác định dựa sở phần cứng sử dụng DAC bit hay 16 hay 32 bit mức tín hiệu đầu khối ADC III.1.6 Số hóa tín hiệu Có thể thấy từ công thức (III.1.5.1) ta thấy mẫu có tương ứng giá trị biên độ ai, với công thức tính giá trị mi số không nguyên mức đầu vào tương ứng DAC 256 mức có giá trị từ đến 255, giá trị mi không nguyên làm tròn 255 mi với giá trị gần nhất, ví dụ mi = 4,2531 lấy giá trị nguyên gần với mi = 125,753 lấy giá trị tương đương 126 Vậy sau số m1 hóa tín hiệu mi có giá trị nguyên nằm dải từ đến 255 a0 a1 an-1 an ai-1 T Dưới số liệu sau số hóa tín hiệu cho dạng sóng DF với thang lượng tử 128 mức từ đến 127, với số mẫu n = 32; Bảng số hóa tín hiệu cho chu kì dạng sóng DF: Hình 15: Quá trình lượng tử hóa Trong thiết kế, mức tín hiệu đầu thiết kế cực đại 5V tương ứng với giá trị 255( bít đầu vào DAC0808 trạng thái cao), số mẫu chọn n, với mẫu có giá trị biên độ mi tính : • Giá trị đầu vào chuyển đổi số DAC : mi = (III.1.5.1) 255 xi n • Giá trị điện áp tương ứng đầu DAC : 79 a0 a8 a1 12 a9 a2 24 a10 a3 37 a11 a4 48 a12 a5 60 a6 71 a7 81 90 a16 127 a24 90 98 a17 127 a25 81 106 a18 125 a26 71 112 a19 122 a27 60 118 a20 118 a28 48 a13 122 a21 112 a29 37 a14 125 a22 106 a30 24 a15 127 a23 98 a31 12 80 III.1.7 Xây dựng phần mềm trung gian Đối với dạng sóng có nhiều tham số phức tạp có điều chế tần số biên độ từ dạng sóng cần thiết tạo bảng số liệu số hóa nói trên, tất trình phải thực tính toán hoàn toàn tay Tuy nhiên với dạng sóng có quy luật đơn giản điều chế tín hiệu toàn trình từ dạng sóng cần thiết kế để tạo lên bảng sở liệu dạng số hóa thực ngắn gọn phần mềm đơn giản ngôn ngữ C Dưới là đoạn chương trình thực việc tạo sở liệu cho dạng sóng xây dựng dạng sóng sine #include III.1.8 Nạp sở liệu vào chip tạo sóng Sau hoàn tất việc số hóa liệu cho tất dạng sóng, liệu nạp vào chip tạo sóng tương ứng với dạng sóng hay dạng sóng đường bao modul Để thực điều cần xây dựng chương trình phần mềm, chương trình tạo môi trường Keil C, phần mềm hỗ trợ viết chương trình nạp cho dòng chip vi điều khiển nói chung , họ AT89C51 Atmel nói riêng Thông qua phần mềm chương trình tạo môi trường Keil C, liệu số hóa đưa thông qua chuyển đổi DAC tạo dạng sóng lựa chọn thiết kế Tại đầu chuyển đổi DAC ta có dạng sóng giống mục tiêu #include thiết kế, nhiên qua toàn trình trên, dạng sóng tạo #define PI 3.1415927 không giống hoàn toàn dạng sóng mong muốn đầu DAC sử #define MAX 1024 dụng mạch tương tự ta có dạng sóng hoàn toàn chấp nhận #define BYTE 255 với mục tiêu thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật mục đích trị main() liệu { III.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH FILE *fp, *fopen(); double x,y; Toàn chương trình thiết kế viết môi trường phần mềm fp= fopen(“sine51.scr”,”w”); lập trình vi điêu khiển Keil C, ngôn ngữ mạnh lập trình cho for (x = 0, x