张佳硕，卢佳仪，刘天，苏晓东

（1.华北理工大学 以升创新教育基地，河北 唐山 063210：2.华北理工大学 心理与精神卫生学院，河北 唐山 063210：3.华北理工大学 人工智能学院，河北 唐山 063210：4.华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063210）

0 引言

近年来，随着电子、信息等技术的高速发展，加之工作、生活方式的改变，中年及老年人腿部疾病患病概率大大增加。腿部关节发病的典型病理特征多为膝盖红肿痛、膝关节弹响、膝肿痛、下肢不遂、膝关节病、髌骨软化症、小腿无力、疼痛等。目前治疗膝关节病症的方法有药物治疗、针灸治疗、手术治疗、低频电疗仪治疗等。其中电疗仪因使用成本低、治疗效果好而被广泛应用[1]。低频电疗仪可以瞬态将功率谱的能量按照一定的调制特性集中与扩散，非常逼真地模拟出真人捶背、敲打、按摩、推拿和针灸治疗的实际感觉[2]。

当今电疗仪普遍存在不易携带、治疗效果差、使用不方便等缺点，本文因此设计了一款携带方便的两用式腿部电疗仪，其既能作为电疗仪治疗腿部的膝肿痛、下肢不遂、膝关节病、髌骨软化症、小腿无力、疼痛等疾病，又能作为腿部术后护膝协助康复训练。本装置采用频率在1kHz以下的低频脉冲电流，在人体内可引起离子和荷电微粒的迅速移动，对感觉神经和运动神经有明显的刺激作用，从而达到兴奋神经肌肉组织、促进局部血液循环和镇痛的目的[3]。

在保证电疗仪治疗的前提下，本装置还要兼有便于携带，使用方便的特点，为此，本文完成了以下设计：

（1）实现脉冲电流稳定在1kHz以下，调整脉冲周期、脉冲宽度和升降波时间，以刺激腿部感觉神经和运动神经；

（2）具有护膝作用，保证对膝关节的养护；

（3）实现电极片与膝关节周围的膝眼穴、梁丘穴、血海穴、阴陵泉穴等穴位位置的对应问题，保证低频脉冲作用渗入关节和经脉；

（4）使用者可根据需要调整仪器位置、调节脉冲模式，提高装置使用的合理性和舒适性，并方便使用者携带。

该新型两用式腿部电疗仪由腿部电疗装置、膝盖防护装置及控制器三部分组成。电疗仪可以治疗腿部的膝肿痛、下肢不遂、膝关节病、髌骨软化症等腿部疾病，膝盖防护装置可以在术后康复训练中保护漆关节，控制器起到控制电疗贴片电流的作用。其整体三维结构如图1所示：

图1 整体结构三维图（电疗贴片如图中黑色位置）

1 腿部电疗装置结构的设计

为将电疗仪固定在腿部，在小腿、大腿、膝盖位置处分别设置粘链结构以便于根据病人的身材实际情况调整松紧，将治疗所需的电疗贴片使用粘链结构固定于电疗装置上。每个电疗贴片对应腿部的膝眼穴、梁丘穴、血海穴、阴陵泉穴等特定穴位。

电疗贴片与装置内部通过粘链结构进行连接，若患者有其他需要时可以将其取出，作用于患者身体其他穴位[4]。通过输出不同频率的脉冲波，如连续波、密波、疏波、疏密波、断续波达到不同的作用与疗效。密波常用于止痛、镇静、缓解肌肉与血管痉挛、麻醉等；疏波常用于治疗肌肉萎缩和关节、韧带、肌腱的修复；疏密波能促进代谢与气血循环，消炎止痛；断续波可治疗瘫痪也可用于电体操疗法。电疗贴片中包含加热贴片，可促进血液循环，由内而外促使血管扩张、血流加快，有利于组织中毒素排出，便于患者康复[5]。

2 控制器的设计

控制器的控制电路如图2，STC89C52控制脉冲电流的频率以及时间，可以输出四种波形。交流电脉冲及电压调节电路如图3，将3.7V的直流电转换成交流电，后面采用一个200Ω的可调电阻器，通过调节线圈比例进行变阻调压，附加电阻控制电流，防止电流过大烧毁电路[6]。通过控制器上的按键和屏幕显示的信息调节好电流的频率以及工作时间并按动开始按键，电疗仪自动调到所需波形，并改变电压大小，实现四种模式（缓解肌肉与血管痉挛、治疗肌肉萎缩、消炎止痛、电肌体操训练）之间的切换。

图2 控制电路

图3 交流电脉冲及电压调节电路

3 膝关节防护装置的设计

图4 膝盖防护装置三维图

为保护膝关节，并且达到不影响患者正常行动的目的，膝关节防护装置在整体结构上分为上下两部分，两者之间通过可调整旋转方向的固定卡盘进行连接。该卡盘中心有固定孔，卡盘之间的连接平面上有齿，通过改变连接物体之间的相对角度并利用手柄旋入中心孔将两个卡盘上带齿的平面紧紧连接和固定。通过手柄的松紧，即可快速改变两个连接物之间所呈的相对角度，该相对角度可以被控制在0～180度[7]。该膝盖防护装置被固定到铝合金支撑杆上，该支撑杆被固定在上下两端的粘链上，保证了装置的支撑能力。使用完毕后，可以通过卡盘将该装置上下折叠，便于收纳。

使用者可通过调整并固定旋转卡盘的角度，实现腿部弯曲角度的自由调节，利于患者术后腿部康复。上下两装置中内置铝合金，可支撑使用者腿部，达到保护膝盖的目的。该装置可单独用于关节损伤、韧带损伤、半月板损伤、术后固定、膝盖无力、运动损伤等病情[8-11]。

4 结语

本文设计了一款新型两用式腿部电疗仪，该电疗仪作用于膝眼穴、梁丘穴、血海穴、阴陵泉穴等腿部穴位，起到治疗膝肿痛、下肢不遂、膝关节病、髌骨软化症、小腿无力、疼痛的效果。由于设计时确定了电疗贴片的位置，解决了患者使用时寻找穴位的麻烦问题。卡盘的设计使装置可上下折叠，达到方便携带的目的。控制器的设计可实现缓解肌肉与血管痉挛、治疗肌肉萎缩、消炎止痛、电肌体操训练四种模式之间的切换。电疗装置可拆卸，单独使用膝盖防护装置可治疗关节损伤、韧带损伤、半月板损伤、术后固定、膝盖无力、运动损伤等病情。电疗装置与膝盖防护装置的结合，完美解决了现有电疗仪使用不方便、治疗效果差、不便于携带的问题。