皮肤温度感觉刺激系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种皮肤温度感觉刺激系统，主要解决在核磁环境中现有激光刺激设备不能制冷、操作复杂、成本高的问题。它包括冷热刺激头(1)、保护网(2)、散热水箱(3)、水泵(4)、储水水箱(5)、嵌入式控制模块(6)和上位机(7)；冷热刺激头(1)、散热水箱(3)、水泵(4)和储水水箱(5)通过水管依次相连，形成水循环系统；冷热刺激头(1)通过嵌入式控制模块(6)与上位机(7)连接。嵌入式控制模块(6)根据上位机(7)设置的刺激温度控制冷热刺激头(1)对人体皮肤进行刺激，该实际刺激温度和疼痛感觉的分值经嵌入式控制模块(6)传输到上位机(7)中存储显示。本实用新型专利技术具有易于操作、使用安全的优点，可用于核磁环境中的对疼痛感觉的研究和镇痛效果的评价。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于医疗器械
，特别是一种研究人体痛阈与耐痛阈的仪器。可用于正常与强磁场环境中的疼痛感觉研究、镇痛效果评价、医护人员对痛症患者的辅助诊断与治疗。
技术介绍
目前全世界每天约550万人忍受癌痛的折磨，我国至少有一亿以上的疼痛患者。疼痛，这种人类最原始的痛苦，已经成为全球医药行业共同关心的问题。科研机构对疼痛感觉研究和镇痛效果的评价研究也越来越多。疼痛的研究是神经科学领域的热点与难点问题，随着影像学技术的进步，疼痛的研究迎来了前所未有的机遇。但基于功能磁共振成像技术的疼痛研究，需要有精确、可控的 疼痛刺激模式，且能够与核磁环境兼容的实验设备。目前只能采用激光刺激设备作为功能磁共振成像技术的疼痛刺激设备。这种激光刺激设备存在以下不足I)只能产生热刺激但不能产生冷刺激；2)操作复杂、体积大、安全性不高、成本高；3)与上位机通信复杂，数据不开放。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述激光刺激设备的不足，提出一种能够提供冷热刺激、操作简单、安全性高、成本低的冷热疼痛刺激仪，以实现在强磁场的核磁环境中根据实验人员设定的冷热刺激模式，进行疼痛刺激，并且把当前温度数据和疼痛感觉实时传输到上位机中。为实现上述目的，本技术包括冷热刺激头I、保护网2、散热水箱3、水泵4、储水水箱5、嵌入式控制模块6和上位机7 ;冷热刺激头I、散热水箱3、水泵4和储水水箱5通过水管依次相连，形成水循环系统；冷热刺激头I通过嵌入式控制模块6与上位机7连接；所述的冷热刺激头1，包括导热片11、制冷片13、水冷头14、外壳15、绷带17、纽扣18和隔热垫19 ;制冷片13的一面黏贴导热片11，另一面黏贴水冷头14 ；制冷片13和水冷头14置于导热片11和外壳15组成的腔体内；隔热垫19黏贴在外壳15的前面；绷带17通过纽扣18固定在外壳15的背面；导热片11置于人体皮肤上的刺激点；所述的嵌入式控制模块6，包括嵌入式处理电路、D\A转换电路、功率放大电路、电流转向电路、限流保护电路、桥式电路、差分放大电路、A\D转换电路和打分电路；该嵌入式处理电路根据上位机7中设置的刺激温度，产生相应电压数字信号，输入给D\A转换电路中转换成模拟信号，再经过功率放大电路放大后输入到电流转向电路后，再经限流保护电路后输入到制冷片13中，控制制冷片13的升温或降温，进而控制导热片11温度变化；该桥式电路将黏贴在导热片11与制冷片13之间薄膜钼热电阻12的电阻值转换成电压值，传输到A\D转换电路中转换成数字信号，再传输到嵌入式处理电路中，把当前温度值与设置温度值相比较，判断增加或减少电压，同时嵌入式处理电路把当前温度值传输到上位机7中存储显示；被试者根据当前的疼痛感移动滑动变阻器上的滑块打分，该打分电路将滑动变阻器的阻值转成电压值，经过A\D转换电路连接到嵌入式处理电路，嵌入式处理电路通过串口把打分值传输到上位机7中存储显示。上述系统，其特征在于水冷头14包括进水口、出水口和内部沟道16 ;内部沟道16为M形状，且与水冷头14同一侧的进水口和出水口连成通路。上述系统，其特征在于导热片11是采用紫铜材料做成的厚度为8mm的凸字形薄片，分为上下两层，且上层的面积为下层面积的二分之一；上层的周围套有回字形的隔热垫19。上述系统，其特征在于外壳15由3mm纯铜薄板加工而成，且背面的中心处焊有纯铜质纽扣18。 上述系统，其特征在于桥式电路由薄膜钼热电阻12和三个等值电阻连接组成。上述系统，其特征在于连接冷热刺激头I的水管、薄膜钼热电阻12的引线和制冷片13的引线均置于在保护网12内。上述系统，其特征在于打分电路包括滑动变阻器、分压电阻和由纯铜材料做成的屏蔽外壳；屏蔽外壳上装有滑块并标有滑块轨道刻度，滑块连接滑动变阻器。上述系统，其特征在于嵌入式处理电路，包括STM32处理器、JTAG接口电路、实时时钟电路和串口通信电路JTAG接口电路、实时时钟电路分别与STM32处理器连接，STM32处理器通过串口通信电路与上位机7相连。上述系统，其特征在于电流转向电路，包括共集电极放大电路和继电器；共集电极放大电路的输入连接STM32处理器，输出连接继电器。上述系统，其特征在于限流保护电路由自动恢复保险丝和电阻串联构成。本技术具有如下优点I、本技术由于将冷热刺激头的部件装配在铜质壳体内，不仅体积小、方便操作，而且保证冷热刺激头在核磁环境中的正常使用。本技术由于采用半导体制冷片产热或制冷，不仅使升温或降温的阶跃性好，并且安全性高。2、本技术采用水循环来保持水冷头温度的稳定，进而保持制冷片的下表面温度保持稳定，保证冷热刺激头长时间的正常工作。3、本技术的嵌入式控制模块采用负反馈的方式控制制冷片的温度，使刺激温度更准确。本技术由于设有限流保护电路，可以有效的防止电路故障导致制冷片过热或过冷对被试者产生的烫伤或冻伤。4、本技术由于采用上位机设定刺激温度，实验人员可以根据实际需要在上位机中设定具体的刺激温度，并且可以把刺激温度和被试者疼痛感觉实时传输到上位机中存储显示，便于实验分析。附图说明图I是本技术的整体结构示意图；图2是本技术中的冷热刺激头结构示意图；图3是本技术中的嵌入式控制模块原理图。具体实施方式下面将结合附图对本技术的实施原理及使用进行详细的介绍。参照图1，本技术系统，包括冷热刺激头I、保护网2、散热水箱3、水泵4、储水水箱5、嵌入式控制模块6和上位机7 ;冷热刺激头I、散热水箱3、水泵4和储水水箱5通过水管依次相连，形成水循环系统；冷热刺激头I通过嵌入式控制模块6与上位机7连接。冷热刺激头I流出的水先在散热水箱中降温后再流入储水水箱，减少储水水箱温度的变化，维持冷热刺激头I流入水温度的稳定，保证冷热刺激头I长时间正常工作。嵌入式控制模块6根据上位机7设置的刺激温度控制冷热刺激头I对人体皮肤进行刺激，该实际刺激温度和疼痛感觉的分值又经嵌入式控制模块6传输到上位机7中存储显示，以供实验人员根据该实际刺激温度和疼痛感觉的分值对人体的疼痛感觉研究和药物的镇痛效果评价。采用Im长水管连接核磁环境中的冷热刺激头I与水循环系统中的其他设备，有效地减少了需要屏蔽强磁信号的部件；连接水冷头14的水管、制冷片13引线、薄膜钼热电阻·12引线均置于保护网2的内部，形成一个整体，方便操作；参照图2，冷热刺激头1，它包括导热片11、制冷片13、水冷头14、外壳15、绷带17、纽扣18和隔热垫19 ;导热片11由紫铜材料加工成厚度为8mm的凸字形薄片，分为上下两层，上层为边长28mm的方形薄片，下层为边长40mm的方形薄片，上层的面积为下层面积的二分之一，下层利用导热硅脂黏贴在半导体制冷片13的上面，且导热片11与制冷片13之间夹有薄膜钼热电阻12 ;回字形橡胶隔热垫19套在导热片11上层的外部，橡胶隔热垫的高度不超过导热片11上层的高度，并黏贴在由3mm纯铜薄板加工厂的外壳15上，以防止外壳15与皮肤接触，影响刺激效果。绷带17通过纯铜质纽扣18固定在纯铜质外壳15的背面中心处，绷带17起到固定冷热刺激头I的作用，减少工作时冷热刺激头I的晃动。外壳15与导热片11形成封闭的腔体，能够有效的屏蔽外部环境中的强磁信号，保护内部的薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种皮肤温度感觉刺激系统，其特征在于，包括冷热刺激头（1）、保护网（2）、散热水箱（3）、水泵（4）、储水水箱（5）、嵌入式控制模块（6）和上位机（7）；冷热刺激头（1）、散热水箱（3）、水泵（4）和储水水箱（5）通过水管依次相连，形成水循环系统；冷热刺激头（1）通过嵌入式控制模块（6）与上位机（7）连接；所述的冷热刺激头（1），包括导热片（11）、制冷片（13）、水冷头（14）、外壳（15）、绷带（17）、纽扣（18）和隔热垫（19）；制冷片（13）的一面黏贴导热片（11），另一面黏贴水冷头（14）；制冷片（13）和水冷头（14）置于导热片（11）和外壳（15）组成的腔体内；隔热垫（19）黏贴在外壳（15）的前面；绷带（17）通过纽扣（18）固定在外壳（15）的背面；导热片（11）置于人体皮肤上的刺激点；所述的嵌入式控制模块（6），包括嵌入式处理电路、D\A转换电路、功率放大电路、电流转向电路、限流保护电路、桥式电路、差分放大电路、A\D转换电路和打分电路；该嵌入式处理电路根据上位机（7）中设置的刺激温度，产生相应电压数字信号，输入给D\A转换电路中转换成模拟信号，再经过功率放大电路放大后输入到电流转向电路后，再经限流保护电路后输入到制冷片（13）中，控制制冷片（13）的升温或降温，进而控制导热片（11）温度变化；该桥式电路将黏贴在导热片（11）与制冷片（13）之间薄膜铂热电阻（12）的电阻值转换成电压值，传输到A\D转换电路中转换成数字信号，再传输到嵌入式处理电路中，把当前温度值与设置温度值相比较，判断增加或减少电压，同时嵌入式处理电路把当前温度值传输到上位机（7）中存储显示；被试者根据当前的疼痛感移动滑动变阻器上的滑块打分，该打分电路将滑动变阻器的阻值转成电压值，经过A\D转换电路连接到嵌入式处理电路，嵌入式处理电路通过串口把打分值传输到上位机（7）中存储显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，刘鹏，朱振营，胡凯，何嘉全，田捷，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：