电子冷热治疗仪的研制
作者：王义辉 种银保
单位：王义辉(第三军医大学 西南医院设备科，重庆 400038)；种银保(第三军医大学 新桥医院设备科，重庆 400037)
关键词：半导体制冷；温度传感器；单片微机
生物医学工程学杂志000234 摘要 介绍一种电子冷热治疗仪，该治疗仪利用半 导体治冷技术，具有一机多探头(贴片)，适用于对各种病灶的治疗，实现了对人体局部病变 损伤组织实施冷却及温热治疗的温度精确测控。
The Development of Electronic Cold and Heart Therapeutical Instr ument
Wang Yihui
(Xinan Hospital, the Third Military Medical University, Chongqing 40 0038)
, http://www.100md.com
Chong Yinboa
(Xinqiao Hospital, the Third Military Medical University, Chongqiong 400037)
Abstract This paper introduces a kind of the rapeutical in strument with eclectronic cold and heat. It make use of the technology of semico nductor refrigeratio. It have many probe. It apply to different focus treatment. The instrument have achieved cold and heat treatment and accurate temperature m esure and control for human body tissue trauma.
, 百拇医药
Key words Semiconductor refrigeration Temperature sensor Si ngle-chip microcomputer
1 引 言
近年来，由于制冷方法、材料及设备的发明制造，冷冻医学蓬勃发展成一门新兴医学学科， 超 低温已用于治疗多种疾病和保护人体组织材料。例如用液氮冷冻治疗器、二氧化碳干冰冷冻 治疗器进行肿瘤切除或用超低温来破坏生物体局部组织以达到手术目的。
但是，实用、安全、便携的冷却治疗仪器，目前国内示尚未见报道。日本生产了一种电子冷 却枕，来治疗失眠症。目前临床仍然采用冰袋、冰帽、冰、冷水浴来替代。同样温热治疗也 多沿用热袋，温水热敷及红外线频谱辐射等。上述冷却、温热疗法虽简单易行，但却存在冷 热温度不受控制，无法长期使用，难以固定等缺陷。为了克服上述缺点，采用半导体制冷、 制热无疑是一种好的选择。况且半层体制热、制冷还具有无机械振动、无噪音、体积小、造 价低、可靠性高等优点，具有很大的临床推广价值。
, http://www.100md.com
半导体制冷、制热是近代电子技术发展的一个方面。我们采用半导体“帕尔贴”效应， 研制成半导体电子冷热治疗仪，用半导体温度传感器，单片微机来实现温度的测控；温度 、时间初值的预置与实时显示，并根据临床治疗需要，设计加工半导体材料成适用于各种病 灶的不同外形、规格和不同温度的冷热探头和贴片。
本治疗仪是研究治疗外伤、术后、炎症及骨、关节和软组织疾病引起的肿胀、发炎、疼痛、 出血、发烧、痉挛等，属冷却疗法和温热疗法(其治疗机理略)。
2 技术指标
(1)电源：AC220+10% 频率：50Hz；(2)功率100～300W ；(3)冷探头最低温度可达到-15±1℃；(4)热探头最高 温度可达到100±1℃；(5)冷、热探头直流稳压电压波纹系数<10%；(6)计时时间0～120 min，倒计时；(7)冷却水压力<0.6 kg/ cm2，自动切断电源。
, 百拇医药
3 硬件设计与工作原理
3.1 冷热探头
冷热探头采用半导体电热为能源，原理是建立在“帕尔贴”效应上：当一块N型半导体和一 块P型半导体联结成电偶对时，通以直流电，在外电场的作用下载流子产生运动，发生能量 传递，在一端接头处放出热量(制热)，而在另一端接头处吸收热量(制冷)。若交换电源的极 性则电偶对制冷与制热也随之互换。为了获得较大的能量(冷量、热量)，可将很多对电偶对 并联组成冷热电堆。(硬件电路见图1)。
3.2 温度变送
由图2所示温度变送器是由LM134集成温度传感器、恒流源及放大器741构成。LM134在-55 ℃ ～125 ℃范围内输出电流与被测绝对温度成线性关系，这样就可省去非线性校正网络或软件 编程。恒流源的作用是使传感器LM134在0 ℃时的输出电流为273 mA，这样当待测温度为0 ℃时，其连接点输出的电流I0为零，当待测温度偏离0 ℃，传感器的输出电流就代表 了测量的摄氏温度。放大器741为增益可调放大器，实现电流与电压的转换，并可获得所需 采样范围的电压。
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图1 硬件电路
Fig 1 Schematic diagram of the hardware circuitry
图2 温度变送
Fig 2 Temperature transform
3.3 单片机
单片微机系统由单片机8031、程序存贮器2764、I/0接8 255等芯片组成，完 成 温度、时间初值的预置与实时显示，以及温度的精确测控、冷却水阀的启动与关闭等功能。
3.4 工作原理
AC220V 50Hz电源从输入端接入，经断水保护器后，一路经降压整流，稳压后向仪器提 供各直 流电源；另一路经降压、整流、受控稳压后成稳定直流电供给冷、热探头作能源。温度变送 器输出的温度变化信号电压经A/D转换送单片微机，经处理后显示。冷水循环电磁阀受单片 机控制。冷热受控稳压电源的输出电压大小、极性受单片微机控制。
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4 软件设计
仪器软件采用MCS-51汇编语言按模块结构进行设计，由主程序和中断服务程序组成。 主程序完成采样、显示、倒计时、温度控制及内存、接口的初如化、中断源的设置；中断服 务程序完成定时时间、治疗温度的预置。(主程序，功能按键中断服务程度略)
5 讨论
本治疗仪一机多探头(贴片)，制冷、制热及温度测控，适应于不同患者的不同病症，比液体 、气体致冷源方便经济，无不良反应，无泄漏，无机械传动，无噪音，无磨损，操作方便 实用，为低温医学及热疗技术提供了一种可靠技术手段。
参考文献
1，邹贤华.物理学与康复.华夏出版社，1992
2，章崧英等.实用低温医学.北京：科学出版社，1994
3，唐秉寰.制冷技术与现代医学.医用冷冻技术，1986；(1)
4，腾英纯泽.电子冷却枕.东芝评论，1986
5，鲁明仁.探针式神经参数分析仪，国外医学进展，1994；(3)
6，侯升魁.介绍两种冷针、冷炙治疗仪.医用冷冻技术，1985；(3)
(收稿：2000-03-28 修回：2000-05-25), http://www.100md.com
单位：王义辉(第三军医大学 西南医院设备科，重庆 400038)；种银保(第三军医大学 新桥医院设备科，重庆 400037)
关键词：半导体制冷；温度传感器；单片微机
生物医学工程学杂志000234 摘要 介绍一种电子冷热治疗仪，该治疗仪利用半 导体治冷技术，具有一机多探头(贴片)，适用于对各种病灶的治疗，实现了对人体局部病变 损伤组织实施冷却及温热治疗的温度精确测控。
The Development of Electronic Cold and Heart Therapeutical Instr ument
Wang Yihui
(Xinan Hospital, the Third Military Medical University, Chongqing 40 0038)
, http://www.100md.com
Chong Yinboa
(Xinqiao Hospital, the Third Military Medical University, Chongqiong 400037)
Abstract This paper introduces a kind of the rapeutical in strument with eclectronic cold and heat. It make use of the technology of semico nductor refrigeratio. It have many probe. It apply to different focus treatment. The instrument have achieved cold and heat treatment and accurate temperature m esure and control for human body tissue trauma.
, 百拇医药
Key words Semiconductor refrigeration Temperature sensor Si ngle-chip microcomputer
1 引 言
近年来，由于制冷方法、材料及设备的发明制造，冷冻医学蓬勃发展成一门新兴医学学科， 超 低温已用于治疗多种疾病和保护人体组织材料。例如用液氮冷冻治疗器、二氧化碳干冰冷冻 治疗器进行肿瘤切除或用超低温来破坏生物体局部组织以达到手术目的。
但是，实用、安全、便携的冷却治疗仪器，目前国内示尚未见报道。日本生产了一种电子冷 却枕，来治疗失眠症。目前临床仍然采用冰袋、冰帽、冰、冷水浴来替代。同样温热治疗也 多沿用热袋，温水热敷及红外线频谱辐射等。上述冷却、温热疗法虽简单易行，但却存在冷 热温度不受控制，无法长期使用，难以固定等缺陷。为了克服上述缺点，采用半导体制冷、 制热无疑是一种好的选择。况且半层体制热、制冷还具有无机械振动、无噪音、体积小、造 价低、可靠性高等优点，具有很大的临床推广价值。
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半导体制冷、制热是近代电子技术发展的一个方面。我们采用半导体“帕尔贴”效应， 研制成半导体电子冷热治疗仪，用半导体温度传感器，单片微机来实现温度的测控；温度 、时间初值的预置与实时显示，并根据临床治疗需要，设计加工半导体材料成适用于各种病 灶的不同外形、规格和不同温度的冷热探头和贴片。
本治疗仪是研究治疗外伤、术后、炎症及骨、关节和软组织疾病引起的肿胀、发炎、疼痛、 出血、发烧、痉挛等，属冷却疗法和温热疗法(其治疗机理略)。
2 技术指标
(1)电源：AC220+10% 频率：50Hz；(2)功率100～300W ；(3)冷探头最低温度可达到-15±1℃；(4)热探头最高 温度可达到100±1℃；(5)冷、热探头直流稳压电压波纹系数<10%；(6)计时时间0～120 min，倒计时；(7)冷却水压力<0.6 kg/ cm2，自动切断电源。
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3 硬件设计与工作原理
3.1 冷热探头
冷热探头采用半导体电热为能源，原理是建立在“帕尔贴”效应上：当一块N型半导体和一 块P型半导体联结成电偶对时，通以直流电，在外电场的作用下载流子产生运动，发生能量 传递，在一端接头处放出热量(制热)，而在另一端接头处吸收热量(制冷)。若交换电源的极 性则电偶对制冷与制热也随之互换。为了获得较大的能量(冷量、热量)，可将很多对电偶对 并联组成冷热电堆。(硬件电路见图1)。
3.2 温度变送
由图2所示温度变送器是由LM134集成温度传感器、恒流源及放大器741构成。LM134在-55 ℃ ～125 ℃范围内输出电流与被测绝对温度成线性关系，这样就可省去非线性校正网络或软件 编程。恒流源的作用是使传感器LM134在0 ℃时的输出电流为273 mA，这样当待测温度为0 ℃时，其连接点输出的电流I0为零，当待测温度偏离0 ℃，传感器的输出电流就代表 了测量的摄氏温度。放大器741为增益可调放大器，实现电流与电压的转换，并可获得所需 采样范围的电压。
, http://www.100md.com
图1 硬件电路
Fig 1 Schematic diagram of the hardware circuitry
图2 温度变送
Fig 2 Temperature transform
3.3 单片机
单片微机系统由单片机8031、程序存贮器2764、I/0接8 255等芯片组成，完 成 温度、时间初值的预置与实时显示，以及温度的精确测控、冷却水阀的启动与关闭等功能。
3.4 工作原理
AC220V 50Hz电源从输入端接入，经断水保护器后，一路经降压整流，稳压后向仪器提 供各直 流电源；另一路经降压、整流、受控稳压后成稳定直流电供给冷、热探头作能源。温度变送 器输出的温度变化信号电压经A/D转换送单片微机，经处理后显示。冷水循环电磁阀受单片 机控制。冷热受控稳压电源的输出电压大小、极性受单片微机控制。
, http://www.100md.com
4 软件设计
仪器软件采用MCS-51汇编语言按模块结构进行设计，由主程序和中断服务程序组成。 主程序完成采样、显示、倒计时、温度控制及内存、接口的初如化、中断源的设置；中断服 务程序完成定时时间、治疗温度的预置。(主程序，功能按键中断服务程度略)
5 讨论
本治疗仪一机多探头(贴片)，制冷、制热及温度测控，适应于不同患者的不同病症，比液体 、气体致冷源方便经济，无不良反应，无泄漏，无机械传动，无噪音，无磨损，操作方便 实用，为低温医学及热疗技术提供了一种可靠技术手段。
参考文献
1，邹贤华.物理学与康复.华夏出版社，1992
2，章崧英等.实用低温医学.北京：科学出版社，1994
3，唐秉寰.制冷技术与现代医学.医用冷冻技术，1986；(1)
4，腾英纯泽.电子冷却枕.东芝评论，1986
5，鲁明仁.探针式神经参数分析仪，国外医学进展，1994；(3)
6，侯升魁.介绍两种冷针、冷炙治疗仪.医用冷冻技术，1985；(3)
(收稿：2000-03-28 修回：2000-05-25), http://www.100md.com