Устройство для воздействия электрическим током

 

Область использования: к медицинской технике, к устройствам воздействия электрическим током для лечения заболеваний и травматических повреждений опорно-двигательной и нервной систем методами электростимуляции и центральной или чрескожной электроаналгезии. Оно может также использоваться для исследований возбудимости и нервно-мышечной системы и миографии. Сущность изобретения: устройство включает перестраиваемый генератор сигналов несущей частоты, управляемые генераторы прямоугольных и треугольных сигналов низкой частоты, модулятор, сумматор, формирователь однополярных импульсов, прерыватель, блок коммутации, двухканальный усилитель мощности, выходами подключенный к электродам воздействия двухканальные преобразователь тока, пиковый детектор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации силы тока, компаратор, блок защиты, таймер и блок звуковой сигнализации. Устройство позволяет воздействовать на пациента переменным током регулируемой частоты с возможностью треугольной и прямоугольной модуляции этого тока с регулируемыми частотой и глубиной модуляции, причем воздействие может осуществляться в непрерывном или прерывистом режимах по одному или двум каналам, а также воздействовать на пациента по одному или двум каналам однополярными импульсами с регулируемыми параметрами или постоянным (гальваническим) током. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство относится к медицинской технике, в частности, к устройствам для воздействия электрическим током, и предназначено для лечения заболеваний и травматических повреждений опорно-двигательной и нервной системы методами электростимуляции и центральной или чрескожной электроаналгезии. Устройство может также использоваться для исследований электрической возбудимости нервно-мышечной системы по различным методикам [1] Известен электростимулятор содержащий генератор прямоугольных сигналов с возможностью регулирования частоты, модулятор, генератор треугольных сигналов с возможностью регулирования частоты и амплитуды, усилитель мощности, подключенный выходами к электродам воздействия.

Известное устройство используется для стимуляции нервно-мышечной системы. Однако, воздействие осуществляется только переменным током, что ограничивает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для воздействия электрическим током, содержащее генератор сигналов несущей частоты, связанный с первым входом модулятора, формирователь треугольных сигналов низкой частоты, формирователь однополярных импульсов, блок индикации, блок коммутации и усилитель мощности, связанный с электродами воздействия [2] Известное устройство позволяет воздействовать электрическим импульсным однополярным током или импульсным током с заполнением импульсов сигналами несущей частоты. Однако, в известном устройстве отсутствуют возможности регулирования интервала между импульсами и воздействия переменным током в непрерывном режиме. Кроме того, наличие только одного выходного канала не позволяет воздействовать на мышцы-антагонисты. Это снижает функциональные возможности устройства.

предложенное решение расширяет функциональые возможности устройства. Это достигается тем, что предложенное устройство содержит генератор сигналов несущей частоты, связанный с первым входом модулятора, формирователь треугольных сигналов низкой частоты, формирователь однополярных импульсов, блок индикации, блок коммутации и усилитель мощности, связанный с электродами воздействия, отличающееся тем, что в него введены генератор прямоугольных сигналов низкой частоты с возможностью регулирования его частоты и амплитуды, сумматор, прерыватель, аналого-цифровой преобразователь, один из выходов которого подключен к блоку индикации силы тока, последовательно соединенные пиковый детектор, интегратор и компаратор, а также блок защиты, таймер, блок звуковой сигнализации, преобразователь тока, входами подключенный к выходам усилителя мощности, а выходами через пиковый детектор к входам аналого-цифрового преобразователя, другие выходы которого и выход компаратора соединены с соответствующими входами блока защиты, при этом генератор сигналов несущей частоты выполнен перестраиваемым, формирователь треугольных сигналов низкой частоты выполнен в виде генератора треугольных сигналов с возможностью регулирования его частоты и амплитуды и подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора прямоугольных сигналов низкой частоты, а выход со вторым входом модулятора, формирователь однополярных импульсов выполнен с возможностью изменения длительности импульса, периода следования импульсов и длительности фронта импульса, усилитель мощности выполнен двухканальным, а блок коммутации включает в себя переключатели рода работ, переключатель полярности выходного тока, переключатель выходных каналов и регулятор силы выходного тока, связанный с выключателем выходного сигнала блока коммутации, причем сигнальные входы блока коммутации подключены соответственно к выходам модулятора, формирователя однополярных импульсов и прерывателя, сигнальные выходы к входам усилителя мощности, а управляющие входы-выходы к соответствующим выходам-входам таймера и блока защиты, дополнительные выходы которых соединены с блоком звуковой сигнализации.

Электроды воздействия выполнены сменными и могут быть различных конструкции и назначения, что расширяет возможности устройства. Расширение функциональных возможностей устройства достигается также тем, что преобразователь тока имеет дополнительный выход для подключения внешних регистрирующих и/или анализирующих устройств, например, миографа. Для контроля силы тока, воздействующего на пациента, по двум каналам, что улучшает функциональные и эксплуатационные параметры устройства, пиковый детектор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации силы тока выполнены двухканальными.

Сущность изобретения состоит в том, что в одном устройстве совмещены возможности воздействия на пациента переменным током регулируемой частоты с треугольной и прямоугольной модуляцией этого тока, причем частота и глубина модуляции переменного тока регулируются в широких пределах, а воздействие может осуществляться в непрерывном или прерывистом режимах по одному или двум каналам, и возможности воздействия на пациента по одному или двум каналам однополярными импульсами трапециевидной формы с регулируемыми длительностью, периодом следования, длительностями фронтов.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 9 эпюры его выходных напряжений.

Устройство содержит генератор 1 сигналов несущей частоты с регулятором 2 частоты, выходом подключенный к первому входу модулятора 3, второй вход которого соединен через сумматор 4 с выходами управляемого генератора 5 треугольных сигналов низкой частоты с регуляторами 6 и 7 частоты и амплитуды и генератора 8 прямоугольных сигналов низкой частоты с регуляторами 9 и 10 частоты и амплитуды, а выход с одним из сигнальных входов блока 11 коммутации, другими сигнальными входами соединенного с прерывателем 12 переменного тока и формирователем 13 однополярных импульсов формы с регуляторами 14, 15 и 16 длительности импульса, периода следования импульсов и длительности фронта импульса соответственно, причем длительность переднего фронта равна длительности заднего фронта и регулируется в таких пределах, чтобы форма импульса изменялась от прямоугольной до треугольной. Устройство содержит также двухканальный усилитель 17 мощности, входы которого соединены с сигнальными блоками 11 коммутации, а выходы связаны с двумя парами 18, 19 электродов воздействия и входами двухканального преобразователя 20 тока, подключенного выходами через двухканальный пиковый детектор к входам двухканального интегратора 22 и двухканального аналого-цифрового преобразователя 23, выходы которого соединены с соответствующими входами двухканального блока 24 индикации силы тока и блока 25 защиты, компаратор 34, соединенный своим входом с интегратором 22, а выходом с соответствующим входом блока 25 защиты, блок 26 звуковой сигнализации и таймер 27. При этом блок 11 коммутации включает в себя переключатели 28, 29 рода работ, переключатель 30 полярности, переключатель 31 выходных каналом и регулятор 32 интенсивности выходного сигнала (силы тока), сблокированный с выключателем 33 выходного сигнала блока 11 коммутации, управляющими входами-выходами связанного с соответствующими выходами-входами блока 25 защиты и таймера 27, дополнительные выходы которых подключены к блоку 26 звуковой сигнализации. Преобразователь 20 тока имеет дополнительный выход 35 для подключения внешних регистрирующих и анализирующих устройств, например, миографа.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 несущей частоты вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы ("меандр") и постоянной амплитуды, которое подается на модулятор, а затем в блок 11 коммутации. Регулятор 2 несущей частоты позволяет плавно регулировать ее в диапазоне 2 5 кГц. Генератор 5 треугольных сигналов вырабатывает переменное напряжение треугольной формы, которое подается на сумматор 4 и далее в модулятор 3. Регуляторы 6 и 7 частоты и амплитуды позволяют плавно регулировать частоту в диапазоне 0,25 2 Гц, а амплитуду на выходе генератора 5 в таких пределах, чтобы глубина модуляции несущей частоты составляла от 0 до 100% Генератор 8 прямоугольных сигналов вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы, которое подается на сумматор и далее в модулятор 3. Регуляторы 9 и 10 частоты и амплитуды позволяют плавно регулировать частоту в диапазоне 5 150 Гц, а амплитуду на выходе генератора 8 в таких пределах, чтобы глубина модуляции составляла от 0 до 100% Форма напряжения на выходе устройства при равной нулю треугольной и прямоугольной модуляции приведена на фиг.2, при отличной от нуля глубине треугольной модуляции и равной нулю глубине прямоугольной модуляции - на фиг.3, при отличной от нуля глубине прямоугольной модуляции и равной нулю глубине треугольной модуляции на фиг.4, при отличной от нуля глубине треугольной и прямоугольной модуляции на фиг.5. Модулированный сигнал поступает в блок 11 коммутации. При переключателе 28 рода работ "Импульсный/переменный", находящемся в положении "переменный", и переключателе 29 "Непрерывный/прерывистый", находящемся в положении "непрерывный", блок 11 коммутации обеспечивает режим непрерывного воздействия переменным модулированным током на пациента (фиг.2 5). При переключателе 28 "Импульсный/переменный", находящемся в положении "переменный", и переключателе 29 "Непрерывный/прерывистый", находящемся в положении "прерывистый", блок 11 коммутации обеспечивает режим воздействия на пациента посылками переменного модулированного тока с длительностями посылок 1 с и паузы между ними 2 с. Для обеспечения этого режима служит прерыватель 12, подключенный своим выходом к блоку 11 коммутации. Пример такого режима при отличной от нуля глубине треугольной модуляции и равной нулю глубине прямоугольной модуляции приведен на фиг.6.

Для воздействия на пациента однополярными импульсами тока с регулируемыми параметрами (форма этого сигнала показана на фиг.7) в устройство введен формирователь 13 импульсов с регуляторами 14, 15, 16 длительности импульсов, периода следования импульсов, длительности фронта импульсов, выход которого подключен к выходу блока 11 коммутации. При этом переключатель 28 "Импульсный /переменный" устанавливается в положение "Импульсный". Формирователь 13 импульсов работает таким образом, что передний и задний фронты импульсов равным между собой. Длительность импульсов регулируется от 0,2 до 200 мс, период следования импульсов от 2 мс до 5 с, длительность фронта от нуля до половины длительности импульса (при этом форма импульса плавно изменяется от прямоугольной до треугольной).

При прямоугольной форме импульсов и периоде их следования, равном или меньшем длительности импульсов импульсный однополярный ток вырождается в постоянный (гальванический).

В блоке 11 коммутации при помощи регулятор 32 интенсивности осуществляется регулировка амплитуды сигнала, который поступает с блока 11 коммутации на двухканальный усилитель 17 мощности, преобразующий этот сигнал в ток, воздействующий на пациента. С регулятором 32 сблокирован выключатель 33 выходного сигнала блока 11 коммутации, поэтому сила тока, воздействующего на пациента, при включении этого блока в цепь двухканального усилителя 17 мощности может устанавливаться и регулироваться только от минимального значения. В функции блока 11 коммутации входит также отключение и блокировка подачи сигнала на двухканальный усилитель 17 мощности по командам таймера 27 или блока 25 защиты. Снятие блокировки осуществляется путем отключения блока 11 коммутации от двухканального усилителя 17 мощности при помощи выключателя 33. Входящий в состав блока 11 коммутации переключатель 30 полярности осуществляет переключение полярности импульсного тока, а переключатель 31 каналов обеспечивает связь блока 11 коммутации с первым входом либо с обоими входами двухканального усилителя 17 мощности и, соответственно, подачу выходного напряжения только на одну пару электродов воздействия 18 или на обе пары 18, 19.

В последнем случае при работе устройства в режиме переменного тока напряжение на электроды воздействия 18 и 19 подается синфазно, при работе в режимах переменного прерывистого тока и импульсного тока напряжение на электроды воздействия 18 и 19 при соответствующих положениях переключателей 28, 29, 30 может подаваться синфазно и в противофазе (как показано на фиг.8 и 9). Последний режим наиболее эффективен при воздействии на мышцы-антагонисты.

Сигналы с двухканального усилителя 17 мощности поступают на двухканальный преобразователь 20 тока. Выходные напряжения с преобразователя тока 20 подаются на двухканальный пиковый детектор 21, сигналы с которого поступают на двухканальный аналого-цифровой преобразователь 23 (АЦП) и, далее, на двухканальный блок 24 индикации, представляющий собой две линейки светодиодов, снабженные шкалами. Преобразователь 20 тока, детектор 21, двухканальный АЦП 23 и блок 24 индикации образуют два миллиамперметра, градуированные в амплитудных значениях.

Напряжения, формируемые двухканальным АЦП 23 по сигналам пикового детектора 21, являются также сигналами, управляющими блоков 25 защиты. При амплитудном значении силы тока, существенно меньшем 1 мА, что будет иметь место при включении устройства без наложения электродов на пациента (режим холостого хода), сигнал а блок 25 защиты поступает по шине "выход хх". При амплитудном значении силы тока, превышающем 100 мА, что будет иметь место при включении устройства с замкнутыми электродами либо при выходе из строя двухканального усилителя мощности, сигнал на блок 25 защиты поступает по шине "выход кз". Для формирования сигнала защиты служат также интегратор 22, подключенный своим входом к одному из выходов пикового детектора 21, и компаратор 34, подключенный своим входом к выходу интегратора 22. Когда среднее значение силы тока достигает 70 мА, сигнал с компаратора 34 поступает на блок 25 защиты по шине "выход гт". Во всех случаях выходной сигнал блока 11 коммутации по команде блока 25 защиты отключается от входа двухканального усилителя мощности 17 и включается блок 26 звуковой сигнализации.

Время процедуры задается регулятором, входящим в состав таймера 27. Таймер 27 запускается выключателем 33 блока 11 коммутации. После окончания заданного времени процедуры по команде таймера 27 выходной сигнал блока 11 коммутации отключается от входа двухканального усилителя 17 мощности, и включается блок 26 звуковой сигнализации.

Таким образом, в одном устройстве совмещены все используемые в мировой медицинской практике токи: низкочастотные с регулированием частоты, низкочастотные с "быстрой" и "медленной" модуляцией с регулированием частоты и глубины модуляции, импульсные с низкочастотным заполнением (прерывистые), однополярные импульсные трапециевидной формы с регулированием длительности, периода следования и формы импульсов от прямоугольной до треугольной, постоянные (гальванические). Это позволяет использовать все известные методики электрической стимуляции нервно-мышечной системы как с сохраненной иннервацией, так и с денервированными мышцами, объединить все методики электрической диагностики нервно-мышечной системы, проводить электроаналгезию и седативное воздействие на центральную нервную систему, а также осуществлять чрескожную электронейростимуляцию периферической нервной системы. Перечисленные возможности устройства повышают его терапевтическую эффективность при одновременном снижении массы и габаритов.

Формула изобретения

1. Устройство для воздействия электрическим током, содержащее генератор сигналов несущей частоты, связанный с первым входом модулятора, формирователь треугольных сигналов низкой частоты, формирователь однополярных импульсов, блок индикации, блок коммутации и усилитель мощности, связанный с электродами воздействия, отличающееся тем, что в него введены генератор прямоугольных сигналов низкой частоты с возможностью регулирования его частоты и амплитуды, сумматор, прерыватель, аналого-цифровой преобразователь, один из выходов которого подключен к блоку индикации силы тока, последовательно соединенные пиковый детектор, интегратор и компаратор, а также блок защиты, таймер, блок звуковой сигнализации, преобразователь тока, входами подключенный к выходам усилителя мощности, а выходами через пиковый детектор к входам аналого-цифрового преобразователя, другие выходы которого и выход компаратора соединены с соответствующими входами блока защиты, при этом генератор сигналов несущей частоты выполнен перестраиваемым, формирователь треугольных сигналов низкой частоты выполнен в виде генератора треугольных сигналов с возможностью регулирования его частоты и амплитуды и подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора прямоугольных сигналов низкой частоты, а выход с вторым входом модулятора, формирователь однополярных импульсов выполнен с возможностью изменения длительности импульса, периода следования импульсов и длительности фронта импульса, усилитель мощности выполнен двухканальным, а блок коммутации включает в себя переключатели рода работ, переключатель полярности выходного тока, переключатель выходных каналов и регулятор силы выходного тока, связанный с выключателем выходного сигнала блока коммутации, причем сигнальные входы блока коммутации подключены соответственно к выходам модулятора, формирователя однополярных импульсов и прерывателя, сигнальные выходы к входам усилителя мощности, а управляющие входы-выходы к соответствующим выходам-входам таймера и блока защиты, дополнительные выходы которых соединены с блоком звуковой сигнализации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды воздействия выполнены сменными.

З. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что преобразователь тока имеет дополнительный выход для подключения внешних регистрирующих и/или анализирующих устройств.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что пиковый детектор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации силы тока выполнены двухканальными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8