Устройство для низкочастотной физиотерапии

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии. Изобретение расширяет функциональные возможности устройства и повышает эффективность лечебного воздействия. Устройство содержит формирователь сигналов, выполненный на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а выход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый выход формирователя сигналов через информационную шину соединен с первым входом ШИМ-модулятора, инвертор, соединенный своим первым входом с выходом ШИМ-модулятора, а выходом с входом избирательного фильтра, выходную клемму, входные клеммы напряжения постоянного тока, причем вторая клемма является общей шиной, а первая соединена с третьим входом ШИМ-модулятора и с входом преобразователя напряжения постоянного тока, у которого первый выход соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора, коммутатор каналов, трансформатор тока, а также инверторы, избирательные фильтры и выходные клеммы второго, третьего и четвертого каналов, при этом выход ШИМ-модулятора, помимо первого инвертора, подключен к первым входам введенных инверторов, выходы которых соединены с входами соответствующих введенных избирательных фильтров, второй выход формирователя сигналов через информационную шину соединен с входом коммутатора каналов, n выходов которого подключены соответственно к вторым входам n инверторов, выходы избирательных фильтров n каналов соединены с соответствующими входами трансформатора тока, выходы которого непосредственно связаны с выходными клеммами соответствующих каналов устройства, а выход сигнала обратной связи трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора. Устройство предполагает работу как в одноканальном режиме, так и в многоканальном. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии.

Известно изобретение [1], на основе которого выполнены промышленные приборы для низкочастотной физиотерапии "АМПЛИПУЛbС - 5" и "АМПЛИПУЛbС - 6" [2,3].

Устройство [1] по своему назначению является аналогом предлагаемого устройства. Однако его реализация громоздка, потребление электроэнергии в нем велико, а управление режимами работы и параметрами выходного сигнала в основном ручное. Помимо того, при необходимости изменения режимов работы (т.е. ввода новых или замены на новые) и пределов управления параметрами выходных сигналов требуется схемно-конструктивная переработка устройства. Присутствие в устройстве напряжения сети 220 В, 50 Гц снижает электробезопасность прибора. Наконец, устройство [1] имеет один выходной канал, что существенно снижает его функциональные возможности. Во всем этом легко убедиться при рассмотрении технической документации на промышленные приборы "АМПЛИПУЛbС - 5" и "АМПЛИПУЛbС - 6".

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство [4], представляющее собой многоканальный электростимулятор. Оно ближе других к заявляемому устройству по комплексности воздействия на пациента (имеет n выходных каналов), по наличию автоматического управления параметрами сигналов - стимулов и по использованию принципа широтно-импульсной модуляции.

Устройство [4] содержит задатчик закона модуляции, последовательно соединенные модулятор, генератор, а также последовательно соединенные выходные каскады и электроды. Задатчик закона модуляции включает широтно-импульсный модулятор (ШИМ-модулятор) и подключенные к нему задатчик программы модуляции и одновибратор, вход которого соединен с широтно-импульсным модулятором. Выход ШИМ-модулятора подключен к модулятору, а генератор соединен с выходными каскадами, представляющими собой формирователи фарадических импульсов.

Недостатки устройства - прототипа состоят в следующем: функциональные возможности его ограничены применением для профилактики последствий ограниченной подвижности, что определяется выбранной структурой; в устройстве используется единый импульс-стимул, снимаемый одновременно со всех n каналов, что не позволяет проводить высокоэффективную физиотерапию с поочередным воздействием токами разной величины на различные участки тела пациента (травмотология, невропатология, хирургия, спортивная медицина); питание устройства сетевым напряжением переменного тока (≈220В, 50Гц) и присутствие этого опасного для жизни напряжения внутри устройства снижают безопасность лечебного воздействия на пациента; мощность, потребляемая от сети устройством, завышена из-за одновременной работы всех выходных каналов; в устройстве отсутствует блок индикации для непрерывного контроля величин токов пациента; в качестве стимулирующих сигналов используются импульсы тока, что не обеспечивает "мягкого" (комфортного) лечебного воздействия на пациента.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства при одновременном повышении эффективности и безопасности лечебного воздействия на пациента.

Устройство для низкочастотной физиотерапии содержит формирователь сигналов, ШИМ-модулятор и n выходных каналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для низкочастотной физиотерапии формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый выход формирователя сигналов через информационную шину соединен с первым входом ШИМ-модулятора, а второй -с входом коммутатора каналов, второй вход ШИМ-модулятора соединен с вторым выходом преобразователя напряжения постоянного тока, у которого первый выход соединен с входом формирователя сигналов, первый и второй входы преобразователя напряжения постоянного тока соединены соответственно с первой и второй входными клеммами постоянного тока, причем первая из них соединена, помимо того, с третьим входом ШИМ-модулятора, а вторая является общей шиной, каждый из n выходных каналов устройства выполнен в виде последовательно включенных инвертора, избирательного фильтра, соответствующего канала трансформатора тока и выходной клеммы, первые входы n инверторов связаны с выходом ШИМ-модулятора, а вторые входы n инверторов связаны соответственно с n выходами коммутатора каналов, выход сигнала обратной связи трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа структурой, функциональными связями, способом питания и новыми блоками. К новым блокам относятся коммутатор каналов, преобразователь напряжений постоянного тока, блоки каждого канала (инвертор, избирательный фильтр, канал трансформатора тока) и блоки формирователя сигналов (контроллер, блок цифровой индикации и блок клавиатуры).

В связи с вышеизложенным заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Введенная совокупность признаков существенна, т.к. позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить эффективность и электробезопасность лечебного воздействия на пациента, снизить потребляемую мощность, осуществлять непрерывный контроль токов пациента одновременно для всех каналов и обеспечить "мягкое" лечебное воздействие на пациента.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. оно для специалистов явным образом не следует из уровня современной медицинской техники в России и за рубежом.

Заявленное техническое решение "промышленно применимо", т.к. оно рассчитано на широкое использование в медицинской практике, а изготовление соответствующего устройства предполагается на элементной базе, освоенной промышленностью.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства и приняты следующие обозначения: 1 - формирователь сигналов; 2 - ШИМ-модулятор; 3.1 - инвертор первого канала; 3.2, 3.3, 3.4(n) - инверторы второго, третьего, четвертого (n-го) каналов; 4.1 - избирательный фильтр (ИФ) первого канала; 4.2, 4.3, 4.4(n) - избирательные фильтры второго, третьего, четвертого (n-го) каналов; 5.1 - выходная клемма первого канала; 5.2, 5.3, 5.4 (n) - выходные клеммы второго, третьего, четвертого (n-го) каналов; 6 - входные клеммы напряжения постоянного тока; 7 - преобразователь напряжений постоянного тока (ПНПТ); 8 - блок цифровой индикации (БЦИ); 9 -блок клавиатуры (Бкл); 10 - контроллер; 11 - коммутатор каналов; 12 - трансформатор тока.

На чертеже силовые связи между блоками выполнены толстыми линиями, управляющие связи - тонкими линиями, информационные связи - фигурными линиями (шинами).

Формирователь 1 сигналов содержит блок 8 цифровой индикации (БЦИ), блок 9 клавиатуры (Бкл) и контроллер 10. Контроллер выполнен на микроЭВМ типа P80C51BH, а отладка программы проведена на микроЭВМ типа D87C51. БЦИ выполнен на жидкокристаллическом индикаторе типа ИЖЦ 14-4/7. Бкл выполнен в виде стандартного моноблока "3х4" (см. N 709840 в каталоге немецкой фирмы "CONRAD" за 1995 г.). Преобразование цифровой информации в аналоговую форму на выходе контроллера осуществлено при помощи микросхемы ЦАП типа К572ПА1. ШИМ-модулятор 2 выполнен на микросхеме типа КР1114ЕУ1 в стандартном включении (см. "Микросхемы интегральные", РНИИ "Электронстандарт", 1993 г.) Выходной каскад ШИМ-модулятора выполнен в виде однотактного преобразователя с DLC-филътром (см. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. : Энергоатомиздат. 1986 г., стр. 121, рис. 4.3.а). Инвертор 3 выполнен в виде двухтактного преобразователя с трансформаторным разделением цепей типа "2р" (см. упомянутую книгу В.С.Моина, стр. 148, рис. 4.15 а). Напряжение питания инвертора поступает с выхода ШИМ-модулятора, а тактовые импульсы - с формирователя 1 сигналов. Избирательный фильтр 4 выполнен в виде последовательного LC-контура с нагрузкой, включенной параллельно конденсатору. Преобразователь 7 напряжений постоянного тока выполнен по той же схеме, что и инвертор 3, с той лишь разницей, что напряжение питания преобразователя 7 постоянное, а мощность преобразования в блоке 7 значительно ниже, чем в инверторе 3.

Коммутатор 11 каналов выполнен на микросхеме 1533ИД7, имеющей четыре выходные шины. На входе коммутатора действуют кодовые комбинации "00", "01", "10", "11", поступающие от формирователя 1 сигналов (число кодовых комбинаций равно числу n каналов).

Трансформатор 12 тока выполнен на замкнутом магнитопроводе КВ10 2500НМС. Трансформатор имеет четыре (n) первичные (силовых) и одну вторичную (выходную) обмотку, которая является выходом сигнала обратной связи трансформатора тока. Начало каждой первичной обмотки является соответствующим входом трансформатора 12 тока (с "1" до "n"), а конец - соответствующим его выходом, соединенным с соответствующей выходной клеммой устройства (от "1" до "n").

Предлагаемое устройство для низкочастотной физиотерапии работает следующим образом.

При включении питающего напряжения постоянного тока оно поступает через входные клеммы 6 на силовые входы ШИМ-модулятора 2 и ПНПТ 7. Практически одновременно с выходов ПНПТ на формирователь 1 сигналов и ШИМ-модулятор 2 начинают поступать служебные напряжения питания цепей управления. В результате этого на силовых шинах (начиная с выхода блока 2) и на выходных клеммах 5 устанавливается исходный сигнал, соответствующий нулю тока и напряжения. При этом блок 8 цифровой индикации показывает только нули. Это состояние сохраняется до тех пор, пока оператор не приступит к набору в блоке 9 заданной комбинации цифр, соответствующей заданному характеру изменения тока пациента (частота модуляции, глубина модуляции, величина тока и др.).

Оператор набирает n значений тока для каждого из n каналов. По окончании процедуры набора в БЦИ высвечиваются цифры заданной комбинации, которая показывает n значений тока пациента. При этом на силовых шинах и выходных клеммах 5 ток и напряжение по-прежнему равны нулю. Только при нажатии оператором кнопки "ПУСК" в блоке 9 начинается медленное нарастание напряжения на выходе формирователя 1, соответствующее увеличение сигнала на выходной силовой шине ШИМ-модулятора 2 и на входных силовых шинах инверторов 3 до заданного уровня.

Одновременно начинается медленное нарастание напряжения прямоугольной формы несущей частоты на выходе первого инвертора 3.1 и на входе избирательного фильтра 4.1. На выходе последнего и на входе трансформатора 12 тока начинает расти напряжение синусоидальной формы несущей частоты, модулированное в соответствии с заданной комбинацией цифр. Это же напряжение появляется и на выходной клемме 5.1, поскольку трансформатор 12 тока не изменяет величину и форму напряжений, действующих на его входах. На остальных выходных клеммах 5.2, 5.3, 5.4(n) напряжение отсутствует, т.к. на управляющих входах всех инверторов, кроме первого, действуют запрещающие потенциалы коммутатора 11. Напряжение обратной связи с выхода трансформатора 12 тока поступает на один из двух дифференциальных входов ШИМ-модулятора 2, где сравнивается с управляющим напряжением, поступающим на второй дифференциальный вход ШИМ-модулятора в виде кода от контроллера блока 1. Результат этого сравнения определяет направление изменения выходного напряжения ШИМ-модулятора, а значит, и направление изменения выходного тока клеммы 5.1. При этом обеспечивается идентичность форм сигнала управления первого выхода блока 1 и выходного сигнала обратной связи выхода блока 12.

После смены кодовой комбинации с "00" на "01" на входе коммутатора 11 на его выходе появляется управляющий сигнал, запирающий инвертор 3.1 и отпирающий инвертор 3.2, после чего напряжение уже появляется на клемме 5.2 и т. д.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства для низкочастотной физиотерапии состоит в широких функциональных возможностях, т.е. универсальности устройства; в высокой эффективности и, практически, в полной безопасности лечебного воздействия на пациента; в пониженном энергопотреблении устройства; в непрерывном контроле n токов пациента (контроль токов одновременный); в обеспечении "мягкого" лечебного воздействия на пациента благодаря использованию в качестве сигналов-стимулов не модулированных импульсных токов, а модулированных токов непрерывной (синусоидальной) формы.

Источники информации.

1. "Устройство для низкочастотной физиотерапии". А.В. Васильев, а.с. N 1769895, кл. A 61 N 1/36, БИ N 39, 1992.

2. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-5". Паспорт 2893063. Внешторгиздат, 1994.

3. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-6". Паспорт УИВР 941519 001ПС, 1995.

4. "Многоканальный электростимулятор". Седаков И.А. а.с. N 1250308, кл. A 61 N 1/36, БИ N 30, 1986.

Формула изобретения

Устройство для низкочастотной физиотерапии, включающее формирователь сигналов, ШИМ-модулятор и n выходных каналов, отличающееся тем, что формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый выход формирователя сигналов через информационную шину соединен с первым входом ШИМ-модулятора, а второй -с входом коммутатора каналов, второй вход ШИМ-модулятора соединен с вторым выходом преобразователя напряжений постоянного тока, у которого первый выход соединен с выходом формирователя сигналов, первый и второй входы преобразователя напряжений постоянного тока соединены соответственно с первой и второй входными клеммами постоянного тока, причем первая из них соединена, помимо того, с третьим входом ШИМ-модулятора, а вторая является общей шиной, каждый из n выходных каналов устройства выполнен в виде последовательно включенных инвертора, избирательного фильтра, соответствующего канала трансформатора тока и выходной клеммы, первые входы n инверторов связаны с выходом ШИМ-модулятора, а вторые входы - соответственно с n выходами коммутатора каналов, выход сигнала обратной связи трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1