Электростимулятор органов и тканей

 

Изобретение относится к области биомедицинской инженерии, точнее к электростимулирующим устройствам для диагностики и лечения органов и тканей. Электростимулятор желудочно-кишечного тракта содержит корпус и стимулирующие электроды, изолированные друг от друга, генератор импульсов с источником питания в виде гальванического элемента, дополнительный электрод, электрически изолированный от стимулирующих электродов и корпуса и выполненный из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов или металлической части корпуса, с возможностью образования с ними гальванического элемента. Между дополнительным электродом и одним из стимулирующих электродов или корпусом образован объем с возможностью заполнения его средами организма. Генератор импульсов размещен в герметичном отсеке. Использование изобретения позволяет увеличить срок сохраняемости и надежности электростимулятора и обеспечить его электробезопасность. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области биомедицинской инженерии, точнее к электростимулирующим устройствам для диагностики и лечения органов и тканей.

Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта в виде дуоденального зонда, роль оливы в котором выполняет капсула - электростимулятор, имеющая в своем составе корпус, содержащий два электрически изолированных друг от друга полусферических электрода и подсоединенный к электродам генератор импульсов внутри корпуса [1].

Известен электростимулятор мягкой соединительной ткани, содержащий корпус, два изолированных друг от друга электрода и подсоединенный к электродам генератор импульсов внутри корпуса [2].

Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта, имеющий в своем составе два изолированных друг от друга электрода, корпус, содержащий диэлектрическую часть, изолирующую электроды друг от друга и подсоединенный к электродам генератор стимулирующих импульсов внутри корпуса [3].

Недостатками известных электростимуляторов является наличие в их составе стандартных, промышленных источников питания (ИП) (до 3-х штук), которым свойственен ток саморазряда, определяющий срок сохраняемости [4] и надежность изделия. По истечении срока сохраняемости источник питания приходит в негодность. Так как рассматриваемые электростимуляторы неремонтнопригодны, то выход ИП из строя приводит к неработоспособности изделия в целом и, следовательно, изготовитель несет затраты, связанные как с приобретением источников питания, так и с изготовлением самого изделия.

Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус и стимулирующие электроды, изолированные друг от друга, генератор импульсов с источником питания в виде гальванического элемента [4].

Данный электростимулятор взят нами за прототип.

Недостатком известного электростимулятора, кроме перечисленных выше, является его неэлектробезопасность, ибо при напряжениях 0,5-1,5 В снаружи между электродами в средах желудка и тонкого кишечника будет протекать постоянный ток от 14 до 120 мА в зависимости от температуры и рН сред желудочно-кишечного тракта [5], что значительно превышает нормы электробезопасности [6].

Достигаемый технический результат заключается: - в увеличении срока сохраняемости и надежности электростимулятора; - в обеспечении электробезопасности электростимулятора.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус и стимулирующие электроды, изолированные друг от друга, генератор импульсов с источником питания в виде гальванического элемента, введен дополнительный электрод, электрически изолированный от стимулирующих электродов и корпуса и выполненный из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов или металлической части корпуса, с возможностью образования с ними гальванического элемента, при этом между дополнительным электродом и одним из стимулирующих электродов или корпусом образован объем с возможностью заполнения его средами организма, а генератор импульсов размещен в герметичном отсеке, кроме того, один из стимулирующих электродов может быть снабжен штуцером в виде полого цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, кроме того, стимулирующие электроды могут быть выполнены проволочными с изоляционным покрытием у корпуса, а в части корпуса, в которой расположен дополнительный электрод, выполнены отверстия, кроме того, объем, заполняемый средами организма, может содержать влагоудерживающий наполнитель, кроме того, в электростимулятор может быть введен преобразователь напряжения, через который генератор импульсов соединен с дополнительным электродом и стимулирующим электродом, образующим с ним гальванический элемент или дополнительным электродом и корпусом.

Суть изобретения ниже поясняется описанием примеров, предлагаемых конструкций электростимуляторов со ссылками на фиг.1-4.

Фиг. 1. - Электростимулятор желудочно-кишечного тракта в продольном сечении с дополнительным электродом, электрохимический потенциал которого отличается от такового у стимулирующих электродов электростимулятора.

Фиг. 2 - Электростимулятор желудочно-кишечного тракта со штуцером в продольном сечении с дополнительным электродом, электрохимический потенциал которого отличается от такового у стимулирующих электродов электростимулятора.

Фиг.3. - Электростимулятор с электродами в виде проводников в продольном сечении с дополнительным электродом, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала корпуса.

Фиг.4. - Блок-схема: а, б - для электростимуляторов на фиг.1 и 2; в, г - для электростимулятора на фиг.3.

Электростимулятор состоит (фиг. 1) из корпуса 3, содержащего два стимулирующих электрода 1, 2 и изоляционную втулку 4. Внутри корпуса 3 размещен дополнительный электрод 6, выполненный из металла, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала стимулирующего электрода 2. Электрод 6 вкручен в гайку 16, прижимая с помощью изолирующей шайбы 14 резиновый сальник 15, создавая герметичность отсека 7 под электродом 1, в котором располагается генератор импульсов 5. Отверстия 9 в корпусе 3 служат для заполнения объема 8 между электродами 2 и 6 средами желудочно-кишечного тракта, например слюной, желудочным соком или желчью. Кроме того, этот объем может быть заполнен влагоудерживающим материалом 10. Две части электрода 2 могут быть соединены, например, лазерной шовной сваркой.

Электроды 2 и 6 соединяются с генератором импульсов 5 посредством проводников.

На фиг.2 стимулирующий электрод 1 выполнен со штуцером 11 в виде полого цилиндра с отверстиями 12 на боковой поверхности для соединения с дренажной трубкой 17. Рабочая длина дренажной трубки 17 определяется расстоянием, необходимым для достижения определенного отдела желудочно-кишечного тракта.

На фиг. 3 корпус 3 электростимулятора выполнен из металла, электрохимический потенциал которого отличен от электрохимического потенциала дополнительного электрода 6. Корпус 3 и дополнительный электрод 6 соединены проводниками с генератором импульсов 5. Герметичность отсека 7 обеспечивается лазерной шовной сваркой и применением гермовыводов 19, через которые пропущены проволочные стимулирующие электроды 1, 2, соединенные с генератором импульсов 5, а также применением резинового сальника 15, прижимаемого через изолирующую шайбу 14 к дополнительному электроду 6 при вкручивании последнего в гайку 16. Дополнительный электрод 6 электрически изолирован от корпуса 3 изолятором 18.

Объем 8 между дополнительным электродом 6 и стимулирующим электродом 2 (фиг.1, 2) или корпусом 3 (фиг.3) может быть заполнен влагоудерживающим наполнителем из пористого нетканого материала 10 (например, многослойный электротехнический алигнин).

Площадь поверхности дополнительного электрода 6 (следовательно, и его форма) находится в прямой зависимости от тока нагрузки генератора импульсов 5 и могут быть различными.

На фиг.4а, б между дополнительным электродом 6 и стимулирующим электродом 2 при заполнении объема 8 средами организма (являющимися проводниками второго рода) возникает электродвижущая сила (ЭДС). При величине ЭДС, достаточной для питания генератора импульсов 5, электроды 2 и 6 непосредственно присоединены к генератору импульсов 5 (фиг.4а). При недостаточности величины ЭДС для питания генератора импульсов 5 электроды 2 и 6 соединены со входом преобразователя напряжения 13, содержащего последовательно включенные умножитель и стабилизатор напряжения, а выходы преобразователя напряжения соединены с генератором импульсов 5 (фиг.4б). Для электростимулятора, изображенного на фиг. 3, ЭДС возникает между дополнительным электродом 6 и корпусом 3. При достаточном значении ЭДС для питания генератора импульсов 5 блок-схема показана на фиг.4в (дополнительный электрод 6 и корпус 3 непосредственно соединены с генератором импульсов 5), при недостаточном - на фиг.4г (дополнительный электрод 6 и корпус 3 соединены с генератором импульсов 5 через преобразователь напряжения 13).

Возникающая ЭДС состоит из двух нернстовских потенциалов и контактной разности потенциалов [7].

Токообразующая реакция в кислой среде может быть представлена в виде Me+2H⁺=Me²⁺+H₂ (1) как результат раздельного протекания реакций на аноде: Me-2e=Meⁿ⁺ (2) на катоде: 2H⁺+2e=H₂ (3), где Me - металл дополнительного электрода; е - электрон.

Токообразующая реакция в слабощелочной или в нейтральной среде запишется в виде Me+2H₂O=Me(OH)₂+H₂ (4) как результат ионизации воды на катоде:
2H₂O+2e=2OH^-+H₂ (5)
и образования гидроокиси металла на аноде:
Me+2OH^--2e=Me(OH)₂ (6).

Гидроокись металла при накоплении в ограниченном объеме нейтральной или слабощелочной среды дегидратируется
Me(OH)₂=MeO+H₂O (7).

Тогда суммарная реакция (4) в щелочной или нейтральной среде с учетом реакции (7) запишется в виде
Me+H₂O=MeO+H₂ (8).

Коэффициент полезного использования металла дополнительного электрода зависит от соотношения перенапряжений выделения водорода на нем и на катоде.

Экспериментально измеренные значения напряжения для различных пар электродных металлов в 1%-ной соляной кислоте (имитатор желудочного сока) при токе разряда 1 мА (что в десятки раз превышает средний рабочий ток серийных автономных электростимуляторов) приведены в таблице.

Таким образом, предложенные конструкция электростимулятора и его схемное решение позволили добиться желаемого результата - повышение срока сохраняемости, надежности и электробезопасности электростимулятора. Более того, выполнение одного из стимулирующих электродов со штуцером и прикрепленной на ней дренажной трубкой позволяет проводить электрическую стимуляцию строго определенного отдела желудочно-кишечного тракта с возможностью декомпрессии стимулируемых органов, аспирации его содержимого и введение в область стимуляции лекарственных препаратов. Выполнение стимулирующих электродов в виде проводников позволяет использовать электростимулятор как имплантируемое устройство для стимуляции мягкой и костной соединительной ткани.

Источники информации
1. А. С. 1223922 СССР, МКИ А 61 N 1/36. Стимулятор желудочно-кишечного тракта / Пекарский В.В., Агафонников В.Ф., Дамбаев Г.Ц., Глущук С.Ф., Мартусевич А.Г. (СССР) - 3700443/28-14; Заявлено 13.02.84; Опубл. 15.04.86, Бюлл. 14 //Открытия. Изобретения. - 1986. - 14. - С.16.

2. Автономный имплантируемый электростимулятор соединительной ткани /В. В.Пекарский, С.Ф.Глущук, П.К.Шпилевой, Г.Ц.Дамбаев, М.С.Дерюгина //Электронная промышленность. - 1990. - 12. - С.27.

3. А. С. 936931 СССР, МКИ А 61 N 1/36/ Электростимулятор желудочно-кишечного тракта /Пекарский В.В., Агафонников В.Ф., Дамбаев Г.Ц., Кобозев В.И. и Попов О.С. - Опубл. 23.06.82, Бюлл. 23.

4. Патент 2134595 РФ, МКИ A 61 N 1/36. Электростимулятор желудочно-кишечного тракта/Терехин Ю.В., Угадчиков А.П. - 1999.

5. Глущук С.Ф. Автономные электростимуляторы-зонды желудочно-кишечного тракта и системно-комплексный подход к их проектированию: дис.... канд. тех. наук: 05.11.27. - Москва, 1989. - 382 с.

6. ГОСТ Р 50267.0-92. Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 210 с.

7. Налесник О.И. Общая теория химических источников тока. Учеб. пособие. - Томск. Изд-во ТПИ им. С.М.Кирова, 1985. - 94 с.

Формула изобретения

1. Электростимулятор органов и тканей, содержащий корпус и стимулирующие электроды, изолированные друг от друга, генератор импульсов с источником питания в виде гальванического элемента, отличающийся тем, что в него введен дополнительный электрод, электрически изолированный от стимулирующих электродов и корпуса и выполненный из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов или металлической части корпуса, с возможностью образования с ними гальванического элемента, при этом между дополнительным электродом и одним из стимулирующих электродов или корпусом образован объем с возможностью заполнения его средами организма, а генератор импульсов размещен в герметичном отсеке.

2. Электростимулятор органов и тканей по п. 1, отличающийся тем, что один из стимулирующих электродов снабжен штуцером в виде полого цилиндра с отверстиями на боковой поверхности.

3. Электростимулятор органов и тканей по п. 1, отличающийся тем, что стимулирующие электроды выполнены проволочными с изоляционным покрытием у корпуса, а в части корпуса, в которой расположен дополнительный электрод, выполнены отверстия.

4. Электростимулятор органов и тканей по пп. 1-3, отличающийся тем, что объем, заполняемый средами организма, содержит влагоудерживающий наполнитель.

5. Электростимулятор органов и тканей по пп. 1-4, отличающийся тем, что электроды или корпус и дополнительный электрод соединен с генератором импульсов через преобразователь напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5