Электростимулятор желудочно-кишечного тракта
Владельцы патента RU 2323020:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к области биомедицинской инженерии, точнее, к электростимулирующим устройствам для диагностики и лечения органов и тканей. Электростимулятор желудочно-кишечного тракта содержит корпус, образованный в виде капсулы двумя чашеобразными стимулирующими электродами, изолированными друг от друга диэлектрической частью, снабженной отверстиями, размещенный в герметичном отсеке корпуса генератор импульсов, соединенный с первым чашеобразным стимулирующим электродом и одиночным электродом, выполненным из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов, с возможностью образования с ним гальванического элемента. Внутри диэлектрической части корпуса размещены биполярные электроды, каждый из которых выполнен в виде двух плоских электродов с различными электрохимическими потенциалами, разделенных диэлектрической прокладкой и находящихся в непосредственном электрическом контакте друг с другом. Плоские электроды по отношению к одиночному электроду и одному из стимулирующих электродов ориентированы с возможностью образования между каждой парой электродов гальванического элемента, а между одиночным электродом, биполярными электродами и стимулирующим электродом образованы объемы с возможностью заполнения их средами организма, содержащие влагоудерживающий наполнитель. Использование изобретения позволяет увеличить ресурс работы электростимулятора за счет повышения напряжения гальванического элемента. 2 ил.
Настоящее изобретение относится к области биомедицинской инженерии, точнее к электростимулирующим устройствам для диагностики и лечения органов и тканей.
Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус, образованный в виде капсулы двумя чашеобразными стимулирующими электродами, изолированными друг от друга диэлектрической частью, снабженной отверстиями, размещенный в герметичном отсеке корпуса генератор импульсов, соединенный с чашеобразными стимулирующими электродами и с одиночным электродом, выполненным из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов, с возможностью образования с ним гальванического элемента [патент РФ №2203697, МПК 7 А61N 1/36, опубл. 10.05.2003. бюл. №13].
Данный электростимулятор взят нами за прототип.
Недостатками известного электростимулятора являются малые напряжения, образующиеся на электродах гальванического элемента (ГЭ) при его двухэлектродной конструкции, приводящие к необходимости введения в схему генератора импульсов преобразователя напряжения для получения необходимого значения напряжения питания генератора импульсов и, как следствие, к уменьшению надежности электростимулятора и к повышению его стоимости.
Задачей настоящего изобретения является повышение напряжения питания для генератора импульсов.
Поставленная задача достигается тем, что в электростимуляторе желудочно-кишечного тракта, содержащем корпус, образованный в виде капсулы двумя чашеобразными стимулирующими электродами, изолированными друг от друга диэлектрической частью, снабженной отверстиями, размещенный в герметичном отсеке корпуса генератор импульсов, соединенный с чашеобразными стимулирующими электродами и с одиночным электродом, выполненным из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов, с возможностью образования с ним гальванического элемента, внутри диэлектрической части корпуса размещены биполярные электроды, каждый из которых выполнен в виде двух плоских электродов с различными электрохимическими потенциалами, разделенных диэлектрической прокладкой и находящихся в непосредственном электрическом контакте друг с другом. При этом плоские электроды по отношению к одиночному электроду и одному из стимулирующих электродов ориентированы с возможностью образования между каждой парой электродов гальванического элемента. Причем между одиночным электродом, биполярными электродами и стимулирующим электродом образованы объемы с возможностью заполнения их средами организма и содержащие влагоудерживающий наполнитель.
Предложенная конструкция, обеспечивающая последовательное включение гальванических элементов, позволяет добиться желаемого результата - увеличение напряжения питания для генератора импульсов.
Суть изобретения ниже поясняется описанием примера предлагаемой конструкции электростимулятора со ссылками на чертежи (Фиг.1, 2).
Фиг.1 - электростимулятор желудочно-кишечного тракта в продольном сечении с биполярными электродами.
Фиг.2 - диэлектрическая часть электростимулятора.
Электростимулятор состоит из корпуса, содержащего два стимулирующих чашеобразных электрода 1, 2 и диэлектрическую часть 3 с отверстиями 4, одиночного электрода 5 и биполярных электродов, состоящих из двух плоских электродов 6 и 7, разделенных диэлектрической прокладкой 8 и выполненных из таких же материалов как электроды 5 и 2, причем электроды 6 и 7 электрически соединены между собой. Плоские электроды 6 и 7 ориентированы по отношению к одиночному электроду 5, чашеобразному стимулирующему электроду 2 и между собой так, чтобы каждая пара электродов образовывала гальванический элемент. Биполярные электроды установлены в специальные пазы 9 (фиг.2) на внутренней поверхности диэлектрической части 3. При этом генератором импульсов 10 соединен со стимулирующими чашеобразными электродами 1 и 2 и с одиночным электродом 5. Между одиночным электродом 5, биполярными электродами и стимулирующим электродом 2 образованы объемы, которые могут содержать влагоудерживающий наполнитель 11 и заполняются средами организма.
В качестве электродов 6 и 7 гальванического элемента можно использовать пластины из стали 12Х18Н9 и пластины из алюминия. Количество биполярных электродов определяется напряжением питания схемы генератора импульсов, которое будет складываться из напряжений последовательно включенных гальванических элементов.
Экспериментально измеренные значения напряжения для системы Al - 12Х18Н9 в 1%-ной соляной кислоте (имитатор желудочного сока) при токе разряда 1 мА (что в десятки раз превышает средний рабочий ток серийных автономных электростимуляторов желудочно-кишечного тракта) составили 0,82...0,98 В. Для устойчивой работы генератора импульсов на микросхеме И106А [ТУ КЛГЯ.431238.600 ТУ. Микросхема И106А. - 1991. - 22 с.] потребуется 3 биполярных электрода.
Электрический контакт между электродами 6 и 7 может быть осуществлен методом клепки по краям пластин, при этом место клепки должно быть изолировано и помещено в паз 9 диэлектрической части корпуса 3.
В качестве влагоудерживающего наполнителя 11 можно использовать, например, многослойный электротехнический алигнин. В качестве диэлектрической прокладки 8 можно использовать ленточный фторопласт-4.
Работает электростимулятор следующим образом. При попадании электростимулятора в желудочно-кишечный тракт желудочный сок (слюна либо желчь) через отверстия 4 в диэлектрической части корпуса 3 электростимулятора пропитывают влагоудерживающий наполнитель 11. Между одиночным электродом 5 и чашеобразным стимулирующим электродом 2 появляется суммарное напряжение последовательно включенных гальванических элементов. Время приведения таких источников тока в состояние рабочей готовности колеблется от 0,1 с до нескольких секунд [Налесник О.И. Общая теория химических источников тока. - Томск.: ТПИ, 1985. - 94 с.]. Это напряжение поступает на генератор импульсов 10. Генератор импульсов 10 начинает работать, поставляя на чашеобразные стимулирующие электроды 1 и 2 электростимулятора серии электрических импульсов.
При нахождении электростимулятора в желудочно-кишечном тракте токообразующая реакция в кислой среде может быть представлена в виде:
как результат раздельного протекания реакций на аноде:
на катоде:
где Me - металл дополнительного электрода; е - электрон.
Токообразующая реакция в слабощелочной или в нейтральной среде запишется в виде:
как результат ионизации воды на катоде:
и образования гидроокиси металла на аноде:
.
Гидроокись металла при накоплении в ограниченном объеме нейтральной или слабощелочной среды дегидратируется:
.
Тогда суммарная реакция (6) в щелочной или нейтральной среде с учетом реакции (9) запишется в виде:
.
Из представленных формул следует, что при соответствующем подборе электродов гальванического элемента токсичных продуктов реакции при его работе не образуется.
Электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус, образованный в виде капсулы двумя чашеобразными стимулирующими электродами, изолированными друг от друга диэлектрической частью, снабженной отверстиями, размещенный в герметичном отсеке корпуса генератор импульсов, соединенный с первым чашеобразным стимулирующим электродом и одиночным электродом, выполненным из материала, электрохимический потенциал которого отличается от электрохимического потенциала одного из стимулирующих электродов, с возможностью образования с ним гальванического элемента, отличающийся тем, что внутри диэлектрической части корпуса размещены биполярные электроды, каждый из которых выполнен в виде двух плоских электродов с различными электрохимическими потенциалами, разделенных диэлектрической прокладкой и находящихся в непосредственном электрическом контакте друг с другом, при этом плоские электроды по отношению к одиночному электроду и одному из стимулирующих электродов ориентированы с возможностью образования между каждой парой электродов гальванического элемента, а между одиночным электродом, биполярными электродами и стимулирующим электродом образованы объемы с возможностью заполнения их средами организма, содержащие влагоудерживающий наполнитель.
