ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и касается одноканального электростимулятора, предназначенного для проведения лечебно-восстановительных, лечебно-профилактических, тренировочно-укрепляющих и других процедур, в частности для профилактики и лечения спортивных и бытовых травм.

Биоуправляемые электростимуляторы нервно-мышечного аппарата без обратной связи начали создавать в последние 15-20 лет. В этой быстро развивающейся области еще много нерешенных проблем. Известны электростимуляторы различного принципа действия - как одноканального, так и многоканальные.

Известен электростимулятор, включающий в себя формирователь пачек колебаний и формирователь выходного сигнала, в котором с целью регулирования сокращений мышц в зависимости от крутизны нарастания импульсации формирователь пачек колебаний включает выходной трансформатор, соединенный с регулятором выходного сигнала, и ключевую схему, которая подключена к средней точке обмотки трансформатора, формирователю выходного сигнала и генератору частоты пачек.

Недостатком указанного электростимулятора является невозможность получения на выходе воздействующего сигнала, представляющего собой амплитудно-модулированные синусоидальные колебания, что вызвано отсутствием в его схеме генератора несущей и модулятора.

Известен также электростимулятор, содержащий электроды, источник питания и соединенные с ним формирователь пачек колебаний, формирователь выходного сигнала и генератор частоты пачек.

Недостатком этого электростимулятора является то, что на его выходе невозможно получить воздействующий сигнал заданной формы, который обусловливает комфортность пациента во время проведения процедуры. Кроме того, в этом электростимуляторе невозможно регулировать независимо параметры воздействующего сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому электростимулятору является выбранный в качестве прототипа электростимулятор "Стимул-1". Он содержит регулятор длительности пачек, регулятор скважности пачек, электронный ключ, генератор пачек, к входам которого подключены регулятор длительности пачек и регулятор скважности пачек, а выход соединен с входом электронного ключа, генератор прямоугольных импульсов, подключатель режимов, интегратор, генератор синусоидальных колебаний, последовательно соединенные модулятор, усилитель и электроды, подключенные к входам усилителя, регулятор амплитуды и измеритель выходного тока.

Прототипу присущи следующие недостатки: прямоугольная форма модулирующих колебаний не обеспечивает безболезненность проведения стимуляции, поэтому при получении с помощью прототипа сильных сокращений мышц процесс стимуляции сопровождается побочными болезненными ощущениями; частота синусоидальных несущих колебаний фиксирована, что не обеспечивает возможность стимуляции тех групп мышц, для которых, в силу их физиологических особенностей, требуется устанавливать другое значение частоты несущей. Это приводит к необходимости компенсировать несоответствие величины несущей частоты требуемому для данной мышцы значению значительным увеличением амплитуды выходного сигнала, что, в свою очередь, усиливает побочные болезненные ощущения. Фиксированное значение частоты импульсов, модулирующих несущую и их скважности не позволяет произвести индивидуальный подбор этих параметров для каждой конкретной группы мышц, причем для различных пациентов значения этих параметров также отличаются. При работе электростимулятора в любом из реализуемых им режимов стимуляции значения частоты следования посылок и пауз между ними лежат практически вне области, соответствующей естественной двигательной активности, что не позволяет имитировать в процессе проведения стимуляции естественный темп и ритм движений.

Целью изобретения является снижение болевых ощущений путем амплитудной модуляции синусоидальных колебаний по экспоненциальному закону.

Указанная цель достигается тем, что в схему электростимулятора введены регулятор чистоты синусоидальных колебаний, подключенный к входам генератора синусоидальных колебаний, регулятор частоты прямоугольных импульсов, подключенный к одним входам генератора прямоугольных импульсов, формирователь треугольных импульсов, регулятор длительности спада, подключенный к одним входам формирователя треугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход подключен к входу интегратора, выход которого соединен с другим входом модулятора, причем переключатель режимов подключен к выходу электронного ключа и другому входу генератора прямоугольных импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электростимулятора; на фиг. 2 - временная диаграмма формирования выходного сигнала; на фиг. 3 - пример схемной реализации электростимулятора.

Функциональная схема электростимулятора содержит электроды 1, источник питания 2 и подключенные к нему формирователь пачек колебаний 3 и формирователь выходного сигнала 4.

Функциональная схема электростимулятора (фиг. 1) содержит электроды 1, источник питания 2 и подключенные к нему формирователь пачек колебаний 3 и формирователь выходного сигнала 4.

В состав формирователя пачек колебаний входит генератор частоты пачек 5 с регуляторами частоты пачек 6 и скважности 7, генератор прямоугольных импульсов 8 с регулятором частоты повторения 9, электронным ключом 10 и переключателем режима работы 11. К выходу генератора прямоугольных импульсов подключен формирователь треугольных импульсов 12 с регулятором длительности спада 13. К выходу формирователя треугольных импульсов подключена цепь формирования экспоненциального фронта и спада выходных импульсов 14, с выхода которой импульсы с формой фронта и спада, близкой к экспоненциальной, поступают на формирователь выходного сигнала. В схему последнего входят генератор синусоидальных колебаний 15 с регулятором частоты 16. С выхода генератора синусоидальных колебаний 15 синусоидальные колебания несущей частоты поступают на Bx1 аналогового модулятора 17. На Bx2 модулятора 17 поступают колебания с выхода формирователя пачек колебаний 3, к выходу модулятора 17 подключен вход оконченного усилителя мощности 18 с регулятором величины выходного сигнала 19 и цепями контроля величины выходного сигнала 20.

Электростимулятор работает следующим образом.

Генератор синусоидальной несущей 15 работает в автоколебательном режиме и вырабатывает сигнал синусоидальной формы 21, частота которого может быть установлена с помощью регулятора 16. Выходной сигнал генератора несущей подается на вход 1 аналогового модулятора 17. Генератор прямоугольных импульсов 8 может работать, генерируя либо непрерывную последовательность импульсов 22, либо пачки импульсов 22, исключая пунктир. Для реализации этих режимов используются электронный ключ 10 и переключатель режима работы 11, выводы которого подключены к эмиттеру и коллектору электронного ключа 10. При замыкании переключателя 11 генератор прямоугольных импульсов 8 переходит в автоколебательный режим, что соответствует работе в режиме непрерывной стимуляции. При размыкании переключателя 11 генератор прямоугольных импульсов 8 переходит в режим генерации пачек колебаний.

С выхода генератора прямоугольных импульсов сигнал поступает на формирователь треугольных импульсов 12, на выходе которого из прямоугольных вырабатываются импульсы треугольной формы 23 с крутым фронтом и прямолинейным спадом, регулируемым до длительности с помощью регулятора 13. После прохождения треугольным импульсом цепей 14 фронт и спад его принимают форму, близкую к экспоненциальной 24 и этот сигнал подается на Bx2 аналогового модулятора 17.

Для формирования пачек колебаний база транзистора электронного ключа 10 подключена к выходу генератора частоты пачек 5, вырабатывающего прямоугольные импульсы 25. На время длительности этих импульсов транзистор электронного ключа 10 открывается, являясь эквивалентом замкнутого переключателя 11. При этом генератор прямоугольных импульсов переходит в автоколебательный режим и вырабатывает пачку прямоугольных импульсов 22, исключая пунктир, причем длительность пачки равна длительности импульса 25 генератора частоты пачек 5. Требуемая частота пачек устанавливается регулятором 10. Длительность пачки устанавливается путем регулировки скважности импульсов генератора частоты пачек, поэтому она в любом случае не превышает периода колебаний генератора частоты пачек, что в противном случае привело бы к переходу из режима генерации пачек колебаний в режим непрерывной генерации.

Таким образом, на выходе аналогового модулятора 17 образуются амплитудно-модулированные синусоидальные колебания 26, генерируемые либо в виде непрерывной последовательности, либо в виде пачек 26, исключая пунктир, форма огибающей которых соответствует сигналу 24.

Форма сигнала на электродах 1 соответствует колебаниям 26, т. к. усилитель мощности 18 работает в линейном режиме. Требуемая величина выходного сигнала электростимулятора выставляется с помощью регулятора 19, контроль величины выходного сигнала производится с помощью цепи контроля выходного сигнала (миллиамперметра переменного тока) 20.

Пример схемной реализации электростимулятора приведен на фиг. 3. Генератор синусоидальной несущей 15 может быть выполнен на операционном усилителе с мостом Вина на элементах 28,29,16,30,31 в качестве частотно-задающей цепи, с цепью амплитудно-зависимой отрицательной обратной связи, стабилизирующей режим генерации и состоящей из элементов 32-39, и выходного эмиттерного повторителя на транзисторе 40 и резисторе 41, сигнал с выхода которого подается через разделительную цепь из элементов 42,43 на вход 1 аналогового модулятора 17. Сигнал с выхода аналогового модулятора через эмиттерный повторитель на транзисторе 44 и резисторе 45 подается через разделительный конденсатор 46 на регулятор величины выходного сигнала 19, а затем через разделительный конденсатор 47 - на вход оконечного усилителя мощности 18, выполненного по трансформаторной схеме на транзисторах 48-50, трансформаторах 51,52, резисторах 53-59. К вторичной обмотке выходного трансформатора 52 подключены электроды 1, один из которых подключен непосредственно к одному из выводов вторичной обмотки выходного трансформатора, а другой - через цепь контроля величины выходного сигнала 20, состоящую из диодного выпрямительного моста 60-63, миллиамперметра постоянного тока 64 и ограничительного резистора 65, предотвращающего перегрузку выходного усилителя мощности в случае короткого замыкания электродов 1.

Генератор частоты пачек 5, у которого частота и скважность регулируются независимо, может быть выполнен на операционном усилителе 66 с времязадающим конденсатором 67. Регулятор частоты 6 и ограничивающие резисторы 68,69 образуют цепь регулировки частоты пачек, а регулятор 7, резисторы 70,71 и диоды 72,73 образуют цепь регулировки скважности. Выходной импульс генератора частоты пачек подается через делитель из резисторов 74,75 на базу транзистора 70, между коллектором и эмиттером которого включен переключатель режима работы 11.

Схема генератора прямоугольных импульсов 8 выполнена аналогично схеме генератора частоты пачек на операционном усилителе 76 с времязадающим конденсатором 77. Цепь регулировки частоты генератора прямоугольных импульсов 8 состоит из регулятора частоты 9 и ограничивающих регистров 78,79. Цепь, задающая длительность импульса, состоит из резисторов 80,81 и диодов 82,83. С выхода генератора прямоугольных импульсов 8 через разделительную RC цепь 84-86 сигнал подается на вход формирователя треугольных импульсов 12, который может быть выполнен на операционном усилителе 87 с времязадающим конденсатором 88. Регулятор 13 и резисторы 89-91 образуют цепь регулировки длительности спада. С выхода формирователя треугольных импульсов 12 сигнал поступает на цепь формирования экспоненциального фронта и спада, состоящую из резисторов 92,93 и конденсатора 94, откуда через эмиттерный повторитель, состоящий из транзистора 95, резистора 96 и разделительного конденсатора 97, поступает на вход 2 аналогового модулятора 17, выполненного на основе микросхемы аналогового перемножителя сигналов.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и касается одноканального электростимулятора, предназначенного для проведения лечебно-восстановительных, лечебно-профилактических, тренировочно-укрепляющих и других процедур, в частности - для профилактики и лечения спортивных и бытовых травм. Сущность: электростимулятор содержит электроды, источник питания и подключенные к нему формирователь пачек колебаний, формирователь выходного сигнала, в состав которого входит усилитель мощности, аналоговый модулятор, генератор синусоидальной несущей с регулятором частоты. Сигнал с выхода генератора несущей подается на один из входов модулятора, а на другой его вход подается сигнал от формирователя пачек колебаний, включающего в себя генератор частоты пачек, генератор прямоугольных импульсов с регулятором частоты повторения, работающий либо в непрерывном режиме, либо в режиме генерации пачек. На выходе электростимулятора формируется либо непрерывно, либо в виде пачек сигнал синусоидальной несущей, модулированный импульсами с формой фронта и спада, близкой к экспоненциальной, с глубиной модуляции около 100% . 3 ил.

ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, содержащий генератор пачек, к входам которого подключены регулятор длительности пачек и регулятор скважности пачек, а выход соединен с входом электронного ключа, переключатель режимов, интегратор, последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний, модулятор, усилитель и электроды, подключенные к входам усилителя, регулятор амплитуды и измеритель выходного тока, отличающийся тем, что, с целью снижения болевых ощущений путем амплитудной модуляции синусоидальных колебаний по экспоненциальному закону, он содержит регулятор частоты синусоидальных колебаний, подключенный к входам генератора синусоидальных колебаний, регулятор частоты прямоугольных импульсов, подключенный к одним входам генератора прямоугольных импульсов, формирователь треугольных импульсов, регулятор длительности спада, подключенный к одним входам формирователя треугольных импульсов, другой вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход подключен к входу интегратора, выход которого соединен с другим входом модулятора, причем переключатель режимов подключен к выходу электронного ключа и другому входу генератора прямоугольных импульсов.