ЗВУКОВОЙ СТИМУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК A61H23/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для лечения внутренних органов механическим воздействием на тело человека.

Цель изобретения - повышение эффективности лечения путем автоматического изменения интенсивности звуковых колебаний во время сеанса стимуляции.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - возможная структурная схема реализации блока преобразования; на фиг.3 - возможная структурная схема реализации блока индикации параметров звуковых колебаний; на фиг. 4 - возможная схема реализации блока установки параметров звуковых колебаний; на фиг. 5 - известная схема реализации блока преобразования; на фиг. 6 - условные диаграммы напряжений на выходе блока преобразования; на фиг.7 - возможный алгоритм работы микроЭВМ.

Устройство содержит (фиг. 1) соединенные между собой блок 1 установки параметров звуковых колебаний и микроЭВМ (блок формирования управляющих импульсов) 2. Выходы микроЭВМ 2 соединены также с блоком 3 индикации параметров звуковых колебаний и блоком 4 преобразования. Выход блока 4 преобразования соединен с электродинамическим излучателем 5 звуковых колебаний.

Блок 4 преобразования может быть реализован по известной схеме, состоящим из двух ключей 26 и 27, входы которых подключены к разным полюсам источника 29 питания, а выходы соединены между собой и через конденсатор 8 подключены к излучателю 5 звуковых колебаний (фиг.5). Вторые входы ключей 26, 27 через схему 25 запрета подключены к микроЭВМ 2.

Более предпочтительной является реализация блока 4 преобразования в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя 6 и усилителя 7 низкой частоты (фиг.2). Между усилителем 7 низкой частоты и излучателем 5 звуковых колебаний может быть включен конденсатор 8.

МикроЭВМ 2 может быть реализована, например на микросхеме К1816 ВЕ 48.

Блок 3 индикации параметров звуковых колебаний может состоять, например, из индикатора 9 начальной интенсивности, индикатора 10 текущей интенсивности, индикатора 11 конечной интенсивности, индикатора 12 продолжительности сеанса и индикатора 13 времени от начала сеанса (фиг.3). Каждый из этих индикаторов может состоять из семисегментных индикаторов и подключенных к ним широкоизвестных схем управления этими семисегментными индикаторами. Входы схем управления семисегметными индикаторами подключены к микроЭВМ 2.

Блок 1 установки параметров звуковых колебаний может быть реализован, например, в виде набора кнопок 14-23 (клавиатуры) от "0" до "9", подключенных к микроЭВМ 2 по матричной схеме (фиг.4, кнопки 14-23) и кнопки 24 сброса, подключенной к входу СLR микроЭВМ 2 (микросхемы К1816 ВЕ 48).

Устройство работает следующим образом. Перед сеансом звуковой стимуляции устанавливают излучатель 5 звуковых колебаний на кожу пациента в проекции пораженного органа, включают устройство и с помощью клавиатуры блока 1 установки параметров звуковых колебаний устанавливают требуемые параметры звуковой стимуляции, например, время сеанса стимуляции, начальные и конечные значения интенсивности звуковых колебаний. При этом, например, с трех выходов микроЭВМ 2 поочередно на клавиатуру 14-23 (фиг.4) поступают сигналы логического нуля. Если нажата одна из кнопок 14-23, то импульс логического нуля поступит на один из четырех входов микроЭВМ 2. По тому, на какой вход микроЭВМ 2 во время формирования на каком выходе сигнала логического нуля поступит этот сигнал, микроЭВМ 2 определяет, какая из кнопок 14-23 была нажата в это время.

Установка параметров звуковых колебаний может осуществляться, например, например, в виде одного из 9 типовых наборов параметров нажатием одной из кнопок "1" - "9" клавиатуры 14-22 (фиг.4). После нажатия одной из этих кнопок на индикаторе 9 начальной интенсивности, на индикаторе 11 конечной интенсивности и на индикаторе 12 продолжительности сеанса отображаются установленные значения параметров, начинается сеанс звуковой стимуляции, индикатор 13 времени от начала сеанса начинает индикацию времени от начала сеанса.

При нажатии кнопки 23 "0" микроЭВМ 2 переходит в режим поочередной установки параметров звуковых колебаний. При этом, после нажатия кнопки 23 "0" начинают мигать цифры индикатора 9 начальной интенсивности. После набора на клавиатуре 14-23, например двух цифр начальной интенсивности, они высвечиваются на индикаторе 9 начальной интенсивности и начинают мигать цифры индикатора 11 конечной интенсивности. После набора на клавиатуре 14-23 двух цифр конечной интенсивности, они высвечиваются на индикаторе 11 конечной интенсивности и начинают мигать цифры индикатора 12 продолжительности сеанса. После набора цифр времени сеанса, они высвечиваются на индикаторе 12 продолжительности сеанса, и начинается сеанс стимуляции.

При неправильно набранных параметрах звуковой стимуляции или для прекращения звуковой стимуляции до окончания времени сеанса микроЭВМ 2 может быть возвращена в исходное состояние нажатием кнопки 23 "Сброс".

Семисегментные индикаторы блока 3 индикации параметров звуковых колебаний могут работать, например в импульсом режиме. При этом на каждую схему управления семисегментным индикатором поочередно с выходов микроЭВМ 2 поступают сигналы, разрешающие работу этого семисегментного индикатора, и в это время на других выходах микроЭВМ 2, соединенных со всеми схемами управления семисегментными индикаторами, формируются сигналы, соответствующие высвечиваемой цифре.

Во время сеанса стимуляции при использовании известного блока 4 преобразования (фиг. 5) на входы ключей 26, 27 через схему 25 запрета поступают сигналы с двух выходов микроЭВМ 2. При поступлении соответствующего сигнала на ключ 26, он подключает излучатель 5 звуковых колебаний через конденсатор 8 к положительному полюсу источника 29 питания, а при поступлении соответствующего сигнала на ключ 27, он подключает излучатель 5 звуковых колебаний через конденсатор 8 к отрицательному полюсу источника 29 питания.

В результате на выходах ключей 26, 27 формируются пачки биполярных импульсов с длительностью пачек, например 9 мс, частотой повторения пачек 5 Гц и с частотой импульсов, например 2,6 кГц. Причем отрицательные полуволны биполярных импульсов располагаются посередине между положительными полуволнами (фиг.6,а). Амплитуды биполярных импульсов близки к напряжениям источника 29 питания.

Конденсатор 8 образует с индуктивностью обмотки излучателя 5 фильтр, настроенный в резонанс на частоту излучаемых звуковых колебаний и уменьшающий амплитуды высших гармоник в звуковых колебаниях.

Резистор 28 поддерживает близкое к нулевому значение напряжения на выходах ключей в паузах между импульсами.

Схема 25 запрета предотвращает одновременное открытие обоих ключей 26 и 27 и закорачивание источника питания при формировании импульсов одновременно на обоих выходах микроЭВМ 2, например, в момент включения напряжения питания или при случайных сбоях в программе микроЭВМ 2.

Для управления интенсивностью звуковых колебаний используется изменение амплитуды первой гармоники при изменении длительностей биполярных импульсов.

При этом интенсивность (мощность) излучаемых звуковых колебаний связана с длительностью импульсов на выходе микроЭВМ и, соответственно, на выходах ключей следующей формулой
U_[n]= asin , (1) где U_[n] - интенсивность (мощность) при формировании n-й пачки импульсов;
а - коэффициент взаимосвязи;
T_[n] - длительность импульсов в n-й пачке;
Т_к - период звуковых колебаний (импульсов).

Недостатком известного блока 4 преобразования (фиг.5) является высокая интенсивность высших гармоник в спектре излучаемых звуковых колебаний, (несмотря на наличие конденсатора), особенно при небольших длительностях биполярных импульсов.

Высшие гармоники в спектре излучаемых звуковых колебаний не оказывают лечебного эффекта, но вносят в организм дополнительную физиологически неоправданную избыточную нагрузку, которая может оказывать вредное воздействие на стимулируемый орган.

Поэтому известный блок 4 преобразования нельзя использовать в универсальных устройствах для лечения различных заболеваний различных органов с достаточно большим диапазоном изменения интенсивности звуковых колебаний.

Более предпочтительным является использование блока 4 преобразования, состоящего из цифроаналогового преобразователя 6 и усилителя 7 низкой частоты (фиг. 2). На выходе блока 4 преобразования может быть также включен конденсатор 8, образующий с обмоткой излучателя 5 резонансный контур, настроенный в резонанс на частоту излучаемых звуковых колебаний.

На вход цифроаналогового преобразователя 6 с нескольких выходов микроЭВМ 2 поступают цифровые логические сигналы. Эти сигналы преобразуются цифроаналоговым преобразователем 6 в аналоговый сигнал, который, например, может представлять собой ступенчатое изменение напряжения по синусоидальному закону (фиг. 6, б). Частота формирования ступенек может быть сделана достаточно большой, например в 16-60 раз превышающей частоту излучаемых звуковых колебаний. Кроме того, верхняя частота полосы пропускания усилителя 7 низкой частоты может быть сделана на близкой к частоте излучаемых звуковых колебаний, в связи с чем будут существенно подавляться высшие гармоники усиливаемого сигнала. В результате на выходе усилителя 7 низкой частоты будет формироваться практически синусоидальный сигнал с незначительной интенсивностью высших гармоник в спектре при широком диапазоне изменения микроЭВМ 2 амплитуды этого сигнала. Синусоидальный сигнал формируется с частотой излучаемых звуковых колебаний, например 2,6 кГц в виде радиоимпульсов с длительностью радиоимпульсов, например 9, мс и частотой повторения радиоимпульсов 5 Гц.

С выхода усилителя 7 низкой частоты через конденсатор 8 усиленный сигнал поступает на излучатель 5 звуковых колебаний, который преобразует их в механическое колебания, передающиеся в тело пациента.

Во время сеанса стимуляции формируются импульсы звуковых колебаний, интенсивность которых во время n-го звукового импульса равна текущей интенсивности звуковых колебаний U_[n], которая отображается на индикаторе 10 текущей интенсивности.

В начале сеанса стимуляции текущая интенсивность звуковых колебаний U_[n] равна начальной интенсивности звуковых колебаний U_н, которая отображается на индикаторе 9 начальной интенсивности. В конце сеанса стимуляции текущая интенсивность звуковых колебаний U_[n] равна конечной интенсивности звуковых колебаний U_к, которая отображена на индикаторе 11 конечной интенсивности.

Во время сеанса стимуляции текущая интенсивность звуковых колебаний изменяется, например, по линейному закону от начальной интенсивности звуковых колебаний до конечной. При этом интенсивность звуковых колебаний при формировании n-го звукового импульса от начала сеанса стимуляции составляет:
U_[n] = U_н + n ˙ Δ U (2)
Возможный алгоритм работы микроЭВМ приведен на фиг.7, где кроме названных используются следующие обозначения:
Т_с - продолжительность сеанса стимуляции, мин;
Т_n - период формирования звуковых импульсов, мин.

Необходимо отметить, что интенсивность звуковых колебаний может задаваться как в единицах мощности (или удельной мощности), так и в единицах ускорения или амплитуды колебаний подвижной части излучателя 5 звуковых колебаний. Удобным является задание с помощью клавиатуры блока 1 установки параметров звуковых колебаний и индикации интенсивности звуковых колебаний индикаторами блока 3 индикации параметров звуковых колебаний в процентах от максимальной интенсивности звуковых колебаний, которую может обеспечить данное устройство.

При этом, например, кнопка "1" - "9" клавиатуры 14-22 могут устанавливаться следующие типовые параметры звуковой стимуляции:
Кнопка "1" : U_н 10%; U_к 20%; Т_с 10 мин
Кнопка "2" : U_н 20%; U_к 40%; Т_с 10 мин
Кнопка "3" : U_н 40%; U_к 80%; Т_с 10 мин
Кнопка "4" : U_н 10%; U_к 80%; Т_с 10 мин
Кнопка "5" : U_н 20%; U_к 100%; Т_с 10 мин
Кнопка "6" : U_н 10%; U_к 40%; Т_с 15 мин
Кнопка "7" : U_н 10%; U_к 80%; Т_с 15 мин
Кнопка "8" : U_н 20%; U_к 60%; Т_с 15 мин
Кнопка "9" : U_н 20%; U_к 100%; Т_с 15 мин
После вычисления требуемой для данного звукового импульса интенсивности звуковых колебаний, микроЭВМ 2 формирует соответствующие этой интенсивности сигналы, которые поступают на входы блока 4 преобразования.

Если используется блок 4 преобразования, содержащий цифроаналоговый преобразователь 6 и усилитель 7 низкой частоты (фиг.2), то на вход цифроаналогового преобразователя 6 с достаточно высокой частотой поступают цифровые сигналы, соответствующие мгновенным значениям синусоидального сигнала требуемой амплитуды.

Если используется известный блок 4 преобразования, содержащий два ключа 26 и 27 (фиг.5), то на выходах микроЭВМ 2 формируются импульсы, длительность которых соответствует требуемой интенсивности звуковых колебаний. При использовании в качестве оценки интенсивности мощности или удельной мощности звуковых колебаний, длительность импульсов на выходах микроЭВМ 2 составляет:
T= arcsin (3)
При использовании для оценки интенсивности амплитуды или величины ускорения колебаний подвижной части излучателя длительность импульсов на выходах микроЭВМ 2 составляет:
T= arcsin , (4) где b - коэффициент взаимосвязи для данного случая.

В процессе сеанса стимуляции микроЭВМ 2 подсчитывает количество сформированных импульсов звуковых колебаний и пересчитывает это число во время, прошедшее от начала сеанса стимуляции, которое отображается на индикаторе 13 времени от начала сеанса. После формирования N-го количества импульсов звуковых колебаний, соответствующего установленной продолжительности сеанса стимуляции, микроЭВМ 2 прекращает формирование выходных сигналов и переходит в исходное состояние.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автоматическое увеличение интенсивности излучаемых в тело пациента звуковых колебаний по заранее заданной программе в 2-10 раз в течение сеанса стимуляции, что позволяет повысить эффективность лечения нарушений уродинамики верхних мочевых путей, например, у больных с камнями мочеточников.

Если при использовании известных устройств удельная мощность излучаемых в тело пациента звуковых колебаний не превышает 100 мВт/см², то при использовании предлагаемого устройства при таких же исходных значениях удельной мощности звуковых колебаний в начале сеанса стимуляции, к концу сеанса стимуляции удается повысить удельную мощность до 0,5-1 Вт/см² без каких-либо неприятных ощущений у пациента и других нежелательных последствий.

Преимуществом предлагаемого устройства является возможность построения блока 4 преобразования состоящим из цифроаналогового преобразователя 6 и усилителя 7 низкой частоты, что позволяет существенно уменьшить интенсивность высших гармоник в спектре излучаемых звуковых колебаний, вносящих в организм дополнительную, не несущую полезного действия, физиологически неоправданную нагрузку, которая может оказывать вредное действие на стимулируемый орган.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность регулировки интенсивности звуковых колебаний в широком диапазоне при незначительной интенсивности высших гармоник в спектре излучаемых звуковых колебаний.

Использование: в медицинской технике, а именно в устройствах для лечения внутренних органов механическим воздействием на тело человека и позволяет повысить эффективность лечения. Сущность изобретения: по сигналу с блока 1 установки параметров звуковых колебаний, поступающему на вход блока 2 формирования управляющих импульсов, блок 2 формирует требуемые импульсы, которые через блок 4 преобразования поступают на излучатель 5 звуковых колебаний. На блоке 3 индикации параметров звуковых колебаний индицирует сигналы, формируемые блоком 2. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. ЗВУКОВОЙ СТИМУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные блок формирования управляющих импульсов, блок преобразования и излучатель звуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности лечения путем автоматического изменения интенсивности звуковых колебаний во время сеанса стимуляции, в него введены блок установки параметров звуковых колебаний и блок индикации параметров звуковых колебаний, подключенные к блоку формирования управляющих импульсов, который выполнен в виде микроЭВМ. 2. Стимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок индикации параметров звуковых колебаний содержит индикатор начальной интенсивности, индикатор текущей интенсивности, индикатор конечной интенсивности, индикатор продолжительности сеанса и индикатор времени от начала сеанса, подключенные к микроЭВМ.