УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 1994 года по МПК A61N1/00 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения заболеваний периферической нервной системы, сосудистых заболеваний головного мозга на фоне неврологических проявлений шейного остеохондроза позвоночника, а также может быть использовано для лечения и медицинской реабилитации больных остеохондрозом, артериальной гипертензией, атеросклерозом, нейроциркуляторной дистонией и другими заболеваниями, сопровождающимися болевым синдромом, сосудистыми, вегетативными и двигательными нарушениями.

Известно устройство для низкочастотной терапии, содержащее связанные между собой преобразователь, конденсатор связи, формирователь сигналов и облучатель, устанавливаемый на расстоянии 25-30 см от пациента. Преобразователь представляет собой генератор фиксированных частот повторения, а формирователь состоит из последовательно соединенных конденсаторов и резистора, подключенных к диодам. Устройство содержит также связанные между собой реле времени и индикатор колебания, подключенные к генератору. Устройство предназначено для лечения болезней, связанных с сосудистой патологией и относится к устройствам бесконтактной терапии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является лечебный аппарат "Амплипульс-4", предназначенный для терапевтического воздействия синусоидально-модулированными токами (СМТ) низкой частоты.

Устройство содержит генератор высокой частоты (5 КГц) и генератор регулируемой низкой частоты, выходы которых соединены с соответствующими входами модулятора, третий вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, другой выход коммутатора соединен с генератором низкой частоты, а выход модулятора соединен с входом усилителя с двухтактным выходом. При помощи электронного коммутатора производится переключение соответствующих цепей для получения необходимого рода работы:
I - непрерывные амплитудно-модулированные колебания несущей частоты 5 КГц низкой частотой;
II - серии синусоидально-модулированных колебаний, чередующихся с паузами;
III - серии синусоидально-модулированных колебаний, чередующихся с сериями немодулированных колебаний;
IV - серии синусоидально-модулированных колебаний с дискретно выбираемой частотой модуляции, чередующихся с сериями модулированных колебаний повышенной частоты ≈ 100 Гц.

Этот аппарат широко используется для лечения больных, в том числе сосудистыми заболеваниями головного мозга.

Лечебное действие синусоидально-модулированных токов (СМТ) осуществляется, главным образом, рефлекторно в результате непосредственного воздействия тока на чувствительные и вегетативные нервные волокна, а также вследствие рефлекторного усиления кровоснабжения мышечных волокон, возбуждаемых током.

Глубина проникновения серий СМТ в массу тканей, а значит и эффективность лечебного воздействия, зависит от значений тока в цепи пациента, однако некоторые больные даже при незначительной силе тока ощущают болезненные вибрации, поэтому ток в цепи пациента приходится уменьшать.

Для других больных процедура сопровождается вегетативными реакциями (головокружение, тошнота, потемнение в глазах и т.д.). Эти вегетативные нарушения могут появляться в силу резкого снижения системного артериального давления под воздействием электрического тока, что снижает эффективность терапии, увеличивая сроки лечения.

Целью изобретения является повышение глубины проникновения в ткани серий синусоидально-модулированных токов за счет сочетанного воздействия низкочастотного пульсирующего магнитного поля и синусоидально-модулированных токов.

Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее генератор несущей частоты и формирователь синусоидальных модулирующих напряжений, выходы которых соединены с соответствующими входами модулятора, коммутатор, блок из четырех переключателей, источник питания постоянного напряжения, содержащий силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками введены электромагнитное устройство, формирователь пульсирующего напряжения, дополнительный источник питания, выполненный в виде двух дополнительных обмоток силового трансформатора, и дополнительный переключатель. Электромагнитное устройство содержит соленоид с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью, обращенный северным полюсом к участку тела пациента. Обмотка соленоида подключена к выходам формирователя пульсирующего напряжения. Один конец одной дополнительной обмотки силового трансформатора заземлен, а второй - через дополнительный переключатель соединен с входом формирователя модулирующих напряжений и с вторым его выходом. Один конец второй дополнительной обмотки силового трансформатора соединен с входом формирователя пульсирующих напряжений непосредственно, а второй конец - через дополнительный переключатель. Выход модулятора соединен с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с усилителем мощности СМТ. Контакты четырех известных переключателей соединены с известными блоками устройства соответствующим образом.

В настоящее время в медицине широко используют (в том числе для лечения больных сосудистыми заболеваниями головного мозга) лечебные свойства переменных магнитных полей, которые по своей физической природе являются электромагнитными полями и характеризуются низкой частотой (0-200 Гц) с преобладанием магнитной составляющей над электрической.

Полагают, что механизм лечебного действия связан с тем, что прохождение переменного магнитного поля через ткани индуцирует в них вихревые токи, т. е. движение по замкнутым спиралевидным линиям электрически заряженных частиц - ионов, которые способны изменять функциональное состояние клеток и неклеточных компонент крови и изменять таким образом магнитную восприимчивость тканей организма.

При сочетанном воздействии магнитное устройство, возбуждающее пульсирующее магнитное поле индукции B, располагают между двумя электродами в области лечебного воздействия. При этом сила Лоренца вызывает отклонение как положительных, так и отрицательных носителей тока СМТ в глубь тканей за счет направления вектора B перпендикулярно протекаемому току СМТ. Пульсирующее магнитное поле с индукцией B, синфазно связанное с огибающей тока СМТ, способствует более глубокому проникновению токов СМТ в массу тканей и повышает терапевтический эффект.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема генератора несущей частоты и модулятора; на фиг.3 - принципиальная схема формирователя модулирующего напряжения; на фиг.4 - принципиальная схема коммутатора и генератора сигнал/пауза; на фиг.5 - принципиальная схема усилителя мощности СМТ; на фиг.6 - принципиальная схема формирователя пульсирующего напряжения; на фиг.7 - эпюры сигнала, характеризующие род работ I, II, III, IV; на фиг.8 - иллюстрация прохождения током СМТ; на фиг.9 - положение контактов переключателей блока переключения рода работы I-IV.

Устройство содержит генератор 1 несущей частоты, модулятор 2, формирователь 3 модулирующих напряжений регулируемых частот, коммутатор 4, содержащий ключи 1-3, усилитель 5 мощности СМТ, формирователь 6 пульсирующего напряжения, блок переключения 7 рода работы, электроды СМТ 8, электромагнитный электрод 9, источник питания 10, генератор сигнал/пауза 11, переключатель 12 "Вкл. эл. магнита".

Выход генератора 1 и формирователя 2 модулирующих напряжений соединены с соответствующими входами модулятора 3, выход которого соединен с сигнальными входами первого и третьего ключей коммутатора 4. Сигнальные входы второго ключа коммутатора соединены с выходом генератора 1. Управляющие входы ключей 1-4 соединены с контактами соответствующих переключателей блока 7. Объединенные выходы ключей 1-3 соединены со входом усилителя 5 мощности СМТ. Выход интегратора формирователя 3 через переключатель 12 соединен с одним концом первой дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора Тр 3, второй конец которой заземлен. Один вход формирователя 6 пульсирующего напряжения соединен с одним концом второй дополнительной обмотки трансформатора Тр 3 непосредственно, а другой - с другим концом обмотки через дополнительный переключатель 12.

Генератор 1 несущей частоты 5 кГц (см. фиг.2) выполнен по схеме генератора с мостом Вина-Робинсона на операционном усилителе DD 1.1.

Частота генератора определяется элементами R20, С5, R13, С3, включенными в цепь положительной обратной связи операционного усилителя на неинвертирующий вход (конт. 3DD 1.1).

С целью обеспечения стабильности амплитуды сигнала напряжение с выхода генератора (конт.1 DD 1.1) выпрямляется схемой удвоения напряжения на диодах VD3, VD4 и подается на затвор полевого транзистора VT1, включенного истоком на инвертирующий вход операционного усилителя (конт.2 DD 1.1). Часть напряжения с выхода операционного усилителя, суммируясь с напряжением на затворе транзистора VT1, позволяет повысить линейность выходных характеристик полевого транзистора VT1, и, как следствие, снизить нелинейные искажения. Конденсатор С2 в истоке транзистора VT1 не позволяет протекать через инвертирующий вход операционного усилителя (конт. 2DD 1.1) постоянной составляющей тока, которая может сместить "ноль" выходного напряжения. Напряжение с выхода генератора (конт. 1DD1.1) подается на "X" вход модулятора 2 (микросхема DD 5 контр.7). Схема генератора 1 общеизвестна, на ее новизну авторы не претендуют. Модулятор 2 (см. фиг.2) осуществляет модуляцию сигнала несущей частоты 5 кГц низкочастотными сигналами на микросхеме DD5.

На входы "X" и "Y" модулятора 2 (конт.7 и конт.13 DD 5) подают сигнал несущей частоты 5 кГц и модулирующее напряжение с формирователя 3 модулирующего напряжения соответственно.

Выходной нагрузкой является резистор R43. Для обеспечения режима работы на входы "Xсм", "Yсм", "Zсм" (конт.9,12 и 11 DD5) задаются напряжения с потенциометров R30, R32, R34.

Напряжение на вход "Zсм" (конт.12) задается для установки формы перемножаемых сигналов. Глубина модуляции (0,50,75 и 100%) устанавливается напряжением с потенциометра R28 блока 3 на конт.13.

Коэффициент модуляции определяется по формуле
m = · 100 % ,
где m - коэффициент модуляции, %;
а - максимальное значение сигнала, В;
с - минимальное значение сигнала, В.

Модулированный сигнал с выхода модулятора (конт. 2 DD 5) поступает на ключи 1,3 коммутатора 4 (см. фиг.4, микросхемы DD 3.2 контр.3 и DD 3.3 контр.2 соответственно).

Немодулированный сигнал несущей частоты 5 кГц подается на ключ 2 коммутатора 4 (фиг.4, DD 3.1 конт.9) через эмиттерный повторитель, выполненный на микросхеме DD 1.2 для обеспечения прохождения этого сигнала на выходной усилитель 5 во время паузы в III режиме.

Формирователь 3 модулирующего напряжения (см. фиг.3) построен как функциональный генератор, в котором синусоидальное напряжение формируется с помощью триггера Шмитта, интегратора с изменяющейся постоянной интегрирования и преобразователя в синусоидальную функцию.

Триггер Шмитта (DD 2.1) и интегратор (DD 2.2), выполненные на операционных усилителях, включены последовательно. Интегратор интегрирует напряжение с выхода триггера. Изменяющееся напряжение на выходе интегратора вызывает изменение скачком знака напряжения на выходе триггера, вследствие чего напряжение на выходе интегратора начнет изменяться в противоположную сторону пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта.

За счет параллельного подключения к конденсатору С6 конденсаторов С7, С8 и С9 через ключ и соответствующий переключатель SA1, "частота модулирующего напряжения" коммутатора (см. фиг.4) изменяется постоянная интегрирования интегратора и осуществляется установка частоты формируемого напряжения треугольной формы в диапазоне частот 30, 50, 100 Гц. Напряжение с выхода интегратора (конт.7 DD 2.2) подается на вход преобразователя в синусную функцию через переключатель. Преобразователь в синусную функцию выполнен на шести диодах VD1, VD2, VD5, VD6, VD7, VD8, для которых заданы 6 точек излома апроксимирующей кривой с кусочно-постоянным наклоном. Напряжение смещения на диоды задается с регуляторов положительного и отрицательного напряжения, выполненных на транзисторах VT2 и VT3.

Работа схемы синусного преобразования основана на принципе кусочной апроксимации. При малых значениях входного треугольного напряжения все диоды заперты и выходное напряжение равно входному. При увеличении выходного напряжения с интегратора сначала открываются диоды, на которые задано меньшее значение напряжения смещения. При большем увеличении выходного напряжения с интегратора открываются два последующих диода, на которые задано несколько большее напряжение смещения и т.д. Все три пары диодов открываются не мгновенно, а в соответствии с их экспоненциальными характеристиками, что дает возможность реализовать синусную характеристику с достаточно малой погрешностью. Погрешность этого технического решения не превышает двух процентов.

Операционные усилители триггера Шмитта и интегратора, эмиттерный повторитель на операционном усилителе DD 2.3 питаются напряжением ± 6,2 В, формируемым из общего питающего напряжения ± 9 В для обеспечения четкой работы формирователя модулирующего напряжения.

Низкочастотный сигнал 30, 50, 100 Гц через схему эмиттерного повторителя (контакт 1.4 DD 2.3) подается на вход "Y" модулятора 2 (конт. 1.3 DD 5 фиг.2). Коммутатор 4 (фиг.4) содержит ключи 1, 3.

Генератор пауз 11 выполнен на интегральных логических элементах DD 4.

Длительность сигнал/пауза модулированного сигнала устанавливается дискретно с помощью переключателя SA2 в соотношении 1:1,5; 2:3 и 4:6 (см. фиг. 4).

Сам генератор построен на 4-х элементах "2И-НЕ" (микросхемы DD 4.1, DD 4.2, DD 4.3, DD 4.4) со стабилизацией временных параметров. В стабилизированном автоколебательном мультивибраторе на импульсных логических элементах с перезарядом конденсатора времени задающей цепи конденсатор С14, С15, С16, С17 перезаряжается через выводы инверторов DD 4.3 и DD 4.4, охваченных резисторными обратными связями R42, R49.

Обратные связи подключены к входам RS-триггера (конт.5 DD 4.2 и конт.2 DD 4.1) через коммутирующие диоды VD 9, VD 10.

Выводы инверторов через диоды VD 13, VD 15 подключены ко входам (конт.6 DD 4.2 и конт. 1 DD 4.1). С выхода генератора пауз (конт.3, 4 микросхемы DD 4.1, DD 4.2) импульсы подаются на переключатель 7 "Режим работы" для управления работой ключей 1-3 микросхемы (DD 3.2, DD 3.3, DD 3.1, DD 3.4).

Усилитель 5 мощности СМТ (см. фиг.5) выполнен на микросхеме DD 6, имеющей на входе дифференциальный усилитель в качестве входного каскада.

Сигнал на вход усилителя задается с потенциометра R52 через разделительный конденсатор С22 на контакт 7 DD 6. Конденсаторы С27, R53, R54, C28 необходимы для коррекции частотной характеристики. Выходной трансформатор Тр1, включенный на выход усилителя имеет сопротивление первичной обмотки 4 ома. Питание усилителя двухполярное 9 В. Микросхема DD 6 устанавливается с теплоотводом. Коэффициент гармоник усилителя не превышает 15%.

Формирователь 6 (см. фиг.6) пульсирующего напряжения предназначен для формирования пульсирующего напряжения, выдаваемого на электромагнитный электрод. Формирователь содержит четыре диода VD1 - VD4, включенных по мостовой схеме. К одной диагонали моста подключается вторая (15 В) дополнительная обмотка трансформатора ТР3, причем один конец соединен непосредственно с одним концом диагонали, а второй конец обмотки подсоединяется при установке дополнительного переключателя SA6 "Вкл. эл. магнита" в соответствующее положение. Число фаз выпрямителя 2. Основная гармоника пульсирующего напряжения имеет частоту, в два раза превышающую частоту тока сети.

Блок переключения 7 "Род работы" SA3 выполнен в виде блока четырех зависимых переключателей типа П2К и предназначено для переключения режимов I-IV СМТ, аналогичных режимам работы устройства "Амплипульс-4".

Электроды 8 СМТ выполнены из токопроводящей кремнеорганической резины марки РТ-2 с литым контактным узлом многократного использования. Электроды имеют размеры 40 ± 60 мм и 30 ± 100 мм.

Магнитное устройство 9 конструктивно может быть выполнено в виде присасывающего электрода, содержащего сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью из электротехнической стали и намотанную вокруг сердечника катушечную обмотку. Электромагнит-присоску располагают перпендикулярно участку тела пациента между электродами СМТ северным полюсом к коже пациента. На катушку подается пульсирующее напряжение с формирователя 6 пульсирующего напряжения, причем начало обмотки присоединяется к положительному выводу электродов электромагнита-присоски.

Амплитуда магнитной индукции на поверхности сердечника присоски составляет 15 ±3 мТл.

Источник питания выполнен в виде малогабаритного сетевого блока, защищенного от поражения электрическим током по классу II нормали ОСТ 64-1-203-75 "Аппараты, приборы и оборудование медицинское. Электробезопасность. Технические требования. Методы испытаний".

Источник 10 питания содержит первичную и две вторичные обмотки, которые используются для построения стабилизаторов напряжения ± 98, необходимых для формирования режимов I-IV СМТ. Две дополнительно введенные обмотки силового трансформатора Тр3 50 Гц и ≈ 6,3 в 50 Гц используются при формировании пульсирующего магнитного поля.

Переключающее устройство 12 "Включение электромагнита" SA6 выполнено в виде переключателя П2К и предназначено для осуществления работы устройства в режимах сочетанного (кнопка переключателя отжата) и синфазно сочетанного воздействия (кнопка переключателя нажата).

Устройство низкочастотной терапии может работать в режимах I-IV СМТ, аналогичных режимам устройства "Амплипульс-4", в режимах I-IV сочетанного воздействия СМТ и пульсирующего магнитного поля, в режимах I-III сочетанного синфазного воздействия СМТ и пульсирующего магнитного поля (работа устройства в режиме IV аналогична работе устройства в режиме I). Устройство может быть также использовано для магнитной терапии, воздействуя на область лечения только пульсирующим магнитным полем.

На фиг.7 изображены эпюры напряжений на электродах СМТ 8 в режимах I-IV СМТ, на фиг.9 - соответствующие им положения переключателей I-IV переключающего устройства 7. Работа устройства в режимах I-IV СМТ осуществляется при подключении электродов СМТ 8 к источнику питания ± 9 В через переключатель SA5 и к области лечения через переключатель SA4 и отключенном от сети электромагнитном электроде 9.

В режиме I СМТ (см. фиг.7) на пациента воздействуют синусоидальные колебания частотой 5 кГц, модулированное низкочастотным сигналом порядка 30,50,100 Гц с глубиной модуляции 0-100%. Для обеспечения этого режима переключатель 7 "Род работы" устанавливают в положение 1. При этом на ключ 1 (DD 3.2, конт.5) подается "единица", равная напряжению питания ключа. На ключи 2,3 (микросхема DD 3.1 DD 3.3, конт.6.13) задается "корпус" с переключателей 7 III и 7 IV "Род работы", а на ключ для изменения постоянной интегрирования этой же микросхемы (конт.12) подается плюс U_пит.

Во втором режиме на пациента воздействует синусоидальное модулированное напряжение в виде посылок радиосигнала, чередующихся с паузами (фиг.7 II). Для обеспечения этого режима переключатель 7 устанавливают в положение II. При этом на ключ 1 (DD 3.2 конт.5) поступают импульсы с генератора пауз и посылок (конт. 4 DD 4.2). На ключи 2.3 поступают те же сигналы, что и в I режиме.

В третьем режиме на пациента воздействуют серии модулированных колебаний с частотой модуляции 30, 50, 100 Гц, чередующихся с сериями немодулированных колебаний частоты 5000 Гц (фиг.7 III), для обеспечения этого режима переключатель 7 устанавливают в положение III, при этом на ключ 1 (конт.5) поступают импульсы с генератора пауз и посылок (с конт.4 DD 4.2). На ключ 2 (конт. 6) поступают импульсы с генератора пауз и посылок (с конт.3 DD 4.1). На ключ 3 подаются те же сигналы, что и во втором режиме.

В четвертом режиме на пациента воздействуют серии модулированных колебаний с частотой модуляции 30,50,100 Гц чередующихся с сериями колебаний, модулированных повышенной частотой (фиг.7 IV). Для обеспечения этого режима переключатель 7 "Род работы" устанавливают в положение IV. В этом случае на ключ 1 (конт.5) подаются импульсы с генератора пауз и посылок.

На ключ 2 (конт.6) поступает "корпус" с переключателя 7 "Род работы", а на ключ 3 (конт.13) поступают импульсы с переключателя IV "Род работы" блока 7 от генератора пауза и посылок (DD 4.1 конт.3).

Для обеспечения сочетанного воздействия режимов I-IV СМТ и пульсирующего магнитного поля электроды СМТ 8 укрепляют на участке патологического процесса, электромагнитный электрод 9 с помощью бинта или присоски закрепляют северным полюсом в области лечения в промежутке между электродами СМТ 8. Электроды СМТ 8 подключают к выходным гнездам СМТ, т.е. к выходу усилителя мощности 5 через переключатель SA4, электрод 9 подключают к источнику питания ≈ 15 в 50 Гц при отжатой кнопке переключателя SA6 блока 12. Частота модулирующего напряжения СМТ (30,50 или 100 Гц) устанавливается переключателем SA1, а режим работы переключателем SA3.

Синфазное сочетанное воздействие серий СМТ и пульсирующего магнитного поля осуществляют при нажатой кнопке переключателя SA6 блока 12. При этом напряжение ≈ 15 в 50 Гц подается на формирователь 6, с которого пульсирующее напряжение, основная гармоника которого имеет частоту, в два раза превышающую частоту сети, поступает на электромагнитный электрод 9. Напряжение ≈ 6,3 в 50 Гц через преобразователь в синусную функцию формирователя 3 подается на модулятор 2, где осуществляется модуляция сигнала несущей частоты 5 кГц как во время положительной, так и во время отрицательной полуволны 50 Гц, т.е. происходит модуляция несущего сигнала с частотой 100 Гц, род работы (I-III на фиг.7) устанавливается переключателем SA3.

Были проведены клинические исследования эффективности лечения сосудистых заболеваний головного мозга на фоне неврологических проявлений шейного остеохондроза позвоночника с помощью предлагаемого устройства в сочетанном режиме.

Исследования показали, что использование режима сочетанного воздействия позволяет сократить сроки лечения почти в 2 раза и повысить эффективность лечения с 80 до 94%. Акт испытаний прилагается.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет за счет увеличения глубины проникновения серий СМТ в подвергаемую лечению область тела пациента повысить эффективность терапии.

Использование: в медицинской технике, а именно в физиотерапевтических устройствах. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 несущей частоты, модулятор 2, формирователь 3 синусоидальных сигналов, коммутатор 4, усилитель 5 мощности, переключатель 7, электроды 8, источник 10 питания постоянного напряжений, генератор 11 сигнал/пауза. Предлагаемое устройство позволяет повысить глубину проникновения в ткани СМТ за счет сочетания воздействий электромагнитного поля и электроческого тока, для этого в него введены формирователь 6 пульсирующего напряжения, электромагнитный электрод 9 и переключатель 12. 9 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ, содержащее последовательно соединенные генератор несущей частоты, модулятор, коммутатор и усилитель мощности, выход которого через трансформатор подключен к электродам в цепи пациента, формирователь синусоидальных сигналов, выходом соединенный с вторым входом модулятора, блок переключения рода работ, выходами связанный с соответствующими входами коммутатора, источник питания постоянного напряжения и генератор сигнал/пауза, выходами подключенный к соответствующим входам блока переключения рода работ, отличающееся тем, что в него введены электромагнитное устройство в виде соленоида с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью, расположенного между электродами в области лечебного воздействия, формирователь пульсирующего напряжения, вход которого соединен через введенный переключатель с первым дополнительным выходом источника питания, а выход - с обмоткой соленоида, формирователь синусоидальных сигналов включает преобразователь сигнала, выход которого является выходом формирователя синусоидальных сигналов, последовательно соединенные триггер Шмитта и интегратор с возможностью изменения постоянной интегрирования, выходом соединенный с входом триггера, при этом вход преобразователя сигнала связан через переключатель с вторым дополнительным выходом источника питания и выходом интегратора, вход разрешения на изменение постоянной интегрирования соединен с соответствующим выходом блока переключения рода работ.