МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинским электронным приборам, а именно к многоканальным электростимуляторам, используемым для восстановительного лечения и направленной тренировки мышц.

Известен одноканальный электростимулятор "Стимул-1", использующий для электрического раздражения мышц последовательность прямоугольных импульсов длительностью 10 мс и периодом повторения 20 мс, модулированных гармоническим сигналом частотой 2 кГц.

Использование модуляции импульсов раздражения мышц гармоническим сигналом сравнительно высокой частоты устраняет болевые ощущения при стимуляции, однако ее эффективность остается недостаточно высокой. Недостатком является также одноканальность.

Наиболее близким к изобретению является многоканальный электростимулятор, содержащий многоканальный коммутатор, задатчик программы коммутации, регулятор и измеритель тока стимуляции в каждой выходной группе. Известный многоканальный электростимулятор содержит также задающий генератор, регулятор частоты следования импульсов, задатчик и регулятор длительности импульсов в каждом канале, генератор сигнала заполнения и задатчик параметров сигнала заполнения также в каждом канале, переключатель фазы стимулирующего напряжения в каждой выходной группе.

Этот многоканальный электростимулятор обеспечивает стимуляцию различных групп мышц с разделением по времени. Какой именно канал работает в данный момент определяется задатчиком программы коммутации. В каждом канале может быть реализовано несколько выходных групп, которые служат для стимуляции мышц, одновременное сокращение которых не является противоестественным. Задающий генератор вырабатывает прямоугольные импульсы, поступающие на сигнальный вход многоканального коммутатора. Многоканальный коммутатор подключает выход задающего генератора на вход задатчика и регулятора длительности импульсов канала, определяемого задатчиком программы коммутации. С выхода задатчика и регулятора длительности импульсов сигнал, определяющий длительность непрерывного раздражения мышц в данном канале, поступает на один из входов генератора сигнала заполнения данного канала, вырабатывающего при наличии этого импульса сигнал раздражения мышц, параметры которого определяются задатчиком параметров сигнала заполнения данного канала. С выхода генератора сигнала заполнения сигнал поступает на входы всех регуляторов и измерителей тока данного канала, с выхода каждого из которых - на вход соответствующего переключателя фазы стимулирующего напряжения, к выходу которого подключаются электроды.

Данный многоканальный электростимулятор использует в каждом канале собственный сигнал раздражения мышц, что позволяет учитывать особенности различных мышц, однако сила сокращения мышц во многих случаях, особенно для спортивных целей, остается недостаточной. Из-за того, что всему диапазону изменения силы сокращения мышц соответствует небольшой интервал изменения тока стимуляции затруднена регулировка силы сокращения мышц. Недостатком описанного устройства является и то, что при использовании некоторых сигналов возникают болевые ощущения на участках кожи под электродами.

Целью изобретения является увеличение эффективности стимуляции и устранение болевых ощущений путем автоматического переключения фазы стимулирующего напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный электростимулятор, содержащий первый многоканальный коммутатор, задатчик программы коммутации, регулятор и измеритель тока стимуляции в каждой выходной группе, причем выход задатчика программы коммутации является адресным входом первого многоканального коммутатора, с целью увеличения эффективности стимуляции и устранения болевых ощущений путем автоматического переключения фазы стимулирующего напряжения, введены программируемый генератор сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, задатчик программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, генератор сигнала раздражения мышц, электронный переключатель, второй многоканальный коммутатор, по два электронных ключа в каждом канале, по два генератора тока и по четыре диода в каждой выходной группе, и следующие связи: выход задатчика программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения соединен со входом программируемого генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, выход которого соединен с управляющим входом электронного переключения, с сигнальным входом которого соединен выход генератора сигнала раздражения мышц, а первый и второй выходы переключателя соединены соответственно с сигнальными входами первого и второго многоканальных коммутаторов, адресный вход второго многоканального коммутатора соединен с адресным входом первого многоканального коммутатора, i-й выход первого многоканального коммутатора, где i = 1, 2,.. . ,n, а n - количество каналов многоканального электростимулятора, соединен с управляющим входом первого электронного ключа i-го канала и с первыми входами первых генераторов тока каждой выходной группы i-го канала, i-й выход второго многоканального коммутатора соединен с управляющим входом второго электронного ключа i-го канала и с первыми входами вторых генераторов тока каждой выходной группы i-го канала, сигнальные входы обоих электронных ключей каждого канала подключены к шине нулевого потенциала, к вторым входам обоих генераторов тока j-й выходной группы i-го канала, где j = 1,2, ...,m, а m - количество выходных групп в i-м канале многоканального электростимулятора, подключен выход регулятора и измерителя тока j-й выходной группы i-го канала, выход первого генератора тока каждой выходной группы i-го канала соединен с анодом первого и катодом второго диодов данной выходной группы, вторые выводы которых подключены к выходу второго электронного ключа i-го канала, а выход второго генератора тока каждой выходной группы i-го канала соединен с анодом третьего и катодом четвертого диодов данной выходной группы, вторые выводы которых подключены к выходу первого электронного ключа i-го канала, выход первого и второго генераторов тока j-й выходной группы представляют собой выходы данной выходной группы.

Совокупность существенных признаков предложенного устройства обуславливает соответствие предложенного решения критерию "новизна".

Не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа. Это позволяет сделать вывод, что предложенное решение обладает существенными отличиями.

Достижение положительного эффекта при реализации данного многоканального электростимулятора подтверждается увеличением силы сокращения мышц благодаря автоматическому переключению фазы стимулирующего напряжения, наличием удобной регулировки силы сокращения мышц путем регулировки параметров сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, устранением болевых ощущений, а также расширением функциональных возможностей электростимуляции, так как изменяя параметры сигнала переключения полярности электродов можно задавать силу сокращения мышц отдельно для каждого канала, а также переменную силу сокращения мышц в отдельно взятом канале.

Техническая сущность и принцип действия предлагаемого устройства поясняются чертежом, на котором представлена блок-схема двухканального электростимулятора с автоматическим переключением фазы стимулирующего напряжения, в каждом из каналов которого реализовано по две выходных группы.

Многоканальный электростимулятор содержит: задатчик 1 программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, программируемый генератор 2 сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, генератор 3 сигналов раздражения мышц, электронный переключатель 4, два многоканальных коммутатора 5 и 7, задатчик 6 программы коммутации, два электронных ключа 11 и 12 в каждом канале, по одному регулятору и измерителю тока 8, по два генератора тока 9 и 10 и по четыре диода 13, 14, 15, 16 в каждой выходной группе. Выход задатчика 1 подключен к входу программируемого генератора 2, выход которого соединен с управляющим входом электронного переключателя 4, к сигнальному входу которого подключен выход генератора 3. Первый и второй выходы электронного переключателя 4 подключены соответственно к сигнальным входам многоканальных коммутаторов 5 и 7, адресные входы обоих многоканальных коммутаторов соединены с выходом одного задатчика 6. 1-й выход многоканального коммутатора 5, где i = 1, 2,...,n, а n - количество каналов многоканального электростимулятора, подключен к управляющему входу электронного ключа 11 i-го канала и к первым входам генераторов тока 9 каждой выходной группы i-го канала. 1-й выход многоканального коммутатора 7 подключен к управляющему входу электронного ключа 12 i-го канала и к первым входам генераторов тока 10 каждой выходной группы i-го канала. Сигнальные входы обоих электронных ключей 11 и 12 каждого канала подключены к корпусу. К второму входу обоих генераторов тока 9 и 10 j-й выходной группы, где j = 1, 2, ...,m, а m - количество выходных групп в i-м канале, подключен выход регулятора и измерителя тока 8 j-й выходной группы i-го канала. Выход генератора тока 9 каждой выходной группы i-го канала соединен с анодом диода 13 и катодом диода 14 выходной группы, вторые выводы которых (соответственно катод и анод) подключены к выходу электронного ключа 12 i-го канала, а выход генератора тока 10 каждой выходной группы i-го канала соединен с анодом диода 15 и катодом диода 16 выходной группы, вторые выводы которых подключены к выходу электронного ключа 11 i-го канала. Выходы генераторов тока 9 и 10 выходной группы являются выходами данной выходной группы, к которым подключают электроды.

Многоканальный электростимулятор работает следующим образом. Каждую пару электродов, укрепленную на какой-либо мышце, подключают к выходам соответствующей выходной группы, после чего включают электростимулятор. С выхода генератора 2 последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются в соответствии с особенностями каждой группы мышц задатчиком 1, поступает на управляющий вход электронного переключателя 4, на сигнальный вход которого поступает сигнал с выхода генератора 3. При наличии импульса на управляющем входе электронного переключателя 4 его сигнальный вход подключается к первому выходу и сигнал раздражения мышц поступает на сигнальный вход многоканального коммутатора 5, при отсутствии импульса на управляющем входе переключателя его сигнальный вход подключается ко второму выходу и сигнал раздражения мышц поступает на сигнальный вход многоканального коммутатора 7.

Так как на адресные входы обоих многоканальных коммутаторов 5 и 7 поступает сигнал с выхода одного задатчика 6, то сигнальные входы разных многоканальных коммутаторов одновременно коммутируются к одноименным выходам.

При наличии импульса на управляющем входе электронного переключателя 4 его сигнальный вход подключается к первому выходу и сигнал раздражения мышц присутствует на одном из выходов первого многоканального коммутатора 5, а при отсутствии импульса на управляющем входе переключателя 4 его сигнальный вход подключается ко второму выходу и сигнал раздражения мышц поступает на соответствующий выход второго многоканального коммутатора 5.

Когда на каком-либо выходе одного из многоканальных коммутаторов 5 или 7 присутствует сигнал раздражения мышц, все m генераторов тока, к которым подключен этот выход, вырабатывают ток, форма которого повторяет форму сигнала на выходе генератора сигнала раздражения мышц, а сила его определяется регулятором и измерителем тока 8, к выходу которого подключен второй вход данного генератора тока, электронный ключ, к управляющему входу которого подключен тот же выход того же многоканального коммутатора открывается и замыкает на корпус цепь протекания тока m указанных генераторов тока.

Если сигнал раздражения мышц присутствует на i-м выходе многоканального коммутатора 5, то ток в каждой выходной группе i-го канала протекает от генератора тока 9, через первый выход выходной группы, мышцы, подключенные к данной выходной группе, второй выход выходной группы, диод 15 или 16 выходной группы, открытый электронный ключ 11 данного канала на корпус; а если сигнал раздражения мышц присутствует на i-м выходе многоканального коммутатора 7, то ток протекает от генератора тока 10 через второй выход выходной группы, мышцы, первый выход выходной группы, один из двух диодов 13 или 14 выходной группы, открытый электронный ключ 12 данного канала на корпус. Диоды 13-16 выходной группы обеспечивают протекание в нагрузке выходной группы тока стимуляции, вырабатываемого генераторами тока данной выходной группы.

Таким образом, сила тока стимуляции в каждой выходной группе определяется регулятором и измерителем тока стимуляции данной выходной группы, а частота переключения фазы стимулирующего напряжения относительно фазы сигнала раздражения мышц определяется сигналом переключения фазы стимулирующего напряжения. В качестве сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения можно использовать последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2 и частотой от десятков Гц до десятков кГц. Уменьшение частоты сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения вызывает увеличение силы сокращения мышц. Регулировку силы сокращения мышц выполняют следующим образом: сначала увеличивают силу тока стимуляции, добиваясь максимального сокращения мышц при максимальной частоте сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, а затем уменьшают частоту этого сигнала, увеличивая силу сокращения мышц до необходимого уровня.

Многоканальный электростимулятор может иметь любое количество каналов, в каждом из которых может быть реализовано любое количество выходных групп.

Использование автоматического переключения фазы стимулирующего напряжения позволяет значительно увеличить силу сокращения мышц, полностью устранить болевые ощущения на участках кожи под электродами, делает возможной и удобной регулировку силы сокращения мышц.

Предлагаемое устройство вырабатывает один сигнал раздражения мышц, а особенности каждой группы мышц учитывают путем задания параметров сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения.

Использование: электрическая стимуляция мышц в медицинских и спортивных целях. Сущность изобретения: устройство содержит задатчик программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, программируемый генератор сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, генератор сигнала раздражения мышц, электронный переключатель, два многоканальных коммутатора, задатчик программы коммутации, регулятор и измеритель тока стимуляции в каждой выходной группе, два генератора тока в каждой выходной группе, два электронных ключа в каждом канале. 1 ил.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, содержащий первый многоканальный коммутатор, задатчик программы коммутации, регулятор и измеритель тока в каждой выходной группе, причем выход задатчика программы коммутации является адресным входом первого многоканального коммутатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности стимуляции и устранения болевых ощущений путем автоматического переключения фазы стимулирующего напряжения, в него введены программируемый генератор сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, задатчик программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, генератор сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, генератор сигнала раздражения мышц, электронный переключатель, второй многоканальный коммутатор, по два электронных ключа в каждом канале, по два генератора тока и по четыре диода в каждой выходной группе, причем выход задатчика программы работы генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения соединен с входом программируемого генератора сигнала переключения фазы стимулирующего напряжения, выход которого подключен к управляющему входу электронного переключателя, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора сигнала раздражения мышц, а первый и второй выходы электронного переключателя соединены соответственно с сигнальными входами первого и второго многоканальных коммутаторов, адресный вход второго многоканального коммутатора соединен с адресным входом первого многоканального коммутатора, i-й выход первого многоканального коммутатора, где i = 1,2,...,n, а n - количество каналов многоканального электростимулятора, подключен к управляющему входу первого электронного ключа i-го канала и к первым входам первых генераторов тока каждой выходной группы i-го канала, i-й выход второго многоканального коммутатора подключен к управляющему входу второго электронного ключа i-го канала и к первым входам вторых генераторов тока каждой выходной группы i-го канала, к сигнальным входам обоих электронных ключей каждого канала подключена шина нулевого потенциала, к вторым входам обоих генераторов тока j-й выходной группы i-го канала, где j = 1,2,. . . ,m, а m - количество выходных групп в i-м канале многоканального электростимулятора, подключены выходы регулятора и измерителя тока j-й выходной группы i-го канала, выход первого генератора тока j-й выходной группы i-го канала соединен с анодом первого и с катодом второго диодов j-й выходной группы, вторые выводы которых подключены к выходу второго электронного ключа i-го канала, а выход второго генератора тока j-й выходной группы i-го канала соединен с анодом третьего и катодом четвертого диодов данной выходной группы, вторые выводы которых подключены к выходу первого электронного ключа i-го канала, выходы первого и второго генераторов тока j-й выходной группы служат выходами данной выходной группы.