НЕИНВАЗИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратуре электростимуляции органов и тканей.

Известен неинвазивный электростимулятор сердца, содержащий автономные источники питания, задающий генератор, преобразователь напряжения, выполненный в виде ждущего мультивибратора и двухтактного инвертора, построенного на усилителе, повышающем трансформаторе и выпрямителе, и формирователь длительного времени нарастания фронта, выполненный на F-C-L пассивном фильтре низких частот, подключенном к выходу преобразователя напряжения. Применение на выходе электростимулятора фильтра низких частот позволяет формировать прямоугольные импульсы с большими временами нарастания фронта, что обеспечивает уменьшение болевых ощущений при проведении процедуры.

Недостатком известного устройства является постоянное включенное состояние преобразователя напряжения, вследствие чего снижается КПД электростимулятора. Кроме того, в известном устройстве формирование на фильтре нижних частот из прямоугольных импульсов с крутым фронтом импульсов с заданным временем нарастания происходит за счет рассеивания в фильтре нижних частот части энергии стимулирующих импульсов. Указанная потеря энергии пропорциональна разности площадей импульсов на входе и на выходе фильтра нижних частот.

Известен неинвазивный чреспищеводный электростимулятор сердца для неотложной терапии, содержащий источник питания, последовательно соединенные блок управления, ждущий мультивибратор и первый ключ, задающий генератор, последовательно соединенные дроссель, первый диод и разделительный конденсатор, выход которого является одним выходом устройства, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй и третий входы которого связаны с выходами соответственно источника питания и первого диода, вход которого соединен с другим входом первого ключа, причем вход задающего генератора подключен к выходу источника питания. Данное устройство принято за прототип.

Недостатком известного устройства является постоянное включенное состояние преобразователя напряжения, вследствие чего КПД электростимулятора ограничивает КПД преобразователя напряжения. Кроме того, в известном устройстве возможно формирование лишь прямоугольных стимулирующих импульсов с малыми временами нарастания фронта, в то время как для снижения дискомфортных ощущений пациентов во время процедуры электростимуляции необходимо использование прямоугольных стимулирующих импульсов с большими временами нарастания фронта.

Цель изобретения - снижение болевых ощущений и повышение экономичности работы электростимулятора.

Указанная цель достигается введением в неинвазивный электростимулятор, содержащий источник питания, последовательно соединенные блок управления, ждущий мультивибратор и первый ключ, задающий генератор, последовательно соединенные дроссель, первый диод и разделительный конденсатор, выход которого является одним выходом устройства, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй и третий входы которого связаны с выходами соответственно источника питания и первого диода, вход которого соединен с другим входом первого ключа, причем вход задающего генератора подключен к выходу источника питания, второго и третьего ключа, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, первого и второго конденсатора, а также второго диода, выход которого соединен со входами дросселя, первого конденсатора, выходом третьего ключа и является другим выходом устройства, выход первого диода связан со входом второго конденсатора и другим входом третьего ключа, а источник питания подключен ко входу источника опорного напряжения и второго диода, а также другому входу второго ключа.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием новых блоков: второго и третьего ключа, первого и второго конденсатора, второго диода, а также введением новых связей между указанными и известными блоками и между известными блоками. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что указанные признаки проявляют свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, что приводит к повышению экономичности формирования прямоугольных стимулирующих импульсов с требуемым временем нарастания фронта, сравнимым по величине с длительностью самого импульса, и снижению за счет этого болевых ощущений и повышению экономичности работы электростимулятора.

Таким образом, анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод о несовпадении технических свойств указанных решений со свойствами, проявляемыми существенными отличительными признаками в предлагаемом неинвазивном электростимуляторе, и признать это техническое решение соответствующим критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена структурная схема неинвазивного электростимулятора; на фиг. 2 приведена структурная схема блока управления; на фиг.3 изображены временные диаграммы, поясняющие работу электростимулятора.

Неинвазивный электростимулятор содержит источник 1 питания, источник 2 опорного напряжения, блок 3 управления, второй ключ 4, ждущий мультивибратор 5, задающий генератор 6, первый ключ 7, второй диод 8, дроссель 9, первый диод 10, третий ключ 11, первый накопительный конденсатор 12, разделительный конденсатор 13 и второй накопительный конденсатор 14. Выход автономного источника 1 питания соединен со входами источника 2 опорного напряжения, второго ключа 4 и второго диода 8, а также со входами подключения питания задающего генератора 6 и со входом 18 блока 3 управления. Выход источника 2 опорного напряжения связан со входом 17 блока 3 управления. Вход 19 блока 3 управления подключен к точке соединения выхода 21 первого диода 10, входа третьего ключа 11, первого вывода разделительного конденсатора 13 и первого вывода второго накопительного конденсатора 14. Выход второго ключа 4 связан со входом подключения питания ждущего мультивибратора 5, выход 16 которого соединен со входом управления первого ключа 7. Выход 15 задающего генератора 6 подключен ко входам управления второго ключа 4 и третьего ключа 11. Выход второго диода 8 соединен с первыми выводами дросселя 9 и первого накопительного конденсатора 12, а также с выходом третьего ключа 11. Вторые выводы первого и второго накопительных конденсаторов 12 и 14 подключены к общей шине электростимулятора. Второй вывод дросселя 9 связан со входами первого ключа 7 и первого диода 10. Выход первого ключа 7 подключен к общей шине электростимулятора. Первая (отрицательная) шина выхода электростимулятора образуется вторым выводом разделительного конденсатора 13, а вторая (положительная) шина - выходом второго диода 8.

Блок 3 управления состоит из задатчика 22 амплитуды, третьего диода 23, первого делителя 24 напряжения, сумматора 25, компаратора 26, блокирующего конденсатора 27 и второго делителя 28 напряжения. К первому входу сумматора 25 подключены последовательно включенные третий диод 23 и первый делитель 24 напряжения, а второй вход сумматора 25 соединен со вторым делителем 28 напряжения. Первый вывод блокирующего конденсатора 27 связан с точкой соединения третьего диода 23 и первого делителя 24 напряжения. Второй вывод блокирующего конденсатора 27 соединен с общей шиной электростимулятора. К первому входу компаратора 26 подключен выход задатчика 22 амплитуды, а второй вход компаратора 26 связан с выходом сумматора 25. Вход 17 задатчика 22 амплитуды, выход 18 третьего диода 23 и вход 19 второго делителя 28 напряжения являются входами блока 3 управления. Выход 20 компаратора 26 образует выход блока 3 управления.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания напряжение питания подается на задающий генератор 6, который начинает работать в соответствии с установленной оператором частотой. Формирование стимулирующих импульсов происходит следующим образом. Импульсы на выходе 15 задающего генератора 6 отпирают второй ключ 4 и третий ключ 11. Через открытый второй ключ 4 напряжение питания подается на ждущий мультивибратор 5, и при наличии сигнала разрешения на выходе 20 блока 3 управления генерируемый мультивибратором 5 сигнал поступает с выхода 16 на вход управления первого ключа 7. Во время паузы между импульсами ждущего мультивибратора 5 первый ключ 7 открывается, благодаря чему ток от источника 1 питания через второй диод 8 и через дроссель 9 протекает на общую шину электростимулятора. При этом в дросселе 9 происходит запасание электрической энергии. Во время импульсов ждущего мультивибратора 5 первый ключ 7 закрывается и энергия дросселя 9 поступает через первый диод 10 во второй накопительный конденсатор 14 и через разделительный конденсатор 13 на выход электростимулятора. Непрерывная работа ждущего мультивибратора 5 продолжается до тех пор, пока амплитуда импульса на выходе 21 первого диода 10 не достигнет величины, установленной задатчиком 22 амплитуды блока 3 управления. Блок 3 управления снимает на выходе 20 сигнал разрешения работы ждущего мультивибратора 5 при равенстве напряжений на входах 29 и 30 компаратора 26. Сигнал на входе 30 компаратора 26 формируется путем суммирования в блоке 25 прошедшего со входа 18 через третий диод 23 и первый делитель 24 напряжения источника 1 питания и напряжения на выходе 21 первого диода 10, поступающего со входа 19 через второй делитель 28 напряжения. Блокирующий конденсатор 27 осуществляет фильтрацию высокочастотной помехи, поступающей с шины питания электростимулятора. Такое формирование сигнала на входе 30 компаратора 26 обеспечивает автоматическую корректировку сравниваемого с опорным напряжением с учетом изменения напряжения источника 1 питания в процессе эксплуатации (например, при разряде источника 1 питания в случае, если он выполнен автономным), что позволяет исключить влияние нестабильности источника питания на точность формирования амплитуды стимулирующих импульсов.

Описанное выше формирование амплитуды стимулирующего импульса происходит с заданным временем нарастанием фронта, определяемым главным образом индуктивными свойствами дросселя 9. Время нарастания фронта может быть определено по следующей приближенной формуле
t_фр.= 0,1 · · 1 - где U_с - напряжение стимуляции;
U_ип - напряжение источника питания;
L - величина индуктивности дросселя 9;
С - величина емкости второго накопительного конденсатора 14;
F - частота работы ждущего мультивибратора 5;
t_и - длительность импульса ждущего мультивибратора 5.

Дроссель 9 может быть снабжен демпфирующей цепью для предотвращения возможного возбуждения контура, образованного первым накопительным конденсатором 12 и дросселем 9.

Дальнейшая работа ждущего мультивибратора 5, а соответственно и первого ключа 7 с дросселем 9 происходит периодически для поддержания требуемой амплитуды напряжения на выходе 21 первого диода 10 в течение длительности Т_и импульса на выходе 15 задающего генеpатора 6. Напряжение на нагрузке имеет некоторый спад, определяемый параметрами нагрузки и разделительным конденсатором 13.

После окончания импульса длительностью Т_и на выходе 15 задающего генератора 6 третий ключ 11 обеспечивает формирование среза стимулирующего импульса, поступающего на выход электростимулятора. При этом второй диод 8 запирается и энергия, запасенная во втором накопительном конденсаторе 14, перераспределяется между ним и первым накопительным конденсатором 12. Причем если величина емкости конденсатора 12 выбрана намного больше, чем конденсатора 14, то при формировании достаточно короткого среза импульса (по сравнению с фронтом) практически вся запасенная в конденсаторе 14 энергия перейдет в конденсатор 12. Поэтому при формировании следующего стимулирующего импульса потребление энергии будет происходить от заряженного первого накопительного конденсатора 12, и лишь по мере разряда его - от источника 1 питания. Таким образом, "возвращенная" на этапе формирования среза в конденсатор 12 энергия используется при формировании последующего импульса, что и обеспечивает повышение экономичности работы электростимулятора. А экономично формируемый фронт стимулирующих импульсов, сравнимый по длительности с длительностью самого импульса обеспечивает снижение болевых ощущений при проведении процедуры.

Описанные блоки электростимулятора особенностей не имеют и могут быть выполнены по известным в технике решениям.

Таким образом, предлагаемый неинвазивный электростимулятор по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает снижение болевых ощущений и повышение экономичности работы.

Использование: изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратуре электростимуляции органов и тканей. Сущность: в неинвазивный электростимулятор, содержащий источник питания, последовательно соединенные блок управления, ждущий мультивибратор и первый ключ, задающий генератор, последовательно соединенные дроссель, первый диод и разделительный конденсатор, выход которого является одним выходом устройства, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй и третий входы которого связаны с выходами соответственно источника питания и первого диода, вход которого соединен с другим входом первого ключа, причем вход задающего генератора подключен к выходу источника питания, второго и третьего ключа, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, первого и второго конденсатора, а также второго диода, выход которого соединен со входами дросселя, первого конденсатора, выходом третьего ключа и является другим выходом устройства, выход первого диода связан со входом второго конденсатора и другим входом третьего ключа, а источник питания подключен ко входу источника опорного напряжения и второго диода, а также к другому входу второго ключа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. НЕИНВАЗИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, содержащий источник питания, последовательно соединенные блок управления, ждущий мультивибратор и первый ключ, задающий генератор, последовательно соединенные дроссель, первый диод и разделительный конденсатор, выход которого является одним выходом устройства, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй и третий входы которого связаны с выходами соответственно источника питания и первого диода, вход которого соединен с другим входом первого ключа, причем вход задающего генератора подключен к выходу источника питания, отличающийся тем, что, с целью снижения болевых ощущений и повышения экономичности работы, в него введены второй и третий ключи, первый и второй конденсаторы, а также второй диод, выход которого соединен с входами дросселя, первого конденсатора, выходом третьего ключа и является другим выходом устройства, выход первого диода связан с входом второго конденсатора и другим входом третьего ключа, а источник питания подключен к входу источника опорного напряжения и второго диода, а также другому входу второго ключа. 2. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит задатчик амплитуды, третий диод и первый делитель напряжения, входы которых являются первым, вторым и третьим входами блока управления, второй делитель напряжения, третий конденсатор, сумматор и компаратор, один и другой входы которого подключены к выходам задатчика амплитуды и сумматора, входы которого связаны с выходами первого и второго делителей напряжения, а выход третьего диода соединен с входами второго делителя напряжения и третьего конденсатора.