ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА Российский патент 1996 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано, например, в постхирургической терапии как в амбулаторных, так и в клинических условиях, а также при профилактике желудочно-кишечных заболеваний.

Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий дренажные трубки, на которых размещены электроды (см. SU, авт.св. N 1389776, 1988).

Недостатком известного электростимулятора является относительно высокая травматизация пациентов, вызванная необходимостью удаления электродов вместе с трубками через горло.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий капсулу, в которой расположен источник питания, на внешней поверхности капсулы выполнены два электрода (см. RU, авт.св. N 936931, 1982).

При этом в капсуле также расположен генератор, а корпус капсулы выполнен в виде двух электрических изолированных частей, служащих электродами и контактирующих со стенкой кишечника.

Однако известный электростимулятор имеет относительно невысокую эффективность электростимуляции, обусловленную частичным согласованием электрического поля двух электродов с морфологией мышечной ткани желудочно-кишечного тракта, а также отсутствием адаптации стимуляции к состоянию и условиям различных отделов желудочно-кишечного тракта. Кроме того, он характеризуется неэффективным энергопотреблением, что может повлиять на эксплуатационную надежность. Кроме того, отсутствие адаптации стимуляции к состоянию и условиям различных отделов желудочно-кишечного тракта может привести к побочным действиям на организм пациента.

Недостаточная эффективность электростимуляции, обусловленная отсутствием адаптации стимуляции к состоянию и условиям различных отделов желудочно-кишечного тракта, объясняется тем, что каждому отделу желудочно-кишечного тракта, который проходит электростимулятор, присущи свои морфологические особенности (геометрические размеры, направление и т.д.), а также свое определенное значение рН внутренней среды, определяющее его функциональное и физиологическое назначение, т.е. условия применения в каждом отделе тракта должны быть разные.

Однако известный электростимулятор вырабатывает электрические импульсы с усредненными параметрами, которые не оптимизированы для каждого отдела, что также может вызвать побочное действие на организм пациента.

Относительно невысокая эффективность электростимуляции, обусловленная частичным согласованием электрического поля двух электродов с морфологией мышечной ткани желудочно-кишечного тракта, объясняется тем, что мышечная ткань содержит наружный продольный и внутренний круговой слои, одновременное или поочередное электрическое воздействие на которые требуют наличия электрических полей, направления напряженностей которых направлены взаимно ортогонально, что отсутствует при использовании известного электростимулятора. При его движении электрическое поле двух электродов стимулирует в основном только продольный мышечный слой, т.е. волна перистальтики в этом случае не возникает или возникает достаточно редко и носит неустойчивый характер, что снижает эффективность электростимуляции.

Невысокая надежность известного электростимулятора за счет неэффективного энергопотребления вызвана невозможностью минимизации энергопотребления в режиме пассивного хранения, так как известный электростимулятор находится в состоянии динамического режима работы постоянно, начиная с момента его сборки и далее в процессе хранения и после введения в желудочно-кишечный тракт пациента.

Целью изобретения является создание электростимулятора, обеспечивающего одновременное или поочередное наличие электрических полей, направления напряженностей которых взаимно ортогональны, без ухудшения габаритных характеристик; обеспечение адаптации электростимуляции к состоянию и условиям различных отделов желудочно-кишечного тракта, сокращающей побочное действие электростимуляции на организм пациента; минимизация энергопотребления в режиме пассивного хранения.

Это достигается тем, что в электростимуляторе желудочно-кишечного тракта, содержащий капсулу, в которой расположен источник питания, на внешней поверхности капсулы выполнены два электрода, введены последовательно соединенные блок контроля состояния внешней среды, анализатор уровня сигнала, микропроцессор и формирователь импульсов, размещенные в капсуле, n электродов, где n 2,3,4, и определяется степенью лечебного эффекта и технологической возможностью изготовления электродов, причем электроды соединены с выходами формирователя импульсов и с входами блока контроля состояния среды, при этом все электроды расположены на внешней поверхности капсулы.

Кроме того, капсула может быть выполнена в виде трубчатого элемента с крышками, на противоположных концах которого по цилиндрической поверхности расположено по одной группе электродов.

Кроме того, капсула может быть выполнена в виде двух соединенных колпачков, на каждом из которых по образующей поверхности расположено по одной группе электродов.

Увеличенное количество электродов, их расположение и формирование электродной системы в виде отдельных групп позволяет одновременно: варьировать количеством электродов, участвующих в стимуляции, для усиления или ослабления импульсного воздействия; создать сканирующее воздействие на продольные и круговые слои мышечной ткани желудочно-кишечного тракта посредством перебора комбинаций пар из разнополярных электродов; сохранять функциональные возможности при выходе из строя отдельных электродов, т.е. повысить эксплуатационную надежность; создать такую коммутацию электродов, при которой осуществляется одновременно или поочередно образование электростимулирующих пар из разнополярных электродов, направления напряженностей полей которых взаимно ортогональны.

Введение последовательно соединенных блока контроля состояния внешней среды, анализатора уровня сигнала, микропроцессора и формирователя импульсов одновременно позволяет: формирователю импульсов вырабатывать электрические импульсы с параметрами, оптимизированными для каждого отдела желудочно-кишечного тракта, что повышает эффективность электростимуляции и исключает побочное воздействие на пациента; создать автономный диагностический монитор для измерения рН, при этом значения рН находятся в функциональной зависимости от значений импеданса сопротивления между электродами, поступающих на вход блока контроля состояния внешней среды; варьировать комбинациями пар из разнополярных электродов, что при малом временном значении паузы между сериями импульсов и относительно невысокой скорости движения капсулы позволяет создать сканирующее воздействие на продольные и круговые слои мышечной ткани желудочно-кишечного тракта при относительно низком быстродействии микропроцессора (вышеуказанное воздействие обеспечивает устойчивый характер стимуляции, например, в виде волны перистальтики, что значительно повышает эффективность электростимуляции); сформировать обратную связь в цепи питания предлагаемого устройства, сведя к минимуму энергопотребление в режиме хранения.

Таким образом, при осуществлении изобретения повышается эффективность электростимуляции и эксплуатационная надежность.

На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция электростимулятора с одним из примеров выполнения капсулы в виде трубчатого элемента с крышками, на противоположных концах которого по цилиндрической поверхности расположено по одной группе электродов; на фиг. 2 функциональная электрическая схема; на фиг. 3 предлагаемая конструкция электростимулятора с другим примером выполнения капсулы в виде двух соединенных колпачков, на каждом из которых по образующей поверхности расположено по одной группе электродов; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема блока контроля состояния внешней среды, пример выполнения.

Предлагаемый электростимулятор содержит капсулу 1, в которой расположены электронный блок 2 и источник 3 питания (см.фиг.1). На внешней поверхности капсулы 1 выполнены электроды 4, общее количество которых равно (2 + n), где n 2,3,4, и определяется степенью лечебного эффекта и технологической возможностью изготовления электродов 4. Электронный блок 2 состоит из последовательно соединенных блока 5 контроля состояния внешней среды,анализатора 6 уровня сигнала, микропроцессора 7 и формирователя 8 импульсов (см.фиг.2). Электроды 4 соединены с выходами формирователя 8 импульсов и с входами блока 5 контроля состояния внешней среды. Кроме того, капсула 1 может быть выполнена, например, в виде трубчатого элемента 9 с крышками 10, на противоположных концах которого по цилиндрической поверхности расположено по одной группе электродов 4 (см.фиг.1). При этом крышки 10 могут иметь, например, полусферическую. куполообразную или другую форму.

Кроме того, капсула 1 может быть выполнена, например, в виде двух соединенных колпачков 11, на каждом из которых по образующей поверхности расположено по одной группе электродов 4 (см.фиг.3), при этом колпачки 11 могут иметь, например, шарообразную, конусообразную или иную другую форму.

Общее количество электродов 4 определяется технологическими возможностями их изготовления. Так, например, вакуумное напыление позволяет получить максимальное количество электродов, расположенных по окружности, за счет возможности формирования минимального зазора между смежными электродами при толщине электродов равной, примерно, 20 мкм.

Кроме того, количество электродов 4 определяется требуемой степенью достигаемого лечебного эффекта, получаемого при использовании предлагаемого электростимулятора. Так, например, увеличенное количество электродов позволяет варьировать количеством электростимулирующих пар из разнополярных электродов с целью усиления или ослабления импульсного воздействия.

Блок 5 контроля состояния внешней среды может, например, содержать К одинаковых компараторов 12, где К 2,3, 4, и равно количеству электростимулирующих пар из разнополярных электродов 4 (см.фиг.4). При этом инвертирующий вход каждого компаратора 12 соединен через опорное сопротивление 13 с источником 3 питания для подачи эталонного напряжения, а неинвертирующий с выходом делителя 14 напряжения, входы которого подключены к паре разнополярных электродов 4 для измерения импеданса сопротивления электродов.

Выход каждого компаратора 12 соединен с соответствующим входом анализатора 6 уровня сигнала. Компараторы 12 производят сравнение напряжений и вырабатывают сигналы БОЛЬШЕ или МЕНЬШЕ.

Анализатор 6 уровня сигнала может, например, содержать дешифратор и регистр состояния (регистр результата). Схема дешифратора может состоять из логических элементов КМОП транзисторов и реализует таблицу истинности выбора минимального уровня, регистрируемого блоком 5 контроля состояния внешней среды. Сигналы БОЛЬШЕ или МЕНЬШЕ поступают с выхода компараторов 12 блока 5 контроля состояния внешней среды на входы логических элементов. Проходя через логические элементы, вышеуказанные сигналы анализируются попарно (предыдущий с последующим) и преобразуются на одном из выходов в низкий логический уровень, а на остальных в высокий. Низкий логический уровень является признаком запуска программы микропроцессора 7, реализующей режим работы при минимальном значении регистрируемого параметра. Данные уровни поступают в регистр состояния,который используется микропроцессором 7 как регистр заявок, каждой из которых соответствует своя программа работы микропроцессора 7.

Микропроцессор 7 может, например содержать блок управления, блок ЗУ или блок ППЗУ, в котором хранятся несколько групп стимулирующих параметров, и блок синхронизации.

Формирователь 8 импульсов может, например, содержать линейные ключи на три состояния, обеспечивающие подачу на каждый электрод 4 уровня сигнала "+" или "-" источника 3 питания, а также отключение их от цепи питания, распределитель импульсов в серии, состоящий из счетчика и шифратора и обеспечивающий поочередное включение потенциальных входов ключей к выходу счетчика и блокирование неиспользуемых ключей, управляемый делитель частоты, имеющий входные шины управления и обеспечивающий формирование импульсной последовательности из необходимого числа импульсов в серии (общее количество импульсов в каждой серии определяется общим количеством электродов 4) с частотой повторения серий, близкой к частоте следования естественной волны перистальтики, и управляющий синхронизатор, вырабатывающий частоту, которая необходима для формирования требуемой длительности стимулирующих импульсов (6-10 мс), при этом вход управляющего синхронизатора является входом формирователя 8 импульсов, а выход соединен с управляемым делителем частоты.

Предлагаемый электростимулятор работает следующим образом.

Электростимулятор вводится в желудочно-кишечный тракт пациента путем проглатывания. Серии прямоугольных импульсов с параметрами, оптимизированными для данного отдела желудочно-кишечного тракта, поступают с формирователя 8 импульсов на электроды 4. При этом в паузе между сериями импульсов блок 5 контроля состояния внешней среды измеряет импеданс между электродами 4, а результаты измерения поступают на соответствующие входы анализатора 6 уровня сигнала. Анализатор 6 уровня сигнала связан с микропроцессором 7 посредством многофазной связи, каждая из которых является входом в соответствующую программу микропроцессор 7, содержащую определенную группу стимулирующих параметров. В соответствии с каждой программой происходит управление параметрами формирователя 8 импульсов в зависимости от его конструкции, такими как:
его отключение в режиме хранения, при котором формирователь 8 импульсов находится в статическом режиме при минимальном энергопотреблении от источника 3 питания, что существенно повышает эксплуатационную надежность;
его включение при попадании в жидкую среду (в желудочно-кишечный тракт);
амплитудой стимулирующих импульсов, которая находится в функциональной зависимости, например от рН разных отделов желудочно-кишечного тракта, что позволяет предлагаемому электростимулятору выполнять функции автономного диагностического монитора рН;
количество электростимулирующих пар из разнополярных электродов 4, участвующих в стимуляции для усиления или ослабления импульсного воздействия;
выбором требуемой коммутации электродов 4, при которой осуществляется, например, одновременно или поочередно образование электростимулирующих пар из разнополярных электродов 4 как в пределах каждой группы, так и из электродов обеих групп. Вышеуказанное образование электростимулирующих пар, направления напряженностей электрических полей которых взаимно ортогональны, обеспечивает одновременное или поочередное возбуждение как продольных, так и круговых слоев мышечной ткани независимо от ориентации капсулы 1 в любом отделе желудочно-кишечного тракта, что существенно повышает эффективность электростимуляции;
перебором комбинации вышеуказанных пар, каждая из которых сдвинута относительно предыдущей комбинации, например, на установленный шаг, что создает круговое сканирующее воздействие на мышечную ткань желудочно-кишечного тракта, существенно повышающее степень эффекта электростимуляции. Вышеуказанное воздействие возможно благодаря наличию большого количества электродов, их расположению, малому временному значению паузы между сериями импульсов и небольшой скорости движения капсулы;
длительностью паузы между сериями импульсов;
длительностью отдельных импульсов.

Электрическое воздействие на мышечную ткань вызывает, в частности, появление ответной реакции в виде устойчивой волны перистальтики, которая продвигает электростимулятор и содержимое, например, кишечного тракта в дистальные его отделы, на которые подается очередная серия импульсов, и процесс повторяется.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано, например. в постхирургической терапии как в амбулаторных, так и в клинических условиях, а также при профилактике желудочно-кишечных заболеваний. Сущность: электростимулятор содержит капсулу 1, в которой расположены последовательно соединенные блок 5 контроля состояния внешней среды, анализатор 6 уровня сигнала, микропроцессор 7 и формирователь 8 импульсов, подключенные к источнику 3 питания. На внешней поверхности капсулы 1 выполнены электроды 4, общее количество которых равно 2 + n, где n = 2,3,4... и определяется степенью лечебного эффекта и технологической возможностью изготовления электродов, которые соединены с выходами блока 8 и с входами 5 контроля состояния внешней среды. Стимулятор вырабатывает стимулирующие импульсы с параметрами, оптимизированными для каждого отдела желудочно-кишечного тракта и создает сканирующее воздействие на его мышечные ткани, при этом блок 8 осуществляет образование электростимулирующих пар из разнополярных электродов 4, направления напряженностей полей которых взаимно ортогональны. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий капсулу, в которой расположен источник питания, на внешней поверхности капсулы выполнены два электрода, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные блок контроля состояния внешней среды, анализатор уровня сигнала, микропроцессор и формирователь импульсов, размещенные в капсуле, n электродов, где n 2, 3, 4, и определяется степенью лечебного эффекта и технологической возможностью изготовления электродов, электроды соединены с выходами формирователя импульсов и с входами блока контроля состояния внешней среды, при этом все электроды расположены на внешней поверхности капсулы. 2. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что капсула выполнена в виде трубчатого элемента с крышками, на противоположных концах которого по цилиндрической поверхности расположено по одной группе электродов. 3. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что капсула выполнена в виде двух соединенных колпачков, на каждом из которых по образующей поверхности расположено по одной группе электродов.