СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЧЕК ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1997 года по МПК H03K3/64 A61N1/36 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования пачек импульсов, например, в медицинских электронных приборах - электростимуляторах мышц.

Изобретение направлено на решение задач создания предпосылок для выработки правильного двигательного стереотипа путем улучшения координационных соотношений активизации мышц, искусственного управления движениями различного уровня сложности, снижения рефлекторного тонуса мышц при лечении больных с системными нарушениями мышечного тонуса (детский церебральный паралич), а также при изменении условий функционирования сухожильных и мышечных рецепторов.

Известен способ формирования пачки импульсов, в котором длительность стимулирующего воздействия определяется блоками задержки (время задержки 0,4-7,5 с). Генератор тактовых импульсов (ГТИ) запускается сигналом с выхода элемента ИЛИ и вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой 100±30 Гц. С выхода генератора тактовых импульсов импульсы поступают на симметричный триггер, который делит их частоту в отношении 1:2. Одновременно импульсы с выхода ГТИ поступают на формирователи стимулирующих импульсов (ФСИ) двух каналов. ФСИ определяет длительность импульсов стимуляции. Импульсные последовательности с выходов формирователя пачки импульсов (ФПИ) обоих каналов, симметричного триггера и ФСИ обоих каналов поступают на входы трехвходовых схем и каждого канала. На выходах элементов и образуются полные стимулирующие импульсы обоих каналов. Эти импульсы поступают в выходные каскады каналов, где происходит усиление мощности и регулировка амплитуды. С выходов каналов импульсы поступают на первичные обмотки выходного трансформатора, с вторичной обмотки которого происходит фазовое расщепление (разделение) импульсов разной полярности по каналам [1]
Известен способ формирования пачки импульсов ("Корректор движений "КОРД-1" "Протезирование и протезостроение", вып. 65, 1983 г. 130-137, ЦНИИПП).

В известном способе осуществляется электрическая стимуляция мышц сериями однополярных электрических импульсов. Серии импульсов синхронизируются при ходьбе с движениями в коленном или тазобедренном суставе и формируются периодически при тренировке мышц в покое. Регулируется длительность стимулирующих импульсов в пределах 20 200 мкс, продолжительность возбуждения мышц в пределах 0,2 2,0 с, продолжительность отдыха мышц в пределах 0,4 - 7,5 с, задержка начала стимуляции в режиме "коррекция" после срабатывания датчика синхронизации в пределах 0,09 0,9 с. Индивидуально подбираются параметры частоты стимулирующих импульсов в пределах 40 400 Гц.

Известен способ формирования пачки импульсов ("Ортопедический аппарат с электронной системой управления" "Протезирование и протезостроение". М. ЦНИИПП, вып. 80, с. 123 127).

В известном способе в качестве информативного параметра используется угол сгибания разгибания сустава. Регулируется длительность задержки стимулирующего сигнала относительно момента срабатывания датчика синхронизации (информационный параметр), длительность пачки выходных импульсов, частота следования импульсов, амплитуда напряжения стимулирующего сигнала.

Для решения поставленных задач в предлагаемом способе формирования пачек импульсов осуществляют следующие операции:
регулирование задержки формирования пачек импульсов относительно импульса запуска в пределах 0 1,0 с;
задание частоты следования импульсов в пачке в пределах 40 80 Гц;
регулирование общей длительности пачки импульсов в пределах 50 1250 мс;
регулирование амплитуды выходных импульсов в пределах от 0 до 105 В;
задание фиксированной длительности одиночного импульса.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 временные диаграммы работы устройства для реализации способа; на фиг.3 - принципиальная схема устройства для реализации способа; на фиг.4 реальная осциллограмма одиночного импульса предлагаемого способа (сплошная линия) и способа-прототипа (пунктирная линия. На участке совпадения осциллограммы предлагаемого способа и способа-прототипа пунктирная линия для удобства восприятия показана рядом со сплошной линией).

На фиг. 1 изображены вход 1 внешнего датчика синхронизации, генератор 2 инфранизкочастотных (ГИНЧ) колебаний, каналы I и II, каждый из которых содержит регулятор 3 фазы, одновибратор 4, модулятор 5, усилитель-формирователь 6, выход 7 I-го канала, выход 8 ll-го канала. Кроме того, на фиг.1 изображены блок 9 индикации и генератор 10 тактовых импульсов (в данном случае генератор низкой частоты).

Вход 1 предназначен для поступления сигнала от внешнего датчика синхронизации стимулирующего воздействия в режиме "коррекция".

ГИНЧ 2 предназначен для формирования команд стимуляции мышц в режиме "тренировка".

На фиг.3 изображены ГИНЧ 2, в состав которого входят элементы HE 11, HE 12, резистор 13, резистор 14, конденсатор 15.

ГТИ 10, в состав которого входят элементы HE 16, HE 17, резисторы 18, 19, 20, конденсатор 21.

Канал I(II), в состав которого входят регулятор 3 фазы, одновибратор 4, модулятор 5, усилитель-формирователь 6.

Регулятор 3 фазы содержит D-триггер 22 (23), резистор 24 (25), конденсатор 26 (27).

Одновибратор 4 содержит D-триггер 28 (29), резистор 30 (31), конденсатор 32 (33), диод 34 (35).

Усилитель-формирователь 6 содержит конденсатор 36 (37), резистор 38 (39), резистор 40 (41), транзистор 42 (43), трансформатор 44 (45), резистор 46 (48), резистор 47 (49), диод 50 (51).

Модулятор 5 содержит элемент HE 52 (53), резистор 54 (55).

Блок 9 индикации содержит резистор 56, резистор 57, транзисторный ключ 58, резистор 59, светодиод 60.

На фиг.3 также показаны накопительный конденсатор 61, резистор 62, точки 63 и 64 подключения источника питания, разъемы 65-67, переключатель К2: Контакты "5" и "6" разъема 66 (сигнал "SIN") служат для подключения внешнего датчика синхронизации к входу 1.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от положения переключателя К1 входным сигналом каналов I И II является либо сигнал от внешнего датчика синхронизации (режим "коррекция"), либо непрерывно следующие с частотой 0,3 Гц прямоугольные импульсы от ГИНЧ 2 (режим "тренировка"). Входной сигнал в режиме "коррекция" синхронизирован с движениями сустава.

Отрицательный фронт входного сигнала переключает в низкий логический уровень C-вход D-триггера 22 (23) регулятора 3 фазы, инициируя начало регулируемой в пределах 0 1 с временной задержки срабатывания одновибратора 4 и соответственно начало формирования пачки стимулирующих импульсов. По прошествии этой временной задержки регулятор 3 фазы запускает одновибратор 4, задающий длительность пачки выходных импульсов. Резистором 30 (31) ее можно регулировать в пределах 50 1250 мс. С выхода одновибратора 4 импульс поступает на первый вход модулятора 5, на второй вход которого постоянно подаются тактовые импульсы с ГТИ 10 с частотой, заданной в пределах от 40 до 80 Гц. При регулировке общей длительности вырезаемой модулятором 5 пачки тактовый импульсов в пределах 50 1250 мс количество отдельных тактовых импульсов в ней может, таким образом, составлять от 2 до 100.

Пакет тактовых импульсов с ГТИ 10, промодулированных модулятором 5, поступает на вход усилителя-формирователя 6. Тактовые импульсы пакета по своему переднему фронту открывают имеющийся в усилителе-формирователе 6 транзисторный ключ 42 (43), который разряжает накопительный конденсатор 61 через первичную обмотку трансформатора 44 (45) и таким образом формирует импульсы. Трансформатор 44 (45) усилителя-формирователя 6 обеспечивает повышение напряжения выходных импульсов и гальваническую развязку выходных и управляющих цепей устройства.

Регулировка амплитуды в пределах от 0 до 105 B осуществляется с помощью резистивных делителей 46, 47 (48, 49), включенных в качестве нагрузки вторичной обмотки трансформатора 44 (45).

Блок 9 индикации подключен по схеме ИЛИ к обоим каналам. С помощью транзисторного ключа 58 на время генерации пакета импульсов в любом из каналов включается светодиод 60, расположенный на передней2 панели устройства. Свечение светодиода 60 индицирует, таким образом, активное состояние устройства.

Временные диаграммы сигналов в соответствующих точках блок-схемы показаны на фиг. 2. Две верхние диаграммы являются альтернативой. Первая диаграмма соответствует входному сигналу "SIN" от внешнего датчика синхронизации в режиме "коррекция". Следующая диаграмма соответствует входному сигналу каналов, вырабатываемому ГИНЧ 2 (режим "коррекция". Фронт "SYN" показан совпадающим с отрицательным фронтом ГИНЧ 2 условно, для удобства и в режиме "коррекция" приводит к формированию лишь одного из представленных на диаграммах и пакетов (в интервалах времени t2 t5), в то время как режим "тренировка" соответствует диаграммам полностью.

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для формирования пачек импульсов, например, в медицинских электронных приборах - электростимуляторах мышц. Сущность изобретения: способ формирования пачек импульсов включает в себя следующие операции: подачу импульсов запуска, импульсов тактовой частоты, задержку формируемой серии импульсов относительно фронтов импульса запуска, формирование серий прямоугольных импульсов заданной частоты следования, длительности пачки, регулирования амплитуды выходных импульсов, при этом задержку формируемой серии импульсов относительно фронтов импульса запуска регулируют в пределах 0 - 1,0 с, величину частоты следования импульсов регулируют в пределах 40 -80 Гц, величину длительности пачки импульсов регулируют в пределах 50 - 1250 мс, регулирование амплитуды выходных импульсов в пределах от 0 - 105 B осуществляют при помощи резистивных делителей с изменяемым сопротивлением, длительность одиночного импульса задают фиксированной. 4 ил.

Способ формирования пачек импульсов, включающий подачу импульсов запуска, импульсов тактовой частоты, формирование импульсов, задержанных относительно фронтов импульсов запуска, формирование на основе задержанных импульсов и импульсов тактовой частоты пачек импульсов с заданной длительностью пачки и заданной частотой следования импульсов в пачке и последующее регулирование амплитуды импульсов в пачке, отличающийся тем, что регулируют задержку формируемых пачек импульсов относительно фронтов импульсов запуска в пределах 0 1 с, частоту следования импульсов в пачке регулируют в пределах 40 80 Гц, длительность пачки импульсов регулируют в пределах 50 1250 мс, регулирование амплитуды импульсов в пачке в пределах 0 105 В осуществляют при помощи резистивных делителей напряжения с изменяющимся сопротивлением, длительность одиночного импульса в пачке задают фиксированной.