ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для стимуляции органов и тканей, в частности, предназначено для определения степени сократимости лоскута аутомышцы при имплантации электростимулятора мышечного насоса крови и применяется, например, в процессе операции динамической кардиомиопластики, при проведении экспериментальных исследований на животных и т. п.

Известен электостимулятор мышечного насоса крови, содержащий связанные между собой блок измерения длительности кардиоциклов, кардиальный канал, мышечный канал и блок регулирования общей длительности воздействия на аутомышцу (авт. свид. N 1597200, кл. А 61 N 1/362, 1988). Кардиальный канал включает в себя последовательно соединенные входной блок преобразования кардиального сигнала и формирователь интервала блокировки, причем вход кардиального канала соединен с сердцем. Мышечный канал выполнен в виде последовательно соединенных программируемого делителя кардиоциклов, генератора стимулирующих импульсов и выходного каскада, причем выход мышечного канала подключен к лоскуту аутомышцы. Блок измерения длительности кардиоциклов включает в себя последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов, счетчик и регистр, при этом второй вход счетчика соединен со вторым входом генератора стимулирующих импульсов. Блок регулирования общей длительности воздействия на аутомышцу содержит в своем составе дешифратор и подключен ко второму входу генератора стимулирующих импульсов.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном электростимуляторе отсутствует возможность регулировки амплитуды стимулирующих импульсов. Это препятствует адекватной оценке степени сократимости лоскута аутомышцы при установке на него стимулирующего электрода, что снижает качество и надежность установки этого электрода.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является неинвазивный электростимулятор, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь импульсов, регулятор напряжения, двухтактный повторитель напряжения, накопительный конденсатор и электроды, а также разрядный блок и источник питания (авт. свид. N 1648498, кл. А 61 H 1/36, 1989). Выход двухтактного повторителя напряжения подключен к разрядному блоку, управляющий вход которого связан со вторым выходом формирователя импульсов. Данный электростимулятор принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве обеспечивается регулирование амплитуды стимулирующих импульсов, однако, данный электростимулятор формирует только одиночные импульсы. Определение степени сократимости лоскута аутомышцы на одиночном импульсе также не является адекватным, т.к. будет отличаться от реального значения порога стимуляции мышцы при использовании пачки импульсов в имплантируемом аппарате.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключаются в обеспечении адекватности условий возбуждения лоскута аутомышцы при пробной стимуляции от измерительного электростимулятора в процессе локализации и фиксации мышечного электрода и при постоянной стимуляции от имплантированного электростимулятора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения заключается в повышении точности определения запаса по амплитуде стимулирующих импульсов имплантируемого электростимулятора при локализации стимулирующего электрода на мышце.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном электростимуляторе, содержащем последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь импульсов, регулятор напряжения, двухтактный повторитель напряжения, накопительный конденсатор и электроды, а также разрядный блок и источник питания, причем выход двухтактного повторителя напряжения подключен к разрядному блоку, управляющий вход которого связан со вторым выходом формирователя импульсов. Формирователь импульсов выполнен в виде формирователя пачек импульсов.

Кроме того, в данном электростимуляторе генератор импульсов может быть выполнен в виде генератора одиночных импульсов с однократным пуском.

Также в электростимулятор дополнительно введен резистор, включенный между выходом повторителя напряжения и общей шиной электростимулятора.

Помимо этого, в электростимулятор дополнительно введен ключ, включенный между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа соединен с третьим выходом формирователя пачек импульсов.

Дополнительно в злектростимуляторе формирователь пачек импульсов выполнен с задержкой запуска по отношению к входному сигналу с выхода генератора импульсов.

Кроме этого, в электростимуляторе формирователь пачек импульсов выполнен в виде формирователя "пауза-импульс." по своему первому выходу, связанному со входом регулятора напряжения (т.е. формирующий на своем первом выходе после запуска сначала паузу, а потом импульс).

Также дополнительно в электростимулятор введен второй ключ, установленный между общей шиной электростимулятора и резистором, причем управляющий вход ключа связан с третьим выходом формирователя пачек импульсов.

Кроме того, в электростимуляторе первый и вторые ключи, установленные между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора и между общей шиной электростимулятора и резистором, выполнены в виде одного общего ключа, соединяющего резистор и вывод подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения с общей шиной электростимулятора.

Предложенный электростимулятор, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь, выполненный в виде формирователя пачек, регулятор напряжения, двухтактный повторитель напряжения, накопительный конденсатор и электроды, а также разрядный блок и источник питания, причем выход двухтактного повторителя напряжения подключен к разрядному блоку, управляющий вход которого связан со вторым выходом формирователя обеспечивает следующее. Благодаря выполнению формирователя в виде формирователя пачек обеспечивается адекватность условия возбуждения лоскута аутомышцы при пробной стимуляции от измерительного электростимулятора в процессе локализации и фиксации мышечного электрода и при постоянной стимуляции от имплантированного электростимулятора.

Предложенное выполнение в данном электростимуляторе генератора импульсов в виде генератора одиночных импульсов с однократным пуском исключает избыточную нагрузку, снижает риск травмы мышцы, а также обеспечивает методическое удобство процедуры измерения, т.к. пачки импульсов подаются только по команде хирургов в моменты времени, необходимые им для локализации или фиксации электрода на мышце.

Предложенное введение в электростимулятор резистора, включенного между выходом повторителя напряжения и общей шиной электростимулятора, обеспечивает одинаковую амплитуду импульсов в пределах одной пачки, что исключает дополнительную погрешность.

Предложенное введение в электростимулятор дополнительного ключа, включенного между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа соединен с третьим выходом формирователя пачек, устраняет потерю накопительным конденсатором своего заряда в паузе между пачками импульсов. Тем самым, исключаются возможные искажения в формировании амплитуд первых импульсов пачек, а также повышается экономичность работы электростимулятора.

Предложенное выполнение в электростимуляторе формирователя пачек с задержкой запуска по отношению к сигналу с выхода генератора импульсов обеспечивает неискаженное формирование первого импульса пачки за счет обеспечения восстановления заряда накопительного конденсатора в течение интервала задержки.

Предложенное выполнение в электростимуляторе формирователя пачек в виде формирователя "пауза-импульс." по своему первому выходу, связанного со входом регулятора напряжения, обеспечивает необходимое время для восстановления заряда накопительного конденсатора за счет введения принудительной паузы в начале формирования каждой пачки стимулирующих импульсов.

Предложенное введение в разрыв между общей шиной электростимулятора и резистором дополнительного ключа, управляющий вход которого связан с третьим выходом формирователя пачек, позволяет исключить разряд накопительного конденсатора через этот резистор на общую шину электростимулятора в паузах между пачками стимулирующих импульсов.

Предложенное выполнение в электростимуляторе первого и второго ключей, установленных между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора и между общей шиной электростимулятора и резистором, в виде одного общего ключа, соединяющего резистор и вывод подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения с общей шиной электростимулятора позволяет упростить электростимулятор с сохранением вышеуказанных технических результатов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывает, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого случая результата;
увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема заявленного устройства, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства, а на фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу формирователя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Электростимулятор содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, формирователь 2, регулятор 3 напряжения, двухтактный повторитель 4 напряжения, накопительный конденсатор 5 и электроды 6, а также разрядный блок 7, источник 8 питания, резистор 9, первый ключ 10 и второй ключ 11. Выход двухтактного повторителя 4 напряжения подключен к разрядному блоку 7, управляющий вход которого связан со вторым выходом 13 формирователя 2. В разрыв между общей шиной электростимулятора и резистором 9 введен второй ключ 11, управляющий вход которого связан с третьим выходом 14 формирователя 2. Второй вывод резистора 9 соединен с выходом двухтактного повторителя 4 напряжения. Первый ключ 10 установлен между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора 3 напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход этого ключа 10 соединен с третьим выходом 14 формирователя 2. Формирователь 2 выполнен в виде формирователя пачек.

Кроме того, в данном электростимуляторе генератор 1 импульсов может быть выполнен в виде генератора одиночных импульсов с однократным пуском.

Также в электростимулятор дополнительно введен резистор 9, включенный между выходом повторителя 4 напряжения и общей шиной электростимулятора.

Помимо этого, в электростимулятор дополнительно введен первый ключ 10, включенный между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора 3 напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа 10 соединен с третьим выходом 14 формирователя 2.

Дополнительно в электростимуляторе формирователь 2 пачек выполнен с задержкой запуска по отношению к сигналу с выхода генератора 1 импульсов.

Кроме этого, в электростимуляторе формирователь 2 пачек выполнен в виде формирователя "пауза-импульс." по своему первому выходу, связанного со входом регулятора 3 напряжения.

Также дополнительно в разрыв между общей шиной электростимулятора и резистором 9 введен второй ключ 11, управляющий вход которого связан с третьим выходом 14 формирователя 2.

Кроме того в электростимуляторе первый 10 и второй 11 ключи, установленные между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора 3 напряжения и общей шиной электростимулятора и между общей шиной электростимулятора и резистором 9, выполнены в виде одного общего ключа, соединяющего резистор 9 и вывод подключения общей шины оконечного каскада регулятора 3 напряжения с общей шиной (поскольку данный ключ введен вместо ключей 10 и 11, то на фиг.1 чертежа он не показан).

Электростимулятор работает следующим образок. После включения источника 8 питания начинает функционировать генератор 1 импульсов. Формирователь 2 по каждому импульсу генератора 1 вырабатывает пачки импульсов, поступающие на вход регулятора 3 напряжения и в противофазе на вход разрядного блока 7. В паузе между импульсами в пачке левая обкладка накопительного конденсатора 5 через двухтактный повторитель 4 напряжения заряжается до напряжения, устанавливаемого регулятором 3 напряжения. При этом правая обкладка конденсатора 5 имеет нулевой потенциал, а разрядный блок 7 закрыт.

При поступлении каждого из импульсов пачки на регулятор 3 напряжения и разрядный блок 7, регулятор 3 закрывается, а блок 7 открывается и замыкает левую обкладку конденсатора 5 на общую шину электростимулятора. На правой обкладке конденсатора 5 появляются отрицательные импульсы напряжения, которые поступают на электроды 6 электростимулятора. Подобная схема формирования стимулирующих импульсов позволяет в период паузы между стимулирующими импульсами накапливать заряд на конденсаторе 5, а в период действия короткого импульса конденсатор разряжается через электроды 6 на нагрузку. Этим обеспечивается высокая экономичность работы электростимулятора, а также исключается импульсное потребление большого тока от источника питания и, следовательно, исключается появление импульсных помех на шине питания в течение длительности импульса, что позволяет использовать гальванические элементы малой емкости без помехоподавляющих фильтров.

Если генератор 1 выполнен в виде генератора одиночных импульсов с однократным пуском, то работа электростимулятора несколько меняется. В этом случае источник 3 питания может быть подключен постоянно (т.е. выключатель питания отсутствует). Генератор 1 для запуска работы всего электростимулятора в исходном состоянии ожидает внешнего сигнала пуска. Таким сигналом может быть, например, замыкание контактов подключенной ко входу запуска генератора 1 кнопочного переключателя. После запуска генератора 1 дальнейшая работа злектростимулятора протекает полностью аналогично вышеописанному. Электростимулятор формирует одну пачку стимулирующих импульсов и возвращается в исходное состояние. Для подачи следующей пачки импульсов на тестируемый лоскут аутомышцы необходимо вновь подать сигнал запуска на соответствующий вход генератора 1. Такая организация работы электростимулятора позволяет существенно упростить эксплуатацию прибора, т.к. исключает необходимость включать и выключать его питание. Разряд источника 8 питания во время нахождения электростимулятора в режиме ожидания при построении блоков аппарата по известным экономичным схемам, например, на основе КМДП интегральных микросхем, имеющих очень низкое потребление тока в статике, будет достаточно мал.

Применение в качестве формирователя 2 формирователя пачек позволяет создать адекватные условия возбуждения лоскута аутомышцы при пробной стимуляции от измерительного электростимулятора в процессе локализации и фиксации мышечного электрода и при постоянной стимуляции от имплантированного электростимулятора.

Выполнение генератора 1 в виде генератора одиночных импульсов с однократным пуском исключает избыточную нагрузку, снижает риск травмы мышцы, а также обеспечивает методическое удобство процедуры измерения, т.к. пачки импульсов подаются только по команде хирургов в моменты времени, необходимые им для локализации или фиксации электрода на мышце.

Введение в электростимулятор резистора 9, включенного между выходом повторителя 4 напряжения и общей шиной злектростимулятора, обеспечивает одинаковые условия заряда конденсатора 5 во время паузы между стимулирующими импульсами в пачке. Действительно, по мере завершения заряда конденсатора 5 ток через него значительно уменьшается, что приводит к возрастанию выходного сопротивления повторителя 4 и, как следствие, к нарастающему недозаряду последующих импульсов в пачке. Резистор 9 поддерживает активный режим повторителя 4, т. е. исключает полное его запирание в конце заряда конденсатора 5, что обеспечивает одинаковую амплитуду всех импульсов пачки и исключает соответствующую погрешность измерения.

Предложенное введение в электростимулятор дополнительного ключа 10, включенного между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора 3 напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа 10 соединен с третьим выходом 14 формирователя 2 пачек, обеспечивает следующее. Благодаря выключению ключа 10 в паузе между пачками стимулирующих импульсов разрывается цепь разряда конденсатора 5, что устраняет потерю накопительным конденсатором 5 своего заряда в паузе между пачками импульсов. Тем самым, исключаются искажения в формировании амплитуд первых импульсов пачек, а также повышается экономичность работы электростимулятора.

Выполнение в электростимуляторе формирователя 2 пачек с задержкой запуска по отношению к сигналу с выхода генератора 1 импульсов создает дополнительный интервал времени перед началом первого импульса в пачке в течение которого происходит заряд (или дозаряд, если это вторая и последующие пачки стимулирующих импульсов в серии) накопительного конденсатора 5, что обеспечивает формирование полной амплитуды у первого импульса пачки.

Предложенное выполнение в электростимуляторе формирователя 2 пачек в виде формирователя "пауза-импульс." по своему первому выходу, связанного со входом регулятора 3 напряжения, обеспечивает необходимое время для восстановления заряда накопительного конденсатора 5 перед началом первого импульса пачки за счет введения принудительной паузы в начале формирования каждой пачки стимулирующих импульсов.

Введение в разрыв между общей шиной электростимулятора и резистором 9 дополнительного ключа 11, управляющий вход которого связан с третьим выходом 14 формирователя 2 пачек, позволяет исключить разряд накопительного конденсатора 5 через этот резистор 9 на общую шину электростимулятора в паузах между пачками стимулирующих импульсов за счет запирания в это время ключа 11.

Предложенное выполнение электростимулятора с одним общим ключом, соединяющим резистор и вывод подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения с общей шиной электростимулятора (данный ключ заменяет ключи 10 и 11 и на фиг. 1 не показан), позволяет упростить электростимулятор с сохранением вышеуказанных технических результатов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно, в медицине в устройствах для стимуляций органов и тканей;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Использование: изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для стимуляции органов и тканей, в частности, предназначено для определения степени сократимости лоскута аутомышцы при имплантации электростимулятора мышечного насоса крови и применяется, например, в процессе операции динамической кардиомиопластики, при проведении экспериментальных исследований на животных и т.п. Сущность: в известном электростимуляторе, содержащем последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь импульсов, регулятор напряжения, двухтактный повторитель напряжения, накопительный конденсатор и электроды, а также разрядный блок и источник питания, причем выход двухтактного повторителя напряжения подключен к разрядному блоку, управляющий вход которого связан со вторым выходом формирователя импульсов, последний выполнен в виде формирователя пачек импульсов, дополнительно введены первый ключ, установленный между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа соединен с третьим выходом формирователя пачек и второй ключ, установленный между общей шиной электростимулятора и резистором, причем управляющий вход ключа связан с третьим выходом формирователя. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электростимулятор, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь импульсов, регулятор напряжения, двухтактный повторитель напряжения, накопительный конденсатор и электроды, а также разрядный блок и источник питания, причем выход двухтактного повторителя напряжения подключен к разрядному блоку, управляющий вход которого связан с вторым выходом формирователя импульсов, отличающийся тем, что формирователь импульсов выполнен в виде формирователя пачек импульсов и дополнительно введены первый ключ, установленный между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора, причем управляющий вход ключа соединен с третьим выходом формирователя пачек, второй ключ, установленный между общей шиной электростимулятора и резистором, причем управляющий вход ключа связан с третьим выходом формирователя пачек. 2. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что генератор импульсов выполнен в виде генератора однократных импульсов. 3. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен резистор, включенный между выходом повторителя напряжения и общей шиной электростимулятора. 4. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что формирователь пачек импульсов выполнен с задержкой запуска по отношению к сигналу с выхода генератора импульсов. 5. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что формирователь пачек импульсов выполнен в виде формирователя "Пауза-импульс." по своему первому выходу, связанного с входом регулятора напряжения. 6. Электростимулятор по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй ключи, установленные между выводом подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения и общей шиной электростимулятора и между общей шиной электростимулятора и резистором, выполнены в виде одного общего ключа, соединяющего резистор и вывод подключения общей шины оконечного каскада регулятора напряжения с общей шиной электростимулятора.