УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ФИЗИОТЕРАПИИ Российский патент 1998 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии.

Известно устройство для низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-4", в котором используются модулированные синусоидальные токи [1].

Однако такое устройство несовершенно и небезопасно в эксплуатации и имеет следующие принципиальные недостатки:
1. Лечебное воздействие в прерывистом режиме работы неоднозначно и жестко. При этом нет повторяемости лечебного воздействия из-за несинхронности фазы модулирующего напряжения с началом и окончанием серии колебаний тока несущей частоты. Эти обстоятельства снижают эффективность лечебного воздействия.

2. Невозможно проведение лечебной процедуры в автоматическом режиме и с плавным снижением амплитуды тока пациента по окончании процедуры, что объясняется построением схемы устройства и также снижает эффективность лечебного воздействия.

Указанные недостатки преодолены в работе [2], на основе которой выполнены промышленные приборы "Амплипульс-5" [3] и "Амплипульс-6" [4]. Более совершенным из них, с точки зрения эксплуатационных характеристик, является "Амплипульс-6". Устройство для низкочастотной физиотерапии [2] является ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого устройства и содержит генератор 1 несущей частоты, делитель 2 частоты, амплитудный модулятор 3, процедурный таймер 4, звуковой сигнализатор 5, формирователь 6 скорости нарастания и спада тока, регулятор 7 тока, усилитель 8 мощности, измеритель 9 тока, коммутатор 10 режимов, формирователь 11 длительностей и пауз, генератор 12 модулирующего напряжения, переключатель 13 коэффициента модуляции, коммутатор 14 рода работы, выходные клеммы 15. Основные недостатки устройства - прототипа [2] состоят в следующем.

1. Принцип построения структурной схемы неоптимален:
а) с точки зрения формирования сигналов требуемого вида, так как выбрано громоздкое аппаратное решение;
б) с точки зрения выбора функциональных блоков и связей;
в) с точки зрения потребляемой мощности и габаритных размеров. Это справедливо, как для прибора "Амплипульс-5", так и для прибора "Амплипульс-6", выполненных на основе устройства-прототипа [2]. Поэтому устройство-прототип [2] не позволяет создавать современные портативные экономичные лечебные приборы с встроенной микроЭВМ, цифровой индикацией и автономным (бессетевым) питанием для массового применения в медицинской практике и, в особенности, в спортивной медицине.

2. В устройстве-прототипе [2] нельзя создавать новые выходные воздействия (сигналы) для лечения пациента без схемно-конструктивной переработки прибора.

3. За счет питания устройства-прототипа [2] от сети 220 В переменного тока частотой 50 Гц, т.е. из-за наличия внутри прибора этого опасного для жизни человека и нестабильного даже в течение короткого времени напряжения вероятны попадание его на тело пациента или скачки амплитуды лечебных воздействий, что уже наблюдалось на практике. То и другое недопустимо.

Целью настоящего изобретения является снижение энергопотребления и массо-габаритных показателей при одновременном расширении функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для низкочастотной физиотерапии, содержащее формирователь сигналов и выходную клемму, введены ШИМ-модулятор, инвертор, избирательный фильтр, преобразователь напряжений постоянного тока и входные клеммы напряжения постоянного тока, а формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый выход упомянутого формирователя соединен с первым входом ШИМ-модулятора, выход которого силовой шиной связан с первым входом инвертора, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя сигналов, выход инвертора силовой шиной связан с входом избирательного фильтра, первый выход которого является выходной клеммой, первый и второй входы преобразователя напряжений постоянного тока являются соответственно первой и второй входными клеммами напряжения постоянного тока, первый выход упомянутого преобразователя соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора, третий вход которого силовой шиной связан с первым входом преобразователя напряжений постоянного тока, а четвертый соединен с вторым выходом избирательного фильтра, в формирователе сигналов первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается принципиально новым построением формирователя сигналов на основе программного (а не аппаратного) решения. С другой стороны, в заявляемом устройстве использованы такие новые функциональные блоки, как ШИМ-модулятор, инвертор, избирательный фильтр, преобразователь напряжений постоянного тока. Наконец, в заявляемом устройстве использованы новые функциональные связи.

В силу перечисленных причин заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Вновь введенная совокупность признаков существенна, так как позволяет значительно снизить энергопотребление (в основном за счет применения ШИМ-модулятора и построения формирователя сигналов) и массо-габаритные показатели; расширить функциональные возможности и повысить гибкость его применения без схемно-конструктивной переработки прибора (благодаря использованию перепрограммируемых микроЭВМ); повысить электробезопасность устройства (благодаря исключению использования непосредственно в нем сети 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для чего использованы вновь введенные входные клеммы напряжения постоянного тока и преобразователь напряжений постоянного тока).

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно для специалистов явным образом не следует из уровня техники.

В то же время заявляемое техническое решение "промышленно применимо", так как оно рассчитано для самого широкого использования в массовом спорте, спортивной медицине, травматологии, хирургии, неврапатологии и в других областях медицины.

Поэтому его изготовление предполагается в условиях серийного производства.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства и приняты следующие обозначения:
1 формирователь сигналов (эквивалент блоков 1-7 и 11-14 в устройстве-прототипе [2]), 2 ШИМ-модулятор, 3 инвертор, 4 избирательный фильтр, 5 выходная клемма, 6 входные клеммы напряжения постоянного тока, 7 преобразователь напряжений постоянного тока (ПНПТ), 8 блок цифровой индикации (БЦИ), 9 блок клавиатуры (Бкл), 10 контроллер.

На фиг. 1 информационные шины, практически не передающие мощности, не заштрихованы, а силовые шины, передающие мощность пациенту, заштрихованы. Исходные формы выходных сигналов, воздействующих на пациента, те же, что и в устройстве-прототипе [2], но при необходимости могут быть изменены путем перепрограммирования микроЭВМ в блоке 1. Практическая реализация заявляемого устройства рассматривается ниже.

Формирователь 1 сигналов.

Содержит блок 8 цифровой индикации, блок 9 клавиатуры и контроллер 10.

а) Контроллер выполнен на микроЭВМ типа Р80С51ВН, отладка программы проведена на микроЭВМ типа D87C51.

б) Блок цифровой индикации выполнен на жидко-кристаллическом индикаторе типа ИЖЦ 14-4/7.

в) Блок клавиатуры выполнен в виде стандартного моноблока "3х4" (см. N 709840 в каталоге немецкой фирмы "CONRAD", 1995).

Преобразование цифровой информации в аналоговую форму на выходе контроллера (т.е. формирователя сигналов) осуществлено при помощи микросхемы ЦАП типа К572ПА1.

ШИМ-модулятор 2.

Выполнен на микросхеме типа КР1114ЕУ1 в стандартном включении (Микросхемы интегральные, РНИИ "Электронстандарт", 1993). Выходной каскад ШИМ-модулятора выполнен в виде однотактного преобразователя с DLC-фильтром (В. С. Моин. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 121 рис. 4, 3.а).

Инвертор 3.

Выполнен в виде двухтактного преобразователя с трансформаторным разделением цепей типа 2р (В.С.Моин. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 148, рис. 4,15.а). Напряжение питания инвертора поступает с выхода ШИМ-модулятора, а тактовые импульсы - с формирователя 1 сигналов.

Избирательный фильтр 4.

Выполнен в виде последовательного LC-контура с нагрузкой, включенной параллельно конденсатору.

Преобразователь 7 напряжений постоянного тока.

Выполнен по той же схеме, что и вышеуказанный инвертор 3 с той лишь разницей, что напряжение питания преобразователя постоянное, а мощность преобразователя значительно ниже, чем у инвертора.

Предлагаемое устройство для низкочастотной физиотерапии работает следующим образом. При включении питающего напряжения оно через входные клеммы 6 поступает на силовые входы ШИМ-модулятора 2 и преобразователя 7. Практически одновременно с выходов упомянутого преобразователя на формирователь 1 и на модулятор 2 начинают поступать напряжения питания цепей управления. В результате на силовых шинах (с выходов блоков 2, 3) и на выходной клемме 5 устанавливается исходный сигнал, соответствующий нулю напряжения и тока. При этом цифры во всех разрядах блока 8 показывают нули. Это состояние сохраняется до тех пор, пока оператор не приступит к набору заданной комбинации цифр на табло блока 8, соответствующей выходному сигналу с заданными параметрами (частота и глубина AM, величина тока и др.), для чего используется клавиатура в блоке 9. По окончании процедуры набора в блоке 8 высвечиваются заданные цифры, однако на силовых шинах и выходной клемме 5 напряжение и ток по прежнему отсутствуют. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока оператор не нажмет кнопку ПУСК в блоке 9. С нажатием этой кнопки начинается медленное нарастание напряжения на выходе формирователя 1 и соответствующее увеличение уровня сигнала на силовых шинах и выходной клемме 5. Это соответствие достигается благодаря цепи отрицательной обратной связи, включенной между фильтром 4 и модулятором 2. Таким образом, обеспечивается идентичность форм выходного сигнала на клемме 5 и сигнала управления на выходе формирователя 1. На входе ШИМ-модулятора 2 действует маломощный аналоговый сигнал, преобразуемый в нем в широтно-модулированные импульсы напряжения, открывающие и закрывающие силовой ключ в блоке 2. С выхода силового ключа сигнал поступает на DLC-фильтр, в результате чего на его выходе возникает напряжение, пропорциональное скважности импульсов силового ключа. На выходе ШИМ-модулятора 2 появляется сигнал, аналогичный сигналу на его входе, но значительно более мощный. Т.е. в данном случае ШИМ-модулятор выполняет функцию усилителя мощности, но, в отличие от устройства-прототипа, здесь силовой транзистор работает в режиме ключа, что и предопределяет экономичность предлагаемого устройства (другой фактор экономичности заявляемого устройства - применение формирователя сигналов с программным управлением). Выходной сигнал ШИМ-модулятора 2 является напряжением питания инвертора 3, на выходе которого - напряжение прямоугольной формы несущей частоты, промодулированное сигналом заданной формы. Для хронизации работы блоков устройства в инвертор 3 поступают тактовые импульсы с соответствующего выхода формирователя 1. Выходное напряжение инвертора 3 поступает на вход избирательного фильтра 4, настроенного на несущую частоту (обычно ее выбирают в пределах нескольких килогерц). На клемме 5 возникает синусоидальное напряжение несущей частоты, промодулированное по амплитуде сигналом заданной формы, что определяется соответствующей комбинацией цифр, набранных в формирователе 1.

Для количественной оценки преимуществ заявляемого устройства по сравнению с устройством-прототипом составлена приводимая ниже таблица (для сопоставления выбран "Амплипульс-6" - последний прибор на основе устройства [2] ).

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства для низкочастотной физиотерапии состоит в существенном снижении энергопотребления (почти на порядок); в снижении массогабаритных показателей; в возможности создания новых выходных воздействий для лечения пациента без схемно-конструктивной переработки прибора; в повышении электробезопасности прибора.

Следовательно, заявляемое устройство - современный портативный экономичный лечебный прибор со встроенным миниатюрным вычислительным устройством, с цифровой индикацией и автономным (бессетевым) питанием, имеющий низкую трудоемкость изготовления, невысокую стоимость эксплуатации и простоту управления. С другой стороны, прибор на основе заявляемого устройства обеспечивает высокую эффективность и безопасность лечебного воздействия на пациента.

Источники информации.

1. Аппарат низкочастотной терапии "Амплипульс-4". Паспорт. В/О "Медэкспорт", Москва (типографское издание), 1990.

Описание изобретения к авт. св. SU N 1769895.

Васильев А. В. Устройство для низкочастотной физиотерапии. Б.И. N 39, 1992.

3. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-5". Паспорт 2.893.063 ПС. Внешторгиздат. 1994.

4. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-6". Паспорт УИВР 941519.001 ПС. 1995.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии. Сущность: устройство для низкочастотной физиотерапии содержит формирователь сигналов и выходную клемму. Для решения поставленной задачи и в упомянутое устройство введены ШИМ-модулятор, инвертор, избирательный фильтр, преобразователь напряжений постоянного тока и входные клеммы напряжения постоянного тока, а формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый выход упомянутого формирователя соединен с первым входом ШИМ-модулятора, выход которого силовой шиной связан с первым входом инвертора, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя сигналов, выход инвертора силовой шиной связан с входом избирательного фильтра, первый выход которого является выходной клеммой, первый и второй входы преобразователя напряжений постоянного тока являются соответственно первый и второй входными клеммами напряжения постоянного тока. Первый выход упомянутого преобразователя соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора, третий вход которого силовой шиной связан с первым входом преобразователя напряжений постоянного тока, а четвертый соединен с вторым выходом избирательного фильтра, в формирователе сигналов первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры. 1 ил., 1 табл.

Устройство для низкочастотной физиотерапии, содержащее формирователь сигналов и выходную клемму, отличающееся тем, что в него введены ШИМ-модулятор, инвертор, избирательный фильтр, преобразователь напряжений постоянного тока и входные клеммы напряжения постоянного тока, а формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, причем первый выход упомянутого формирователя соединен с первым входом ШИМ-модулятора, выход которого силовой шиной связан с первым входом инвертора, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя сигналов, выход инвертора силовой шиной связан с входом избирательного фильтра, первый выход которого является выходной клеммой, первый и второй входы преобразователя напряжений постоянного тока являются соответственно первой и второй входными клеммами напряжения постоянного тока, первый выход упомянутого преобразователя соединен с входом формирователя сигналов, а второй с вторым входом ШИМ-модулятора, третий вход которого силовой шиной связан с первым входом преобразователя напряжений постоянного тока, а четвертый соединен с вторым выходом избирательного фильтра, в формирователе сигналов первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры.