ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ДЛЯ УСТРОЙСТВ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ФИЗИОТЕРАПИИ Российский патент 1998 года по МПК A61N1/36 A61N1/32 

Изобретение относится к медицинской технике, где может быть использовано в приборах, предназначенных для физиотерапии. Помимо того, оно может быть использовано в измерительной, вычислительной технике и автоматике в качестве источников прерывистых низкочастотных сигналов с изменяемыми параметрами.

Известен формирователь сигналов, используемый в аппаратуре низкочастотной (НЧ) физиотерапии "Амплипульс-4" [1].

Его принципиальные недостатки состоят в следующем: не обеспечивает плавного снижения амплитуды тока пациента по окончании лечебной процедуры; не обеспечивает проведения лечебной процедуры в автоматическом режиме; не обеспечивает "мягкого" и однозначного воздействия на пациента в прерывистом режиме. Все это существенно снижает эффективность лечебного воздействия прибора, в котором использован упомянутый формирователь сигналов.

В другом аппарате для НЧ физиотерапии "Амплипульс-6" [2] устранены недостатки, имеющие место в формирователе сигналов прибора "Амплипульс-4". Но вместе с тем формирователь сигналов аппарата "Амплипульс-6" имеет другие, не менее существенные недостатки, которые рассматриваются ниже.

1. Для приращения (положительного или отрицательного) тока пациента на выходе устройства НЧ физиотерапии оператор использует в формирователе сигналов потенциометр. При этом приращение может быть грубым или ток может вообще исчезать из-за потери контакта в потенциометре. С другой стороны, в прерывистых режимах (с паузой) важно приращение тока осуществлять только вне паузы. В противном случае пациент может получить ток недопустимой величины.

Приращение тока пациента оператор контролирует по стрелочному прибору с непрерывно колеблющейся стрелкой (при АМ), и поэтому устанавливать требуемое приращение тока крайне затруднительно. Описанный принцип реализации приращения тока и его индикации ведет к субъективным ошибкам, быстрой утомляемости оператора и, что наиболее важно, нарушает электробезопасность лечебной процедуры и снижает надежность аппаратуры.

2. Техническая реализация формирователя основана на использовании громоздкого аппаратного решения, вследствие чего достаточно велики его потребляемая мощность и массогабаритные показатели.

3. Функциональные возможности формирователя сигналов жестко ограничены, так как ни форма, ни параметры его выходных сигналов не могут быть при необходимости изменены без схемно-конструктивной переработки формирователя сигналов.

Наиболее близким прототипом заявляемого устройства является формирователь сигналов, используемый в устройстве [3] . Он содержит контроллер (микрокомпьютер), вход которого соединен с выходом блока клавиатуры, первый выход - с блоком цифровой индикации (ЖКД-дисплей), а второй - с входом ЦАП, выход которого является выходом формирователя сигналов.

Однако и формирователь сигналов - прототип имеет существенные недостатки, суть которых состоит в следующем.

1. Сигнал на выходе имеет прямоугольную или "модифицированную прямоугольную" форму. Выходной сигнал такого формирователя не обеспечивает получения на выходе современных устройств НЧ физиотерапии требуемого сигнала, т. е. серий АМ синусоидальных сигналов тока с заданными значениями длительности серий и пауз, времени нарастания и спада тока в серии с несколькими значениями частоты и глубины АМ.

Таковы требования к выходным сигналам устройств НЧ физиотерапии, предъявляемые, в частности, Минздравом России.

2. Отсутствует возможность автоматической и безопасной коррекции тока пациента непосредственно в процессе проведения лечебной процедуры (во всем диапазоне токов).

3. Отсутствует звуковая индикация при наборе параметров и коррекции тока пациента в процессе проведения лечебной процедуры, а также отсутствует звуковая сигнализация по истечении заданного времени процедуры.

Все это (п. 2,3) создает эксплуатационные неудобства при использовании устройства для НЧ физиотерапии и вызывает утомляемость оператора.

Целью изобретения является повышение надежности и электробезопасности устройств для НЧ физиотерапии за счет автоматического равномерного приращения вне пауз выходного тока формирователя сигналов при одновременном расширении функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в формирователь сигналов для устройств НЧ физиотерапии, содержащей контроллер, блок цифровой индикации, блок клавиатуры, ЦАП, введены второй ЦАП, фильтр нижних частот, блок звуковой сигнализации, выход сигналов синхронизации и клемма для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока, блок цифровой индикации выполнен в виде блока регистров и дисплея, при этом первый выход контроллера соединен с первым входом дисплея, второй вход которого через первую информационную шину связан с выходом блока регистров, вход которого через вторую информационную шину связан с вторым выходом контроллера, третий выход которого через третью информационную шину связан с входом блока клавиатуры, выход которого через четвертую информационную шину связан с входом контроллера, четвертый выход которого соединен с входом блока звуковой сигнализации, пятый выход контроллера через пятую информационную шину связан с вторым входом второго ЦАП, первый вход которого соединен с клеммой для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока, выход второго ЦАП, будучи источником изменяемого опорного напряжения постоянного тока для первого (перемножающего) ЦАП, соединен с первым входом первого ЦАП, второй вход которого через шестую информационную шину связан с шестым выходом контроллера, седьмой выход которого через седьмую информационную шину связан с выходом сигналов синхронизации, выход первого ЦАП соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является основным выходом формирователя сигналов.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом формирователе сигналов использованы новые блоки и новые функциональные связи. К числу новых блоков относятся второй ЦАП, фильтр нижних частот, блок звуковой сигнализации. Использованы шесть информационных шин, в том числе две для диалоговой связи контроллера с блоком клавиатуры. Введены выход сигналов синхронизации и клемма для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Вновь введенная совокупность признаков существенна, так как позволяет повысить надежность и электробезопасность устройства, в котором использован формирователь сигналов за счет автоматического равномерного приращения вне пауз выходного тока формирователя сигналов. С другой стороны заявляемое устройство обеспечивает расширение функциональных возможностей формирователя сигналов благодаря формированию серии синусоидальных сигналов с регулируемыми параметрами. Наконец, заявляемое устройство обеспечивает максимум удобств при эксплуатации благодаря наличию звуковой индикации и звуковой сигнализации, а также благодаря автоматической установке выходного 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 медицинской техники.

Вместе, с тем заявляемое техническое решение "промышленно применимо", так как оно является основным блоком устройств НЧ физиотерапии, широко используемых в хирургии, травматологии, невропатологии, спортивной медицине и в повседневной медицинской практике.

Заявляемый формирователь сигналов намечен к серийному производству в составе устройств для НЧ физиотерапии.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - в общем виде сигнал на основном выходе заявляемого формирователя сигналов.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - блок цифровой индикации, 2 - блок клавиатуры, 3 - контроллер, 4 - блок звуковой сигнализации, 5 - второй ЦАП, 6 - первый ЦАП, 7- фильтр нижних частот (ФНЧ), 8 - дисплей, 9 - блок регистров, 10 - основной выход, 11 - выход сигналов синхронизации, 12 - клемма для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока ("U_оп = const"). "U_оп = var" - изменяемое опорное напряжение постоянного тока, I-VII - первая - седьмая информационные шины.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: U_пост - постоянная составляющая выходного сигнала, U_син - размах синусоидальной составляющей выходного сигнала, T1_мод - период синусоидальной составляющей первой серии, T2_мод - период синусоидальной составляющей второй серии, T1 -длительность первой серии, T2 - длительность второй серии, T_ф - время нарастания выходного сигнала, T_сп время спада выходного сигнала, T3 - длительность паузы.

Ниже рассматривается практическая реализация заявляемого формирователя сигналов.

Блок 1 цифровой индикации содержит дисплей 8 и блок 9 регистров. Первый из них выполнен на жидкокристаллическом индикаторе типа ИЖЦ14-4/7, а второй - на микросхемах типа К561ИР2.

Блок 2 клавиатуры выполнен в виде стандартного моноблока "3х4" (N 709840 в каталоге немецкой фирмы "Conrad" за 1995 г. ) и отдельной кнопки " пуск/стоп" типа Пкн150-1.

Контроллер 3 выполнен на микроЭВМ типа Р87С51.

Блок 4 звуковой сигнализации выполнен на основе микросхемы типа КР1544ЛН1 и пьезокерамического звонка тина ЗП-1.

Первый и второй ЦАП 6 и 5. Каждый из этих двух ЦАП выполнен на двух микросхемах: типа КР572ПА1А (непосредственно ЦАП) и типа КР140УД1408А (операционный усилитель).

Фильтр 7 нижних частот выполнен по схеме Г-образного двухзвенного RC-фильтра.

Предлагаемый формирователь сигналов для устройств НЧ физиотерапии работает следующим образом.

Контроллер 3 выдает импульсы опроса блока 2 клавиатуры по четырехпроводной шине III данных и считывает информацию о нажатой клавише по одному из проводников трехпроводной шины IV данных. Информация, считанная с клавиатуры, записывается в блок 9 регистров по пятипроводной шине II, содержащей четыре проводника данных и один - тактового сигнала. С выхода блока 9 данные по шине I поступают на второй вход дисплея 8. На первый вход дисплея 8 с первого выхода контроллера 3 непрерывно поступает импульсный сигнал в виде меандра с частотой 50 Гц, что необходимо для нормальной работы жидкокристаллического индикатора. На вторые (информационные) входы обоих ЦАП по восьмиразрядным шинам V и VI данных поступает информация, соответствующая мгновенному значению сигнала на основном выходе 10. Через клемму 12 на первый вход ЦАП 5 поступает опорное напряжение постоянного тока фиксированной величины. Период входных кодовых сигналов для ЦАП 5 и ЦАП 6 составляет 200 мкс (f = 5 кГц). Изменяемый по величине выходной сигнал ЦАП 5, поступающий на первый вход (вход опорного напряжения) ЦАП 6, в каждый момент времени соответствует значению тока пациента на выходе устройства низкочастотной физиотерапии. До начала процедуры (пока не нажата кнопка "пуск /стоп" после набора параметров или во время принудительного останова процедуры той же кнопкой) на второй вход ЦАП 5 из контроллера 3 передается нулевое значение, т. е. на ЦАП 6 поступает опорное напряжение, равное нулю. При этом то же напряжение - на основном выходе 10. На второй вход ЦАП 6 по окончании набора параметров с контроллера 3 непрерывно передается код, соответствующий мгновенному значению формируемого синусоидального сигнала. Его частота равна установленной на дисплее 8 частоте модуляции, а амплитуда определяется установленным там же коэффициентом амплитудной модуляции. Таким образом, работа формирователя сигналов осуществляется в реальном времени. Во время процедуры в формирователе сигналов обеспечивается возможность изменения постоянной составляющей основного выходного сигнала, соответствующей току пациента. Такое изменение может осуществляться одним из двух способов:
а) при принудительном останове процедуры цифровыми кнопками клавиатуры устанавливают новое значение тока пациента и после повторного запуска процедуры (кнопкой "пуск/стоп") на ЦАП 5 из контроллера 3 поступает код, соответствующий новой величине тока пациента;
б) Не прерывая процедуры, производят коррекцию (увеличение или уменьшение) постоянной составляющей сигнала на основном выходе 10 путем нажатия функциональной кнопки "больше" или "меньше" клавиатуры и удержания ее в нажатом состоянии до достижения током требуемой величины. При этом изменение кода на входе ЦАП 5 осуществляется автоматически на единицу младшего разряда через каждые 0,5 с только во время воздействия тока на пациента, т.е. вне пауз.

Контроллер 3 выдает сигнал на блок 4 звуковой сигнализации при нажатии любой из кнопок клавиатуры и по окончании процедуры, акцентируя при этом внимание оператора. Блок 7 обеспечивает фильтрацию выходного аналогового сигнала, "очищая" его от частоты квантования 5 кГц. В соответствии с информацией, поступающей в контроллер 3 из блока 2 клавиатуры, формируется выходной сигнал на основном выходе 10, общий вид которого показан на фиг. 2. К числу параметров выходного сигнала, устанавливаемых при помощи блока 2 клавиатуры и блока 1 цифровой индикации, относятся: род работы (вид выходного сигнала); коэффициент модуляции (KM); частота модуляции (FM); длительности двух разных серий и паузы (T1, T2 и T3 на фиг. 2); величина постоянной составляющей выходного сигнала. В прерывистых режимах работы длительность паузы обычно выбирают из соотношения T3 = 1,5(T1 + T2), где T1,T2 T3 пояснены на фиг.2..

С включением напряжения питания на формирователь сигналов контроллер 3 выдает на выход 11 несколько сигналов синхронизации для совместной работы с другими блоками устройств НЧ физиотерапии. К этим сигналам относятся два импульсных сигнала с частотой следования 5 кГц и один импульсный сигнал с частотой следования 2 МГц. Первые два сигнала (f=5 кГц) в дальнейшем использую г для формирования из них синусоидального сигнала несущей частоты для выходного сигнала устройства НЧ физиотерапии, а сигнал с частотой 2 МГц используют для синхронизации источников питания других блоков устройства НЧ физиотерапии.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства состоит в повышении надежности и электробезопасности устройств НЧ физиотерапии за счет автоматического равномерного приращения вне пауз выходного тока формирователя сигналов; в расширении функциональных возможностей формирователя сигналов; в создании максимума удобств при эксплуатации устройств НЧ физиотерапии и в снижении утомляемости оператора благодаря наличию звуковой индикации и звуковой сигнализации, а также за счет автоматического приращения выходного тока формирователя сигналов.

Источники информации.

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

2. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-6". Паспорт УИВР 941519 001ПС 1995.

3. Патент Великобритании N 2181059, Merns Technology Incorporated, кл. A 61 N 1/32, 15.04.87.

Изобретение относится к медицинской технике, может быть использовано в приборах, предназначенных для физиотерапии, а также в измерительной, вычислительной технике и автоматике. Повышает надежность и электробезопасность устройства за счет автоматического равномерного приращения вне пауз выходного тока формирователя сигналов при одновременном расширении функциональных возможностей. Содержит конроллер, блок цифровой индикации, блок клавиатуры, ЦАП, фильтр нижних частот, блок звуковой сигнализации, выход сигналов синхронизации и клемму для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока. Блок цифровой индикации выполнен в виде блока регистров и дисплея. При этом один из ЦАП является перемножающим. 2 ил.

Формирователь сигналов для устройств низкочастотной физиотерапии, содержащий контроллер, блок цифровой индикации, блок клавиатуры, ЦАП, отличающийся тем, что в него введены второй ЦАП, фильтр нижних частот, блок звуковой сигнализации, выход сигналов синхронизации и клемма для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока, блок цифровой индикации выполнен в виде блока регистров и дисплея, при этом первый выход контроллера соединен с первым входом дисплея, второй вход которого через первую информационную шину связан с выходом блока регистров, вход которого через информационную шину связан с вторым выходом контроллера, третий выход которого через третью информационную шину связан с входом блока клавиатуры, выход которого через четвертую информационную шину связан с входом контроллера, четвертый выход которого соединен с входом блока звуковой сигнализации, пятый выход контроллера через пятую информационную шину связан с вторым входом второго ЦАП, первый вход которого соединен с клеммой для подключения источника фиксированного опорного напряжения постоянного тока, выход второго ЦАП, будучи источником изменяемого опорного напряжения постоянного тока для первого (перемножающего) ЦАП, соединен с первым входом первого ЦАП, второй вход которого через шестую информационную шину связан с шестым выходом контроллера, седьмой выход которого через седьмую информационную шину связан с выходом сигналов синхронизации, выход первого ЦАП соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является основным выходом формирователя сигналов.