ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для электротерапии диадинамическими и модулированными токами различной формы, частоты, скважности и способа модуляции.

Известны аппараты низкочастотной терапии [1, 2] для лечения диадинамическими токами и аппараты [3, 4], генерирующие модулированные токи средней частоты. Недостатками указанных аппаратов являются ограниченные функциональные возможности, большой вес и габариты, сложность схемотехнического решения, обусловленные только аппаратной (без применения программных средств) реализацией заложенных режимов работы. Другим недостатком является низкая безопасность стимуляции, связанная с отсутствием начально-токовой защиты НТЗ, препятствующей подаче лечебного тока в цепь пациента при ненулевом исходном положении регулятора уровня тока, и максимально-токовой защиты МТЗ, гарантирующей ограничение выходного тока на некотором заданном уровне и отключение цепи пациента при достижении током данного уровня.

Известен электростимулятор [5], направленный на повышение безопасности стимуляции, сущность которого заключается: во-первых - в ограничении максимальной длительности высокочастотных импульсов, поступающих с генератора 1 через блоки 7, 8 на вход трансформатора 9 на заданном с помощью генератора 2 низкой частоты уровне, что позволяет ограничить амплитуду стимулирующих импульсов, зависящую от вышеуказанной длительности, во-вторых - в контроле за целостностью цепи пациента с помощью резистора 10, являющегося в данном случае датчиком тока. Принципиальным недостатком устройства является отсутствие контроля за величиной выходного тока, а следовательно и невозможность его ограничения при изменении электрических параметров выходной цепи, например уменьшение электрического сопротивления между электродом и током пациента во время стимуляции, аварийная ситуация в блоке питания усилителя мощности 8 или в самом усилителе, что приводит к неуправляемому увеличению выходного тока. Т. е. максимально-допустимая величина выходного тока только задается (косвенно, через длительность импульсов), но не контролируется. Что касается контроля целостности цепи пациента, то отсутствие электрического контакта не представляет опасности для пациента и может быть легко выявлено по отсутствию выходного тока, контролируемого измерительным прибором - обязательным элементом любого электротерапевтического прибора. Более актуальным с точки зрения безопасности является обнаружение ухудшения качества контакта, приводящего к неприятному ощущению жжения в зоне наложения электродов. Другим недостатком устройства является отсутствие НТЗ, МТЗ и ограниченные функциональные возможности.

Известна установка [6], сущность которой заключается в создании модулированного стимулирующего сигнала путем суммирования длинноволнового напряжения с первой генераторной схемы с двухфазным низкочастотным напряжением второй генераторной схемы, при этом первая генераторная схема включается при условии наличия контакта электродов с телом пациента, а вторая - при наличии сигнала с первой генераторной схемы. Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие изменять параметры стимулирующих импульсов из-за "жесткого" построения генераторов, отсутствие НТЗ и МТЗ, отсутствие генератора гармонического сигнала средней частоты, необходимого для реализации широко применяемых режимов аппаратов [3, 4].

Известен прибор [7], сущность которого заключается в регулировании тока в цепи пациента независимо от его электрического сопротивления по закону, задаваемому функциональным генератором. Недостатком прибора являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные, в частности, наличием только одного закона регулирования. Увеличение законов регулирования потребовало бы такого же увеличения числа функциональных генераторов и усложнило бы конструкцию.

Независимость выходного тока от сопротивления пациента компенсирует недостаток, связанный с отсутствием МТЗ, но приводит к другому недостатку: при ухудшении электрического контакта (увеличении сопротивления) в зоне наложения электродов ток поддерживается неизменным, что приводит к увеличению рассеиваемой под электродами мощности и, как следствие, к возможности ожога. В приборе отсутствует НТЗ.

Известен аппарат [8], совмещающий свойства электростимулирующих аппаратов и аппаратов, вырабатывающих диадинамические импульсы. Аппарат содержит пять основных блоков, в состав которых входит большое число субблоков. Недостатком данного технического решения является значительная схемотехническая сложность, обусловленная аппаратной реализацией всех режимов, при этом любая попытка изменить или дополнить заложенные в виде блоков и связей алгоритмы работы прибора потребует изменения схемы, т.е. создания нового аппарата. Другим недостатком аппарата является отсутствие НТЗ и МТЗ.

Известен стимулятор [9] , содержащий программируемый микропроцессор, предназначенный для получения модулирующих импульсов, регулятор уровня постоянного тока, источник регулируемого тока и блок контроля электрода, сущность которого заключается в применении микропроцессора для получения модулирующего электрического сигнала. Недостатком данного устройства является отсутствие генератора как иного формирования огибающей лечебного тока, необходимой для получения ряда диадинамических лечебных токов, отсутствие средств воздействия на высокочастотную импульсную последовательность для получения частотно-модулированных лечебных токов или токов с различными заданными значениями несущей частоты, отсутствие НТЗ и МТЗ.

Известно также устройство [10], сущность которого заключается в наличии несинхронизированного мультивибратора, ведомого устройством одновременно задающим амплитуду и частоту стимулирующих импульсов, так что отношение частоты к амплитуде является величиной постоянной, при этом выход усиливающего транзистора подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора. К недостаткам данного устройства следует отнести ограниченные функциональные возможности, в частности невозможность раздельной только амплитудной или только частотной модуляции стимулирующего сигнала или невозможность получения формы стимулирующего тока на выходе трансформатора отличной от пикообразной, обусловленной дифференцирующими свойствами трансформатора. Другим недостатком является отсутствие НТЗ и МТЗ.

Улучшенным вариантом устройства [10] и наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению решением является электростимулятор [11] , выбранный за прототип. Электростимулятор содержит регулятор амплитуды 2, управляемый генератор 3, генератор огибающей 5, усилитель мощности 6, трансформатор 7 и блок начального сброса 4, выполняющей функции НТЗ. Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, а именно: невозможностью изменения формы, частоты и скважности сигнала огибающей, невозможность раздельной амплитудной или частотной модуляции стимулирующего тока, т. к. сигнал огибающей одновременно осуществляет оба типа модуляции с фиксированным соотношением между амплитудой и частотой, определяемым электрическими параметрами RC цепей генератора 3, невозможность получения формы стимулирующего импульса отличной от пикообразной (фиг. 2), обусловленной дифференцирующими свойствами трансформатора 7. В этой связи следует отметить, что наиболее применяемой в электрофизиотерапии является форма с плавным экспоненциальным нарастанием и спадом стимулирующего импульса, реже синусоидальная и только в специальных случаях треугольная, трапециевидная и прямоугольная формы импульсов. Другим недостатком прототипа является отсутствие МТЗ, а также средств, препятствующих проникновению в цепь пациента токов, связанных с переходными процессами при коммутации питающего напряжения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение безопасности стимуляции.

Поставленная задача решается введением в электростимулятор, содержащий управляемый генератор УГ, регулятор амплитуды РА, усилитель мощности УМ и блок начально-токовой защиты НТЗ, новых блоков: микропроцессорного блока управления МБУ, первого ЦАП1, второго ЦАП2 и третьего ЦАП3 цифроаналоговых преобразователей, инвертора полярности ИП, многоканального коммутатора МК, усилителя-сумматора УС, управляемого резистора УР, схемы блокировки СБ, двухпозиционного ключа К, инвертора И, схемы максимально-токовой защиты МТЗ, резистора R и новых связей: информационные входы/выходы МБУ, образующие пятиканальную шину ШСО связи с объектами соединены через первый канал шины ШСО с органами управления (условно не показаны) устройством, через второй канал с входами ЦАП1, через третий канал с входами ЦАП2, через четвертый канал с входами управления МК и через пятый канал с входами ЦАП3, выход ЦАП1 связан с входом УГ, выход которого подключен к первому входу МК, выход ЦАП2 связан со вторым входом МК и входом ИП, выход которого подключен к третьему входу МК, выход ЦАП3 связан с входом управления УР, другой вход которого соединен с выходом РА и четвертым входом УС, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам МК, а выход связан с входом РА и УМ, первый выход которого соединен с входом СБ, второй выход - с входом блока НТЗ и входом ключа К, вход управления которого связан с выходом инвертора И, нормально-замкнутый контакт связан с выводом резистора R, а нормально-разомкнутый контакт - с положительным электродом (+), отрицательный электрод (-) соединен с другим выводом резистора R и входом блока МТЗ, выход которого подключен к шине ШНУ МБУ, выход блока НТЗ подключен к первому входу МБУ, вход управления СБ - к первому выходу МБУ, вход инвертора И - ко второму выходу МБУ, в известный блок НТЗ, содержащий транзистор VT1 и резистор R1, введены новые элементы - диод VD1, VD2 и новые связи: катод диода VD2 соединен с анодом диода VD1, эмиттером транзистора и подключен к общему проводу, анод диода VD2 соединен с катодом диода VD1, выводом резистора и базой транзистора, коллектор которого является входом блока НТЗ, а другой вывод резистора - входом блока НТЗ, блок МТЗ состоит из транзистора VT1 и переменного резистора R1, первый контакт которого является входом блока, второй контакт связан с эмиттером транзистора и подключен к общему проводу, а третий контакт соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока МТЗ, СБ состоит из двух одинаковых онтронных тиристоров VD1, VD2, аноды светодиодов которых связаны между собой и образуют вход управления СБ, анод одного и катод другого фототиристоров связаны между собой и образуют другой вход СБ, катоды светодиодов соединены с другими контактами фототиристоров и подключены к общей шине.

Наличие новых по сравнению с прототипом блоков и связей, в том числе, раскрывающих конкретное исполнение отдельных блоков, определяют совокупность признаков не известную из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изделия критерию "Новизна".

Введение МБУ позволяет формировать электрические сигналы практически любой применяемой в современной электрофизиотерапии формы, частоты и скважности в двоичной форме, при этом первый канал ШСО служит для ввода параметров стимулирующего тока и управляющих воздействий с помощью органов управления, второй - для передачи на входы ЦАП1 двоичного кода сигнала управления частотой гармонического генератора УГ, третий - для передачи на входы ЦАП2 двоичного кода сигнала огибающей инфронизной частоты, четвертый - для передачи на входы управления МК двоичного кода, обеспечивающего соответствующую коммутацию каналов МК, пятый канал - для передачи на входы ЦАП3 двоичного кода сигнала управления сопротивлением УР, что расширяет функциональные возможности устройства. Дополнительным техническим результатом является возможность дальнейшего наращивания функциональных возможностей по мере появления новых методик и видов лечебного электрического воздействия путем корректировки и развития программного обеспечения МБУ, при этом аппаратная часть устройства может оставаться неизменной. МБУ позволяет также формировать различные управляющие и информирующие сигналы, анализировать состояние отдельных блоков устройства, что дает дополнительные возможности расширения функциональных возможностей и повышения безопасности стимуляции, при этом связь: первый выход МБУ - вход управления СБ обеспечивает управление СБ, связь: первый вход МБУ - выход блока НТЗ обеспечивает передачу сигнала состояния блока НТЗ в МБУ, шина ШНУ обеспечивает передачу сигнала срабатывания блока МТЗ на вход RES (сброс) микропроцессора (условно не показан) в составе МБУ, связь: второй выход МБУ - инвертор И - вход управления ключа К обеспечивает управлением ключом К. Введение ЦАП1 совместно с МБУ позволяет сформировать аналоговый сигнал управления частотой УГ, при этом связь: выход ЦАП1 - вход УГ служит для передачи этого сигнала.

Введение УГ позволяет получать гармонический сигнал, частота которого зависит от уровня сигнала на входе УГ, что позволяет расширить функциональные возможности устройства в направлении создания различных видов частично модулированных сигналов или получения заданного значения несущей частоты для амплитудно-модулированных сигналов, при этом связь; выход УГ - первый вход МК служит для передачи полученного гармонического сигнала в первый канал МК.

Введение ЦАП2 совместно с МБУ позволяет сформировать аналоговый сигнал огибающей инфранизкой частоты, необходимой, в частности, для получения прерывистых и волновых видов диадинамических токов, например "ритм Синкопа", "Однотактный волновой" [1], что также расширяет функциональные возможности устройства, при этом связь: выход ЦАП2 - второй вход МК служит для передачи полученного сигнала огибающей на второй канал МК.

Введение ИП позволяет получать сигнал огибающей отрицательной полярности, при этом связь: выход ИП - третий вход МК служит для передачи сигнала огибающей отрицательной полярности на третий канал МК. Наличие положительного и отрицательного сигналов огибающей позволяет путем переключения каналов МК автоматически менять полярность выходного тока, что также расширяет функциональные возможности устройства.

Введение МК обеспечивает передачу любой заданной комбинации аналоговых сигналов, поступающих на его первый, второй и третий входы, на соответствующие входы УС путем выборочной коммутации каналов МК, при этом состав комбинации определяется цифровым кодом на его управляющих входах.

Введение УС позволяет: во-первых, суммировать комбинации сигналов, поступающих на его первый, второй и третий входы с выходов МК, и получать в результате помимо исходных сигналов (гармонический, огибающие положительной и отрицательной полярности) более сложные сигналы, что расширяет функциональные возможности устройства, во-вторых: усиливать полученный сигнал с коэффициентом усиления, зависящим от сопротивления УР, обеспечивая возможность амплитудной модуляции выходного сигнала по закону изменения сопротивления УР, что также расширяет функциональные возможности, при этом связь: выходы МК - первый, второй и третий входы УС служит для передачи соответственно гармонического сигнала и сигнала огибающей положительной и отрицательной полярности, связь: выход УС - входы УМ и РА служит для передачи выходного сигнала УС в блок УМ для дальнейшего усиления по мощности и в цепь отрицательной обратной связи ООС, образованной РА и УР и необходимой для нормальной работы УС и возможности ручного задания амплитуды выходного тока с помощью РА.

Введение ЦАП3 позволяет получать аналоговый сигнал управления сопротивлением УР, при этом связь: выход ЦАП3 - управляющий вход УР служит для передачи сигнала управления.

Введение УР, включенного в цепь ООС УС позволяет автоматически изменять коэффициент усиления, а следовательно амплитуду выходного сигнала УС в пределах от нуля до значения, заданного с помощью РА по закону изменения аналогового сигнала на входе управления УР, что расширяет функциональные возможности устройства.

Введение СБ позволяет автоматически внепрограммно блокировать выходное напряжение при включении аппарата в сеть и при срабатывании блока МТЗ, что повышает безопасность стимуляции, а также блокировать его в соответствии с алгоритмом работы устройства, например во время пауз, что расширяет функциональные возможности устройства, при этом связь: вход СБ - первый выход УМ служит для управления СБ.

Введение двухпозиционного ключа К позволяет подключать выход УМ либо к резистору R в исходном состоянии устройства и при проверке его работоспособности, либо к положительному электроду (+) цепи пациента при проведении лечебной процедуры, что исключает проникновение в цепь пациента токов переходных процессов, связанных с коммутацией питающего напряжения, т.к. устройство в момент коммутации находится в исходном состоянии и повышает безопасность стимуляции.

Введение резистора R, являющегося эквивалентом активного сопротивления пациента позволяет проводить проверку работоспособности устройства в условиях, максимально приближенных к реальным, в том числе проверку срабатывания защит и правильность выбора параметров стимулирующего воздействия непосредственно перед началом лечения, что повышает безопасность пациента.

Введение блока МТЗ позволяет автоматически блокировать выход УМ и размыкать цепь пациента при достижении стимулирующим током порога срабатывания МТЗ, что существенно повышает безопасность стимуляции. Конструкция блока позволяет с помощью переменного резистора R1 регулировать порог срабатывания МТЗ в широких пределах, что дополнительно расширяет функциональные возможности устройства в направлении применения электродов с различной площадью контактов, а следовательно с различным уровнем максимально допустимого тока.

Введение диодов VD1, VD2 в блок НТЗ совместно с резистором R предохраняет базовый переход транзистора VT1 от пробоя при увеличении напряжения на выходе УМ до максимального значения.

Наличие причинно-следственной связи между новыми блоками и связями, составляющими отличительные признаки изобретения и получаемыми от их введения техническими результатами, направленными на решение задачи изобретения, позволяет сделать вывод о существенности данных отличительных признаков.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2, 3, 4, 5 даны упрощенные изображения вариантов практической реализации блоков НТЗ и МТЗ, УМ и СБ, на фиг. 6, 7 представлены осциллограммы токов видов "ОВ" и "род тока I" (условные обозначения, общепринятые в электротерапии).

Устройство содержит микропроцессорный блок управления МБУ 1, первый ЦАП1 2, второй ЦАП2 3 и третий ЦАП3 4 цифроаналоговые преобразователи, управляемый гармонический генератор УГ 5, инвертор полярности ИП 6, многоканальный коммутатор аналоговых сигналов МК 7, усилитель-сумматор УС 8, управляемый резистор УР 9, регулятор амплитуды РА 10, усилитель мощности УМ 11, схему блокировки СБ 12, блок начально-токовой защиты НТЗ 13, двухпозиционный ключ К 14, инвертор И 15, блок максимально-токовой защиты МТЗ 16, резистор R, положительный (+) и отрицательный (-) электроды, при этом блок НТЗ состоит из диодов VD1, VD2, транзистора VT1 и резистора R1, блок МТЗ состоит из транзистора VT1 и переменного резистора R1, блок УМ состоит из транзисторов VT1. . . VT4 и резистора R1, схема СБ состоит из двух идентичных оптотиристоров VD1, VD2.

При практической реализации устройства МБУ 1 может быть выполнен на базе микропроцессорной системы управления технологическими процессами [12], при этом первый вход, первый и второй выходы МБУ являются разрядами порта P1 однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ35 [15] стр. 44, на базе которой выполнена система управления, шина ШНУ МБУ является одноименной шиной системы, информационные входы/выходы МБУ, образующие шину ШСО являются входами/выходами интерфейсного блока 36 системы. В качестве преобразователей ЦАП1 2, ЦАП2 3, ЦАП 3 4 могут быть использованы стандартные ЦАП известных серий, УГ 5 целесообразно выполнить по схеме [13] стр. 64, ИП 6 представляет собой инвертирующий повторитель напряжения на операционном усилителе общего применения, многоканальный коммутатор МК7 реализован, например, на ИМС К561КТ3, усилитель-сумматор УС8 выполнен по классической схеме неинвертирующего сумматора, где A1 - операционный усилитель общего применения, например, КР544УД1А, управляемый резистор УР9 представляет собой нолевой транзистор КП103К, затвор которого служит входом управления, исток подключен к общему проводу, а сток является другим входом УР, в качестве регулятора амплитуды РА 10 можно использовать любой переменный резистор, предпочтительно проволочный с возможностью установки на передней панели устройства. Усилитель мощности УМ 11 (фиг. 4) выполнен с двухтактным выходом, причем транзистор VT1 и резистор R1 образуют усилитель напряжения, а транзисторы VT2, VT3 - двухтактный усилитель тока (эмиттерный повторитель), схема блокировки СБ 12 (фиг. 5) состоит из двух оптотиристоров типа АОУ103В, тиристоры которых включены встречно-параллельно, блок НТЗ 13 (фиг. 2) состоит из двух диодов типа КД102Б, резистора любого типа мощностью не менее 0,5 Вт и транзистора с большим коэффициентом усиления, например, КТ3102Д, двухпозиционный ключ К 14 построен по схеме электронного реле, состоящего из транзистора и электромагнитного реле, инвертор И 15 является логическим инвертором и выполнен на базе ИМС КР1533ЛН1, блок МТЗ 16 (фиг. 3) представляет собой транзисторный ключ с регулируемым с помощью переменного резистора порогом срабатывания, резистор R эквивалент активного сопротивления пациента любого типа с номинальным сопротивлением 1 кОм и мощностью не менее 4 Вт. Органы управления устройством (условно не показаны), обеспечивающие задание параметров и коммутацию стимулирующего тока, могут быть выполнены как на базе стандартной клавиатуры, так и с использованием кнопок, например, типа ПКБ-7, специально предназначенных для работы в составе радиоэлектронной аппаратуры.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания МБУ 1 автоматически по шине ШНУ устанавливается в исходное состояние, характеризуемое уровнями логикой единицы (лог. 1) на его первом и втором выходах. Уровень лог. 1, поступающий с первого выхода МБУ на вход управления схемы СБ 12 включает ее и блокирует напряжение на выходе 1 блока УМ 11, подключая его через открытые оптотиристоры VD1, VD2 схемы СБ к общему проводу. Т. к. выход 1 УМ связан с выходом 2 посредством эмиттерных повторителей на транзисторах VT2, VT3, то и выход 2 УМ, являющийся источником стимулирующего напряжения U_ст также блокируется. Уровень лог. 1, поступающий со второго выхода МБУ через инвертор И 15 на вход управления двухпозиционного ключа К 14, подтверждает его исходное состояние, при котором выход 2 УМ через нормально-замкнутый контакт подключен к резистору R, а положительный электрод (+) цепи пациента подключен к нормально-разомкнутому контакту ключа К, что исключает проникновение токов переходного процесса в цепь пациента. Блокирование выхода УМ и разомкнутое исходное состояние цепи пациента гарантирует безопасность пациента при включении устройства.

Задание конкретного вида стимулирующего тока I_ст, определяемого совокупностью различных параметров: частота, форма, наличие частотной, амплитудной или смешанной модуляции и т.д. производится с помощью органов управления (условно не показаны), связанных с МБУ 1 через первый канал шины ШСО, при этом вводимые параметры заносятся и хранятся в резидентной памяти МБУ. Включение I_ст осуществляется нажатием одной из кнопок "Контроль" или "Пуск" в составе органов управления, при этом независимо от нажатой кнопки МБУ устанавливает на первом выходе уровень лог. 0, необходимый для отключения СБ12 и снятия блокировки с УМ11 и до начала формирования I_ст проводит начально-токовую защиту, которая заключается в проверке и в случае необходимости восстановлении исходного положения РА10, при котором U_ст минимально и не превышает 2В, что обеспечивает безопасность пациента и недостаточно для срабатывания блока НТЗ 13.

Для определения зависимости U_ст от положения РА запишем выражение:
U_ст = U_вх • K_у • (-K_н), (1)
где
U_вх - напряжение на одном из входов УС 8,
K_у - коэффициент усиления УС,
-K_н - коэффициент усиления УМ 11 по напряжению (знак "-" означает, что каскад усиления на VT1 блока УМ является инвертирующим).

Т. к. K_у для усилителя с отрицательной обратной связью [14] рис. 3.5 находится по формуле:
K_у = 1 + R2/R1, (2)
где
R2 - сопротивление РА,
R1 - сопротивление УР,
то зависимость U_ст от положения РА с учетом формулы (2) можно записать в виде:
U_ст = -K_н (1 + R2/R1) U_вх (3)
Из выражения (3) следует, что величина U_ст минимальна при R2, равном нулю, что конструктивно соответствуют крайнему левому положению ручки РА, зафиксированной на оси переменного резистора РА. При отклонении РА от исходного положения его сопротивление увеличивается, соответственно увеличивается U_ст, что приводит к срабатыванию блока НТЗ, порог срабатывания которого лишь незначительно превышает 2В.

Из выражения (3) следует также, что для повышения чувствительности обнаружения отклонения РА от исходного положения необходимо задать максимальное значение U_вх и минимальное R1, поэтому при проведении НТЗ МБУ устанавливает на информационных входах/выходах третьего и пятого каналов ШСО двоичные числа, обеспечивающие получение на выходе ЦАП2 3 максимального, а на выходе ЦАП3 4 минимального уровней сигналов, на входах/выходах четвертого канала ШСО двоичный код, устанавливающий третий канал МК 7 в открытое состояние. Максимальный сигнал с выхода ЦАП2 через инвертор ИП6 и открытый канал МК поступает на вход 3 УС 8. Минимальный сигнал с выхода ЦАП3 поступает на вход управления УР 9, обеспечивая минимальное (не более 100 Ом для транзистора КП103К при U_зи = 0) значение сопротивления УР. При таких условиях даже незначительное отклонение РА от исходного положения приводит к превышению U_ст порога срабатывания блока НТЗ, при этом его транзистор VT1 отпирается и на выходе блока, связанном с первым входом МБУ, устанавливается уровень лог. 0. При считывании лог. 0 МБУ обеспечивает, например, с помощью портов ввода/вывода P1, P2, имеющихся в однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ35 в составе МБУ (условно не показано) звуковую или иную сигнализацию, информирующую медперсонал о необходимости установки РА в исходное положение. Восстановление исходного РА сопровождается снижением U_ст до минимального уровня, при котором на выходе блока НТЗ устанавливается уровень лог. 1.

После завершения НТЗ МБУ 1 автоматически переводит устройство в режим формирования I_ст, при этом, если включение I_ст осуществляется с помощью кн. "Контроль", то ключ К 14 сохраняет исходное положение и I_ст протекает через нормально-замкнутый контакт ключа К и встроенный резистор R, обеспечивая проверку работоспособности устройства. Если нажата кн. "Пуск", то на втором выходе МБУ устанавливается лог. 0, который через логический инвертор И 15 поступает на вход управления ключа К и включает его, при этом нормально-разомкнутый контакт ключа замыкается и направляет I_ст в цепь пациента, обеспечивая его электротерапию.

Сущность работы устройства при формировании I_ст заключается в генерации на информационных входах/выходах МБУ1 не более четырех независимых двоичных сигналов, являющихся функциями заданных параметров I_ст, хранящихся резидентной в памяти МБУ. В качестве примеров рассмотрим формирование двух наиболее характерных видов I_ст, широко применяемых в электротерапии, а именно: однотактного волнового ОВ [2] стр. и рода тока I [3] стр. 9, осциллограммы которых изображены на фиг. 6, 7. Ток ОВ (фиг. 6) представляет собой низкочастотный сигнал (сплошная линия) заданной формы и частоты, модулированный волнообразным сигналом огибающей инфранизкой частоты (пунктирная линия) с заданными значениями длительностей посылки T1 и паузы T2 положительной полярности.

Для получения тока вида ОВ МБУ вырабатывает на информационных входах/выходах третьего канала ШСО периодическую последовательность двоичных чисел, изменяющихся по закону волнообразной огибающей, на информационных входах/выходах четвертого канала ШСО двоичный код управления каналами МК 7, при котором первый канал закрыт, т.к. в I_ст вида ОВ отсутствует несущая гармоническая составляющая, второй канал, пропускающий на вход 2 УС8 сигнал огибающей положительной полярности также закрыт, а третий канал, пропускающий на вход 3 УС отрицательный сигнал, открыт, т.к. с учетом инвертирующих свойств усилителя УМ 11 для получения I_ст положительной полярности сигнал на входе УС должен быть отрицательным и на информационных входах/выходах пятого канала ШСО периодическую последовательность двоичных чисел, соответствующую низкочастотному сигналу. Двоичный сигнал огибающей с помощью ЦАП2 3 преобразуется в аналоговый и поступает на вход 2, а через инвертор ИП 6 на вход 3 коммутатора МК. Т.к. в соответствии с управляющим кодом открыт только третий канал МК на вход 3 УС 8 поступает сигнал огибающей отрицательной полярности. Двоичный сигнал низкой частоты с помощью ЦАП3 4 также преобразуется в аналоговый и поступает на вход управления УР9, сопротивление которого изменяется по закону управляющего сигнала.

Согласно выражению (2) изменение сопротивления УР приводит к изменению K_у, что обеспечивает получение на выходе УС низкочастотного сигнала, модулированного сигналом огибающей заданного вида ОВ. Следует добавить, что поскольку увеличение сопротивления УР соответствует уменьшению K_у, а следовательно и выходного сигнала, то двоичный сигнал низкой частоты должен формироваться в обратном коде. Для лучшего понимания принципа получения на выходе УС модулированного сигнала следует отметить, что т.к. этот сигнал является согласно выражению 3 произведением сигнала огибающей и низкочастотного сигнала, то перемена третьего и пятого каналов ШСО местами привела бы только к перестановке местами сомножителей в выражении 3 и не повлияла бы на вид результирующего сигнала на выходе УС.

Таким образом, формирование заданного вида I_ст полностью завершается в блоке УС, однако недостаточная амплитуда и мощность сигнала на выходе УС не позволяют использовать его для непосредственного воздействия на пациента, поэтому с выхода УС сигнал поступает на вход усилителя УМ11, где с помощью усилителя напряжения на транзисторе VT1 усиливается по напряжению, а с помощью двухтактного выходного усилителя тока на транзисторах VT2, VT3 по току. В результате на выходе УМ формируется U_ст, под действием которого в цепи нагрузки (резистора R или пациента) протекает ток I_ст.

Т. к. формирование I_ст возможно только после предварительного проведения НТЗ и установки РА в исходное положение, при котором U_ст не превышает 2В, то необходимо увеличить амплитуду U_ст, а следовательно I_ст до рабочего значения. Постепенное наращивание амплитуды I_ст до рабочего значения (подбирается индивидуально для каждого пациента) осуществляется плавным вращением ручки РА 10 по часовой стрелке, что приводит к увеличению сопротивления РА и согласно выражению (3) увеличению U_ст, а следовательно I_ст. При задании амплитуды I_ст необходимо ориентироваться как на показания измерительного прибора, так и на субъективные ощущения пациента.

Как видно из фиг. 1, I_ст независимо от нагрузки (пациент или резистор R) протекает через переменный резистор R1 блока МТЗ 16, функционально являющийся датчиком тока, создавая на нем падение напряжения, пропорциональное I_ст. Часть этого напряжения с вывода 3 резистора поступает на базу транзистора и при достижении током I_ст порога срабатывания МТЗ открывает его, устанавливая на выходе блока МТЗ уровень лог. 0, который по шине ШНУ сбрасывает МБУ в исходное состояние. При этом на первом и втором выходах МБУ устанавливаются лог. 1, которые включают схему СБ 12, блокируя U_ст, и размыкают цепь пациента, обеспечивая его защиту от превышения максимально допустимого значения тока. Наличие переменного резистора позволяет регулировать порог срабатывания МТЗ в широких пределах, что позволяет применять электроды с различной площадью контакта.

Род тока I (фиг. 7) представляет собой двуполярный синусоидальный сигнал частотой 5 кГц (сплошная линия), модулированный по амплитуде низкочастотным сигналом (пунктирная линия) заданной формы, например, треугольной, и частоты. Для получения такого тока МБУ1 вырабатывает на информационных входах/выходах второго канала ШСО постоянный двоичный сигнал, на информационных входах/выходах четвертого канала ШСО двоичный код управления каналами МК 7, при котором первый канал, пропускающий гармоничный сигнал, открыт, а второй и третий каналы закрыты, т.к. сигнал огибающей при формировании рода тока I не используется, а на информационных входах/выходах пятого канала ШСО периодическую последовательность двоичных чисел, соответствующую низкочастотному сигналу. Постоянный двоичный сигнал с помощью ЦАП1 преобразуется в постоянный аналоговый сигнал, который поступает на вход управления УГ5 и устанавливает на его выходе гармонический сигнал частотой 5 кГц. Гармонический сигнал через открытый канал МК поступает на вход 1 УС8. Входы 1, 2, 3 УС взаимозаменяемы и выражение (3) справедливо для каждого из них. Как и при получении I_ст вида ОВ низкочастотный сигнал обеспечивает амплитудную модуляцию сигнала на входе УС, в результате на выходе УС формируется сигнал заданного вида.

Для получения различных видов частотно-модулированных I_ст на информационных входах/выходах второго канала ШСО вырабатывается периодическая последовательность двоичных чисел, соответствующая требуемому закону изменения частоты на выходе УГ 5, при этом на информационных входах/выходах пятого канала ШСО устанавливается постоянный двоичный сигнал, соответствующий, например, максимальному значению K_у. Для получения I_ст со смешанной амплитудно-частотной модуляцией на информационных входах/выходах второго и пятого каналов ШСО вырабатываются периодические последовательности двоичных чисел, соответствующие законам изменения частоты и амплитуды, в частности, если оба закона одинаковы, то I_ст по виду близок к току, получаемому с помощью устройства [10], но превосходит по качеству, т.к. отсутствуют пикообразные выбросы.

Широкие функциональные возможности устройства позволят специалистам не только проводить электротерапию большинством из известных видов лечебных токов, но создавать и испытывать новые виды токов как путем выбора новых комбинаций имеющихся параметров, так и за счет введения, используя возможности МБУ по корректировке управляющей программы [12] стр. 2, дополнительных параметров (новые формы сигналов, в том числе асимметричные, чередующуюся после каждой паузы полярность и т.д.).

Источники информации
1. Аппарат для низкочастотной терапии синусоидальными модулированными импульсами СНИМ-1. Паспорт, 1975 г.

2. Аппарат для лечения диадинамическими токами "Тонус-2М". Паспорт.

3. Амплипульс-4. Аппарат низкочастотной терапии. Паспорт.

4. Амплипульс-5. Аппарат низкочастотной терапии. Паспорт.

5. А.С.N 1034750 кл. A 61 N 1/36 "Электростимулятор".

6. Патент США N 4960124, кл. A 61 N 1/32 "Установка для низкочастотной терапии".

7. Заявка ФРГ N 3811140, кл. A 61 N 1/56, A 61 B 5/05 "Прибор для создания раздражающего тока".

8. Заявка ПНР N255672, кл. A 61 N 1/36 "Аппарат для физиотерапии".

9. Патенте США N 4719922, кл. A 61 N 1/36 "Стимулятор".

10. Патент США N 4682601, кл. A 61 N 1/36 "Электронное устройство для лечебной стимуляции тока".

11. А.С. N 1621950 кл. A 61 N 1/36 "Электростимулятор" (прототип).

12. Заявка N 49313418 от 05.05.91 г. "Микропроцессорная система управления технологическими процессами (Решение НИИГПЭ о выдаче патента получено автором 06.93 г.).

13. Игнатов А.Н. "Полевые транзисторы и их применение", М.: Радио и связь, 1984 г.

14. П. Хоровиц, У.Хилл "Искусство схемотехники" т.1, пер. с англ., М.: Мир, 1986 г.

15. Варламов Н.В., Касаткин И.Л. Микропроцессоры в бытовой технике, М.: Радио и связь, 1989 г.

Устройство содержит управляемый генератор (5), регулятор 10 амплитуды, блок 13 начально-токовой защиты, микропроцессорный блок (1) управления, первый цифроаналоговый преобразователь (2), второй цифроаналоговый преобразователь (3), третий цифроаналоговый преобразователь (4), инвертор (8) полярности, многоканальный коммутатор (7), усилитель-сумматор (11), управляемый резистор (9), узел (12) блокировки, двухпозиционный ключ (14), инвертор (15), узел (16) максимально-токовой защиты, резистор и функциональные связи между ними. Функциональные возможности устройства расширяются за счет выбора новых комбинаций параметров и использования микропроцессорного блока управления. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электростимулятор, содержащий управляемый генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности и блок начально-токовой защиты, отличающийся тем, что в него введены микропроцессорный блок управления, первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, инвертор полярности, многоканальный коммутатор аналоговых сигналов, усилитель-сумматор, управляемый резистор, узел блокировки, двухпозиционный ключ, логический инвертор, блок максимально-токовой защиты и резистор, при этом первый канал микропроцессорного блока управления является выходом электростимулятора, второй канал соединен с входами первого цифроаналогового преобразователя, третий канал - с входами второго цифроаналогового преобразователя, четвертый канал - с входами управления многоканального коммутатора аналоговых сигналов, пятый канал - с входами третьего цифроаналогового преобразователя, выход первого цифроаналогового преобразователя связан с входом управляемого генератора, выход которого подключен к первому входу многоканального коммутатора аналоговых сигналов, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом многоканального коммутатора аналоговых сигналов и входом инвертора полярности, выход которого подключен к третьему входу многоканального коммутатора аналоговых сигналов, выход третьего цифроаналогового преобразователя соединен с входом управления управляемого резистора, другой вход которого соединен с выходом регулятора амплитуды и четвертым входом усилителя-сумматора, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам многоканального коммутатора, аналоговых сигналов, а выход связан с входами регулятора амплитуды и усилителя мощности, первый выход которого соединен с входом узла блокировки, а второй выход - с входом блока начально-токовой защиты и входом двухпозиционного ключа, вход управления которого соединен с выходом логического инвертора, нормально-замкнутый контакт - с выводом резистора, нормально-разомкнутый контакт - с анодом-электродом, катод-электрод соединен с другим выводом резистора и входом блока максимально-токовой защиты, выход которого подключен к шине начальной установки микропроцессорного блока управления, выход блока начально-токовой защиты соединен с первым входом микропроцессорного блока управления, вход управления узла блокировки - с первым выходом микропроцессорного блока управления, вход логического инвертора - со вторым выходом микропроцессорного блока управления. 2. Электростимулятор по п.1, блок начально-токовой защиты которого содержит транзистор и резистор, отличающийся тем, что в него введены первый и второй диоды, при этом катод второго диода соединен с анодом первого диода, эмиттером транзистора и подключен к общей шине, анод второго диода соединен с выводом резистора и базой транзистора, коллектор которого является выходом блока начально-токовой защиты, а другой вывод резистора является входом блока начально-токовой защиты. 3. Электростимулятор по п.2, отличающийся тем, что блок минимально-токовой защиты состоит из транзистора и переменного резистора, первый контакт которого является входом блока максимально-токовой защиты, второй контакт связан с эмиттером транзистора и подключен к общему проводу, а третий контакт соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока максимально-токовой защиты. 4. Электростимулятор по п.3, отличающийся тем, что узел блокировки состоит из двух оптронных тиристоров, аноды светодиодов которых связаны между собой и образуют вход управления узла блокировки, анод одного и катод другого фототиристоров связаны между собой и образуют другой вход узла блокировки, катоды светодиодов соединены с другими контактами фототиристоров и подключены к общей шине.