ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 2006 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в медицине, например, для диагностики заболеваний слуховых, зрительных и других систем путем электростимуляции сетчатки, зрительного, слухового и других нервов, подкорковых зрительных, слуховых и других центров и коркового представительства зрительного, слухового анализатора.

Известно устройство для электрической стимуляции, содержащее блок питания, высокочастотный преобразователь, блок формирования управляющих импульсов, накопитель энергии, выходные блоки, группы электродов, при этом блок питания сопряжен с накопителем энергии и блоком формирования управляющих импульсов, связанным с накопителем энергии, взаимодействующим через трансформаторы с несколькими выходными блоками и электродами, выполненными в форме групп расположенных один в другом замкнутых проводящих концентрических колец с расположенными в центрах симметрии активным и индифферентным электродами, причем активный и индифферентный электроды подключаются к первому выходному блоку, а электроды в форме концентрических колец подключаются попарно к остальным выходным блокам. Устройство может быть снабжено одной группой или двумя группами электродов в виде замкнутых проводящих концентрических колец (см. патент РФ на изобретение №2061510, МПК А 61 N 01/36, опубл. 10.06.1996 г.).

Недостатком известного устройства является узкий набор параметров возможных воздействий и отсутствие контроля воздействия на зрительную систему пациента. Поэтому при использовании данного устройства возникает необходимость опроса пациента об изменениях, происходящих в процессе воздействия, что не может являться достоверной информацией.

Известно также устройство для лечения заболеваний зрительного тракта посредством электростимуляции, состоящее из высоковольтного преобразователя, электродов воздействия, датчика пульса, имитатора пульса, согласующего узла, переключателя, формирователя импульсов, ключа, блока регулировки амплитуды импульсов, выпрямителя, токоограничительного резистора, переключателя полярности импульсов, активного и пассивного электродов, частотомера, блока выбора режимов работы, кнопок "Больше", "Меньше", "Пуск", "Стоп", блока установки заряда, индикатора, двух элементов ИЛИ, триггера, измерителя заряда, источника опорного напряжения, компаратора и одновибратора, причем вход датчика пульса подсоединен к пациенту, выход датчика пульса через согласующий узел соединен с первым входом переключателя, к второму входу которого подключен имитатор пульса, выход переключателя соединен с частотомером и с первыми входом формирователя импульсов, второй вход которого подключен к первому выходу блока выбора режима работы, второй выход которого соединен с первым входом переключателя полярности импульсов, вход блока выбора режима работы соединен с первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу триггера, к первому входу блока установки заряда и к первому входу первого элемента ИЛИ; выходы ключа и блока регулировки амплитуды импульсов подключены соответственно к первому и второму входам высоковольтного преобразователя, выход которого через последовательно соединенные выпрямитель и токоограничительный резистор соединен со вторым входом переключателя полярности импульсов, первый и второй выходы которого через активный и пассивный электроды подключены к пациенту, третий выход переключателя полярности импульсов соединен с индикатором и с первым входом измерителя заряда, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, выход измерителя заряда и источник опорного напряжения соединены с первым и вторым входами компаратора, выход которого через одновибратор подключен к вторым входам первого элемента ИЛИ и блока установки заряда, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с кнопками "Больше", "Меньше", выход блока установки заряда и кнопка "Стоп" подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с кнопкой "Пуск" (см. патент РФ на изобретение №2074683, МПК A 61 F 09/00, A 61 N 01/00, A 61 N 01/32, опубл. 10.03.1997 г.).

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно может реализовать ограниченное число режимов стимуляции и узкий набор параметров возможных воздействий, так как в известном приборе задается только положительная полярность импульса. Кроме того, отсутствует возможность варьирования формы импульса, а также контроля воздействия на зрительную систему пациента.

Известно устройство для лечения нейрососудистых заболеваний глаза и частичной атрофии зрительного нерва, содержащее источник тока, генератор частоты и усилитель, электрически соединенный с пациентом генератор соединен с тремя последовательно закоммутированными счетчиками импульсов, которые электрически связаны с цифроаналоговым преобразователем, который подключен к аналогочастотному преобразователю напряжения, выход которого связан с входом блока, задающего длительность импульсов, выход которого соединен с входом усилителя (см. патент РФ на изобретение №2063198, МПК А 61 F 09/00, опубл. 10.07.1996 г.).

Недостатком известного устройства является то, что в нем используются неоправданно высокие частоты воздействия, приводящие к истощению трофических ресурсов зрительной системы. Кроме этого, в известном устройстве отсутствует контроль воздействия на зрительную систему пациента.

Известен многоканальный стимулятор, осуществляющий способ восстановления зрения при повреждении сетчатки и зрительного нерва, содержащий блок выбора режимов, блок ввода параметров, формирователи циклов, серий, сеансов, счетчик количества импульсов, преобразователь уровня сигналов, переключатель каналов, генератор тактовых импульсов, генератор тока, регулятор амплитуды и аналоговый ключ, n выходов которого являются выходами стимулятора. Устройство также содержит управляющий блок, блок хранения параметров, блок индикации, формирователь подключения каналов, соединенные определенным образом (см. патент РФ на изобретение №2093118, МПК A 61 F 9/00, A 61 N 1/36, опуб. 20.10.1997 г.).

В известном устройстве формируются только бифазные прямоугольные импульсы положительной полярности на фиксированной частоте длительности импульса, что ограничивает возможности программирования импульсов любой произвольной формы, длительности и полярности воздействия. Кроме этого, в известном устройстве также отсутствует контроль воздействия на зрительную систему пациента.

Известно устройство для электростимуляции зрительного тракта, содержащее блок ввода в виде клавиатуры; блок индикации в виде дисплея; блок связи с ЭВМ; блок питания, блок управления, цифроаналоговый преобразователь, формирователь стимулирующих импульсов, который содержит усилитель, демультиплексор, два многозоновых электрода и общий электрод. Блок управления содержит память параметров импульсов, генератор, счетчик формирования временных интервалов, счетчик номера зоны, счетчик номера глаза, счетчик числа циклов, счетчик количества импульсов в цикле, блок сравнения, реверсивный счетчик числа серии, реверсивный счетчик установки амплитуды импульсов, триггер установки режимов "Старт", "Стоп", триггер установки режимов "Установка", "Стимуляция". При этом выход блока ввода соединен с входом блока управления, выходы которого соединены с входами блока связи с ЭВМ, блока индикации, цифроаналогового преобразователя и формирователя стимулирующих импульсов (см. патент РФ на изобретение №2009540, МПК G 06 F 15/42, А 61 N 01/36, опубл. 15.03.1994 г.).

В известном устройстве стимуляция зрительной системы осуществляется воздействием последовательных двуполярных импульсов заданной амплитуды, количеством, равным числу импульсов, заданных счетчиком. Это ограничивает параметры возможных воздействий на зрительную систему. Кроме того, в известном устройстве отсутствует контроль воздействия на зрительную систему пациента.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является медицинский аппарат для электростимуляции, содержащий блок управления, включающий управляющий микроконтроллер и вход сигнала обратной связи, блок связи с управляющей системой, первые вход и выход которого являются первым входом и выходом электростимулятора соответственно, вторые вход и выход соединены соответственно с первым входом и вторым выходом управляющего микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом блока формирования параметров воздействия, и электроды воздействия стимулирующих импульсов (см. европейский патент №0841074, МПК A 61 N 1/365, опубл. 13.05.1998 г.).

Недостатком известного медицинского аппарата является отсутствие контроля реальных параметров воздействия на пациента, которые могут отличаться от заданных по различным причинам, например нарушение контакта электродов, изменение сопротивления в цепи (контроль сопротивления в цепи), что снижает эффективность проводимой терапии.

Задачей настоящего изобретения является создание электростимулятора, позволяющего повысить эффективность восстановления функций сенсорных систем (слуховой, зрительной и других систем).

Техническим результатом, полученным при использовании изобретения, является возможность измерения реально поступивших на пациента параметров воздействия и осуществление контроля воздействия на сенсорную систему пациента для индивидуального подбора параметров воздействия.

Поставленная задача достигается тем, что в электростимуляторе, содержащем блок управления, включающем управляющий микроконтроллер и вход сигнала обратной связи, блок связи с управляющей системой, первые вход и выход которого являются первым входом и выходом электростимулятора соответственно, вторые вход и выход соединены соответственно с первым входом и вторым выходом управляющего микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом блока формирования параметров воздействия, и электроды воздействия стимулирующих импульсов, согласно изобретению блок управления дополнительно содержит датчики съема параметров воздействия, первый вход которых соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера, второй вход - с выходом блока формирования параметров воздействия, первый выход - с первым входом аналоговых усилителей, а второй выход является вторым выходом электростимулятора и соединен с электродами воздействия стимулирующих импульсов, при этом вход сигнала обратной связи соединен с вторым входом аналоговых усилителей и является вторым входом электростимулятора.

Кроме того, управляющий микроконтроллер снабжен встроенным аналого-цифровым преобразователем.

Помимо этого, аналоговые усилители являются усилителями параметров текущего тока, напряжения воздействия и сигнала обратной связи.

При этом выходы аналоговых усилителей соединены с входами встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя.

Кроме этого, блок связи выполнен в виде портативной радиостанции, а блок управления снабжен мультиплексором.

Помимо того, датчики съема параметров воздействия встроены в мультиплексор.

При этом третий выход управляющего микроконтроллера и выход блока формирования параметров воздействия соединены с датчиками съема параметров воздействия через мультиплексор.

Наличие датчиков съема параметров воздействия и их взаимосвязи с элементами электростимулятора позволяет осуществить измерение реально поступивших на пациента параметров воздействия (тока и напряжения), ответную реакцию пациента на реально поступившие параметры воздействия и контроль воздействия на сенсорную систему пациента для индивидуального подбора параметров воздействия. Это дает возможность корректировать параметры воздействия индивидуально для каждого пациента, что повышает эффективность восстановления функций сенсорных систем (слуховой, зрительной и других систем).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема электростимулятора; на фиг.2 - структурная схема варианта выполнения электростимулятора.

Электростимулятор содержит блок 1 связи с управляющей системой, блок управления 2 и блок 3 формирования параметров воздействия. Блок 2 управления содержит управляющий микроконтроллер 4 со встроенным аналого-цифровым преобразователем 5, датчики 6 съема параметров воздействия, вход 7 сигнала обратной связи, аналоговые усилители 8 параметров текущего тока, напряжения воздействия и сигнала обратной связи и электроды 9 воздействия стимулирующих импульсов.

Первые вход и выход блока 1 связи являются первыми входом и выходом электростимулятора. Вторые выход и выход блока 1 связи соединены с первым входом и вторым выходом. Первый выход управляющего микроконтроллера 4 соединен с входом блока 2 формирования параметров воздействия.

Первый вход датчиков 6 съема параметров воздействия соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера 4, а второй вход датчиков 6 съема параметров воздействия соединен с выходом блока 3 формирования параметров воздействия.

Первый выход датчиков 6 съема параметров воздействия соединен с первым входом аналоговых усилителей 8, а второй выход датчиков 6 съема параметров воздействия является вторым выходом электростимулятора и соединен с электродами воздействия стимулирующих импульсов, при этом вход сигнала 7 обратной связи соединен со вторым выходом аналоговых усилителей 8 и является вторым входом электростимулятора.

Выходы аналоговых усилителей 8 соединены с входами встроенного в микроконтроллер 4 аналого-цифрового преобразователя 5.

Блок 1 связи может быть выполнен в виде портативной радиостанции, а в блок 2 управления может быть введен мультиплексор 10.

При этом датчики 6 съема параметров воздействия встроены в мультиплексор 10, а третий выход управляющего микроконтроллера 4 и выход блока 3 формирования параметров воздействия соединены с датчиками 6 съема параметров воздействия через мультиплексор 10.

Электроды воздействия стимулирующими импульсами могут быть, например, цельнометаллические или имеющие специальную насадку для подачи геля. Вторая конструкция улучшает контакт электродов и ткани.

Электростимулятор работает следующим образом.

Выбранное воздействие, например, с ЭВМ подается на вход электростимулятора и через блок 1 связи передается на управляющий микроконтроллер 4.

Управляющий микроконтроллер 4 осуществляет управление всеми узлами и блоками устройства, режимами работы устройства, а также обеспечивает диагностику и состояние узлов и блоков устройства. Управляющий микроконтроллер 4 формирует сигналы задания тока, переключения полярности, задания значения тока, а также режимы работы программы по функциональному назначению (например, включение и выключение, запоминание сигналов, осциллографирование).

Заданные режимы работы передаются в блок 3 формирования параметров воздействия, который осуществляет формирование электрического сигнала различных полярностей, форм и длительности.

Полярность сигнала, его форма и длительность выбираются в зависимости от используемой методики лечения, профилактического воздействия или диагностики.

Например, полярность может быть отрицательной или положительной, форма сигнала - прямоугольная, треугольная, длительность сигнала 30 с, 50 с.

Например, для электростимуляции зрительного нерва воздействие может быть осуществлено сериями положительных прямоугольных импульсов длительностью 10 мс, частотой следования 15 Гц, в пачечном режиме (5 импульсов в пачке), при частоте следования пачек 1/с, продолжительность серии 30 с и интервал между сериями 1 мин. В течение всего курса воздействие осуществляли с амплитудой тока 100-300 мкА в режиме белого шума.

Сформированный электрический сигнал воздействия поступает в мультиплексор 10, который коммутирует сформированное электрическое воздействие на соответствующий электрод 9 воздействия.

Для контроля заданного воздействия на пациента, в частности для отслеживания нарушения контакта электродов и исключения артефактов по съему сигналов обратной связи, с установленных в мультиплексоре 10 датчиков 6 снимаются реально получившиеся параметры воздействия, которые поступают в аналоговые усилители 8. Одновременно в аналоговые усилители 8 по входу 7 сигнала обратной связи поступают корковые потенциалы, вызванные сигналами электрического воздействия.

Аналоговые усилители 8 осуществляют электрическую нормализацию (преобразование) полученных трех сигналов: с датчиков 6 - реально поступившие к пациенту значения напряжения воздействия и ток воздействия, со входа 7 сигнала обратной связи - напряжение, вызванное сигналами электрического воздействия. Преобразованные сигналы передаются через аналого-цифровой преобразователь 5 в управляющий микроконтроллер 4.

Управляющий микроконтроллер 4 осуществляет измерение и преобразование в числа трех электрически нормализованных сигналов и последующую передачу их через блок 1 связи на первый выход электростимулятора. Первый выход электростимулятора может быть соединен с ЭВМ, которая согласно заданной программе корректирует параметры воздействия, проводит мониторинг параметров лечебного воздействия и ответа коры головного мозга на это воздействие.

Блок 1 управления визуализирует полученную информацию, записывает, анализирует и архивирует ее.

Электростимулятор имеет малые размеры и вес, т.е. устройство относится к разряду карманных; обеспечивает определенные электрические характеристики, т.е. максимально допустимые для каждого пациента амплитуду тока, амплитуду напряжения, амплитуду частоты воздействия; обеспечивает возможность измерять и документировать, например заносить в память ЭВМ реально получившиеся параметры электрического воздействия; обеспечивает возможность программирования различных методик лечения пациентов и последовательностей воздействий; обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током за счет возможности информационного обмена по радиоканалу и автономного аккумуляторного питания; обеспечивает возможность ограничения выполняемых функций многоуровневыми правами доступа.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для программирования различных режимов стимуляции при восстановлении функций сенсорных систем пациента. Электростимулятор содержит блок управления, включающий управляющий микроконтроллер и вход сигнала обратной связи, блок связи с управляющей системой, первые вход и выход которого являются первыми входом и выходом электростимулятора соответственно, вторые выход и вход соединены соответственно с первым входом и вторым выходом управляющего микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом блока формирования параметров воздействия, и электроды воздействия стимулирующих импульсов. Блок управления дополнительно содержит датчики съема параметров воздействия, первый вход которых соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера, второй вход - с выходом блока формирования параметров воздействия, первый выход - с первым входом аналоговых усилителей, а второй выход является вторым выходом электростимулятора и соединен с электродами воздействия стимулирующих импульсов, при этом вход сигнала обратной связи соединен с вторым входом аналоговых усилителей и является вторым входом электростимулятора. Использование изобретения позволяет повысить эффективность восстановления функций сенсорных систем за счет подбора параметров воздействия и осуществления контроля воздействия на сенсорную систему. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электростимулятор, содержащий блок управления, включающий управляющий микроконтроллер и вход сигнала обратной связи, блок связи с управляющей системой, первые вход и выход которого являются первыми входом и выходом электростимулятора соответственно, вторые выход и вход соединены соответственно с первым входом и вторым выходом управляющего микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом блока формирования параметров воздействия, и электроды воздействия стимулирующих импульсов, отличающийся тем, что блок управления дополнительно содержит датчики съема параметров воздействия, первый вход которых соединен с третьим выходом управляющего микроконтроллера, второй вход - с выходом блока формирования параметров воздействия, первый выход - с первым входом аналоговых усилителей, а второй выход - является вторым выходом электростимулятора и соединен с электродами воздействия стимулирующих импульсов, при этом вход сигнала обратной связи соединен со вторым входом аналоговых усилителей и является вторым входом электростимулятора.2. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что управляющий микроконтроллер снабжен встроенным аналого-цифровым преобразователем.3. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что аналоговые усилители являются усилителями параметров текущего тока, напряжения воздействия и сигнала обратной связи.4. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что выходы аналоговых усилителей соединены с входами встроенного в управляющий микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя.5. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок связи выполнен в виде портативной радиостанции.6. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок управления снабжен мультиплексором.7. Электростимулятор по п.6, отличающийся тем, что датчики съема параметров воздействия встроены в мультиплексор.8. Электростимулятор по п.7, отличающийся тем, что третий выход управляющего микроконтроллера и выход блока формирования параметров воздействия соединены с датчиками съема параметров воздействия через мультиплексор.