АДАПТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 2009 года по МПК A61N1/36 

Предлагаемое изобретение относится к области медицинской техники, в частности к электронным устройствам электростимуляции, и предназначено для терапевтического неинвазивного индивидуально-дозировочного воздействия по группе выбранных точек на участках кожного покрова человека электрическими импульсами с автоматической регуляцией мощности воздействия стимулирующих импульсов. Адаптивный электростимулятор может применяться с целью оказания общерегулирующего влияния на физиологические системы организма, достижения анальгетического эффекта в лечебных и реабилитационных целях. Устройство может быть использовано медицинским персоналом и врачами различных специальностей.

Известен электростимулятор (см. патент РА №2011386, кл. А61N 1/36, 1994), содержащий блок регенерации воздействующих импульсов, два электрода, блок питания и блок формирования сигналов правления, выход которого соединен со входом блока генерации воздействующих импульсов, выходы которого соединены с электродами.

Недостатком данного устройства является то, что оно не учитывает те адаптационные процессы, которые происходят в организме и, следовательно, не обеспечивает индивидуально-дозировочные воздействия стимулирующими импульсами, а так же предназначено только для воздействия на две выделенные зоны покрова в течение одного сеанса стимуляции без смены приложения электродов, в то время как при многих заболеваниях (особенно тяжелых) и особенно тех заболеваниях, при которых целесообразно как можно меньше беспокоить больного (например, перебинтовывая), целесообразно оказывать стимулирующее воздействие (в том числе и длительное) последовательно на несколько зон кожного покрова без смены электродов.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются блок генерации воздействующих импульсов, блок формирования сигналов управления и два электрода.

Причины, препятствующие достижению требуемого результата, состоят в особенностях схемной реализации известного электростимулятора и выполняемых им функций, не позволяющих учитывать адаптационные процессы в организме человека (изменение электрокожного импеданса), а также производить в течение сеанса оптимальное лечебное стимулирование кожного покрова, по суммарной или реактивной энергии воздействия.

Известен электростимулятор (см. патент РА №2113249, кл. А61N 1/36, 1998), содержащий первый и второй генераторы пилообразного напряжения, генератор прямоугольных импульсов, блок управления энергетическим воздействием, генератор трапецеидальных сигналов, усилитель мощности, выходной блок, блок индикации выходного сигнала, активный и пассивный электроды, причем первый установочный вход электростимулятора соединен с установочным ходом генератора прямоугольных импульсов, управляющий выход которого соединен с первым управляющим входом электростимулятора, сигнальный вход генератора прямоугольных импульсов соединен с сигнальным выходом первого генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с тактовыми входами блока управления энергетическим воздействием и генератора трапецеидальных сигналов, второй управляющий вход электростимулятора соединен с управляющим входом блока управления энергетически воздействием и с первым управляющим входом генератора трапецеидальных сигналов, третий управляющий вход электростимулятора соединен со вторым управляющим входом генератора трапецеидальных сигналов, второй установочный вход электростимулятора соединен с установочным входом блока управления энергетическим воздействием, сигнальный вход которого соединен с сигнальным выходом генератора трапецеидальных сигналов, а сигнальный вход блока управления энергетическим воздействием соединен с сигнальным входом усилителя мощности, первый и второй сигнальные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальным входами выходного блока. А третий сигнальный выход соединен со входом блока индикации выходного сигнала, третий и четвертый установочные входы электростимулятора соединены соответственно с первым и вторым установочными входами выходного блока. Четвертый управляющий вход электростимулятора соединен с управляющим входом выходного блока, третий сигнальный вход которого соединен с сигнальным выходом второго генератора пилообразного напряжения, а первый и второй сигнальные выходы выходного блока соединены соответственно с активным и пассивным электродами.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются блок управления энергетическим воздействием, выходной блок, блок индикации выходного сигнала, активный и пассивный электроды.

Известное устройство имеет недостаток, состоящий в том, что, во-первых, нельзя изменять параметры стимулирующих импульсов в зависимости от реакции кожного покрова, а во-вторых, нет возможности управления энергией стимулирующих импульсов с учетом адаптационных процессов организма человека к воздействию стимулирующими импульсами. В известном устройстве не предоставляются сервисные услуги подбора такой энергии и параметров стимулирующих импульсов, которые наилучшим образом бы соответствовали требованиям Кировой «сила - длительность», индивидуальной для каждого организма и меняющейся в зависимости от стадии заболевания.

Недостаток известного устройства состоит в особенностях структурной реализации известного устройства, позволяющих регулировать энергию импульсов только по команде пользователя, не позволяющих регулировать мощность выходного сигнала в автоматическом режиме. Т.е. для каждого нового участка кожного покрова врачу необходимо производить подстройку энергии импульсов до комфортного ощущения пациента.

Наиболее близким к предлагаемому адаптивному электростимулятору, по совокупности технических признаков, является адаптивный электростимулятор (см. патент РФ №2211712, кл. А61N 1/36, 2003), содержащий блок питания, процессорный блок, блок контроля питания, блок ключей управления, блок сопряжения с ЭВМ, выходной блок, блок светодиодной индикации, блок звуковой индикации, блок анализа сигналов обратной связи и блок индикации выходного сигнала.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются процессорный блок, блок анализа сигналов обратной связи, выходной блок.

К недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие режима упрощенного управления прибором, для работы необходимо проведение значительного количества операций для задания начальных настроек прибора, регулирования и постоянного контроля выходного сигнала в процессе терапии. Настройка прибора осуществляется за счет комфортных или некомфортных ощущений пациента в области воздействия лечебных стимулирующих импульсов, а для этого врачу постоянно необходимо осуществлять подстройку прибора, при этом процесс терапии оказывается менее эффективным, а порой и болезнетворным для пациента.

Кроме того, значительным недостатком является отсутствие сервисного удобства в работе, т.к. врач должен при проведении терапии тратить время на установки, вспоминать о назначении кнопок и выбранных ранее установках, а так же иметь опыт работы с ЭВМ для полной реализации всех заложенных возможностей.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, состоят в особенностях структурной реализации известного устройства, которые не предоставляют врачу возможности задания мощности воздействия на необходимый участок кожного покрова, а также обязательном участии пациента в подборе параметров стимулирующих импульсов.

Технической задачей, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, является повышение терапевтического эффекта за счет контроля мощности стимулирующих импульсов, предоставление врачу дополнительных возможностей автоматического поиска зон чрескожной электростимуляции, контролирование параметров электростимулязии без участия пациента и сложных вычислительных средств ЭВМ.

Технический результат от применения предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей электростимулятора за счет применения алгоритмов автоматизированного выбора зон чрескожной электростимуляции и сеанса терапии при введении в контур прибора обратных связей; подбора параметров стимулирующих импульсов в автоматическом режиме по рекомендациям врача; отображения результатов измерений в графической и звуковой форме; использования в качестве сигнала обратной связи ощущения пациента; показаний реактивной и суммарной мощности стимулирующего воздействия, что в целом обеспечивает улучшение терапевтического эффекта и оптимизацию процедуры терапии.

Для достижения технического результата адаптивный электростимулятор содержит процессорный блок, блок управления питанием, блок ключей управления, блок суммирования мощности воздействия, блок измерения мощности воздействия, выходной блок, блок индикации, блок анализа сигнала обратной связи, активный электрод, пассивный электрод, причем вход общего питания процессорного блока соединен с выходом блока управления питанием, выход контроля питания которого соединен с первым входом первой группы входов управления процессорного блока, вход опорного напряжения которого соединен с выходом опорного напряжения блока управления питанием, входом опорного напряжения блока ключей управления, входом опорного напряжения блока суммирования мощности воздействия, входом опорного напряжения блока измерения мощности воздействия и входом опорного напряжения выходного блока, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока ключей управления соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами группы входов управления процессорного блока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой информационные выходы первой группы информационных выходов процессорного блока соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым информационными входами блока индикации, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с первым и вторым выходами управления процессорного блока, первый и второй выходы второй группы информационных выходов процессорного блока соединены соответственно с девятым и десятым информационными входами блока индикации, первый и второй входы первой группы информационных входов процессорного блока соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами блока анализа сигнала обратной связи, сигнальный вход блока анализа сигнала обратной связи соединен с сигнальным выходом выходного блока и входом блока измерения мощности воздействия, сигнальный вход выходного блока соединен с сигнальным выходом процессорного блока, активный электрод соединен с сигнальным выходом блока измерения мощности воздействия, шина отрицательного напряжения выходного блока соединена с пассивным электродом, информационный выход блока измерения мощности воздействия соединен с первым информационным входом второй группы информационных входов процессорного блока и входом блока суммирования мощности воздействия, третий управляющий выход которого соединен с выходом управления блока суммирования мощности воздействия, информационный выход блока суммирования мощности воздействия соединен со вторым информационным входом второй группы информационных входов.

Блок измерения мощности воздействия содержит первый резистор, второй резистор, третий резистор и аналоговый умножитель сигналов, причем сигнальный вход соединен с первым выводом первого резистора, первым выводом третьего резистора и вторым выводом канала Х2 аналогового умножителя сигналов, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом канала X1 аналогового умножителя сигналов и сигнальным выходом блока измерения мощности воздействия, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и первым входом канала Y1 аналогового умножителя сигналов, второй вывод второго резистора соединен с входом отрицательного напряжения питания аналогового умножителя сигналов, вход положительного напряжения питания которого подключен к шине положительного напряжения питания, второй вход канала Y2 аналогового умножителя сигналов соединен с входом Z компенсации сигнала аналогового умножителя сигналов и входом опорного напряжения блока измерения мощности воздействия, информационный выход блока измерения мощности воздействия соединен с выходом W аналогового умножителя сигналов.

Блок суммирования мощности содержит первый резистор, второй резистор, третий резистор, операционный усилитель, конденсатор, полевой транзистор, причем вход блока суммирования мощности соединен через резистор с первым входом конденсатора, стоком полевого транзистора и отрицательным входом операционного усилителя, положительный вход которого подключен через резистор к входу опорного напряжения блока суммирования мощности воздействия, вход управления блока суммирования мощности воздействия соединен с затвором полевого транзистора, исток которого подключен через резистор к второму входу конденсатора, выходу операционного усилителя и информационному выходу блока суммирования мощности воздействия.

Известен факт достижения максимального лечебного эффекта генерализированных реакций организма при электростимуляции с малой мощностью стимулирующего импульса (не нагревающей кожный покров и возбудимые ткани более чем на 0,1°С). Так же остается весьма важным эффект аккомодации, проявляющийся в том, что реакция возбудимых тканей определяется не только силой воздействия, но и скоростью его изменения.

Таким образом, с точки зрения рациональности и своевременных критериев правильный выбор формы и длительности стимулирующих импульсов, особенно при наличии обратной связи по реактивной и суммарной мощности стимулирующего воздействия, должен соответствовать индивидуальным особенностям организма.

Наиболее эффективным будет стимулирующее воздействие предельно короткими импульсами, обладающими запасом нужной энергии, способной вызвать отклик клетки, не перезагрузив ее избытком электрической энергии, что может привести к нагреву и изменению ее химического состава. В этом случае эффект терапевтического воздействия будет обеспечен наилучшим образом, что не однократно доказано клиническими испытаниями. Невозможность учета многообразия индивидуальных особенностей пациентов требует индивидуального подбора места воздействия и параметров стимулирующих импульсов с учетом энергетического запаса стимулирующего импульса, оказывающего непосредственное влияние на болевые ощущения пациента. Критерием подбора могут быть результаты измерения мощности воздействия, измеренные в реальном масштабе времени, или накопленная мощность за время стимуляции.

Индивидуальный подбор параметров стимулирующих импульсов возможен в автоматическом режиме. При этом врачу предоставляется удобный интерфейс для задачи желаемых границ мощностей и ответных реакций организма на стимулирующие импульсы, позволяющий изменять частоту и амплитуду следования стимулирующих импульсов, задавать уровень отдаваемой энергии стимулирующими импульсами. Кроме того, для пациента предоставляется возможность руководствоваться своими ощущениями, регулировать уровень энергии импульсов.

При электролечении одновременно осуществляется диагностика заболевания исходя из анализа реакции организма на стимулирующие воздействия по изменению реактивной и суммарной мощности, а так же формы стимулирующих импульсов. Для изменения поглощаемой организмом суммарной мощности стимулирующего воздействия это коридор параметров, задаваемый врачом, а для формы импульсов и реактивной мощности это измерение длительностей первых двух полупериодов, оценка динамики изменения первого, второго и третьего полупериодов, анализ асимметрии параметров импульсов в симметричных зонах тела, а также скорости реакции в начальной фазе воздействия. Анализ такого количества факторов с целью диагностики заболевания позволяет получить максимум информации о протекании болезни и способах лечения пациента.

Адаптивный электростимулятор позволяет в автоматизированном режиме находить зоны электростимуляции, которые окажут наилучший терапевтический эффект при лечении больного, предоставляет удобный интерфейс медицинскому персоналу при проведении терапии, а также возможность комфортного лечения пациента, резко уменьшая вероятность появления болевых ощущений.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема адаптивного электростимулятора. На фиг.2 приведена функциональная схема процессорного блока 1. На фиг.3 приведена функциональная схема блока управления питанием 2. На фиг.4 приведена функциональная схема блока ключей управления 3. На фиг.5 приведена функциональная схема блока суммирования мощности воздействия 4. На фиг.6 приведена функциональная схема блока измерения мощности воздействия 5. На фиг.7 приведена функциональная схема выходного блока 6. На фиг.8 приведена функциональная схема блока индикации 7. На фиг.9 приведена функциональная схема блока анализа сигналов обратной связи 8.

Структурная схема адаптивного электростимулятора (см. фиг.1) содержит: 1 - процессорный блок; 2 - блок управления питанием; 3 - блок ключей управления; 4 - блок суммирования мощности воздействия; 5 - блок измерения мощности воздействия; 6 - выходной блок; 7 - блок индикации; 8 - блок анализа сигнала обратной связи; 9 - активный электрод; 10 - пассивный электрод.

Функциональная схема процессорного блока 1 (см. фиг.2) содержит: 11 - вход общего питания; 12 - вход опорного напряжения питания; 13 - первый конденсатор; 14 - второй конденсатор; 15 - кварцевый резонатор; 16 - первый вход управления процессорного блока 1; 17, 18, 19, 20, 21, 22 - соответственно второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы управления первой группы входов управления процессорного блока 1; 23 - процессор, 24, 25 - соответственно первый и второй информационные входы первой группы информационных входов процессорного блока 1; 26, 27 - соответственно первый и второй информационные входы второй группы информационных входов процессорного блока 1; 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 - соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой информационные выходы первой группы информационных выходов процессорного блока 1; 36, 37 - первый и второй выходы управления процессорного блока 1; 38, 39 - соответственно первый и второй информационные выходы второй группы информационных выходов процессорного блока 1; 40 - управляющий сигнальный выход процессорного блока 1; 41 - третий управляющий выход процессорного блока 1.

Функциональная схема блока управления питанием 2 (см. фиг.3) содержит: 11 - выход блока управления питанием 2; 12 - выход опорного напряжения блока управления питанием 2; 16 - выход контроля питания блока управления питанием; 42 - шину положительного напряжения питания; 43 - электролитический конденсатор; 44 - стабилитрон; 45 - конденсатор; 10 - шину отрицательного напряжения питания; 47 - первый резистор; 48 - второй резистор; 49 - третий резистор.

Функциональная схема блока ключей управления 3 (см. фиг.4) содержит: 12 - вход опорного напряжения блока ключей управления 3; 17 - первый выход блока ключей управления 3; 18 - второй выход блока ключей управления 3; 19 - третий выход блока ключей управления 3; 20 - четвертый выход блока ключей управления 3; 21 - пятый выход блока ключей управления 3; 50 - первый ключ; 51 - второй ключ; 52 - третий ключ; 53 - четвертый ключ; 54 - пятый ключ.

Функциональная схема блока суммирования мощности воздействия 4 (см. фиг.5) содержит: 26 - вход блока суммирования мощности воздействия 4; 41 - вход управления блока суммирования мощности воздействия 4; 42 - шину положительного напряжения питания; 10 - шину отрицательного напряжения питания; 12 - вход опорного напряжения; 82 - первый резистор; 83 - второй резистор; 84 - третий резистор; 85 - операционный усилитель; 86 - конденсатор; 87 - полевой транзистор; 27 - информационный выход блока суммирования мощности воздействия 4.

Функциональная схема блока измерения мощности воздействия 5 (см. фиг.6) содержит: 59 - сигнальный вход блока измерения мощности воздействия 5; 77 - первый резистор; 78 - второй резистор; 79 - третий резистор; 80 - аналоговый умножитель сигналов; 9 - сигнальный выход блока измерения мощности воздействия 5; 26 - информационный выход блока измерения мощности воздействия 5; 42₁ - шину положительного напряжения питания; 42₂ - шину отрицательного напряжения питания; 12 - вход опорного напряжения.

Функциональная схема выходного блока 6 (см. фиг.7) содержит: 12 - вход опорного напряжения выходного блока 6; 40 - управляющий сигнальный вход выходного блока 6; 42 - шину положительного напряжения питания; 10 - шину отрицательного напряжения питания; 59 - сигнальный выход выходного блока 6; 60 - первый диод; 61 - второй диод; 62 - третий диод; 63 - первый резистор; 64 - второй резистор; 65 - транзистор; 66 - четвертый диод; 67 - импульсный трансформатор.

Функциональная схема блока индикации 7 (см. фиг.8) содержит: 28 - первый информационный вход блока 7; 29 - второй информационный вход блока 7; 30 - третий информационный вход блока 7; 31 - четвертый информационный вход блока 7; 32 - пятый информационный вход блока 7; 33 - шестой информационный вход блока 7; 34 - седьмой информационный вход блока 7; 35 - восьмой информационный вход блока 7; 36 - первый вход управления блока 7; 37 - второй вход управления блока визуальной индикации 7; 86 - элемент индикации; 38 - девятый информационный вход блока 7; 39 - десятый информационный вход блока 7; 56 - первый элемент И-НЕ; 57 - второй элемент И-НЕ; 58 - пьезокерамический звонок.

Функциональная схема блока анализа сигналов обратной связи 8 (см. фиг.9) содержит: 40 - управляющий сигнальный вход блока анализа сигналов обратной связи 8; 42 - шину положительного напряжения питания; 10 - шину отрицательного напряжения питания; 68 - первый резистор; 69 - второй резистор; 70 - транзистор; 71 - третий резистор; 72 - четвертый резистор; 73 - пятый резистор; 74 - шестой резистор; 75 - светодиод; 24 - первый информационный выход блока анализа сигналов обратной связи 8; 25 - второй информационный выход блока анализа сигналов обратной связи 8; 59 - сигнальный вход блока анализа сигналов обратной связи 8; 75 - первый элемент НЕ; 76 - второй элемент НЕ.

Элементы адаптивного электростимулятора взаимосвязаны следующим образом.

Вход общего питания процессорного блока 1 (см. фиг.1) соединен с выходом блока управления питанием 2, выход контроля питания которого соединен с первым входом первой группы входов управления процессорного блока 1, вход опорного напряжения которого соединен с выходом опорного напряжения блока управления питанием 2, входом опорного напряжения блока ключей управления 3, входом опорного напряжения блока суммирования мощности воздействия 4, входом опорного напряжения блока измерения мощности воздействия 5 и входом опорного напряжения выходного блока 6, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока ключей управления 3 соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами группы входов управления процессорного блока 1, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой информационные выходы первой группы информационных выходов процессорного блока 1 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым информационными входами блока индикации 7, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с первым и вторым выходами управления процессорного блока 1, первый и второй выходы второй группы информационных выходов процессорного блока 1 соединены соответственно с девятым и десятым информационными входами блока индикации 7, первый и второй входы первой группы информационных входов процессорного блока 1 соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами блока анализа сигнала обратной связи 8, сигнальный вход блока анализа сигнала обратной связи 8 соединен с сигнальным выходом выходного блока 6 и входом блока измерения мощности воздействия 5, сигнальный вход выходного блока 6 соединен с сигнальным выходом процессорного блока 1, активный электрод 9 соединен с сигнальным выходом блока измерения мощности воздействия 5, шина отрицательного напряжения выходного блока 6 соединена с пассивным электродом 10, информационный выход блока измерения мощности воздействия 5 соединен с первым информационным входом второй группы информационных входов процессорного блока 1 и входом блока суммирования мощности воздействия 4, третий управляющий выход которого соединен с выходом управления блока суммирования мощности воздействия 4, информационный выход блока суммирования мощности воздействия 4 соединен с вторым информационным входом второй группы информационных входов.

В процессорном блоке 1 (см. фиг.2) 11 вход общего питания соединен соответственно с входом подключения питания процессора 23, вход опорного напряжения 12 соединен с первыми выводами первого 13 и второго 14 конденсаторов, второй вывод первого конденсатора 13, первый вывод кварцевого резонатора 15 объединены и соединены с первым тактовым входом процессора 23, второй вывод второго конденсатора 14, второй вывод кварцевого резонатора 15 объединены и соединены со вторым тактовым входом процессора 23, первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19, пятый 20 и шестой 21 входы управления процессорного блока 1 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами первой группы входов управления процессора 23, первый 24 и второй 25 информационные входы первой группы информационных входов процессорного блока 1 соединены соответственно с первым и вторым информационными входами процессора 23, первый 26 и второй 27 информационные входы второй группы информационных входов процессорного блока 1 соединены соответственно с третьим и четвертым информационными входами процессора 23, первый 28, второй 29, третий 30, четвертый 31, пятый 32, шестой 33, седьмой 34 и восьмой 35 информационные выходы первой группы информационных выходов процессорного блока 1 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым информационными выходами процессора 23, первый 36 и второй 37 выходы управления процессорного блока 1 соединены соответственно с первым и вторым выходами управления процессора 23, первый 38 и второй 39 информационные выходы второй группы информационных выходов процессорного блока 1 соединены соответственно с девятым и десятым информационными выходами процессора 23, сигнальный выход 40 процессорного блока 1 соединен с сигнальным выходом процессора 23, третий 41 управляющий выход процессорного блока 1 соединен с одиннадцатым информационным выходом процессора 23.

В блоке управления питания 2 (см. фиг.3) выход 11 соединен с шиной положительного напряжения питания 42, с положительным выводом электролитического конденсатора 43, катодом стабилитрона 44 и первым выводом конденсатора 45, отрицательный вывод электролитического конденсатора 43 соединен с шиной отрицательного напряжения питания, первым выводом резистора 47 и первым выводом резистора 48, второй вывод конденсатора 45 соединен с анодом стабилитрона 44, вторым выводом резистора 47, первым выводом резистора 49 и с выходом опорного напряжения 12 блока управления питанием 2, второй вывод резистора 49 соединен со вторым выводом резистора 48 и выходом контроля питания 16 блока управления питанием 2.

В блоке ключей управления 3 (см. фиг.4) первая клемма первого ключа 50 соединена с первым выходом 17 блока ключей управления 3, первая клемма второго ключа 51 соединена со вторым выходом 18 блока ключей управления 3, первая клемма третьего ключа 52 соединена с первым выходом 19 блока ключей управления 3, первая клемма четвертого ключа 53 соединена с четвертым выходом 20 блока ключей управления 3, первая клемма пятого ключа 54 соединена с пятым выходом 21 блока ключей управления 3, вторые клеммы первого 50, второго 51, третьего 52, четвертого 53 и пятого 54 ключей объединены и соединены с входом опорного напряжения 12 блока ключей управления 3.

В блоке суммирования мощности воздействия 4 (см. фиг.5) вход 26 соединен через резистор 82 с первым входом конденсатора 86, стоком полевого транзистора 87 и отрицательным входом операционного усилителя 85, положительный вход которого подключен через резистор 83 к входу опорного напряжения 12 блока суммирования мощности воздействия 4, вход управления 41 блока суммирования мощности воздействия 4 соединен с затвором полевого транзистора 87, исток которого подключен через резистор 84 к второму входу конденсатора 86, выходу операционного усилителя 85 и информационному выходу 27 блока суммирования мощности воздействия.

В блоке измерения мощности воздействия 5 (см. фиг.6) сигнальный вход 59 соединен с первым выводом первого резистора 77, первым выводом третьего резистора 79 и вторым выводом канала Х2 аналогового умножителя сигналов 81, второй вывод третьего резистора 79 соединен с первым выводом канала X1 аналогового умножителя сигналов 81 и сигнальным выходом 9 блока измерения мощности воздействия 5, второй вывод первого резистора 77 соединен с первым выводом второго резистора 78 и первым входом канала Y1 аналогового умножителя сигналов 81, второй вывод второго резистора 78 соединен с входом отрицательного напряжения питания 42₂ аналогового умножителя сигналов 81, вход положительного напряжения питания которого подключен к шине положительного напряжения питания 42₁, второй вход канала Y2 аналогового умножителя сигналов 81 соединен с входом Z компенсации сигнала аналогового умножителя сигналов 81 и входом опорного напряжения 12 блока измерения мощности воздействия 5, информационный выход 26 блока измерения мощности воздействия соединен с выходом W аналогового умножителя сигналов 81.

В выходном блоке 6 (см. фиг.7) управляющий сигнальный вход 40 соединен с катодом первого диода 60, анодом второго диода 61 и с первым выводом первого резистора 63, вход опорного напряжения 12 выходного блока 6 соединен с анодом первого диода 60, катод второго диода 61 соединен с шиной положительного напряжения питания 42, с анодом третьего диода 62 и с первым выводом второго резистора 64, второй вывод первого резистора 63 и второй вывод второго резистора 64 объединены и соединены с базой транзистора 65, эмиттер которого соединен с катодом третьего диода 62, а коллектор транзистора 66 соединен с анодом четвертого диода 66, катод которого соединен с первым выводом обмотки импульсного трансформатора 67, второй вывод обмотки импульсного трансформатора 67 соединен с сигнальным выходом 59 выходного блока 6, а третий вывод обмотки импульсного трансформатора 67 соединен с шиной отрицательного напряжения питания 10.

В блоке индикации 7 (см. фиг.8) первый 28, второй 29, третий 30, четвертый 31, пятый 32, шестой 33, седьмой 34 и восьмой 35 информационные входы соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым информационными входами элемента индикации 86, первый вход управления 36 и второй вход управления 37 блока визуальной и звуковой индикации 7 соединены соответственно с первым и вторым входами управления элемента индикации 86. Девятый информационный вход 38 соединен с первым входом первого элемента И-НЕ 56, второй информационный вход 39 соединен со вторым входом первого элемента И-НЕ 56 и со вторым входом второго элемента 57, инверсный выход которого соединен со вторым выводом пьезокерамического звонка 58, первый вывод пьезокерамического звонка 58 соединен с инверсным выходом первого элемента И-НЕ и первым входом второго элемента И-НЕ.

В блоке анализа сигналов обратной связи 8 (см. фиг.9) управляющий сигнальный вход 40 соединен через первый резистор 68 с первым выводом второго резистора 69 и с базой транзистора 70, второй вывод второго резистора 69 соединен с шиной положительного напряжения питания 42, эмиттер транзистора 70 соединен через третий резистор 71 с шиной положительного напряжения питания 42 и первым выводом пятого резистора, а коллектор транзистора 70 соединен через четвертый резистор 72 и светодиод 75 с шиной отрицательного напряжения питания 10, сигнальный вход 59 блока анализа сигнала обратной связи соединен с первым выводом шестого резистора 74, первый вывод пятого резистора 73 соединен с шиной положительного напряжения питания 42, вторые выводы пятого 73 и шестого 74 резисторов объединены и соединены со входом первого элемента НЕ 76, инверсный выход которого соединен со вторым информационным выходом 25 блока анализа сигналов обратной связи 8 и через второй элемент НЕ 77 с первым информационным выходом 24 блока анализа сигналов обратной связи 8.

Адаптивный электростимулятор работает следующим образом.

Функционирование адаптивного электростимулятора начинается после подачи положительного +5 В (выход 11) и опорного (выход 12) напряжения питания от блока управления питанием 2 в микропроцессорный блок 1. Выход контроля питания (выход 16) блока управления питанием 2 предназначен для контроля уровня заряда источника питания.

Контроль напряжения источника питания, подключаемого к шине положительного напряжения 42 и шине отрицательного напряжения питания 10 (см. фиг.3), происходит непрерывно во время работы адаптивного электростимулятора. Если напряжение опускается до уровня 7,0-7,5 В, то в блок индикации 7 процессором выдается соответствующий сигнал. В этом случае необходимо произвести замену питающего элемента.

При достаточном уровне напряжения питания процессор 23 процессорного блока 1 выполняет процедуру инициализации портов ввода-вывода, АЦП, таймеров и пользовательских настроек в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.10.

Представленный алгоритм работает в следующей последовательности. Сразу после включения стимулятора процессор 23 настраивает порты для использования внутреннего АЦП. Затем осуществляется проверка уровня напряжения питания, в случае если оно менее 7 В, происходит выключение прибора. Если уровень напряжения питания удовлетворяет заданным значениям, то процедура инициализации продолжается. После запуска таймеров и чтения из памяти пользовательских настроек процессор 23 ожидает нажатия кнопки включения, если кнопка не нажата, то стимулятор находится в режиме ожидания с пониженным энергопотреблением. При нажатии кнопки включения питания процессор 23 приступает к выполнению основной программы, выполняющейся до нажатия кнопки выключения питания.

После завершения инициализации процессора 23 программа работы адаптивного электростимулятора переходит в режим ожидания команд пользователя, поступающих из блока ключей управления 3.

Далее пользователем осуществляется поиск зоны для электростимуляции по результатам измерения реактивной или суммарной мощности стимулирующих импульсов или по результатам изменения параметров стимулирующих импульсов в выбранной зоне кожного покрова.

Алгоритм поиска зоны стимуляции по реактивной мощности стимулирующего импульса представлен на фиг.11 и функционирует следующим образом. Пользователем устанавливаются электроды в предполагаемую зону стимуляции. Амплитуда стимулирующего импульса устанавливается в минимальное значение. Выполняется стимуляция, в ходе которой постоянно отслеживается реактивная мощность выходного импульса через информационный выход 26 блока измерения мощности воздействия (см. фиг.6). Оцифрованные значения сравниваются с заранее заданными значениями коридора, и по результатам сравнения пользователю выдается соответствующий звуковой или визуальный сигнал. В случае отсутствия сигнала обратной связи по реактивной мощности стимуляция прекращается. Данный вариант возможен в случае отсутствия контакта электродов и кожного покрова, необходимо проверить контактную зону на наличие преград между электродами и импедансом.

Алгоритм поиска зоны стимуляции по суммарной мощности стимулирующего импульса представлен на фиг.12. Работает аналогично алгоритму поиска зоны стимуляции по реактивной мощности стимулирующего импульса. Пользователем устанавливаются электроды в предполагаемую зону стимуляции. Выполняется сброс суммирующего интегратора 85 с помощью входа управления 41 блока суммирования мощности воздействия (см. фиг.5). Амплитуда стимулирующего импульса устанавливается в минимальное значение. Подается стимулирующий импульс, по завершению которого оцифровывается сигнал суммарной мощности стимулирующего импульса через информационный выход 27 блока суммирования мощности воздействия (см. фиг.5). Оцифрованные значения сравниваются с эталонными значениями, по результатам сравнения пользователю выдается соответствующий звуковой или визуальный сигнал. В случае отсутствия сигнала обратной связи по реактивной мощности стимуляция прекращается. Данный вариант возможен в случае отсутствия контакта электродов и кожного покрова, необходимо проверить контактную зону на наличие преград между электродами и импедансом.

Выбор конкретного метода поиска зоны осуществляется пользователем исходя из опыта работы либо предпочтения применения одного или другого метода для лечения конкретных нозологии.

После нахождения пользователем зоны для электростимуляции осуществляется выбор режима работы адаптивного электростимулятора. Пользователю доступны режимы с наборами фиксированных частот, режим с изменением промежутков времени между стимулирующими импульсами, режим стимуляции с контролем реактивной мощности и режим стимуляции с контролем суммарной мощности.

Режимы стимуляции с контролем реактивной и суммарной мощностью являются основными. В любом из основных режимов пользователь имеет возможность установить желаемую амплитуду, частоту стимулирующих импульсов из набора частот, а так же дополнительные временные задержки.

При выборе режима работы адаптивного электростимулятора с контролем реактивной мощности воздействия стимулирующих импульсов выполняется следующая последовательность действий, соответствующая алгоритму, представленному на фиг.13. Активный 9 и пассивный 10 электроды устанавливаются на теле пациента в найденной зоне для электростимуляции. Пользователем выбирается значение желаемой реактивной мощности. Амплитуда выходного сигнала сбрасывается в минимальное значение. Затем подается стимулирующий импульс, а по каналу обратной связи через первый 25 и второй 24 информационный выход блока анализа сигнала обратной связи 8 отслеживается момент соприкосновения электродов адаптивного электростимулятора с кожным покровом пациента. В случае отсутствия контакта включается таймер и сбрасывается значение амплитуды в минимум. Если время ожидания истекло, электростимулятор выключается для экономии энергии питающего элемента. В случае контакта электродов прибора с кожным покровом оцифровывается сигнал реактивной мощности стимулирующего импульса и проверяется на превышение заданного порога. Если порог превышен, амплитуда уменьшается и выдается соответствующий звуковой и визуальный сигнал. Далее адаптивный электростимулятор работает с найденными значениями амплитуды для данного участка кожного покрова. Если заданный порог реактивной мощности не превышен, амплитуда увеличивается и выполняется последующая стимуляция с установленными значениями.

В режиме работы адаптивного электростимулятора с контролем суммарной мощности воздействия стимулирующих импульсов выполняется следующая последовательность действий, соответствующая алгоритму, представленному на фиг.14. Активный 9 и пассивный 10 электроды устанавливаются на теле пациента в найденной зоне для электростимуляции. Пользователем выбирается значение желаемой суммарной мощности. Амплитуда выходного сигнала сбрасывается в минимальное значение. Затем подается стимулирующий импульс, а по каналу обратной связи через первый 25 и второй 24 информационный выход блока анализа сигнала обратной связи 8 отслеживается момент соприкосновения электродов адаптивного электростимулятора с кожным покровом пациента. В случае отсутствия контакта включается таймер и сбрасывается значение амплитуды в минимум. Если время ожидания истекло, электростимулятор выключается для экономии энергии питающего элемента. В случае контакта электродов прибора с кожным покровом оцифровывается сигнал реактивной мощности стимулирующего импульса, происходит сброс суммирующего интегратора. Затем подается импульс накачки, выполняется стимуляция. По завершению стимуляции оцифровывается сигнал суммарной мощности стимулирующего импульса. Полученное значение проверяется на превышение заданного порога. Если порог превышен, амплитуда уменьшается и выдается соответствующий звуковой и визуальный сигнал. Далее адаптивный электростимулятор работает с найденными значениями амплитуды для данного участка кожного покрова. Если заданный порог реактивной мощности не превышен, амплитуда увеличивается и выполняется последующая стимуляция с установленными значениями.

Для режимов работы с контролем реактивной или суммарной мощности выходного воздействия заложен единый принцип. С выходного блока 6 на электроды подаются стимулирующие импульсы (напряжение и ток которых имеют форму, представленную на фиг.15 и фиг.16 соответственно). Длина импульса накачки медленно увеличивается вместе с амплитудой реактивной мощности стимулирующего сигнала (на фиг.17 представлен график изменения реактивной мощности одного стимулирующего импульса) до значения, заданного пользователем для реактивной или суммарной мощности стимулирующих импульсов (на фиг.18 представлен график изменения суммарной мощности одного стимулирующего импульса). В случае, когда реактивная или суммарная мощность стимулирующего импульса превышает заданное значение пользователем, происходит уменьшение длины импульса накачки до допустимого значения мощности стимулирующего сигнала.

Расчет мощности воздействия выполняется аппаратно в блоке измерения мощности воздействия 5 (см. фиг.6), на сигнальный вход (вход 59) которого подается с выходного блока 6 стимулирующий импульс. На резисторе 80 образуется потенциал (канал X), соответствующий силе тока, действующей на активном электроде 9. На делителе, основанном на резисторах 78 и 79, выполняется масштабирование уровня напряжения стимулирующего импульса (канал Y). Сигналы с обоих каналов Х и Y перемножаются аналоговым умножителем 81, результат умножения подается на информационный выход (выход 26) блока измерения мощности воздействия 5.

Суммарная мощность стимулирующего импульса рассчитывается с помощью интегратора, реализованного на резисторах 82, 83, 84, конденсаторе 86 и операционном усилителе 85, блока суммирования мощности 4. Проинтегрированный сигнал, поступающий с информационного входа (вход 26) блока суммирования мощности, подается на информационный выход (выход 27) того же блока.

Вход управления (вход 41) блока суммирования мощности 4 предназначен для управления полевым транзистором 87, используемым для сброса сигнала интегрирования.

Информационный выход (выход 26) блока измерения мощности воздействия 5, информационный выход (выход 27) блока суммирования мощности 4 и вход управления (вход 41) того же блока подключены к процессорному блоку 1 для анализа и управления мощностью стимулирующего импульса.

Управление мощностью осуществляется за счет изменения длительности импульса накачки, взятого с управляющего сигнального выхода (выход 40) процессорного блока 1 и передаваемого в выходной блок 6.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого адаптивного электростимулятора по отношению к известному электростимулятору (см. патент РФ №2211712, кл. А61N 1/36, 2003) оценивается по результатам эффективного лечения заболеваний и обеспечивается путем предоставления лечащему врачу удобного и достаточно простого в понимании интерфейса пользователя, участия пациента в выборе параметров стимулирующих импульсов, дополнительных функциональных возможностей при измерении мощности воздействия, возможности задания фиксированного значения мощности стимулирующего импульса вне зависимости от участка кожного покрова, что, в свою очередь, позволяет наиболее правильно выбирать энергию и параметры стимулирующих импульсов, отвечающих требованиям оптимального индивидуально-дозировочного воздействия для каждого пациента, с обеспечением наилучшего терапевтического эффекта.

Адаптивный электростимулятор может быть реализован с применением процессора и элементной базы любых отечественных или зарубежных производителей.

Адаптивный электростимулятор предназначен для терапевтического неинвазивного индивидуально-дозировочного воздействия на участках кожного покрова человека электрическими импульсами с автоматической регуляцией мощности воздействия стимулирующих импульсов. За счет применения алгоритмов автоматизированного выбора зон чрескожной электростимуляции и сеанса терапии со средствами введенных в контур прибора обратных связей, подбора параметров стимулирующих импульсов в автоматическом режиме по рекомендациям врача, отображения результатов измерений в графической и звуковой форме, использования в качестве сигнала обратной связи ощущения пациента обеспечивается улучшение терапевтического эффекта и оптимизация процедуры терапии. Адаптивный электростимулятор содержит процессорный блок, блок управления питанием, блок ключей управления, блок суммирования мощности воздействия, блок измерения мощности воздействия, выходной блок, блок индикации, блок анализа сигнала обратной связи, активный электрод, пассивный электрод, дополнительно введены блок суммирования мощности воздействия и блок измерения мощности воздействия. 2 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Адаптивный электростимулятор, содержащий процессорный блок, блок управления питанием, блок ключей управления, блок индикации, блок анализа сигналов обратной связи, выходной блок, активный и пассивный электроды, причем вход общего питания процессорного блока соединен с выходом подключения питания блока управления питанием, выход контроля питания которого соединен с первым входом первой группы входов управления процессорного блока, вход опорного напряжения которого соединен с выходом опорного напряжения блока управления питанием, входом опорного напряжения блока ключей управления и входом опорного напряжения выходного блока, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока ключей управления соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами группы входов управления процессорного блока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой информационные выходы первой группы информационных выходов процессорного блока соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым информационными входами блока индикации, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с первым и вторым выходами управления процессорного блока, первый и второй информационные выходы второй группы информационных выходов процессорного блока соединены соответственно с девятым и десятым информационными входами блока индикации, первый и второй информационные входы первой группы информационных входов процессорного блока соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами блока анализа сигнала обратной связи, управляющий сигнальный вход выходного блока соединен с управляющим сигнальным выходом процессорного блока, сигнальный вход блока анализа сигнала обратной связи соединен с сигнальным выходом выходного блока и с пассивным электродом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок суммирования мощности воздействия, блок измерения мощности воздействия, причем вход опорного напряжения блока суммирования мощности воздействия соединен со входом опорного напряжения блока измерения мощности воздействия, входом опорного напряжения процессорного блока, входом опорного напряжения блока ключей управления, входом опорного напряжения выходного блока и с выходом опорного напряжения блока управления питанием, активный электрод соединен с сигнальным выходом блока измерения мощности воздействия, сигнальный вход блока измерения мощности воздействия соединен с сигнальным входом блока анализа сигнала обратной связи, с сигнальным выходом выходного блока и с пассивным электродом, информационный выход блока измерения мощности воздействия соединен с первым информационным входом второй группы информационных входов процессорного блока и входом блока суммирования мощности воздействия,2. Адаптивный электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок измерения мощности воздействия содержит первый резистор, второй резистор, третий резистор и аналоговый умножитель сигналов, причем сигнальный вход соединен с первым выводом первого резистора, первым выводом третьего резистора и вторым выводом канала Х2 аналогового умножителя сигналов, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом канала X1 аналогового умножителя сигналов и сигнальным выходом блока измерения мощности воздействия, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и первым входом канала Y1 аналогового умножителя сигналов, второй вывод второго резистора соединен с входом отрицательного напряжения питания аналогового умножителя сигналов, вход положительного напряжения питания которого подключен к шине положительного напряжения питания, второй вход канала Y2 аналогового умножителя сигналов соединен с входом Z компенсации сигнала аналогового умножителя сигналов и входом опорного напряжения блока измерения мощности воздействия, информационный выход блока измерения мощности воздействия соединен с выходом W аналогового умножителя сигналов.3. Адаптивный электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что блок суммирования мощности содержит первый резистор, второй резистор, третий резистор, операционный усилитель, конденсатор, полевой транзистор, причем вход блока суммирования мощности соединен через резистор с первым входом конденсатора, стоком полевого транзистора и отрицательным входом операционного усилителя, положительный вход которого подключен через резистор к входу опорного напряжения блока суммирования мощности воздействия, вход управления блока суммирования мощности воздействия соединен с затвором полевого транзистора, исток которого подключен через резистор к второму входу конденсатора, выходу операционного усилителя и информационному выходу блока суммирования мощности воздействия.