Радиоимпульсный электростимулятор Советский патент 1984 года по МПК A61N1/36 

соединен с вторым ключом и первымруыщей цепи, первый LC -фильтр соеди/,С-фильтром,, второй детектор связаннен с вторым LC -фильтром и вторым

с резонансньм контуром, стабилизаторключом, а первый детектор связан с

напряжения подключен к дифференци-вторым детектором.

1088732

: РДЦИОИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, включающий передатчик, содержа1ций первый модулятор, последовательно соединенные регулятрр периода и формирователь периода, связанные собой регулятор длительности и формирователь длительности, последовательно соединенные ключ, генератор радиоколебаний и регулятор амплитуды, а также приемник, содержащий последовательно соединенные резонансный контур, первый детектор, первьй LC -фильтр, стабилизатор напряжения и диодный фильтр, отличающимися тем, что, с целью поддержания постоянной вели ины ответной реакции ткани на стимуляцию, передатчик снабжен последовательно соединенными счетчиком, первым одновибратором, второй схемой ЗИ и переключателем, последовательно соединенными первым инвертором, вторым одновибратором, вторым инвертором, третьим одновибрато- . ром, первой схемой ЗИ, вторым модулятором и пятым модулятором, последо-т вательно соединенными третьим и шестым модуляторами, а также свяаанными между собой первым и вторым триггерами, выходы которых подключены соответственно к первому, второму, треть ему, четвертому, пятому и шестому модуляторам, схема 2И соединена с первым и вторым модуляторами, первая схема ЗИ подключена к третьему модулятору, вторая схема ЗИ соединена с первым и третьим модуляторами, переключатель связан с ключом, первой схемой ЗИ, схемой 2И,-первым вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым модуляторами, первый, второй и третий модуляторы подключены соответственно к четвертому, пятому i и шестому модуляторам, регулятор периода связан с первым триггером, счетчиком, первым инвертором, схемой 2И, первой и второй схемами ЗИ, счетчик соединен с фop шpoвaтeлeм длительности, схемой 2И, первой и второй схемами ЗИ, первый одновиб- ратор подключен к формирователю длительности, при этом приемник снабжен последовательно соединенными RS00 00 триггером, цепью задержки, первым ключом, первым ограничителем тока, вторым ограничителем тока и вторым ключом, последовательно соединенными со ю вторым детектором и вторым LC -фильтром, первым формирователем и связанным с ним дифференцирующей цепью и вторым формирователем, причем второй LC -фильтр подключен к первому и второму формирователям, дифференцирующей цепи, первому и второму ключам, цепи задержки, RS -триггеру, диодному фильтру, стабилизатору напряжения, RS -триггер связан с диодным фильтром, первым и вторым формирователями, первый ограничитель тока

Изобретение относится к медицине, а именно к радиоимпульсным электростимуляторам.

Известен радиоимпульсный электростимуля гор, включающий передатчик, содержащий генератор импульсов, ключ генератор радиочастотных колебаний, усилитель и приемник, содержащий резонансный контур и детектор fl.

Однако устройство не позволяет поддерживать постоянную величину ответной реакции ткани на стимулятор

Наиболее 5лизким по технической сущности к предлагаемому является радиоимпульсный электростимулятор, включающий передатчик, содержащий первый модулятор, последовательно содиненные регулятор периода и формирователь периода, связанные между собой регулятор длительности и формирователь длительности, последовательно соединенные ключ, генератор радиоколебаний и регулятор амплитуды а также приемник, содержащий последовательно соединенные резонансньш .контур, первый детектор, первый LC-фильтр, стабилизатор напряжения и диодный фильтр 2.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности поддержания постоянной величины ответной реакции ткани на стимуляцию вслествие адаптации тканей пациента к электроимпульсному воздействию.

Цель изобретения - поддержание постоянной величины ответной реакции ткани на стимуляцию.

Указанная цель достигается тем, что в радиоимпульсном электростимуляторе, включающем передатчик, содержащий первый модулятор, последовательно соединенные регулятор периода и формирователь периода, связанные между собой регулятор длительности и формирователь длительностиi последовательно соединенные ключ.

генератор радиоколебаний и регуляТор амплитуды, а также приемник, содержащий последовательно соединенные резонансньй контур, первый детектор,

первый LC -фильтрj стабилизатор напряжения и диодный фильтр, передатчик снабжен последовательно соединенными счетчиком, первым одновибратором, второй схемой ЗИ и переключателем, последовательно соединенными

первым инвертором, вторым одновибратором, вторым инвертором, третьим одновибратором, первой схемой ЗИ, вторым модулятором и пятым модулято5 ром, последовательно соединенными третьим и шестым модуляторами, а также связанными между собой первым и вторым триггерами, выходы которых подключены соответственно к первому,

0 второму, третьему, четвертому, пятому и щестому модуляторам, схема 2И соединена с первым и вторым модуляторами, первая схема ЗИ подключена к третьему модулятору, вторая схема ЗИ соединена с первым и третьим модуляторами, переключатель связан с ключом, первой схемой ЗИ, схемой 2И, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым модуляторами, первый, второй и третий модуляторы подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому модуляторам, регулятор периода связан с первым триггером, счетчиком, первым

инвертором, схемой 2И, первой и второй схемами ЗИ, счетчик соединен с формирователем длительности, схемой 2И, первой и второй схемами ЗИ, первый одновибратор подключен к формирователю длительности, при зтом приемник снабжен последовательно соединенными R5 -триггером, цепью задержки, первым ключом, первым ограничителем тока, вторым ограничителем тока и вторым ключом, последовательно соединенными вторым детектором и вторым LjC-фильтром, первым формирователем и связанными с ним дифференцирующей цепью и вторым фор мирователем, причем второй LC-фильт подключен к первому и второму формирователям, дифференцирующей це пи, первому и второму ключам, цепи задержки, RS -триггеру, диодному фильтру, стабилизатору напряжения, RS-триггер связан с диодным фильтром, первым и вторым формирователям первый ограничитель тока соединен с вторым ключом и первьш LC -фильтром второй детектор связан с резонансны контуром, стабилизатор напряжения подключен к дифференцирующей цепи, первый LC -фильтр соединен с вторы LC-фильтром и вторым ключом, а первый детектор связан с вторым детектором. На фиг. 1 изображена функциональ ная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 осциллограммы напряжений при положи тельных импульсах на нагрузке устройства; на фиг. 4 - осциллограммы напряжений при отрицательных импуль сах на нагрузке устройства; на фиг. 5 - осциллограммы напряжений при биполярных импульсах на нагрузке устройства. Радиоимпульсньй электростимулятор содержит передатчик 1 и приемник 2, при этом передатчик 1 состоит из пер вого модулятора 3, регулятора А пери ода, формирователя 5 периода, регулятора 6 длительности, формирователя 7 длительности, ключа 8, генератора радиоколебаний, регулятора 10 амплитуды, счетчика 11, первого одновибратора 12, второй схемы ЗИ 13, переключателя 14, первого инвертора 15, второго одновибратора 16, второго инвертора 17, третьего одновибjJaTopa 18, первой схемы ЗИ 19, второго модулятора 20J пятого модулятора 21, третьего модулятора 22, шес того модулятора 23, первого триггера 24, второго триггера 25, четвертого модулятора 26, схемы 2И 27, а приемник 2 состоит из резонансного контура 28, первого детектора 29, первого LC -фильтра 30, стабилизатора 31 напряжения, диодного фильтра 32, RS -триггера 3,3, цепи 34 задержки, первого ключа 35, первого ограничителя 36 тока, второго ограничителя 37 тока, второго ключа 38, второго детектора 39,. второго LC фильтра 40, первого формирователя 41, дифференцирующей цепи 42 и второго формирователя 43. Передатчик радиоимпульсного электростимулятора тока работает следующим образом. На фиг. 2 показаны осциллограммы напряжений, где У| - напряжение на выходе регулятора 4 периода; Oq напряжение на выходе первого инвертора 15J напряжение на выходе предпоследнего каскада счетчика 11; и, - напряжение на выходе последнего каскада счетчика 11; Uj- - напряжение на выходе первого одновибратора 12; Ug, - напряжение на выходе второго одновибратора 16; Uf- напря-. жени§ на выходе второго инвертора 17; UQ - напряжение на выходе третьего одновибратора Ug - напряжение на выходе схемы 2И 27; Цо - напряжение на вьпсоде первой схемы ЗИ 19; U/t4 - напряжение на; выходе второй схемы ЗИ 13; напряжение на выходе генератора 9 радиоколебаний при положении -Лпереключателя 14; напряжение на выходе генератора 9 радиоколебаний при положении LT переключателя 14; напряжение на выходе генератора 9 радиоколебаний при положении tr переключателя 14. Предположим, что высокий уровень напряжения соответствует логической единице, а низкий уровень напряжения - логическому нулю. Формирователь 5 периода работает в режиме автогенератора. Напряжение прямоугольной формы подается на вход регулятора 4 периода и на его выходе в зависимости от конкретной схеыы реализации формируется плавно или дискретно напряжение, осциллограмма которого представлена на фиг. 2 (напряжение Uy(). Период Т определяет частоту радиочастотных импульсов, генерируемых генератором 9 радиоколебаний. Форм11рователь 7 длительности работает в режиме управляемого автогенератора. Регулятор 6 длительности изменяет плавно или дискретно период колебаний формирователя 7 длительности. Напряжение прямоугольной формы от формирователя 7 длительности поступает на счетньй вход счетчика

В момент времени, когда на выходе регулятора А периода уровень логической единицы изменяется на уровень логического нуля, счетчик 11 начинает считать импульсы, поступающие на его счетный вход. Через время, равное половине длительности 0,5Ту на .выходе предпоследнего каскада счетчика 11 устанавливается уровень логической единицы и срабатывает 1 ервый одновнбратор 12. С выхода первого одновибратора 12 уровень логической единицы поступает на второй вход формирователя 7 длительности. Длительность С иьшульса, формируемого одновибратором 12 (фиг. 2, напряжение Uy), более чем на порядок меньше длительности

В течение времени формирователь 7 длительности не работает, поэтому продолжительность времени от заднего фронта импульсов U,| до переднего фронта импульсов U., когда происходит появление логической единицы на выходе последнего каскада двоичного счетчика 11, увеличивает- ся на время . Через время ЧГ на выходе последнего каскада двоичного счетчика 11 устанавливается уровень логической единицы, который постуйает на второй вход формирователя 7 длительности. Состояние всех разрядов счетчика 11 с этого момента не меняется до появления уровня логической единицы на входе сброса с выхода регулятора А периода. При появлении очередного заднего фронта напряжения U цикл работы повторяется.

На первый вход схемы 2И 27 поступает напряжение с выхода регулятора 4 периода, а на второй вход напряжение U с выхода последнего каскада счетчика 11. Совпадение дву уровней логического нуля приводит к формированию на выходе схемы 2И 27 уровня логической единицы. Длительность уровня логической единицы на выходе схемы 2И 27 равна длительности С , а период повторения этого уровня равен Tyi

На первый вход второй схемы ЗИ 13 поступает напряжение U;) с выхода регулятора 4 периода, на второй вход - напряжение U с выхода по леднего каскада счетчика11, на третий вход - напряжение Uj с выход первого одновибратора 12.

На выходе второй схемы ЗИ 13 формируется уровень логической единицы при совпадении логического нул напряжений , и U и напряжение логического нуля при налич уровня логической единицы любого из этих напряжений. Поэтому в течение времени j на выходе второй схемы ЗИ 13 уровень напряжения соответсвует логическому нулю, а форма напряжения соответствует напряжению U (фиг. 2)j при этом Импульс напряжени логической единицы разрезан на .две равные части временем вьщержки С . В момент времени, когда на выходе регулятора 4 периода уровень логической единищ.1 иэменяется на уровен логического нуля, на выходе первого инвертора 15 уровень напряжения мет няется с логического нуля на логическую единицу и срабатывает второй одновибратор 16. На выходе второго одновибратора 16 формируется импульс логической единицы на время С . Длительность импульса выбирается в 3-4 раза больше длительности с целью упрощения схемы имплантируемого радиоимпульсноТо приемного устройства.

При появлении заднего фронта :импульса Cg на выходе второго инвертора 17 возникает- уровень логи ческой единицы (фиг. 2, напряжение Uf) и срабатывает третий одновибратор 18. На выходе третьего одновибратора 18 возникает уровень логической единицы длительностью Cj (фиг. 2, напряжение Ug). Длительность импульса С на выходе третьего одновибратора 18 выбирается равной длительности импульса на выходе первого одновибратора 12. На первый вход первой схемы 19 совпадения поступает напряжение U| с выхода регулятора 4 периода, на второй вход - напряжение U с выхода последнего каскада счетчика 11/ на третий вход - напряжение с выхода третьего одновйбратора 18 На выходе первой схемы ЗИ 19 формируется уровень логической еди ницы при совпадении логического нул напряжений и , Uj и напряже ние логического нуля при наличии уровня логической единицы любого из этих напряжений. Поэтому в тече ние времениТу, ir на выходе первой схемы ЗИ 19 уровень напряжения соответствует логическому нулю, а форма напряжения соответствует напряжению Ujff) (фиг. 2), при этом импульс напряжения логической единицы разрезан на две части, длительность первой части равна Г , а длительность,второй - . В положении Л- переключателя 14 la вход ключа 8 поступают импульсы длительностью Ту периодом Т.,, а форма импульсов соответствует напряжению Ug , В положении IS переключателя 14 на вход ключа 8 поступают импульсы длительностью Су , периодом Ту, а форма импульсов соответствует напряжению U;, . В по-, ложении -Т/ переключателя 14 на вход ключа 8 поступают импульсы длительностью , периодом Ту а форма импульсов соответствует напряжению U( . при поступлении на вход ключа 8 уровня логической единицы он открыт, а при напряжении, соответствующем уровню логического нуля, ключ закрыт. Поэтому в положа НИИ Л- переключателя 14 генератор 9 радиоколебаний генерирует радиоимпу сы, форма которых соответствует напряжению Uy)5. . В положении Т-Г переключателя 14 имплантируемому приемному ус.тройству передаются импульсы форма которых соответствует напряжению , а в положении Tj -напряжению }. Импульсы с выхода схем 27 и 13 с падения поступают на входы первого модулятора 3, ключи которого открываются поочередно от импульсов напряжения, соответствующих уровню логической единицы с прямого и инве ного выходов первого триггера 24. Время открытого состояния каждого 2, ключа равно 2 Т ц. На выходе первого модулятора 3 поочередно появляются импульсы вида Ug иU;)4 (фиг. 2). На входы второго модулятора 20 поступают импульсы с выхода схем 27 и 192И и ЗИ. На выходе второго модулятора 20 поочередно появляются ,импульсы вида U и (фиг. 2). На входы третьего модулятора22 поступают импульсы с выхода схем 27 и 13 ЗИ и 2И. На выходе пятого модулятора 21 поочередно появляются импульсы вида и9 и (фиг. 2). Работа модуляторов 26, 21 и 23 аналогична работе модуляторов 13, 20и 22,но время открытого состояния каждого ключа этих модуляторов равно 4 Tjj. Поэтому на выходе четвертого модулятора 26 появляется последова.тельность импульсов трех видов Ug и 4 (фиг. 2) . Таким образом, в положении -Пперёключателя 14 передатчика в радиоимпульсном имплантируемом приемном устройстве к тканям пациента подводятся через электроды импульсы положительной полярности; в положенииUимпульсы отрицательной полярности; в положении Ir - биполярные импульсы; в положении k - последовательность следующих один за други поочередно биполярных и положительных импульсов; в положении и гг - последовательность следующих один за другим поочередно биполярных и Отрицательных импульсов; в положении ХГпоследовательность следующих один за другим поочередно полЬжительных и отрицательных импульсов; в положенииЯг TJ- последовател,ьность биполярных, положительных и отрицательных импульсов, причем доля бшюлярных импульсов составляет 50%, доля положительных импульсов - 25%, доля отрицательных импульсов 25%J в положении IT - последовательность биполярных, положительных и отрицательных импульсов, причем доля биполярных импульсов составляет оля положительных импульсов - 50%, оля отрицательных импульсов - 25%J в положенииТг - последовательность биполярных,.положительных отрицательных импульсов, причем оля биполярных импульсов составяет 50%, доля положительных имульсов-25%, доля отрицательных мпульсов - 50%. Приемник 2 радиоимпульсного элек ростимулятора работает следунлдим образом. На фиг. 3-5 показаны осциллограм мы напряжений, где U;j - напряжение на конденсаторе резонансного контура 28; U(L - напряжение на конденсаторах ЬС -фильтров 30 и 40} 1 - первый продетектированный импульс; 2 - второй продетектированный импульс; Uj - напряжение на выходе дифференцирующей репи 42; Уд - напряжение на выходе RS - триг гера 33; и 5 - напряжение на нагфуз ке устройст.ва. Благодаря индуктивной связи межд антенной внешнего передатчика 1 и катушкой резонансного контура 28 имплантируемого приемного устройства в резонансном контуре 28 возника радиочастотные колебания. В результате детектирования на конденсаторе первого детектора 29 и конденсаторе второго детектора 39 возникают монополярные импульсы с переменной составляющей на вершине импульсов.- Предположим, что полярность моно полярньйс импульсов относительно общей шины положительная. На конденсаторе первого ЬС -филь ра 30 и конденсаторов второго ЬСфильтра 40 благодаря наличию дроссе ля монополярные импульсы на вершине практически не имеют переменной составляницей. Положительные импульсы прямоугольной формы на конденсаторе первого ЬС -фильтра 30 являются при работе устройства источником положительньк импульсов на нагрузке R , а положительные импульсы прямоугольной формь на конденсаторе второго LC -фильтра 40 - источником отрицательных импульсов на нагрузке R н На входе стабилизатора 31 напряжени положительные импульсы имеют амплитуду равную сумме амплитуд импульсов на кон денсаторе первого LC-фильтра 30 и втор го LC-фильтра 40.С выхода стабилизатор 31 напряжения стабилизированные по амплитуде положительные импульсы поступ ют на -вход дифференцирующей цепи 42 и и вход диодного фильтра 32 .Напряжение на выходе диодного фильтра 32 не зависи от длительности и частоты, входньк положительных импульсов. С выхода дифференцирующей цепи 42 на входы первого и второго формирователей 41 и 43 поступают положительные и отрицательные относительно общей шины треугольные импульсы. На выходе первого формирователя 41 положительные импульсы возникают только в момент прихода на его вход положительных импульсов с выхода дифференцирующей цепи 42, а на выходе второго формирователя 43 положительные импульсы возникают только в момент прихода на его вход отрицательных импульсов с выхода дифференцирующей цепи 42. Положительные импульсы с выхода первого формирователя 41 поступают на S -вход R5 -триггера 33 и устанавливают на его прямом выходе высокий уровень, а положительные импульсы с выхода второго формирователя 43 - на R -вход R -триггера 33 и устанавливают на его прямом выходе низкий уровень. При высоком уровне напряжения на выходе RS -триггера 33 через время задержки, определяемое параметрами цепи 34 задержки, открывается первый ключ 35 и ограничитель 36 тока, при этом второй ключ 38 и второй ограничитель 37 тока закрыты. Импульс напряжения с конденсатора первого ЬС -фильтра 30 создает на нагрузке R положительный относительно точки соединения общей шины первого ЬС -фильтра 30 и общей шины второго LC -фильтра 40 импульс тока. При низком уровне напряжения на выходе RS-триггера 33 первьй кЛюч 35 закрыт, следовательно, закрыт первый ограничитель 36 тока. Второй ключ 38 по второму управлякмцему входу подключен к общей шине. Поэтому при закрытом первом ключе 35 второй ключ 38 открывается, подключая управлякяций вход второго ограничителя 37 тока к входу стабилизатора 31 напряжения. Второй ограничитель 37 тока открывается и импульс напряжения с конденсатора второго LC -фильтра 40 создает на нагрузке йц отрицательньй относительно точки соединения общей шины первого L С-фильтра 30 и общей шины второго ЬС-фильтра 40 импульс тока. .„Если в резонансном контуре 28 приемного устройства от внешнего передающего устройства возникают ра диочастотные импульсы (фиг. 3,с) переднем фронте каясдого продетектированного импульса (U(j),RS -триггер 33 устанавливается в положение, при котором на его выходе возникает выс кий уровень напряжения. Первый ключ 35 и первый ограничитель 36 тока от крываются и на нагрузке появляется положительный импульс тока. На заднем фронте продетектированного импульса RS -триггер 33 устанавливается в положение, при котором на его выходе возникает низкий уровень напряжения. Второй ключ 38 и второй ограничитель 37 тока открываются, но в течение времени от заднего фронта продетектированного импульса до переднего фронта следующего за ним очередного импульса импульсы напряжения на конденсаторах первого и второго ЬС -фильтров 30 и 40 отсутствуют. Поэтому на нагруз ке R) появляются только положительные импульсы тока. Если в резонансном контуре 28 приемного устройства возникают ради частотные импульсы (фиг. 4, ) на переднем фронте первого продетек тированного импульса, RS -триггер 33 устанавливается в положение, при ко .тором на его выходе возникает высокий уровень напряжения и первый ключ 35 открывается. Так как первый ключ 35 подключен к выходу RS триггера 33 через цепь 34 задержки, положительный импульс тока на нагрузке не возникает, при этом время задержки цепи 34 выбирается, боль ше длительности первого продетектированного импульса. Длительность первого продетектированного импульса, время паузы между задним фронтом первого продетектированного импульса и передним фронтом второго продетектиро-. ванного импульса и параметры дифференцирующей цепи 42 выбираются таким образом, что на выходе дифференцирующей цепи 42 появляются импульсы (Ua) только на переднем и заднем фронтах первого продетектированного импульса, а в момент появления переднего фронта второго продетектированного импульса на выходе дифференцирукидей цепи 42 импульс не появляется (или его амплитуда меньше порога срабатывав 3212 , НИН RS -триггера). Поэтому R S -триггер 33 в момент появления заднего фронта первого продет.ектированног.о импульса устанавливается в положение, при котором на его выходе возникает низкий уровень напряжения, а в момент появления переднего фронта второго продетектированного импульса, HS -триггер 33. не переключается и на его выходе остается низкий уровень напряжения. В результате первый ключ 35 закрьгоается, а второй ключ 38 и второй ограничитель 37 тока открываются. На нагрузке от импульсов напряжения на конденсаторе второго LC -фильтра возникают отрицательные импульсы. Если в резонансном контуре 28 приемного устройства возникают радиочастотные импульсы (фиг. 5, Ы), работа устройства аналогична, работе, описанной в предьщуп1ем случае (фиг. 4). Однако длительность каждого первого продетектированного импульса больше времени задержки цепи 34 и, следовательно, длительности лервого продетектированного импульса, R -триггер 33 устанавливается в положение, при котором через время задержки открываются первый ключ 35 и первый ограничитель 36 тока, а на заднем фронте первого продетектированного импульса RS -триггер 33 устанавливается в положение, при котором через время задержки открьшаются второй ключ 38 и второй ограничитель 37 тока. На нагрузке от импульсов напряжения на конденсаторе первого L C-фильтра 30 возникают положительные, а от импульсов напряжения на конденсаторе второго LC -фильтра 40 - отрицательные импульсы, .образукяцие, вместе биполярные импульсы (фиг. 5, напряжение Uj ). Предлагаемый радиоимпульсный электростимулятор позволяет без хирургического вмешательства получить во время эксплуатации биполярные или монополярные импульсы для стимуляции и (или) блокировки болевых импульсов при тяжелых болевых синдромах. При этом параметры импульсов; амплитуда, длительность,частота, закон их изменения, закон чередования воздействий варьируются хирургом или самим пациентом без хирургического вмешательства.

13 1088732I-

Благ.одаря этому исключается адап- ваетсяпостоянная величина оттация тканей пациента к электроим- ветнойреакции ткани на стимупульсному воздействию и поддержи- ляцию.

и,

А

I7i