Багатофункціональний електростимулятор

Багатофункціональний електростимулятор, який містить генератор функцій і взаємозв'язані між собою перетворювачі широтно-імпульсно модульованих сигналів, підсилювачі міцності, трансформатори, оптронні пари, діоди, постійний резистор, один з виводів якого підключений до шини живлення, перемінні резистори, один з виводів яких підключений до шини нульового потенціалу, причому до перших виводів вторинних обмоток кожного з трансформаторів підключені відповідно аноди першого, другого і третього діодів і катоди світлодіодів першої, другої і третьої оптронних пар, другі виводи вторинних обмоток трансформаторів, катоди діодів і аноди світлодіодів першої, другої і третьої оптронних пар є виходами електростимулятора, аноди фотоприймачів першої і третьої оптронних пар підключені до шини нульового потенціалу, який відрізняється тим, що додатково введені блок керування, що складається з генератора, програмованого таймера, дешифратора і перемикача ручного режиму роботи, комутаційний пристрій, який складається з двійкового лічильника, дешифратора, двох комутаторів прямого та інверсного сигналів, ідентичні кінцеві формувачі стимуляційних струмів з можливістю збільшення їх кількості до n (де n - кількість каналів електростимулятора, n=2а, а=1, 2, 3, 4), кожен з яких містить перетворювач широтноімпульсно модульованих сигналів, підсилювач потужності у трансформатор, перемінний резистор, діод та оптронну пару, а генератор функцій містить задавальний генератор ритму, формувач прямого та інверсного сигналів, два перетворювачі лінійно-частотно-імпульсно модульованих прямого і інверсного сигналів, при цьому виходи задавального генератора ритму прямого і інверсного сигналів підключені до входів формувача прямого та інверсного трапецеїдальних сигналів, причому вихід прямого сигналу формувача з'єднаний з входом перетворювача лінійно-частотно-імпульсно 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до області медичного приладобудування, зокрема - до багатоканальних електростимуляторів і призначена для стимулювання нервово-м'язового апарату людини під час лікування сколіозу, захворювань периферійної нервової системи, порушеннях пересувних функцій та м'язового тонусу при спастичних паралічах, при відновленні працездатності м'язів після травм, тощо. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі є електростимулятор [Патент України №20089, A61N1/36, 1997], у якому, як стимуляційні сигнали використовують купи імпульсів з широтноімпульсною модуляцією з трапецеїдальним законом зміни амплітуди при лінійній-частотноімпульсній модуляції їх на дільницях наростання та спаду трапеції. Електростимулятор вміщує генератор функцій, що виконано у вигляді регульованого генератора задавальних частот із трьома виходами і першого перетворювача сигналів, сигнальний вхід якого з'єднаний з першим виходом регульованого генератора задавальних частот, а синхронізуючий вхід - до другого виходу регульованого генератора задавальних частот; третій вихід регульованого генератора задавальних частот є першим виходом генератора функцій, а вихід першого перетворювача сигналів є другим виходом генератора функцій, підсилювачі міцності, трансформатори, ізольовані оптронні пари, діоди, елементи співпадіння, перший і другий постійні резистори, шини живлення і нульового потенціалу, - причому виходи першого і другого підсилювачів міцності підключені до первинної обмотки першого трансформатора, виходи третього і четвертого підсилювачів міцності підключені до первинної обмотки другого трансформатора, виходи п'ятого і шостого підсилювачів міцності підключені до первинної обмотки третього трансформатора, до перших кінців вторинних обмоток кожного з трансформаторів підключені аноди першого, другого і третього діодів та катоди випромінювачів першої, другої і третьої оптронних пар; другі кінці вторинних обмоток трансформаторів, катоди діодів та аноди випромінювачів оптронних пар є виходами електростимулятора, анод фотоприймача першої оптронної пари підключений до шини нульового потенціалу, катод - до анода фотоприймача другої оптронної пари, катод якого підключено до виходу першого елемента співпадіння і через перший постійний резистор - до шини живлення, анод фотоприймача третьої оптронної пари з'єднаний з шиною нульового потенціалу. А його катод - з виходом другого елемента співпадіння і через другий постійний резистор - з шиною живлення згідно корисної моделі додатково введені другий і третій перетворювачі сигналів, двохвходовий елемент АБО, двохвходовий перемикач, третій і четвертий постійні резистори, перший, другий і третій 28623 4 перемінні резистори, а підсилювачі міцності зроблено у вигляді регульованих підсилювачів постійного струму, при цьому третій постійний резистор, перший перемінний резистор, двигун якого з'єднаний з шиною нульового потенціалу, і четвертий постійний резистор ввімкнені послідовно між першими керуючими входами другого і третього підсилювачів міцності, синхронізуючі входи другого і третього перетворювачів сигналів з'єднані з першим виходом генератора функцій, а їхні сигнальні входи підключені до другого виходу генератора функцій. Вихід другого перетворювача сигналів з'єднано з сигнальним входом першого, другого, третього і четвертого підсилювачів міцності і до першого входу першого елемента співпадіння, третій перетворювач сигналів виконаний з прямим та інверсним виходами, які підключені через двохвходовий перемикач до сигнальних входів п'ятого і шостого підсилювача міцності та до першого входу другого елемента співпадіння, другі керуючі входи другого і третього підсилювачів міцності підведені до шини нульового потенціалу через другий перемінний резистор, двигун якого підключений до керуючого входу другого перетворювача сигналів, керуючий вхід шостого підсилювача міцності з'єднано з шиною нульового потенціалу через третій перемінний резистор, двигун якого підключений до керуючого входу третього перетворювача сигналів, вихід першого елемента співпадіння підключено до блокуючого входу другого перетворювача сигналів, а вихід другого елемента співпадіння підключений до блокуючого входу третього перетворювача сигналів, виходи, першого і четвертого підсилювачів міцності підключені до першого і другого входів двохвходового елементу АБО, відповідно, вихід якого підключений до другого входу елемента співпадання, а вихід п'ятого підсилювача міцності підключений до другого входу другого елементу співпадіння. Недоліком цього електростимулятора є вузьконаправлене його споживання - лікування пацієнтів, що страждають на сколіоз. Електростимулятор забезпечує лише один режим роботи, що призводить до звикання м'язових тканин до електростимуляційного струму і зниженню ефективності лікування. Окрім цього, невелика кількість каналів стимуляції (3), а також неможливість автономного незалежного регулювання стимуляційних струмів в них роблять прилад неефективним при лікуванні інших захворювань. В основу корисної моделі поставлено завдання створити такий багатофункціональний електростимулятор, у якому шляхом введення додаткових елементів і, як наслідок зміни режимів роботи, досягається можливість розширення області використання і підвищення ефективності впливу на м'язові тканини пацієнта, скорочення строків лікування та подовження періоду ремісії. 5 28623 6 Для вирішення поставленого завдання програмованого таймера підключений до запропоновано багатофункціональний перемикача ручного режиму роботи, вихід електростимулятор, який вміщує генератор програмованого таймера перемикання режимів функцій і взаємозв'язані між собою перетворювачі роботи підключений до входу дешифратора блока широтно-імпульсно модульованих сигналів, керування, вихід якого з'єднаний з другим входом підсилювачі міцності, трансформатори, оптронні дешифратора комутаційного пристрою, до виходу пари, діоди, постійний резистор, один з виводів якого підключена шина, що з'єднує його з якого підключений до шини живлення, перемінні управляючими входами комутаторів лінійнорезистори, один з виводів яких підключений до частотно-імпульсно модульованих прямого та шини нульового потенціалу, причому до перших інверсного сигналів, а також прямого і інверсного виводів вторинних обмоток кожного з трапецеїдальних сигналів, а виходи комутаторів трансформаторів, підключені відповідно аноди лінійно-частотно-імпульсно модульованих прямого першого, другого і третього діодів і катоди та інверсного сигналів, а також прямого та світлодіодів першої, другої і третьої оптронних інверсного трапецеїдальних сигналів, підключені пар, другі виводи вторинних обмоток до входів перетворювачів широтно-імпульсне трансформаторів, катоди діодів і аноди модульованих сигналів "n" - канальних кінцевих світлодіодів першої, другої і третьої оптронних пар формувачів стимуляційних струмів, при цьому є виходами електростимулятора, аноди катоди фотоприймачів оптронних пар підключені фотоприймачів першої і третьої оптронних пар до другого виводу постійного резистора і до входу підключені до шини нульового потенціалу, у якому блокування програмованого таймера перемикання згідно з корисною моделлю додатково введені режимів роботи блоку керування, а другі виводи блок керування, що складається з генератора, перемінних резисторів підключені до входів програмованого таймера, дешифратора і керування величиною стимуляційних струмів перемикача ручного режиму роботи, комутаційний перетворювачів широтно-імпульсно модульованих пристрій, який складається з двійкового сигналів кожного каналу. лічильника, дешифратора, двох комутаторів Суть корисної моделі полягає у підвищенні прямого та інверсного сигналів, ідентичні кінцеві ефективності впливу електростимуляційного формувачі стимуляційних струмів з можливістю струму на м'язові тканини пацієнта за рахунок збільшення їх кількості до "n", (де "n" - кількість періодичної зміни режимів роботи каналів електростимулятора, “n”=2a, a=1, 2, 3, 4), електростимулятора, які виключають звикання кожен з яких вміщує перетворювач широтном'язової тканини до певного режиму. імпульсно модульованих сигналів, підсилювач Для цього програмований таймер забезпечує міцності, трансформатор, перемінний резистор, періодичну зміну режимів роботи діод та оптронну пару, а генератор функцій вміщує багатофункціонального електростимулятора: задавальний генератор ритму, формувач прямого одночасна (синфазна) робота усіх каналів; та інверсного сигналів, два перетворювача періодичне перемикання каналів знизу вверх лінійно-частотно-імпульсно модульованих прямого (біжуча хвиля) або зверху донизу (залежить від і інверсного сигналів, при цьому виходи розміщення електродів); послідовно періодичне задавального генератора ритму прямого і перемикання каналів (біжуча хвиля) знизу вверх інверсного сигналів підключені до входів зверху донизу; періодичне перемикання парних і формувача прямого та інверсного непарних каналів; періодичне перемикання груп трапецеїдальних сигналів, причому, вихід прямого каналів; періодичне перемикання каналів від сигналу формувача з'єднано з входом центру до периферії і назад (хвилі, що сходяться і перетворювача лінійно-частотно-імпульсно розходяться). модульованого прямого сигналу і з першим Багатофункціональний електростимулятор входом комутатора прямого і інверсного дозволяє створювати всілякі режими, які імітують трапецеїдальних сигналів комутаційного методи ручного масажу м'язових тканин хребта, пристрою, вихід формувача інверсного сигналу використовуючи гнучкі алгоритми послідовностей з'єднано з входом перетворювача лінійновмикання каналів стимуляції з можливістю вибору частотно-імпульсно модульованого інверсного фази стимулюючого струму у кожному каналі. сигналу і з другим входом комутатора прямого і Окрім цього, багатофункціональний інверсного трапецеїдальних сигналів електростимулятор забезпечує незалежне комутаційного пристрою, виходи перетворювачів регулювання значень стимулюючих струмів у лінійно-частотно-імпульсно модульованого кожному каналі, отже, інтенсивність місцевого прямого та інверсного сигналів підключені до впливу. При цьому створюється плавний перехід входів комутатора лінійно-частотно-імпульсне стимуляційного струму від однієї групи м'язів до модульованого прямого та інверсного сигналів, другої, завдяки тому, що під час зниження рівня інверсний вихід за-давального генератора ритму струму стимуляції в одному каналі відбувається роботи додатково підключеній до синхронізуючого підвищення рівня струму стимуляції в другому входу двійкового лічильника комутаційного каналі, тому що керування стимуляційними пристрою, причому вихід двійкового лічильника струмами в каналах забезпечується наростаючою підключено до одного з входів дешифратора та падаючою дільницями трапецеїдальних комутаційного пристрою, вихід генератора блоку сигналів відповідно. керування підключений до першого входу При лікуванні окремих захворювань, де не програмованого таймера перемикання режимів потрібна велика кількість каналів, роботи блока керування, другий вхід електростимулятор переводять в режим ручного 7 28623 8 керування і проводять електростимуляцію згідно До перших виводів вторинних обмоток розроблених і з успіхом використовуваним на трансформаторів 21 підключені аноди діодів 22 і практиці медичним методикам. катоди світло діодів оптронних пар 23. Другі кінці На кресленні, як приклад, надана структурна трансформаторів 21, катоди діодів 22 та аноди схема 4-х- канального багатофункціонального світлодіодів оптронних пар 23 є виходами кінцевих електростимулятора. формувачів 18 першого, другого, третього, Багатофункціональний електростимулятор четвертого каналів багатофункціонального вміщує генератор функцій 1, виконаний у вигляді електростимулятора, до яких підключаються задавального генератора 2 ритму роботи електроди. Аноди діодів фотоприймачів оптронних електростимулятора з двома виходами прямого та пар 23 підключені до шини нульового потенціалу, інверсного сигналів, формувача 3 а катоди діодів фотоприймачів підключені до трапецеїдальних прямого та інверсного сигналів, одного виводу постійного резистора 24 і до входу причому виходи задавального генератора 2 блокування програмованого таймеру 13 прямого та інверсного сигналів, підключені до перемикання режимів роботи. Другий вивід входів формувача 3. Вихід прямого сигналу постійного резистора 24 підключено до шини формувача 3 з'єднано зі входом перетворювача 4 живлення (Еж). лінійно-частотно-імпульсно модульованого (ЛЧІМ) Розглянемо роботу багатофункціонального прямого сигналу та з одним із входів комутатора 5 електростимулятора на прикладі стимуляції прямого та інверсного трапецеїдальних сигналів м'язових тканин. Перед початком процедури комутаційного пристрою 6. Вихід інверсного розміщують 4 пари електродів на тілі пацієнта, сигналу формувача 3 з'єднаний зі входом згідно з обраною методикою стимуляції. перетворювача 7 ЛЧІМ інверсного сигналу та з Блок керування 12 формує коди команд, які другим зі входів комутатора 5 прямого і інверсного установлюють послідовність перемикання каналів трапецеїдальних сигналів комутаційного пристрою через комутаційний пристрій 6. Кількість команд 6. Виходи перетворювачів 4 і 7 ЛЧІМ прямого і встановлюється кількістю режимів роботи інверсного сигналів підключені до входів багатофункціонального електростимулятора, комутатора 8 ЛЧІМ прямого і інверсного сигналів. наприклад: одночасна (синфазна) робота усіх Інверсний вихід задавального генератора 2 каналів; періодичне, перемикання каналів знизу додатково підключений до синхронізуючого входу вверх (зверху донизу); періодичне, послідовне двійкового лічильника 9 комутаційного пристрою 6, перемикання каналів знизу вверх - зверху донизу; причому вихід двійкового лічильника 9 підключено періодичне перемикання парних і непарних до одного з входів дешифратора 10. каналів; періодичне перемикання груп каналів; Вихід генератора 11 блока керування 12 періодичне перемикання каналів від центру до підключено до першого входу програмованого периферії і навпаки. таймера 13 переключення режимів роботи. Другий Багатофункціональний електростимулятор вхід програмованого таймеру 13 блока керування дозволяє вводити і інші режими шляхом зміни 12 підключений до перемикача 14 ручного режиму програм, які як розширюють, так і скорочують роботи. Вихід програмованого таймера 13 кількість команд. перемикача режимів роботи підключений до входу Крім того, в режимі ручного вибору дешифратора 15, блока керування 12. послідовності перемикання каналів стимуляції Вихід дешифратора 15 блока керування 12 потрібна послідовність встановлюється з'єднаний з другим входом дешифратора 10 перемикачем ручного режиму роботи 14, що комутуючого пристрою 6. Шина 16 виходу підключений до одного з входів програмованого дешифратора 10 підключена до керуючих входів таймеру 13, на другий вхід якого поступає комутатора 8 ЛЧІМ прямого і інверсного сигналів цифрова послідовність імпульсів від генератора 11 та комутатора 5 прямого і інверсного блока керування 12, з якої програмований таймер трапецеїдальних сигналів. Виходи комутатора 5 формує команди періодичного перемикання прямого і інверсного трапецеїдальних сигналів і режиму роботи електростимулятора. З виходу виходи комутатора 8 ЛЧІМ прямого та інверсного програмованого таймеру 13 код команди сигналів комутуючого пристрою 6 підключені до керування через дешифратор 15 подається на входів перетворювачів 17 широтно-імпульсного один з входів дешифратора 10 комутуючого модульованих (ШІМ) сигналів "n" - канальних пристрою 6. кінцевих формувачів 18 стимуляційних струмів. Ритм стимулюючих сигналів встановлюється Входи керування глибиною модуляції задавальним генератором 2, на виході якого перетворювачів 17 ШІМ сигналів підключені до формується прямий та інверсний прямокутні одних виводів перемінних резисторів 19 ручного сигнали. З виходу задавального генератора 2 регулювання значення стимуляційних струмів n прямий та інверсний сигнали поступають на входи канальних кінцевих формувачів 18, а інші виводи формувача 3, за допомогою якого формуються перемінних резисторів 19 підключені до шини трапецеїдальний прямий та інверсний сигнали. нульового потенціалу. З виходу формувача 3 прямий та інверсний Виходи перетворювачів 17 ШІМ сигналів трапецеїдальні сигнали поступають на входи з'єднані зі входами підсилювачів міцності 20, комутатора 5 комутаційного пристрою 6 і виходи яких підключені до первинних обмоток перетворювачів 4, 7 ЛЧІМ сигналів, де трансформаторів 21 кінцевих формувачів 18 відбувається модуляція по частоті вихідних стимуляційних струмів. імпульсів перетворювачів. Причому, завдяки лінійності перетворювачів 4 і 7 на наростаючій 9 28623 10 дільниці модулюючого прямого трапецеїдального перетворювача 4 ЛЧІМ - сигналу та інверсного сигналу відбувається лінійне збільшення частоти виходу формувача 3 трапецеїдального сигналу, а вихідних імпульсів перетворювача 4, яка досягає входи перетворювачів 17 парних 4-х канальних свого максимального значення на плоскій верхній кінцевих формувачів 18 постійно підключені дільниці прямого трапецеїдального сигналу, і комутаційним пристроєм 6 до виходу лінійно знижується частота вихідних імпульсів перетворювача 7 ЛЧІМ- сигналу та виходу перетворювача 4 на падаючій дільниці формувача 3 прямого трапецеїдального сигналу. трапецеїдального прямого сигналу. Процеси В режимі одночасної (синфазної) роботи всіх модуляції по частоті вихідних імпульсів каналів входи перетворювачів 17 ШІМ- сигналів 4перетворювача 7 зворотні процесам модуляції по х канальних кінцевих формувачів 18 частоті вихідних імпульсів перетворювача 4. Якщо підключаються комутуючим пристроєм 6 до виходу в перетворювачі 4 відбувається зростання частоти перетворювача 4 ЛЧІМ- сигналу та до інверсного вихідних імпульсів, то в перетворювачі 7 виходу формувача 3 трапецеїдального сигналу. зниження частоти вихідних імпульсів, тобто З виходу перетворювачів 17 імпульсні сигнали, перетворювачі працюють у супроти фазі. модульовані по частоті та ширині імпульсів, Вихідні сигнали перетворювачів 4, 7 подаються на входи підсилювачів міцності 20, поступають на вхід комутатора 8. Комутаційний навантаженням яких є трансформатори 21 пристрій 6 служить для підключення вихідних кінцевих формувачів 18, вторинні обмотки яких є сигналів формувача 3 і перетворювачів 4, 7 ЛЧІМ виходами електростимулятора. Необхідне сигналів до входу перетворювачів 17 ШІМ сигналів значення стимулюючих струмів у кожному каналі 4-х канальних кінцевих формувачів 18 встановлюється за допомогою перемінних стимуляційних струмів. резисторів 19 шляхом зміни глибини широтноДвійковий лічильник 9 комутаційного пристрою імпульсної модуляції перетворювачів 17. 6 задає ритм перемикання стимуляційних каналів. Стимулюючий струм, що індуцірується у На лічильний вхід двійкового лічильника 9 вторинних обмотках трансформаторів 21 4-х поступають імпульси з інверсного виходу канальних кінцевих формувачів 18 тече через задавального генератора 2, який перемикається як лікувальні електроди, м'язові тканини хворого, спадаючими так і наростаючими фронтами зустрічне ввімкнені діоди 22 та світлодіоди імпульсів, які надходять, що забезпечує за один оптронних пар 23, кожен з яких випромінює цикл стимулюючого сигналу два значення коду на світловий потік пропорційно стимуляційному виході двійкового лічильника 9. З виходу струму у відповіднім каналі стимуляції. лічильника 9 кодова послідовність подається на Фотоприймаючий діод кожної з оптронних пар одні зі входів дешифратора 10, на інші входи якого 23 формує при цьому на постійному резисторі 24 поступає код команди керування з виходу сигнал, пропорційний стимуляційному струму в дешифратора 15 блока керування 12. кожному каналі, який контролюється на одному з Дешифратор 10 формує сигнали керування, які входів програмованого таймера 13 блока через шину 16 подаються на керуючі входи керування 12. При відсутності стимуляційного комутаторів 5 та 8. В залежності від коду команди, струму в якомусь з каналів, блок керування 12 що подається з блоку керування 12, задається блокує проходження сигналу у кінцевих режим переключення каналів стимуляції. По формувачах 18 стимуляційного струму, що сигналах з виходу двійкового лічильника 9 забезпечує захист пацієнта від різких стрибків комутатори 5 і 8 підключають вихідні сигнали струму, при обриві дротів, що ідуть на лікувальні формувача 3 та перетворювачів 4 і 7 ЛЧІМелектроди або під час інших пошкоджень в сигналів до входів перетворювачів 17 ШІМ комутуючих елементах. сигналів 4-х канальних кінцевих формувачів 18 Таким чином, лікувальний ефект при стимуляційних струмів. використанні багатофункціонального Наприклад, в режимі періодичного електростимулятора досягається за рахунок перемикання "біжуча хвиля" знизу вверх - зверху введення у схему додаткових елементів та зв'язків донизу канали вмикаються з перекриттям в часі на між ними, які дозволяють періодично змінювати половину періоду ритму стимуляційних сигналів режими його роботи, що виключає звикання встановленим задавальним генератором 2, м'язової тканини до певного режиму стимуляції. причому, входи перетворювачів 17 ШІМ - сигналів Крім цього, можливість роздільного 4-х канальних кінцевих формувачів 18 непарних регулювання стимуляційного струму в кожному каналів підключаються комутуючим пристроєм 6 каналі дозволяє створювати різну інтенсивність до виходу перетворювача 4 ЛЧІМ - сигналу та локального впливу на певні групи м'язів. інверсного виходу формувача 3 трапецеїдального сигналу, а входи перетворювачів 17 парних каналів підключаються комутуючим пристроєм 6 до виходу перетворювача 7 ЛЧІМ - сигналу та прямого виходу формувача 3 трапецеїдального сигналу. В режимі перемикання парних і непарних каналів двійковий лічильник 9 не робить комутацію каналів, при цьому входи перетворювачів 17 ШІМ сигналів непарних каналів постійно підключені комутаційним пристроєм 6 до входу 11 28623 12