Електростимулятор

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электростимуляторам для чреэкожного воздействия на нервно'мышечный аппарат скелетных мышц, и может быть использовано в клинической и спортивной практике для лечения, профилактики, тренировки, диагностики или исследования. Цель изобретения - повышение эффективности стимуляции путем обеспечения контроля дозирования и 10-90 І Ь ІІ 155067 Изобретение относится к медицине, > а именно к электростимуляторам. Цель изобретения - повышение эффективности стимуляции путем обеспечения контроля дозирования и нормирования стимуляционного воздействия. На чертеже изображена схема электростимулятора. Устройство содержит генератор I 10 импульсов, делитель 2 частоты, формирователь 3 синусоидальных колебаний, первый цифроаналоговый преобраэователь 4, регулятор 5 амплитуды, переключатель 6, ключ 7, усилитель 8 15 мощности, электроды 9, микроЭВМ 10, счетчик И , преобразователь 12 напряжение - ток І первый усилитель 13, трансформатор 14, синхронный детектор 15, запоминающее устройство 16, сумматор 17, второй усилитель 18, 20 аналого-цифровой преобразователь 19, формирователь 20 импульсов, расширитель 21, второй цифроаналоговый преобразователь 22 и регистратор 23. 25 Устройство работает следующим образом. Кроме того, амплитуда сигнала с выхода первого цифроаналогового преобразователя 4 может дополнительно регулироваться при помощи регулятора 5 амплитуды, представляющего собой переменный резистор. Это позволяет установить необходимую величину со кращения стимулируемой мышцы в ручном режиме. Формирование радиоимпульсных стимулов осуществляется при помощи ключа 7. Попеременное его замыкание приводит к появлению радиоимпульсов (стимулов) на входе усилителя 8 мощности с требуемыми параметрами. После усиления стимулы поступают на электроды 9. Применение одного генератора 1 импульсов и последующее деление частоты делителем 2 частоты позволяет строго их фазировать, то есть каждый радиоимпульс всегда начинается с нулевой разницой фаз. Такое фазирование стимулов повышает качество электростимуляции за счет равномерного ответа стимулируемых структур на пачку стимулов. Равномерность ответа стимулируемых структур, то есть плавИмпульсный сигнал с выхода генераность мышечного сокращения является тора 1 импульсов поступает на вход і результатом того, что в течение пачделителя 2 частоты, где и произво30 ки все стимулы начинаются с нулевой дится соответственно деление частофазой несущего сигнала, а не с произты входного сигнала на п 1, п 2 и вольной фазой, вызывающей фибриляцию п 3. Импульсный сигнал со второго стимулируемой мышцы. выхода делителя 2 частоты, задающий На электроды 9 поступает также вычастоту следования стимулов, исполь35 сокочастотный сигнал с третьего вызуется затем для формирования необхода делителя 2 частоты через преобраходимой длительности стимулов в форзователь 12 напряжение - ток и мирователе 20 импульсов. Сформировантрансформатор 14. Межэлектродное ный таким образом, импульсный сигнал сопротивление стимулируемой мышцы с требуемой частотой и длительностью 40 оказывает шунтирующее влияние, поэтопоступает на один вход ключа 7. му амплитуда высокочастотного сигнаС первого выхода делителя 2 частола на входе первого усилителя 13 заты импульсный сигнал в виде меандра висит от величины этого сопротивлепоступает на вход формирователя 3 синия. При произвольном или вызванном нусоидальных колебаний, представляю" электростимуляцией сокращении мышцы щего собой, по сути, полосовой фильтр,» ее сопротивление увеличивается пронастроенный на первую гармонику входпорционально силе сокращения. Поэтоного сигнала. Таким образом, в формиму напряжение на входе и выходе перрователе 3 синусоидальных,колебаний вого усилителя 13 будет зависеть от фильтруется вторая и более высокие 50 величины сокращения стимулируемой гармоники входного импульсного сигмышцы. Для исключения шунтирования нала, и на его выходе имеется синумежэлектродного сопротивления высоидальный сигнал, который поступает ходным сопротивлением усилителя 8 на аналоговый вход умножающего пермощности последнее должно быть значивого цифроаналогового преобразователя 4. Амплитуда синусоидального сиг- 55 тельно больше первого. Это может быть достигнуто, например, включением на нала на выходе первого цифроаналоговыходе усилителя 8 мощности нелинейвого преобразователя 4 зависит от коных элементов в виде встречно-парал— да, поступающего на его цифровой вход 5 155067 При выборе ручного режима работы лельно включенных диодов. Усиленное по цепи "Автомат" поступает сигнал первым усилителем 13 переменное нана переключатель 6, подключая вход пряжение далее выпрямляется синхронным детектором 15, обеспечивающим ключа 7 к выводу регулятора 5 ампливысокую помехозащищенность измеряетуды. Затем необходимо выбрать вид мого сигнала, поступает на динамичеси значение А ° З Ы . Возможными варианкое запоминающее устройство 16. тами видов дозы может быть, например, Управление работой запоминающего устдозирование длительности процедуры ройства 16 осуществляется синхронными зо по времени, либо по утомлению стисо стимулами импульсами формироватемулируемых структур, либо по величине ля 20 импульсов. Для исключения влияработы, выполняемой стимулируемой ния поляризационных явлений, вознимышцей. Дозирование по времени закающих на границе раздела электрод ключается в автоматическом прекращекожа, длительность синхронизирующих s нии процедуры электростимуляции по импульсов формирователя 20 импульсов t истечении заданного промежутка вреувеличена при помощи расширителя мени. Дозирование по утомлению заклю21 импульсов. ' • чается в автоматическом прекращении Таким образом, в запоминающем процедуры электростимуляциг!, если теустройстве І 6 хранится сигнал о вели- 20 кущая амплитуда сокращения стимуличине сокращения мышцы в промежуток руемой мышцы или текущая площадь времени действия высокоамплитудного под кривой сокращения мышцы в ответ стимула и следовых влияний (поляризана пачку стимулов уменьшится на зации). Так как скважность стимулов данную величину по сравнению с сокра. достаточно большая, то запоминание 25 щением в начале процедуры. Дозировасигнала на время действия стимула ние по работе заключается в автомане оказывает отрицательного влияния тическом прекращении процедуры элекна этот информативный сигнал. На тростимуляции, если суммарная пловыходе запоминающего устройства 16 щадь всех кривых сокращений мышцы имеется постоянное напряжение, ампли- зо в ответ на пачки стимулов достигнет туда которого зависит от величины созаданного значения. противления стимулируемого участка Далее по выбранному виду дозы заткани и его изменения при сокращении дают ее значение, например при дозимышцы и не зависит от амплитуды стировке по времени 15 мин, при дозировмулов. Дальнейшая работа электростике по утомлению 50%, при дозировке по 35 оценке работы 500 Ом-с или другие мулятора зависит от алгоритмической информации, определяемой программой значения дояы. функционирования, хранящейся в поПосле задания дозы начинается простоянном запоминающем устройстве цедура электростимупяции. По цепи микроЭВМ 10. до "Сброс" производится сброс информации счетчика 11 и удержание его в этом состоянии на время паузы. В этот В начале проведения процедуры промежуток времени производится изэлектростимуляции необходимо ввести мерение базового сопротивления стимуданные с пульта управления микроЭВМ лируемого участка ткани, для чего по 10 об усилении реоплетизмограммы, 45 цепи "Обнуление" поступает цифровой длительностей пачек стимулов и пауз код, обеспечивающий нулевой аналогомежду ними, а также выбрать режим вый сигнал на выходе второго цифроанаэлектростимуляции. Электростимулялогового преобразователя 22. По цепи тор позволяет работать в двух режимах - ручном и автоматическом. В "Усиление" поступает сигнал, устанавручном режиме необходимо устанавлиливающий единичное усиление второго вать амплитуду стимулов при помощи усилителя 18 с цифровым управлением. регулятора 5 амплитуды, а в автомаСигнал с выхода второго усилителя 22 тическом режиме амплитуда стимулов с цифровым управлением, несущий инфорзадается программно и поддерживаетмацию о базовом сопротивлении ся автоматически таким образом, что-" стимулируемого участка ткани, чебы величина сокращения стимулируемой рез аналого-цифровой преобразователь мышцы в течение пачки стимулов была 19 поступает на микроЭВМ 10, где постоянной и равна заданной. • запоминав тся. 8 1550671 необходимый их обмер (амплитуду, плоПо завершении промежутка времени н щадь, время и т.д.). При необходимоспаузы из микроЭБМ 10 по цепи Сброс" ти интересующий участок кривой мышечпоступает разрешающий сигнал на ного сокращения может быть докуменсчетчик 11 на промежуток времени пачтирован через микроЭВМ 10 регистраки. По цепи "Обнуление" на вход второго цифроаналогового преобразоватетором 23. ля 22 поступает цифровой сигнал о При выборе автоматического режизначении базового сопротивления. Анама работы из микроЭВМ 10 по цепи логовый сигнал с выхода второго цифро-jQ "Автомат" поступает сигнал на аналогового преобразователя 22 попереключатель 6, подключая вход анаступает на вход вычитания сумматора логового ключа 7 к выходу первого 17 и, таким образом, осуществляется цнфроаналогового преобразователя 4. компенсация базового сопротивления. Затем необходимо выбрать вид и знаИз микроЭВМ 10 поступает сигнал на чение дозы. Возможным вариантом виувеличение усиления второго усилите- Ї5 дов дозы может быть, например, дозиля 18 с цифровым управлением до зарование длительности процедуры по данного значения. На вход аналоговремени, либо по величине работы, цифрового преобразователя 19 постувыполняемой стимулируемой мышцей. пает аналоговый сигнал об изменении 20 По выбранному виду дозы задают ее базового сопротивления, связанного значение, затем нормируют амплитуду с сокращением стимулируемой мышцы, сокращения стимулируемой мышцы. Норс требуемым усилением и компенсацией мирование заключается в задании амзначения базового сопротивления. Посплитуды сокращения стимулируемой мышле этого производится запись кривой 25 цы, которая будет являться ответной изменения базового сопротивления. Одреакцией на электрической воздейстновременно с этим из микроЭВМ 10 по вия как части от максимально возмож: цепи "Инкр." поступает на счетчик И ной величины сокращения этой мышцы, сигнал на суммирование импульсов, а по цепи "Серия" на счетный вход счет- зо то есть чика 11 поступает N U ^ M , количество где R импульсов. Темп поступления этих имзаданная величина сокрапульсов обеспечивает плавное сокращещения стимулируемой мышцы; ние стимулируемой мышцы. При помощи коэффициент, лежащий в регулятора 5 амплитуды стимулов устапределах 0,1-0,9; навливают необходимую величину сокра- 35 MOIKC максимально возможная велищения стимулируемой мышцы, которую чина сокращения стимуливозможно наблюдать на экране дисплея руемой мышцы. микроЭВМ 10. Собственно, нормирование заключается в задании коэффициента К, вводимоПосле каждой пачки стимулов имеет40 го с клавиатуры пульта управления ся возможность изменить значение памикроЭВМ 10. Дальнейшая процедура раметров и режима, а также производитсостоит из двух этапов -этапа тестися измерение значения дозы по выбранрования и этапа электростимуляции. » ному виду. Если доза не выполнена, Суть тестирования заключается в то цикл пауза - пачка продолжается. постепенном увеличении амплитуды 45 При выполнении заданной дозы процедустимулов с необходимой скоростью и ра электростимуляции автоматически определении максимальной величины прекращается, то есть во время пачки сокращения стимулируемой мышцы AR W ( h x » через микроЭВМ 10 по цепи "Серия" на то есть той величины сокращения стисчетный вход счетчика 11 не поступают мулируемой мышцы, которая не изменя50 импульсы и на его выходе имеется нуется с увеличением амплнтулы стиму- . левой код, что соответствует отсутстлов (насыщение). вию синусоидальных колебаний на выЭтап тестирования начинается с ходе умножающего первого цифроаналогоформирования паузы - аналогично этапу вого преобразователя 4. После прекрав ручном режиме. Затем формируется 55 первая пачка стимулов, отличительной щения процедуры электростимуляции і имеется возможность просмотреть запиособенностью которой является периосанные в память микроЭЕМ 10 кривые дическая, например через каждые 20 мс, мышечного сокращения и произвести выдача импульсов через микроЭВМ 10 к L 550671 по цепи "Серия". Одновременно с увеличением амплитуды стимулов производится запись в память микроЭВМ 10 информации о величине сокращения стимулируемой мышцы и анализ этой кривой по выходу на плату. Выход наплату свидетельствуёт о включении в процесс сокращения стимулируемой мышцы всех ее мышечных волокон,то есть онасыщении. После достижения платы измеряется максимальное значение амплитуды сокращения стимулируемой мышцы ^ R w a K c » которое условно принимается за I или же за 100%, то есть за функцио15 нальную возможность стимулируемой мышцы, и запоминается в микроЗВМ 10 и производится сброс счетчика 11. На этом этап тестирования закончен. Далее начинается этап электростиму20 ляции с формирования паузы, как это описано выше. Затем формируется пачка стимулов, как и в ручном режиме, за исключением того, чтр в процессе выдачи импульсов микроЭВМ 10 по 25 цепи "Серия" производит анализ необходимости увеличения или уменьшения амплитуды стимулов. Для этого в микроЭВМ 10 анализируется кривая 4R r E ( t , то есть ответная реякиия стимулируемой мышцьз. Если амплитуда со- 30 кращения стимулируемой мышцы Я & т е меньше заданной величины сокращения 4R, , то продолжается выдача импульсов и продолжает поступать сигнал на суммирование импульсов в 35 счетчике 11. Если же амплитуда сокращения стимулируемой мышцы a R T e K больше заданной величины сокращения 4 R 3 a A , то по цепи "Инкр." на счетчик 11 поступает сигнал на вычитание. 40 Таким образом, осуществляется автоматическое поддержание ответной реакции стимулируемой мышцы д R тек в течение длительности пачки на уровне заданного значения Д Я 3 е м . Цикл пауза пачка продолжается до достижения заданного значения дозы. Когда доза выполнена, электростимуляция автоматически прекращается и имеется возмож50 ность просмотреть записанные в память микроЭВМ 10 кривые мышечного сокращения и произвести необходимый их обмер. При необходимости кривая может быть документирована через регистратор 23. Таким образом, предлагаемый элек- 55 тростимулятор по сравнению с известным обладает рядом технических преимуществ, которые позволяют расширить 10 область его применения. Этими преимуществами являются: контроль процедуры электростимуляции по величине сокращения стимулируемой мышцы, являющийся физиологическим показателем; дозирование длительности процедуры по таким физиологическим показателям, как утомление стимулируемых структур, или величине работы, выполненной стимулируемой мышцей; нормирование величины сокращения стимулируемой мышцы в зависимости от ее функционального состояния, что позволяет практически полностью автоматизировать процедуру электростимуляции. Кроме того, в предлагаемом биоуправляемом электростимуляторе имеется возможность программно изменять параметры и режимы электростимуляции в процессе выполнения процедуры электростимуляции. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Электростимулятор, содержащий микроЭВМ, счетчик, входы которого подключены к группе выходов микроЭВМ, генератор импульсов, формирователь синусоидальных колебаний, формирователь импульсов, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а первый и второй выходы подключены к входам формирователя синусоидальных колебаний, и формирователя импульсов, регулятор амплитуды, первый цифроаналоговый преобразователь, входы которого соединены с выходами счетчика, другой вход подключен к выходу формирователя синусоидальных колебаний, а выход соединен с регулятором амплитуды, и последовательно соединенные ключ, один вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, усилитель мощности и электроды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности стимуляции путем обеспечения контроля дозирования и нормирования стимуляционного воздействия, он содержит первый усилитель, преобразователь напряжение - ток, трансформатор, одни выводы которого подключены к электродам, а другие к выходам преобразователя напряжение ток и входам первого усилителя, запоминающее устройство, синхронный детектор, выход которого подключен к одному входу запоминающего устройства, один вход подключен к выходу первого усилителя, а другой вход сое И 155067 І динен с третьим выходом делителя частоты и входом преобразователя напряжение - ток, расширитель импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход соединен с другим входом запоминающего устройства, второй цифроаналоговый преобразователь, сумматор, второй усилитель, аналого-цифровой преобра- JQ зователь, регистратор и переключатель, одни входы которого подключены к выходам регулятора амплитуды и первого цифроаналогового преобразователя, а выход соединен с другим входом ключа, |$ причем первый, второй, третий и чет 12 вертый выходы микроЭВН соединены" соответственно с другим входом переключателя, входом второго цифроаналогового преобразователя, одними входами второго усилителя и входом регистратора, вход микроЭБМ подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выхода второго усилителя, один вход сумматора подключен к выходу запоминающего устройства, другой вход подключен к выходу второго цифроаналогового преобразователя, а выход соединен с другим входом второго усилителя. Редактор С.Рекова Составитель Б. Попов Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай Заказ Тираж 358 578/ДСП Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . А/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", \ г.Ужгород, ул. Гагарина,101