Электростимулятор противоболевой и узел формирования импульсов стимуляции

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии и используется в методах и системах, воздействующих переменным или прерывистым электрическим током, подводимым через контактные электроды. Техническим результатом является реализация способа восстановления чувствительной и двигательной функции, а также функции тазовых органов при поражении спинного мозга по патенту на изобретение РФ 2280478. Технический результат достигается тем, что электростимулятор противоболевой содержит узел управления (1), элементы управления (2), элементы гальванической развязки цифровых сигналов (4), цифроаналоговый преобразователь (3), узел формирования импульсов стимуляции (8), инвертор (9) и узел измерения тока в цепи пациента. Выходы узла управления связаны с элементами управления, с цифроаналоговым преобразователем, с узлом формирования импульсов стимуляции, с инвертором и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов. Входы узла управления связаны с элементами управления, с узлом измерения тока в цепи пациента и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов. Входы узла формирования импульсов стимуляции соединены с цифроаналоговым преобразователем, с элементами гальванической развязки цифровых сигналов, а выход с инвертором, выход которого подключен к узлу измерения тока в цепи пациента, соединенного другими входами и выходом с элементами гальванической развязки. Узел формирования импульсов стимуляции содержит операционный усилитель (10), выход которого подключен к устройству опторазвязки (11), выходы которого соединены с операционным усилителем со сглаживающим фильтром (12), соединенным с токовым усилителем (13). Токовый усилитель через переменный резистор и выпрямительный диод подключен к преобразователю напряжения 14, кроме того, выход операционного усилителя со сглаживающим фильтром соединен с выходной цепью оптопары. Преобразователь напряжения соединен с измерительным резистором инвертора. 2 н.п. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии и используется в методах и системах, воздействующих переменным или прерывистым электрическим током, подводимым через контактные электроды.

Заявляемое устройство предназначено для осуществления способа восстановления чувствительной и двигательной функции, а также функции тазовых органов при поражении спинного мозга (патент РФ 2280478, публ. 27.07.2006 г., бюл. 21). Способ заключается в электростимуляции спинного мозга, которую проводят в три этапа.

На первом этапе электростимуляцию проводят, располагая электроды следующем образом: анод-иглу-электрод, которые вводят в межостистый промежуток по средней линии ниже места повреждения (желательно в зоне шейного или поясничного утолщения), а накожный электрод-катод (площадь электрода 4-5 см) располагают в лобно-теменной области, в проекции моторной и премоторной зон головного мозга. Стимуляция осуществляется импульсами тока длительностью 0,5-1 мс, частотой 20 Гц, амплитудой до 20 мА (в зависимости от болевого порога пациента). Длительность первого этапа 15 мин.

На втором этапе электростимуляцию проводят, располагая электроды: катод-иглу-электрод вводят в межостистый промежуток по средней линии выше места повреждения, а накожный электрод-анод располагают в проекции стимулируемого нервного пучка. Длительность второго этапа 15 мин.

На третьем этапе игла-электрод остается в той же точке, что и во время второго этапа, только полярность меняется на положительную. Накожный электрод-катод располагается над пораженными мышцами или в зонах нарушенной чувствительности. Электростимуляция осуществляется импульсами тока, возрастающего по экспоненте, длительностью 0,5-1 мс, частотой 20 Гц сериями по 2 импульса через 2 в течение 10 мин. Затем частотой 0,5-2,0 Гц еще в течение 10 минут. Сила тока регулируется по ощущениям больного до появления ритмичных мышечных сокращений, зависит от болевого порога и варьирует от 10 до 50 мА.

Способ обеспечивает ускорение восстановления функций спинного мозга при его сохранении.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемая полезная модель - реализация способа восстановления чувствительной и двигательной функции, а также функции тазовых органов при поражении спинного мозга по патенту на изобретение РФ 2280478.

Технический результат достигается тем, что электростимулятор противоболевой содержит узел управления, элементы управления, элементы гальванической развязки цифровых сигналов, цифроаналоговый преобразователь, узел формирования импульсов стимуляции, инвертор и узел измерения тока в цепи пациента. Выходы узла управления связаны с элементами управления, с цифроаналоговым преобразователем, с узлом формирования импульсов стимуляции, с инвертором и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов. Входы узла управления связаны с элементами управления, с узлом измерения тока в цепи пациента и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов. Входы узла формирования импульсов стимуляции соединены с цифроаналоговым преобразователем, с элементами гальванической развязки цифровых сигналов, а выход с инвертором, выход которого подключен к узлу измерения тока в цепи пациента, соединенного другими входами и выходом с элементами гальванической развязки.

Узел управления выполнен на стандартном микроконтроллере, в котором установлено программное обеспечение. Электростимулятор противоболевой дополнительно содержит звуковое устройство и устройство отображения информации, соединенные с узлом управления. Устройство отображения информации выполнено на жидкокристаллическом индикаторе со встроенным контроллером. Элементы гальванической развязки цифровых сигналов выполнены на транзисторных оптопарах. Цифроаналоговый преобразователь выполнен на последовательном сдвиговом регистре, к параллельным выходам которого подключена резисторная матрица. Инвертор выполнен на твердотельных ключах с оптоэлектронной развязкой и содержит измерительный резистор. Узел измерения тока в цепи пациента содержит стандартный микроконтроллер, управляемый программным обеспечением, к входу которого подключены операционный усилитель и оптопара, связанная с одновибратором. Операционный усилитель соединен с выходом инвертора, а одновибратор с узлом управления.

Узел формирования импульсов стимуляции содержит операционный усилитель, выход которого подключен к устройству опторазвязки, выходы которого соединены с операционным усилителем со сглаживающим фильтром, соединенным с токовым усилителем. Токовый усилитель через переменный резистор и выпрямительный диод подключен к преобразователю напряжения, кроме того, выход операционного усилителя со сглаживающим фильтром соединен с выходной цепью оптопары. Преобразователь напряжения соединен с измерительным резистором инвертора.

На фиг. 1 представлена структурная схема электростимулятора противоболевого (одноканальный вариант); на фиг. 2 - представлена схема узла формирования импульсов стимуляции (далее узел формирования ИС); на фиг. 3 - представлена схема узла измерения тока в цепи пациента (далее узел измерения тока ЦП); на фиг. 4 - представлена схема инвертора.

Электростимулятор противоболевой содержит узел управления 1, управляемый с помощью программного обеспечения, выходы которого подключены к элементам управления и коммутации 2 (далее элементы управления), например, в виде кнопок «РЕЖИМ», «ПУСК», «СТОП», «СБРОС», энкодера «ПАРАМЕТР». Кроме того, входы узла управления подключены к узлу измерения тока ЦП 3, к элементам гальванической развязки цифровых сигналов (далее ЭГРЦС) 4. Выходы узла управления 1 подключены к органам управлении 2, к жидкокристаллическому устройству отображения информации (далее ЖКИ) 5, к пьезоэлектрическому звуковому устройству (далее ЗУ) 6, к цифроаналоговому преобразователю (далее ЦАП) 7, к ЭГРЦС 4, к узлу формирования импульсных сигналов (далее узел формирования ИС) 8 и к инвертору 9. Выход ЦАП 7 подключены к узлу формирования ИС 8. Выходы ЭГРЦС 4 подключены к узлу формирования ИС 8 и узлу измерения тока ЦП 3. Выход узла формирования ИС 8 подключен к входу инвертора 9, первый и второй выходы которого подключены к электроду-игле и накожному электроду, а третий выход к узлу измерения тока ЦП 3, соединенного с входом ЭГРЦС 4. Узел управления 1 выполнен на стандартном микроконтроллере со сторожевым таймером.

ЭГРЦС 4 предназначены для обеспечения электробезопасности пациента от сети 50 Гц, 220 в и помехоустойчивости узла управления 1. Элементы выполнены на транзисторных оптопарах (DA1DA4), размещенных в общем корпусе.

ЦАП 7 предназначен для формирования напряжения, управляющего амплитудой импульсов стимуляции (ИС) и выполнен на последовательном сдвиговом регистре, к параллельным выходам которого подключена резисторная матрица (R-2R). На ее выходе формируется постоянное напряжение, соответствующее цифровому сигналу амплитуды импульсов стимуляции, подаваемых на ЦАП 7 с узла управления 1.

ЖКИ 5 выполнено на стандартном символьном двухстрочном жидкокристаллическом индикаторе со встроенным контроллером, управляющим его работой.

Узел формирования ИС 8 (фиг. 2) предназначен для формирования электрических импульсов, заданной амплитуды и формы, подаваемых на пациента и состоит из входного операционного усилителя (DA1) 10. Вход операционного усилителя (DA1) 10 подключен к ЦАП 7, а выход к устройству опторазвязки (DA3) 11, выходы которого соединены с операционным усилителем (DA4) 12 со сглаживающим фильтром. Выход операционного усилителя 12 подключен к входу токового усилителя (транзистор VT1) 13, соединенного через переменный резистор и выпрямительный диод к выходу преобразователя напряжения (DA2) 14, который предназначен для формирования вторичного напряжения (+5 В). Кроме того, выход операционного усилителя 12 соединен с выходной цепью оптопары (DA5) 15, вход которой подключен к узлу управления 1. Коллектор токового усилителя 13 является выходом узла формирования ИС 8, который подключен к инвертору 9.

Плечи моста инвертора 9 (фиг. 4) сформированы твердотельными ключами (DA1 и 2) с оптоэлектронной развязкой от узла управления 1. При этом инвертор с одной стороны связан с выходом узла формирования ИС 8, а с другой через измерительный резистор (R_изм ) с преобразователем напряжения 14 узла формирования ИС 8. Точка соединения измерительного резистора с инвертором подключена к входу узла измерения тока ЦП 3.

Узел измерения тока ЦП 3 (фиг. 3) содержит стандартный микроконтроллер 16, управляемый программным обеспечением, к входу которого подключен операционный усилитель (DA1) 17, соединенный с выходом инвертора 9 и оптопарой (DA2) 18. Оптопара (DA2) 18 связана с одновибратором (DD2) 19, который подключен к входу узла управления 1.

Электростимулятор противоболевой работает следующим образом.

При подключении к сети устройство устанавливается в исходное состояние, при котором на входах инвертора 9 и на электродах напряжение отсутствует.

Реализация первого этапа способа начинается с установки электродов на пациента. После чего активизируются органы управления 2, с помощью которых устанавливается индивидуальный режим стимуляции, визуально отображаемый ЖКИ 5.

Узел управления 1 предназначен для реализации алгоритмов лечебной стимуляции, формирования управляющих сигналов для других узлов, выдачи информации на ЖКИ 5, выявления нештатных ситуаций и реагирования на них, в том числе звуковым устройством 6.

Узел управления 1 выдает последовательный код амплитуды тока стимуляции в ЦАП 7, где код преобразуется в аналоговое напряжение, которое поступает на вход узла формирования ИС 8. Амплитуда выходного тока узла формирования ИС 8 пропорциональна выходному напряжению ЦАП 7, а временные характеристики (частота и скважность) определяются сигналом IST, поступающим на вход узла формирования ИС 8, а именно на вход оптопары 15 с выхода узла управления 1. Выходной ток узла формирования ИС 8 поступает на мост инвертора 9, диагональ которого связана с иглой электрод (анод) и накожным электродом (катод) и через пациента протекает импульс тока. Полярность выходного напряжения инвертора 9 задается управляющими сигналами (UPR1, UPR2), поступающими с выходов узла управления 1. Сигналы UPR1 и UPR2 являются логическими и взаимоисключающими, т.е. если UPR1=0, то UPR2=1, если UPR=1, то UPR2=0. Активным сигналом для выбора полярности выходного напряжения является «0». Если UPR1=0, то полярность выходного напряжения соответствует полярности, указанной на фиг. 1. С выхода инвертора 9 напряжение, пропорциональное проходящему через пациента току поступает на узел измерения тока ЦП 3, а именно на вход операционного усилителя 17 и оптопару 18. Далее напряжение поступает на вход АЦП микроконтроллера 16, где преобразуется в цифровой сигнал, который поступает через ЭГРЦС 4 на узел управления 1, где сравнивается с заданной величиной. При выявлении отклонения узел управления 1 в соответствии с программным обеспечением изменяет амплитуду тока стимуляции на входе ЦАП 7, чтобы свести выявленное отклонение к 0.

Реализация второго этапа способа запускается с изменением полярности электродов, при этом игла электрод является катодом, а накожный электрод анодом. Теперь сигнал на входе инвертора 9: UPR1=1, а UPR2=0. В соответствии с режимом работы устройства изменяют амплитуду стимулирующих импульсов и их временные характеристики.

При реализации третьего этапа способа положение электродов на теле пациента не меняется, а полярность стимулирующих импульсов такая же, как при реализации первого этапа (UPR1=0, а UPR2=1). Электростимулятор работает аналогично работе на первом этапе способа.

При наступлении нештатной ситуации, например, обрыв в цепи пациента на выходе инвертора и на входе узла измерения тока ЦП 3 напряжение равно 0. Оптопара 18 запускает одновибратор 19, который формирует сигнал прерывания, поступающий на вход узла управления 1, блокирующий узел формирования ИС 8.

1. Электростимулятор противоболевой, содержащий узел управления, элементы управления, элементы гальванической развязки цифровых сигналов, цифроаналоговый преобразователь, узел формирования импульсов стимуляции, инвертор и узел измерения тока в цепи пациента, при этом выходы узла управления связаны с элементами управления, с цифроаналоговым преобразователем, с узлом формирования импульсов стимуляции, с инвертором и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов, а входы узла управления связаны с элементами управления, с узлом измерения тока в цепи пациента и с элементами гальванической развязки цифровых сигналов, при этом входы узла формирования импульсов стимуляции соединены с цифроаналоговым преобразователем, с элементами гальванической развязки цифровых сигналов, а выход с SW-мостом, выход которого подключен к узлу измерения тока в цепи пациента, соединенного другими входами и выходом с элементами гальванической развязки.

2. Электростимулятор противоболевой по п.1, отличающийся тем, что узел управления выполнен на стандартном микроконтроллере, в котором установлено программное обеспечение.

3. Электростимулятор противоболевой по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит звуковое устройство и устройство отображения информации, соединенные с узлом управления.

4. Электростимулятор противоболевой по п.3, отличающийся тем, что устройство отображения информации выполнено на жидкокристаллическом индикаторе со встроенным контроллером.

5. Электростимулятор противоболевой по п.1, отличающийся тем, что элементы гальванической развязки цифровых сигналов выполнены на транзисторных оптопарах.

6. Электростимулятор противоболевой по п.1, отличающийся тем, что цифроаналоговый преобразователь выполнен на последовательном сдвиговом регистре, к параллельным выходам которого подключена резисторная матрица.

7. Электростимулятор противоболевой по п.1, отличающийся тем, что инвертор выполнен на твердотельных ключах с оптоэлектронной развязкой и содержит измерительный резистор.

8. Электростимулятор противоболевой по п.1, что отличающийся тем, что узел измерения тока в цепи пациента содержит стандартный микроконтроллер, управляемый программным обеспечением, к входу которого подключены операционный усилитель и оптопара, связанная с одновибратором.

9. Электростимулятор противоболевой по п.8, что отличающийся тем, что стандартный операционный усилитель соединен с выходом инвертора, а одновибратор с узлом управления.

10. Узел формирования импульсов стимуляции содержит операционный усилитель, выход которого подключен к устройству опторазвязки, выходы которого подключены к операционному усилителю со сглаживающим фильтром, соединенному с токовым усилителем, который через переменный резистор и выпрямительный диод подключен к преобразователю напряжения, кроме того, выход операционного усилителя со сглаживающим фильтром соединен с выходной цепью оптопары.

11. Узел формирования импульсов стимуляции по п.10, отличающийся тем, что преобразователь напряжения соединен с измерительным резистором инвертора.