Способ формирования сигнала физиотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии. Сущность изобретения: сигнал для физиотерапевтического воздействия на организм формируют из электрического сигнала сердца и подают на пациента синхронно с сердечным ритмом. В зависимости от вида физиотерапии электрический сигнал воздействия либо непосредственно направляют на пациента, либо используют для преобразования сигнала воздействия физического фактора другого вида. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии.

Известен способ формирования сигнала физиотерапевтического воздействия путем модулирования электромагнитного излучения в диапазоне миллиметровых волн колоколообразными импульсами с частотой 250-300 Гц, причем рупор излучателя волновода располагают вплотную к поверхности объекта. Отсутствие связи между параметрами модуляции и внутренними процессами организма не позволяет достичь достаточной терапевтической эффективности применения электромагнитных волн.

Известен способ магнитотерапии путем воздействия на организм магнитным полем синхронно ритму сердечной деятельности, реализованный в магнитотерапевтическом устройстве для лечения ожоговых ран, состоящем из датчика пульса, устройства выделения систолической фазы, ключевого элемента, соединенного с индуктором, блока питания и генератора. В данном случае используется ключевой режим управления индуктором, вследствие чего параметры магнитного поля, воздействующего на организм, не связаны с биоритмами этого организма, степень корреляции сигнала с датчика пульса и поля индуктора мала, а это, в конечном итоге, снижает эффект воздействия магнитного поля на организм.

Наиболее близким к изобретению является способ формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия, включающий получение последовательности импульсов физического фактора, воздействующего на организм синхронно сердечному ритму, реализованный в устройстве, содержащем датчик электрических сигналов, блок синхронизации и исполнительное устройство, выполненное в виде индуктора. Способ предусматривает формирование сигнала для физиотерапевтического воздействия в виде импульсов, вводимых в систолическую фазу сердечной деятельности. Однако в этом случае сигнал для физиотерапевтического воздействия формируется в виде фиксированных импульсов и не учитывает физиологические особенности и внутренние процессы, протекающие в организме пациента, что снижает терапевтический эффект воздействия физическим фактором и приводит к длительным срокам лечения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении терапевтического эффекта от воздействия физическим фактором за счет приближения параметров сигнала для физиотерапевтического воздействия к собственным физиологическим процессам организма пациента.

Указанный технический результат достигается тем, что по способу формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия, включающему получение последовательности импульсов физического фактора, воздействующего на организм, синхронных сердечному ритму, предварительно измеряют электрический сигнал деятельности сердца в течение сердечного цикла, из него формируют последовательность импульсов физического фактора, совпадающих по фазе и повторяющих форму электрического сигнала деятельности сердца, а воздействие на организм сформированным физическим фактором осуществляют синхронно возникновению электрического сигнала сердца.

При этом воздействие физическим фактором предпочтительно осуществлять по начальной фазе зубца "Р" электрокардиограммы.

Перед формированием сигнала физиотерапевтического воздействия предварительно может быть произведено тестирование организма путем воздействия на него единичным фактором и измерения электрического сигнала деятельности сердца на это воздействие, а амплитуду сигнала физического фактора уменьшают на величину амплитуды измеренного электрического сигнала деятельности сердца в ответ на тестирование.

Воздействие физическим фактором может быть осуществлено со сдвигом во времени относительно сигнала деятельности сердца на величину, определяемую временем распространения импульсной волны до точки приложения импульсов физического фактора.

Последовательность импульсов физического фактора может быть сформирована путем корректировки формы измеренного сигнала деятельности сердца.

В случае применения в качестве воздействующего на организм физического фактора энергии электромагнитных излучений (высокочастотных токов, токов ультравысокой частоты (УВЧ), сверхвысокой частоты (СВЧ), крайне высокой частоты (КВЧ), оптическое излучение последовательность импульсов физического фактора формируют путем модуляции электрических колебаний того или иного физического фактора электрическим сигналом деятельности сердца.

Для реализации описываемого способа предлагается устройство формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия, содержащее датчик электрических сигналов, блок синхронизации и исполнительное устройство, в которое введен формирователь сигнала воздействия, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно датчика электрических сигналов и блока синхронизации, а выход к входу исполнительного устройства.

Формирователь сигнала воздействия может быть выполнен в виде запоминающего устройства с блоком управления, при этом блок синхронизации содержит пороговое устройство, вход которого подключен к выходу датчика электрических сигналов, а выход к входу формирователя сигнала воздействия.

Формирователь сигнала воздействия может быть выполнен также в виде программно-управляющего устройства (ЭВМ).

Исполнительное устройство содержит устройство вывода физиотерапевтических импульсов на пациента и в зависимости от вида физического фактора, применяемого для воздействия, может быть выполнено, например, в виде подключенных через усилитель к выходу формирователя сигнала воздействия электродов наложения или индуктора.

При использовании в качестве физического фактора электромагнитных излучений исполнительное устройство содержит модулятор, входы которого подключены к выходам соответственно генератора электромагнитных колебаний и формирователя сигнала воздействия, а выход к устройству вывода физиотерапевтических импульсов. В качестве устройства вывода физиотерапевтических импульсов в зависимости от типа применяемого генератора электромагнитных колебаний (УВЧ, СВЧ и т.д.) могут быть использованы конденсаторные пластины, вакуумные электроды, волноводы, рупорные излучатели, световоды и др.

Способ осуществляется следующим образом.

Посредством датчика электрических сигналов, установленного на теле пациента, измеряют электрический сигнал возбуждения сердечной мышцы в течение сердечного цикла. Из полученного сигнала формируют последовательность импульсов физического фактора, совпадающих по фазе и повторяющих форму электрического сигнала сердца, и выводят его периодически синхронно возникновению электрического сигнала сокращения сердечной мышцы на исполнительное устройство, осуществляющее физиотерапевтическое воздействие тем или иным физическим фактором.

Сформированный таким образом сигнал позволяет осуществлять физиотерапевтическое воздействие на организм во время распространения электрических колебаний сердца, т.е. в период естественной активизации организма пациента, при этом форма сигнала воздействия позволяет учесть внутренние процессы, протекающие в организме пациента.

В процессе вывода физиотерапевтических импульсов на пациента имеет место распространение в его организме колебаний, обусловленных действием физического фактора, так называемых "наводок", которые накладываются на собственные электрические колебания сердца, в результате чего на датчик электрических сигналов начинает поступать суммарный сигнал, уже не совпадающий по форме и по фазе с импульсами деятельности сердца. При этом образуется сильная положительная обратная связь, при которой амплитуда "наводок" может превысить величину собственных сигналов сердца и привести к невозможности прямого формирования импульсов воздействия. Исключить влияние "наводок" позволяет использование особенности циклической работы сердца, заключающейся в том, что сердце между циклами сократительной деятельности некоторое время находится в покое (до начала следующего цикла). Во время покоя электрический сигнал от сердечной мышцы отсутствует. Сигнал воздействия, повторяющий электрический сигнал колебаний сердца, в это время не поступает на исполнительное устройство, а значит, отсутствуют и "наводки" на датчик электрических сигналов. Таким образом, в период покоя возможно обнаружение начала сократительной деятельности сердца, т.е. начальной фазы зубца "Р" электрокардиограммы путем анализа в это время его электрического сигнала (превышение уровнем этого сигнала некоторого порогового значения означает начало сокращения). До начала сеанса, т. е. в отсутствие физиотерапевтического воздействия, с помощью запоминающего устройства записывают последовательность импульсов сердца, соответствующую одному циклу сократительной деятельности. В процессе сеанса в момент обнаружения начальной фазы зубца "Р" производят вывод записанного электрического сигнала сердца из запоминающего устройства в исполнительное устройство и вывод физиотерапевтических импульсов на пациента. Таким образом, сигнал для физиотерапевтического воздействия совпадает по фазе и форме с собственными колебаниями сердца и выводится на пациента во время цикла сокращения сердечной мышцы. По окончании цикла наступает период покоя и процесс формирования синхронного сигнала вновь начнется с обнаружения начальной фазы зубца "Р" электрокардиограммы.

Описанный выше алгоритм формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия просто и эффективно реализуется аппаратно, однако в нем происходит потеря небольшого начального участка зубца "Р" электрического сигнала сердца за счет времени, необходимого для принятия решения о начале цикла сократительной деятельности сердца. На следствиях теоремы Котельникова во временной области можно создать ряд компенсационных алгоритмов, в которых основу алгоритмов обработки сигнала датчика электрических колебаний сердца составляет принцип выполнения из суммарного сигнала датчика составляющей, обусловленной электрической активностью самого сердца. Поскольку электрический сигнал S(t) датчика представляет собой непрерывную функцию с ограниченным частотным спектром (верхняя граничная частота не превышает 100 Гц), а исполнительное устройство для вывода физиотерапевтических импульсов на пациента можно представить в виде фильтра нижних частот, то S(t) раскладывается в ряд S(t) S(t)_экг + S(t)_ув; S(t)_УВS(t_к)^*K(t_к,t) (1) где S(t)_экг электрический сигнал от организма; S(t)_ув электрический сигнал от вывода физиотерапевтических импульсов на пациента; S(t)_k дискретизированная функция S(t); K(t_k, t) импульсная характеристика исполнительного устройства для вывода физиотерапевтического сигнала на пациента.

Отсюда с учетом реальных ограничений на требуемую точность восстановления сигнала (реальные сигналы, снимаемые с организма, имеют динамический диапазон 40-60 дБ) S(t)_экг S(t) S(t)_ув или S(t)_ЭКГ S(t)-S(t_к)^*K(t_к,t) (2) где N количество предшествующих импульсных значений функции S(t)_k, принимаемых во внимание при сложении отсчетов (т.е. когда K(t,N) 0).

Функция K (t,t) зависит как от параметров самой установки в целом, так и от коэффициента связи между исполнительным устройством для вывода физиотерапевтических сигналов на пациента и датчиком электрических сигналов, который определяется взаимным размещением на теле пациента электродов датчика и исполнительного устройства. Эту функцию перед началом каждого сеанса определяют путем посылки единичного тестирующего импульса с последующей фиксацией отклика системы: исполнительное устройство пациент датчик электрических сигналов. Измеренное значение импульсной характеристики К(t,t) может использоваться для вычисления S(t) по формуле (2), а вычисленная таким образом последовательность S(t) поступает в устройство вывода физиотерапевтических импульсов на пациента, в качестве собственных электрических сигналов организма. Компенсационные алгоритмы, построенные на приведенных рассуждениях, эффективно реализуются при использовании достаточно высокопроизводительных ЭВМ.

Сформированный любым из двух вышеприведенных способов сигнал воздействия полностью совпадает с электрическим сигналом сердца как во времени, так и по форме. В ряде случаев, однако, для повышения терапевтического эффекта есть необходимость изменить эти связи. Так, поскольку пульсовая волна распространяется в организме до различных участков организма за время, определяемое длиной кровотока, то соответственно для достижения синхронности пульсовой волны и импульсов физиотерапевтического воздействия необходимо последние задерживать на время распространения пульсовой волны. Формирование такой задержки осуществляется путем временного сдвига вывода сформированного сигнала воздействия.

Сформированный одним из описанных выше способов сигнал подают в исполнительное устройство для преобразования и вывода на пациента того или иного физического фактора, определяемого видом применяемой терапии. В ультразвуковой терапии этим сигналом модулируют ультразвуковые электрические колебания задающего генератора, которые далее при выводе на пациента преобразуются ультразвуковым излучателем в акустические ультразвуковые колебания.

В низкочастотной магнитотерапии сформированный сигнал воздействия может непосредственно подаваться на индуктор для воспроизведения в виде напряженности магнитного поля либо перед подачей на индуктор предварительно модулироваться низкочастотными колебаниями (частотой до единиц килогерц). В низкочастотной электротерапии сформированный сигнал также можно непосредственно через гальванические электроды подавать в организм пациента или модулировать ими низкочастотные токи.

В практике физиотерапии используют широкий спектр высокочастотных электромагнитных колебаний в диапазоне от 20 кГц до 300 ГГц и выше вплоть до оптического диапазона, и применение электрических сигналов сердца для амплитудной модуляции этих колебаний позволяет повысить физиологичность и соответственно эффективность физиотерапии, поскольку изменение интенсивности колебаний в соответствии с собственными электрическими процессами организма повышает восприимчивость организма к процессу терапии. Так, в диапазоне 20-500 кГц возможно применение модуляции высокочастотного тока для ультратонотерапии и дарсонвализации. В более высокочастотных методах физиотерапии: УВЧ, СВЧ, КВЧ и оптического диапазона (лазеры) применение электрических сигналов сердца для амплитудной модуляции колебаний различается лишь аппаратными реализациями вследствие различия в способах модуляции.

На фиг. 1 и 2 представлены варианты выполнения устройства формирования сигнала для физиотерапии; на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме синхронизации сигнала воздействия по начальной фазе зубца "Р" электрокардиограммы; на фиг.4 приведен алгоритм формирования сигнала воздействия в программно-управляющем устройстве.

Устройство формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия содержит датчик 1 электрических сигналов, выход которого подключен к входам блока 2 синхронизации и формирователя 3 сигнала воздействия, выход которого подключен к входу исполнительного устройства 4. Формирователь 3 сигнала воздействия на фиг.1 выполнен в виде запоминающего устройства 5 с блоком 6 управления. В качестве блока синхронизации использовано пороговое устройство, например компаратор. Блок 6 управления подключен к управляющему входу запоминающего устройства 5 и выполняет функции переключения режимов запись воспроизведение. В качестве формирователя 3 сигнала воздействия может быть использовано программно-управляющее устройство, например микроЭВМ, которое может выполнять и функции блока синхронизации.

Исполнительное устройство 4 содержит устройство 7 вывода физиотерапевтических импульсов на пациента, которое может быть выполнено в виде подключенных через усилитель 8 к выходу формирователя 3 гальванических электродов наложения (в случае проведения электротерапии) или индуктора (в случае проведения магнитотерапии).

При использовании сформированного сигнала воздействия для преобразования импульсов физического фактора, выводимого на пациента, исполнительное устройство 4 содержит модулятор 9, входы которого подключены соответственно к формирователю 3 и генератору 10, например, электромагнитных колебаний, а выход соединен с входом устройства 7 вывода физиотерапевтических импульсов (фиг. 2). В качестве устройства 7 вывода физиотерапевтических импульсов в зависимости от типа применяемого генератора 10 используются различного вида излучатели: конденсаторные пластины, индукторы, вакуумные электроды, волноводы, рупорные излучатели, световоды и др.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом.

Перед началом сеанса физиотерапии с установленного на теле пациента датчика 1 электрического сигнала измеряют и регистрируют, например, с помощью электрокардиографа электрический сигнал деятельности сердца в виде последовательности импульсов в течение сердечного цикла (фиг.3 а). Измеренный сигнал поступает на вход формирователя 3, выполненного в виде запоминающего устройства 5. В это время блок 6 управления обеспечивает работу запоминающего устройства в режиме "запись". В течение сердечного цикла электрический сигнал с датчика 1 записывается в запоминающее устройство 5, после чего блок управления переключает запоминающее устройство в режим "воспроизведение", сигналы на его вход с датчика 1 не поступают. Начинают сеанс физиотерапии. Появление электрического сигнала в датчике 1 обусловлен началом сократительной деятельности сердца пациента, т.е. началом сердечного цикла. По достижении первым импульсом сердца (зубец "Р" на электрокардиограмме) пороговой величины срабатывает блок 2 синхронизации в виде порогового устройства (компаратора) и на вход запоминающего устройства 5 поступает импульс (фиг. 3б), разрешающий воспроизведение и вывод на исполнительное устройство 4 записанного ранее электрического сигнала.

Электрический сигнал воздействия, совпадающий по фазе и повторяющий форму электрических колебаний сердца, поступает в исполнительное устройство 4 и в зависимости от вида применяемого для воздействия физического фактора либо усиливается в усилителе 8 (фиг.1) и подается в устройство 7 вывода в качестве сигнала для физиотерапевтического воздействия, либо подается на модулятор 9 (фиг.2), осуществляющий модуляцию сигнала, поступающего с генератора 10 физиотерапевтических импульсов, после чего промодулированный сигнал поступает на устройство 7 вывода, генерирующее электромагнитное поле, воздействующее на пациента.

В случае выполнения формирователя 3 в виде программно-управляющего устройства формирование сигнала воздействия, совпадающего по фазе и повторяющего форму электрического сигнала сердца, и синхронизация его вывода на исполнительное устройство 4 с возникновением электрических колебаний сердца осуществляются по алгоритму, представленному на фиг.4.

Описываемые способ формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления апробированы и используются в клинических условиях.

Способ формирования сигнала для физиотерапевтического воздействия можно применять во всех случаях, при которых рекомендованы импульсные режимы физиотерапевтического воздействия физическим фактором. Используя различные методики применения описываемого способа, можно эффективно лечить различные заболевания. Терапевтическая эффективность способа обеспечивается приближением параметров воздействующего фактора к собственным физиологическим процессам организма за счет организации связи между формируемым сигналом и внутренними электромагнитными процессами в организме пациента, что позволяет более целенаправленно и эффективно использовать энергию физического фактора при воздействии на ткани и органы.

Формула изобретения

1. Способ формирования сигнала физиотерапевтического воздействия, включающий получение последовательности импульсов физического фактора, воздействующего на организм синхронно сердечному ритму, отличающийся тем, что предварительно измеряют электрический сигнал деятельности сердца в течение сердечного цикла, из него формируют последовательность импульсов физического фактора, совпадающих по фазе и повторяющих форму электрического сигнала деятельности сердца, а воздействие на организм сформированным физическим фактором осуществляют периодически синхронно возникновению электрического сигнала сердца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие физическим фактором осуществляют по начальной фазе зубца Р электрокардиограммы.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предварительно перед формированием сигнала физиотерапевтического воздействия производят тестирование организма путем воздействия на него единичным фактором и измерения электрического сигнала деятельности сердца на это воздействие, а амплитуду сигнала физического фактора уменьшают на величину амплитуды измеренного электрического сигнала деятельности сердца в ответ на тестирование.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что воздействие физическим фактором осуществляют со сдвигом во времени относительно электрического сигнала деятельности сердца на величину, определяемую временем распространения пульсовой волны до точки приложения импульсов физического фактора.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что последовательность импульсов физического фактора формируют путем корректировки формы измеренного электрического сигнала деятельности сердца.

6. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что последовательность импульсов физического фактора формируют путем модуляции электрических колебаний того или иного физического фактора электрическим сигналом деятельности сердца.

7. Устройство для формирования сигнала физиотерапевтического воздействия, содержащее датчик электрических сигналов сердца, блок синхронизации и исполнительное устройство с устройством вывода физиотерапевтических импульсов, отличающееся тем, что в него введен формирователь сигнала воздействия, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно датчика электрических сигналов сердца и блока синхронизации, а выход к входу исполнительного устройства.

8. Устройство по пп.7, отличающееся тем, что формирователь сигнала воздействия выполнен в виде запоминающего устройства с блоком управления, а блок синхронизации в виде порогового устройства, вход которого подключен к выходу датчика электрических сигналов сердца.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что формирователь сигнала воздействия выполнен в виде программно-управляющего устройства.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что устройство вывода физиотерапевтических импульсов выполнено в виде гальванических электродов наложения, подключенных через усилитель к выходу формирователя сигнала воздействия.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что устройство вывода физиотерапевтических импульсов выполнено в виде индуктора, подключенного через усилитель к выходу формирователя сигнала воздействия.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что исполнительное устройство включает генератор и модулятор, входы которого подключены к выходам соответственно формирователя сигнала воздействия и генератора, а выход к устройству вывода физиотерапевтических импульсов.

13. Устройство по пп. 7 и 12, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора ультразвуковых колебаний, а устройство вывода в виде ультразвукового излучателя.

14. Устройство по пп. 7 и 12, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора токов ультразвуковой частоты, а устройство вывода в виде конденсаторных пластин, или резонансного индуктора, или кабель-индуктора.

15. Устройство по пп.7 и 12, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора токов высокой частоты, а устройство вывода в виде вакуумного электрода.

16. Устройство по пп.7 и 12, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора токов сверхвысокой частоты или генератора токов крайневысокой частоты, а устройство вывода в виде волновода или рупорного излучателя.

17. Устройство по пп.7 и 12, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде оптического квантового генератора, а устройство вывода в виде световода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4