ИНДИКАТОР ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОРА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
INDICATOR FOR FUNCTIONING OF STAND-ALONE GASTROINTESTINAL TRACT ELECTROSTIMULATOR

Изобретение относится к индикаторным приборам, используемым для индикации наличия известных сигналов в определенных объектах. Конкретно - к индикатору функционирования автономного электростимулятора желудочно-кишечного тракта (АЭСЖКТ) до глотания АЭСЖКТ и во время его нахождения в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ).
Известен АЭСЖКТ, выполненный в виде глотаемой капсулы [1]. Капсула содержит диэлектрическую втулку, два металлических колпачка-электрода, надетых на концы диэлектрической втулки, и размещенные внутри капсулы автономный источник питания (батарею из трех последовательно соединенных гальванических элементов с ЭДС 1,5 В) и генератор пачек импульсов, выводы которого соединены с внутренними поверхностями колпачков-электродов. В состав генератора входит электронный выключатель, включающий генератор при попадании капсулы в ЖКТ (при ее шунтировании проводящим содержимым ЖКТ). С момента попадания капсулы в ЖКТ и до выхода ее из тела человека генератор должен работать без существенного изменения параметров стимулирующего сигнала.
Контроль функционирования АЭСЖКТ особенно важен для находящихся в хирургических отделениях больниц пациентов, которым назначено послеоперационное лечение стимулятором ЖКТ, например, для устранения послеоперационного пареза (неисправный АЭСЖКТ может затянуть процесс реабилитации пациента).
Наличие функционирующей капсулы в ЖКТ может быть определено при помощи электрокардиографа, электроды которого закрепляются в общепринятых местах [2, с.75-77]. В этом случае одновременно регистрируются электрический сигнал, сопровождающий работу сердца, и электрические импульсы, генерируемые капсулой. Такой способ контроля функционирования АЭСЖКТ доступен только для врачей, которые способны расшифровать записанный электрокардиографом сигнал.
Наличие капсулы в ЖКТ можно определить и рентгенографически [2, с.72-73]. Однако такой способ определения местоположения капсулы в ЖКТ не может дать ответ на вопрос: функционирует или не функционирует АЭСЖКТ.
Наиболее близким устройством по отношению к заявленному прибору является индикатор функционирования АЭСЖКТ, содержащий диэлектрический корпус, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, общий для всего прибора проводник, два разнополярных, автономных источника питания, соединенных с общим проводником, два различных по форме и размерам электрода, первый из которых - потенциальный накладывается на проекцию желудка пациента, а второй - опорный крепится на одну из конечностей пациента (в области нижней трети голени или предплечья) и соединяется с общим проводником, усилитель напряжения, два провода, начало которых соединены с потенциальным и опорным электродами, а их концы через разъемные соединения - с потенциальным входом усилителя напряжения и общим проводником, каскадно-соединенные двухполярный компаратор-ограничитель, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения, одновибратор, ждущий мультивибратор звуковых частот, усилитель тока и звуковой излучатель (наушники), два вспомогательных электрода (для подсоединения к ним глотаемой капсулы), выполненный по мостовой схеме выпрямитель сигнала АЭСЖКТ, входы которого соединены с вспомогательными электродами, двухвходовый световой индикатор, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя сигнала АЭСЖКТ, а второй вход - с выходом усилителя тока, два сдвоенных механических выключателя, у которых первый и второй входы соединены с положительным и отрицательным выводами автономных источников питания, выход первого выключателя соединен с входами положительного питающего напряжения усилителя напряжения, двухполярного компаратора-ограничителя, одновибратора, ждущего мультивибратора звуковых частот и усилителя тока, а выход второго выключателя - с входами отрицательного питающего напряжения усилителя напряжения и двухполярного компаратора-ограничителя [2, с.79]. На лицевом основании корпуса расположены два гнезда разъемных соединений для подключения к входу усилителя напряжения концов проводов, оканчивающимися штырями разъемных соединений (начала проводов соединены с потенциальным и опорным электродами), два гнезда для подключения к ним звукового излучателя, углубление, в котором размещены вспомогательные электроды, и отверстие для прохода через это основание корпуса части двухвходового светового индикатора, на правой боковой стенке корпуса выполнено отверстие для прохода через него ручки сдвоенных механических выключателей. На тыльном основании корпуса расположена крышка, под которой находятся автономные источники питания.
Основным недостатком индикатора-прототипа являются низкая помехозащищенность от внешних электромагнитных помех, что обусловлено наличием большой входной петли, играющей роль рамочной антенны. Петля образована длинными проводами, соединяющими входные электроды с входом усилителя напряжения, и относительно длинными проводящими участками тела человека, между которыми накладываются потенциальный и опорный электроды. Кроме того, плохой помехозащищенности индикатора-прототипа способствуют разные формы и размеры потенциального и опорного электродов и несимметричный вход усилителя напряжения. К недостаткам прибора-прототипа можно отнести и то, что он не позволяет проверить собственную работоспособность. Проведенные нами испытания индикатора-прототипа показали, что чувствительность светового индикатора к сигналу АЭСЖКТ, находящемуся в ЖКТ, существенно ниже, чем у звукового индикатора, что одновибратор является лишним узлом, поскольку искажает звуковое сопровождение сигнала АЭСЖКТ, не улучшая помехозащищенность прибора, что в приборе необходим индикатор, контролирующий напряжения автономных источников питания, и что в приборе целесообразно избавиться от второго автономного источника питания. Кроме того, прибором-прототипом неудобно пользоваться из-за наличия в нем двух выносных электродов и наушников.
Задачей изобретения является создание портативного, помехозащищенного, удобного в эксплуатации индикатора функционирования АЭСЖКТ, обладающего расширенными функциональными возможностями.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в индикатор функционирования АЭСЖКТ, содержащий общий для всего прибора проводник, два входных электрода, предназначенные для снятия напряжения с кожи человека, каскадно-соединенные усилитель напряжения и двухполярный компаратор-ограничитель, два провода, начала которых соединены с входными электродами, а их концы - с входом усилителя напряжения, каскадно-соединенные ждущий мультивибратор звуковых частот, усилитель тока и звуковой излучатель, автономный источник питания, вспомогательные электроды для подсоединения к прибору АЭСЖКТ, выпрямитель сигнала АЭСЖКТ, входы которого соединены с вспомогательными электродами, двухвходовый световой индикатор, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя сигнала АЭСЖКТ, сдвоенные механические выключатели и диэлектрический корпус, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, в первом основании которого находится крышка, под которой размещен автономный источник питания, во втором основании корпуса выполнены углубление, в котором размещены вспомогательные электроды для подсоединения АЭСЖКТ, и отверстие для прохода через основание корпуса части двухвходового оптического индикатора, а на одной из боковых стенок корпуса выполнено отверстие для прохода через него управляющей части сдвоенных механических выключателей, дополнительно введены однополюсный механический переключатель, преобразователь однополярного напряжения автономного источника питания в двухполярные относительно общего проводника напряжения, имитатор сигнал АЭСЖКТ и два спаренных, нормально разомкнутых электронных ключа, усилитель напряжения выполнен дифференциальным, входные электроды для снятия напряжения с кожи человека выполнены в виде двух одинаковых прямоугольных пластин, закрепленных на первом основании корпуса с его внешней стороны с зазором между собой, в качестве сдвоенных механических выключателей выбраны сдвоенные, нормально разомкнутые, нажимные выключатели, в качестве звукового излучателя выбран пьезоэлемент, размещенный внутри корпуса, часть второго основания корпуса, расположенная над пьезоэлементом, выполнена перфорированной, на той же боковой стенке корпуса, на которой выполнено названное отверстие, изготовлено дополнительное отверстие для прохода через него ручки однополюсного переключателя, пластины-электроды соединены с противофазными входами дифференциального усилителя напряжения при помощи названных проводов через дополнительные отверстия в первом основании корпуса, сигнальные входы электронных ключей соединены с выходами имитатора сигнала АЭСЖКТ, а их сигнальные выходы - с входами дифференциального усилителя, сигнальный выход двухполярного компаратора-ограничителя соединен с входом ждущего мультивибратора, автономный источник питания соединен с общим входом однополюсного механического переключателя, первый выход этого переключателя соединен с цепями питания ждущего мультивибратора, усилителя тока и электронных ключей, с входом преобразователя однополярного напряжения автономного источника питания в двухполярные напряжения и с первым входом сдвоенных, нажимных выключателей, второй выход однополюсного механического переключателя соединен со вторым входом сдвоенных, нажимных, кнопочных выключателей, первый выход этих выключателей соединен с цепью питания имитатора сигнала АЭСЖКТ и цепью управления спаренных электронных ключей, второй выход - со вторым входом двухвходового светового индикатора, а двухполярные выходы преобразователя однополярного напряжения автономного источника питания соединены с цепями питания дифференциального усилителя напряжения и двухполярного компаратора-ограничителя.
Функциональная схема предлагаемого индикатора функционирования АЭСЖКТ приведена на фиг.1. На фиг.2 изображен общий вид индикатора.
На фиг.1 обозначено: 1 и 2 - входные электроды для снятия напряжения с кожи человека; 3 - дифференциальный усилитель напряжения; 4 - двухполярный компаратор-ограничитель; 5 - ждущий мультивибратор звуковых частот; 6 - усилитель тока; 7 - звуковой излучатель (пьезоэлемент); 8 - автономный источник питания; 9 - однополюсный механический переключатель; 10 - преобразователь однополярного напряжения автономного источника питания в двухполярные (положительное и отрицательное) напряжения; 11 - имитатор сигнала АЭСЖКТ; 12 - два спаренных, нормально разомкнутых электронных ключа; 13 - сдвоенные, нажимные, нормально разомкнутые выключатели; 14 - двухвходовый световой индикатор; 15 и 16 - вспомогательные электроды для подсоединения к прибору АЭСЖКТ; 17 - выпрямитель сигнала АЭСЖКТ, собранный по мостовой схеме.
На фиг.2 обозначено: 18 - диэлектрический корпус индикатора функционирования АЭСЖКТ; 19 - отверстия, расположенные над звуковым излучателем.
Остальные обозначения объектов на фиг.2 совпадают с обозначениями тех же объектов на фиг.1.
Индикатор функционирования АЭСЖКТ имеет четыре режима работы.
Проверка годности автономного источника питания
В этом режиме однополюсный переключатель 9 устанавливается во второе положение, при котором его общий вход оказывается соединенным с его вторым выходом. Затем нажимается кнопка сдвоенных выключателей 13, в результате чего напряжение автономного источника питания 8 подается на второй вход светового индикатора 14. Яркое непрерывное сечение индикатора свидетельствует о том, что автономный источник питания не требует замены.
Проверка работоспособности индикатора функционирования АЭСЖКТ
В этом режиме однополюсный переключатель 9 находится в первом положении, в котором его общий вход соединен с первым выходом. Напряжение с автономного источника питания 8 поступает на преобразователь напряжения 10, ждущий мультивибратор 5, усилитель тока 6, два электронных ключа 12 и первый вход сдвоенных кнопочных выключателей 13. С выхода преобразователя напряжения 10 положительное и отрицательное напряжения поступают на цепи питания усилителя напряжения 3 и компаратора-ограничителя 4. При нажатии кнопки сдвоенных выключателей 13 напряжение источника питания 10 поступает на имитатор сигнала АЭСЖКТ 11 и на управляющий вход электронных ключей 12, которые переводятся во включенные состояния (в этом случае входы электронных ключей 12 соединяются с их выходами). Имитатор 11 начинает вырабатывать пачки импульсов, которые через замкнутые электронные ключи 12 поступают на противофазные входы усилителя напряжения 3. В качестве имитатора сигнала АЭСЖКТ в приборе применена микросхема, используемая в АЭСЖКТ (другими словами, имитатор сигнала АЭСЖКТ генерирует такой же сигнал, что и АЭСЖКТ). Усилитель 3 усиливает сигнал, поступающий с имитатора 11. Компаратор-ограничитель 4 ограничивает прохождение импульсов до выбранного уровня.
С имитатора сигнала АЭСЖКТ 11 на входы усилителя 3 поступают пачки, состоящие из 16 импульсов длительностью 5-7 мс с периодом их повторения 20-28 мс. Длительность одной пачки импульсов составляет 320-450 мс, период повторения пачек импульсов - 2560-3600 мс. Интервал между пачками импульсов составляет около 3 с [2, с.32, рис.1.3.а].
При небольших внешних помехах импульсный сигнал практически без искажений поступает на вход мультивибратора 5. Мультивибратор 5 во время поступления на его вход каждого импульса генерирует колебания, первая гармоника которых совпадает с резонансной частотой пьезоэлемента (3 кГц). Сигнал с выхода мультивибратора 5 поступает на вход усилителя тока 6 и с выхода последнего - на пьезоэлемент (звуковой излучатель) 7. Характерное прерывистое, издаваемое пьезоэлементом звучание, с периодом молчания межу пачками импульсов, составляющим около 3 с, свидетельствует о нормальной работе основного тракта индикатора функционирования АЭСЖКТ.
Проверка работоспособности АЭСЖКТ
В этом режиме однополюсный переключатель 9 может находиться как в первом, так и во втором положениях. Для проверки работоспособности капсулы она берется пальцами руки и вставляется в углубление, в котором размещены дополнительные электроды 15 и 16, и прижимается своими колпачками к этим электродам. Если АЭСЖКТ исправен, то вырабатываемые им импульсы напряжения детектируются выпрямителем 17 и поступают на первый вход светового индикатора 14. При этом наблюдаются характерные мигания светового индикатора с периодом чуть больше 3 с.
Проверка функционирования АЭСЖКТ во время его нахождения в ЖКТ
В этом, основном, режиме однополюсный переключатель 9 ставится в первое положение. Этот режим отличается от режима проверки работоспособности индикатора функционирования АЭСЖКТ только тем, что в нем не производится нажатия кнопки сдвоенных выключателей 13. Включенный прибор берут в руку, накладывают на область живота, смоченного изотоническим раствором NaCl, и плавно перемещают по поверхности живота. Наличие работающего АЭСЖКТ в ЖКТ определяют по характерному прерывистому звучанию, аналогичному звучанию, имеющему место в режиме проверки работоспособности индикатора функционирования АЭСЖКТ.
По отношению к прибору-прототипу, который имеет два режима работы: проверка работоспособности АЭСЖКТ и проверка функционирования АЭСЖКТ во время его нахождения в ЖКТ, предлагаемый прибор имеет два новых режима: проверка работоспособности индикатора АЭСЖКТ и проверка годности автономного источника питания. По отношению к прибору-прототипу предлагаемый прибор имеет меньшие габариты (он является "карманным" прибором), более удобен в эксплуатации и обладает большей помехозащищенностью (за счет уменьшения в несколько раз площади "рамочной антенны", образованной проводами, соединенными с входными электродами и входами усилителя напряжения, и уменьшения расстояния между располагаемыми на поверхности человека входными электродами).
Источники информации
1. А.с. СССР № 936931, Кл. A61N 1/36. Заявл. 25.01.1980. Опубл. 23.06.1982. БИ № 23.
2. Автономные электростимуляторы желудочно-кишечного тракта. / В.Ф.Агафонников, Г.Ц.Дамбаев, А.Г.Мартусевич; Федеральное агентство по образованию; Томск, гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники; Сиб. гос. мед ун-т. - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2005. - 224 с.