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.
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 (DA1……DA4), 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.
изм
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) 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.