ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР
ELECTRICAL STIMULATOR

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для электротерапии диадинамическими и модулированными токами различной формы, частоты, скважности и способа модуляции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению решением, выбранным за прототип, является электростимулятор, содержащий микропроцессорный блок управления, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, а выход с входом усилителя мощности, выход которого подключен к электродам воздействия, датчик биоритмов, выход которого через схему гальванической развязки подключен к входу нормирующего усилителя (Заявка на изобретение №2013155783/14 (087036)).
Недостатком устройства является отсутствие средств контроля дыхательных биоритмов и средств получения непосредственной информации об активных фазах биоритмов - фаз систолы /диастолы сердечного ритма и фаз вдоха/выдоха дыхательного ритма, необходимых для оптимизации активных фаз стимулирующего воздействия.
Техническим результатом применения предлагаемого устройства является повышение эффективности электростимуляции за счет согласования активных фаз стимулирующего воздействия с активными фазами как сердечных, так и дыхательных биоритмов пациента.
Поставленная задача решается тем, что в электростимулятор, содержащий микропроцессорный блок управления, связанный с ним цифроаналоговый преобразователь, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, в обратную связь которого включен управляемый резистор, а выход подключен к входу усилителя мощности, подключенного к электродам воздействия, датчик сердечных биоритмов, выход которого через схему гальванической развязки соединен с входом нормирующего усилителя, дополнительно введен датчик дыхания, который через дополнительную схему гальванической развязки и нормирующий усилитель соединен с входом коммутатора, на второй вход которого подается постоянное напряжение, а выход соединен с входом управления регулируемого резистора обратной связи, выход нормирующего усилителя датчика сердечных биоритмов подключен к входу компаратора напряжения, ко второму входу которого подключено опорное напряжение, а к выходу - один из входов схемы совпадения, второй вход которой подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход схемы совпадения соединен с входом усилителя, снабженного регулируемым коэффициентом передачи.
Конструкция устройства позволяет осуществлять физиотерапевтическое воздействие в фазе наполнения кровеносных сосудов пациента, что обеспечивает сохранение нормализованного спектра ритмов кровотока и лимфотока, за счет чего достигается стабильность лечебного эффекта и ускорение регенерации клеточных элементов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства в режиме синкопе, на фиг. 3 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства в волновом режиме, на фиг. 4 представлены осциллограммы формы импульсов воздействия, сформированные цифроаналоговым преобразователем, на фиг. 5 представлены осциллограммы сигналов воздействия в режиме синкопе и волновом режиме с синхронизацией сигналами сердечного и дыхательного ритмов.
Устройство содержит (фиг. 1) микропроцессорный блок управления (МБУ) 1, цифроаналоговые преобразователь (ЦАП) - 2, связанный с микропроцессорным блоком управления через шину I, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи 3, в цепь обратной связи которого включен управляемый резистор 4, к выходу усилителя 3 подключен вход усилителя мощности 5, к выходу которого подключены электроды воздействия 6, датчик сердечных биоритмов 7 через устройство гальванической развязки 8 связан с входом нормирующего усилителя сердечных биоритмов 9, выход которого соединен с входом аналогового компаратора напряжения 10, на второй вход которого подается опорное напряжение, а его выход соединен с первым входом схемы совпадения 11, второй вход которой соединен с выходом ЦАП, а выход с входом усилителя с регулируемым коэффициентом передачи 3. Датчик биоритмов дыхания 12 соединен через вторую схему гальванической развязки 13, и нормирующий усилитель 14 соединен с входом коммутатора 15, на второй вход которого подается постоянное напряжение, а его выход соединен с входом управления управляемого резистора 4. Цифровой вход цифроаналогового преобразователя 2 соединен с микропроцессорным блоком управления 1 шиной I. Вывод II микропроцессорного устройства управления подключен к входу управления коммутатором 15.
Устройство работает следующим образом.
На теле пациента в соответствии с требованиями технических условий на используемые датчики устанавливают датчик сердечных биоритмов и датчик дыхания.
Через устройство ввода информации (на фиг. 1 не показано) оператор задает форму стимулирующих импульсов (чаще всего с экспоненциальным спадом), их длительность и частоту следования, выбирает один из двух стандартных режимов диадинамического воздействия: синкопе (фиг. 2) или волновое (фиг. 3).
Для каждого режима МБУ 1 определяет область резидентной памяти, в которой хранится цифровой образ формы сигналов воздействия, реализуемых с помощью цифроаналогового преобразователя.
Электроды накладывают в зоне очагов боли и запускают устройство в режиме физиотерапевтического воздействия.
с
д
оп
оп
1
В режиме синкопе используется только датчик сердечного ритма 7, в качестве которого, например, можно использовать датчик пульса Pulssensor Amped, имеющий встроенный фильтр, очищающий сигнал от помех, что повышает надежность работы устройства. Датчик Pulssensor Amped крепят на пальце пациента. Сигнал датчика 7 через устройство гальванической развязки 5, обеспечивающей защиту пациента от поражения сетевым напряжением при аварийных режимах, усиливается нормирующим усилителем 9. Полученный сигнал (рис. 2а) подается на вход компаратора 10, формирующего последовательность стимулирующих импульсов, длительность которых соответствует длительности фазы систолы (Т), а пауза длительности диастолы (Т) (рис. 2б). За счет того что на второй вход компаратора подается опорное напряжение U, исключается влияние пульсации сигналов диастолы, амплитуда которых не превышает уровень U. Сигнал с выхода компаратора 10 поступает на первый вход схемы совпадения 11, на второй вход которой поступают импульсы, форма которых задается цифроаналоговым преобразователем ЦАП 2, управляемым микропроцессорным блоком управления 1. Сигнал с выхода схемы совпадения 11, представляющий последовательность импульсов, следующих в фазе систолы и паузы в фазе диастолы (рис. 2в), поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом передачи 3. В режиме синкопе коэффициент передачи усилителя 5 постоянен и определяется уровнем напряжения U, снимаемого с первого входа коммутатора 15 на вход управления управляемого резистора 4, что обеспечивает постоянство амплитуды импульсов воздействия в фазе систолы. Управление коммутатором 13 осуществляется сигналом управления II, снимаемым с выхода МБУ 1. Таким образом, физиотерапевтическое воздействие на пациента осуществляется в фазе наполнения кровеносных сосудов пациента. Стабильность лечебного эффекта в этом режиме объясняется сохранением нормализованного спектра ритмов кровотока и лимфотока, в результате чего ускоряется регенерация клеточных элементов.
выд
вд
В режиме волнового воздействия (фиг. 3) помимо датчика пульса на теле пациента в области грудной клетки или брюшной полости закрепляют датчик дыхания, в качестве которого может быть использован датчик дыхательного усилия SS5LB, и переводят в заданный режим изменением уровня сигнала управления коммутатором 15, снимаемого с вывода II МБУ 1. В соответствии с полученным сигналом коммутатор 15 осуществляет подключение к входу управления регулируемого резистора 4 сигнала с выхода нормирующего усилителя 14, подключенного через схему гальванической развязки 13 к выходу датчика дыхания 12. Режим работы усилителя 14 предусматривает отсечку сигнала дыхания в фазе выдоха (Т). В результате осуществляется амплитудная модуляция сигнала, снимаемого с выхода схемы совпадения 11, в соответствии с изменением сигнала биоритма дыхания в фазе вдоха (Т) (фиг. 3). В фазе выдоха за счет отсечки сигнала датчика дыхания формируются фоновые сигналы воздействия ограниченной амплитуды, синхронизируемые датчиком пульса.
Модуляция уровня сигнала воздействия сигналом дыхания в фазе вдоха позволяет осуществить дополнительную синхронизацию сигналов физиотерапевтического воздействия с уровнем насыщения крови кислородом, что приводит к усилению обменных и регенерирующих процессов в организме пациента. [Загускин С.Л. Ритмы клетки и здоровье человека. Ростов н/Д, Изд-во ЮФУ, 2010. - 292 с.].
Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе простого дешевого микроконтроллера, например Atmega 16, включающего в себя помимо программируемых узлов управления встроенный аналоговый компаратор. В качестве усилителя с управляемым коэффициентом передачи выбран инструментальный усилитель AD623, в цепь обратной связи которого в качестве регулируемого резистора включен JFET транзистор 2N3458. Используемые датчик пульса Pulssensor Amped и датчик дыхания SS5LB имеют встроенные схемы гальванической развязки и усиления, что также упрощает схему.
Осциллограммы (фиг. 4-5), снятые при отладке устройства, подтвердили принципиальную работоспособность устройства.
В режиме биоуправления терапевтический диапазон интенсивности расширяется в десятки раз. Более слабые воздействия становятся эффективными, а более сильные еще не вызывают передозировки и негативных реакций [Новое поколение лечебно-диагностических устройств. Ростов-на-Дону, НИИ физики, Южный Федеральный университет]. При обычной же физиотерапии попадание в терапевтический диапазон не гарантировано, так как индивидуальные различия и изменения чувствительности могут превышать этот диапазон
Таким образом, повышение эффективности физиотерапевтического лечения в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается за счет более точного выделения фазы систолы, а также использования дополнительной информации о фазе вдоха, т.е. производится синхронизация физиотерапевтического воздействия с фазами увеличения кровенаполнения ткани, что позволяет учитывать разную направленность ответных реакций восстановительных процессов в фазах увеличения энергетики (кровенаполнения ткани) или ее снижения.
С целью сравнения результатов лечения с использованием прибора-прототипа и предлагаемого устройства были отобраны 2 группы пациентов. Каждая группа состояла из 10 человек с диагнозом: вертеброгенная цервикалгия.
Была использована методика с наложением 2-х симметричных электродов на воротниковую зону. Анод накладывался на зону с большей болевой чувствительностью, катод - симметрично с противоположной стороны. Датчик сердечного ритма надевали на палец пациента, датчик дыхания закрепляли на грудной клетке пациента эластичной лентой, входящей в комплект датчика.
Продолжительность процедуры - 7 мин, по одной процедуре в день, количество - 10 процедур. В методике лечения использовался ток от 2-до 4 мА. Увеличение тока определялось индивидуально, на основании болевых ощущений пациента. Для объективности оценки результата и определения психоэмоционального состояния пациентов использовались опросник симптомов Хопкинса, опросник DN-4, шкала самооценки и тревоги Ч. Спилберга, опросник Бека, для оценки боли - комплексный болевой опросник, шкала пятибалльной оценки вертеброневрологической симптоматики.
При обследовании пациентов в начале лечения отмечался болевой синдромом - 70-80% по визуальной аналоговой шкале оценки боли, ограничение угла разгибания и сгибания в шейном отделе позвоночника 45-50 градусов, угол бокового наклона - 20 град, угол поворота - 50 град.
После лечения с использованием предлагаемого прибора снижение болевого синдрома на 20-25% выше, чем при использовании прибора-прототипа к концу курса.
Подобный же эффект наблюдался и при лечении вертеброгенной люмбалгии (боли в поясничном отделе позвоночника). Применялась идентичная методика лечения, описанная выше, но с наложением электродов на поясничную область. Переносимость предлагаемым прибором была выше на 25-30%, чем прибором прототипом, вследствие более мягкой синхронизации прибора, и его гармоничного ответа симпатического и парасимпатического отделов нервной системы.
При наблюдении за пациентами, прошедшими курс лечения предлагаемым устройством, было отмечено:
- увеличение стабильности лечебного эффекта до 3 месяцев;
- снижение сезонных обострений заболеваний и предотвращение их хронической формы при повторных лечебных курсах физиотерапевтического воздействия;
- улучшение переносимости процедуры на 25-30%, по сравнению с прибором-прототипом.