СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FORMING A MAGNETOTHERAPEUTIC EFFECT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для создания лечебно-диагностических систем комплексной магнитотерапии общего воздействия, предназначенных для лечения широкого круга заболеваний.
Известен способ формирования магнитотерапевтического воздействия, реализованный в устройстве [1], основанный на подаче в n индукторов электрических сигналов в форме двоичных импульсных последовательностей регулируемой частоты скважности в течение заданного промежутка времени, причем n индукторов располагают по всему пациенту для формирования общей магнитотерапевтической среды, а перед глазами пациента помещают видимое виртуальное изображение меняющегося магнитного поля, перемещающегося по фантому человека, формируемое ЭВМ на основе сигналов о величине электрического тока каждого индуктора, а руки пациента располагают на органах управления, причем одна рука управляет частотой подключения индуктора, а другая параметрами электрических сигналов в индукторах. Поскольку в указанном способе регулирование биотропных параметров магнитотерапевтического воздействия производится самим пациентом, на основе только своих ощущений, которые не позволяют ему оперативно и объективно судить о жизненно важных параметрах организма, о текущем функциональном состоянии и врач не участвует в изменении параметров лечебного воздействия и не контролирует данный процесс, то результаты такого лечения не могут быть количественно определены и оценены, а, следовательно, эффективность лечения низкая.
Известен способ формирования магнитотерапевтического воздействия, реализованный в устройстве [2], основанный на подаче в систему из n индукторов электрических сигналов в форме двоичных импульсных последовательностей регулируемой частоты, скважности и амплитуды в течение заданного промежутка времени, при этом для управления магнитотерапевтическим воздействием вводят функцию, которая служит мерой эффективности воздействия на i-го пациента j-ой методикой, определяют зависимость параметров вектора текущего состояния пациента и функционально связывают их с вектором параметров магнитотерапевтической среды, значения которых находят по методу наименьших квадратов путем минимизации функционала специальной программой. Однако реализация известного способа практически невозможна, поскольку до сих пор еще не установлены однозначные функциональные связи между физиологическими параметрами человека, видами заболеваний и биотропными параметрами электромагнитного воздействия. Получается также, что врач непосредственно не участвует в процессе регулирования параметров лечебного воздействия, не контролирует текущее состояние пациента в ходе сеанса магнитотерапии и не принимает своевременного решения об изменении методики лечения. Результаты и эффективность лечения определяются в основном программой ЭВМ, что не всегда оправдано.
Наиболее близким является способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления [3], заключающийся в размещении по всему телу пациента в два слоя, над и под ним, идентичных модулей в виде формирователей электромагнитного поля, подаче на них электрических сигналов в форме двоичных последовательностей регулируемой частоты и скважности в течение заданного промежутка времени через соответствующие устройства управления от управляющей ЭВМ, при этом каждый формирователь электромагнитного поля включает трехкомпонентный индуктор, мостовые токовые драйверы, локальное устройство управления в виде микроконтроллера и средство интеграции в систему. Недостатком данного способа является невозможность оперативного изменения параметров воздействия во время сеанса магнитотерапии ни врачом, ни ЭВМ, а также отсутствие объективного контроля реакций организма пациента на заданные параметры воздействия и общего текущего состояния пациента.
Техническим результатом предлагаемого изобретения как способа является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия.
Технический результат достигается тем, что для формирования магнитотерапевтического воздействия размещают по всему телу пациента в два слоя, над и под ним, идентичные модули в виде формирователей электромагнитного поля, подают на них электрические сигналы в форме двоичных последовательностей регулируемой частоты и скважности в течение заданного промежутка времени через соответствующие устройства управления от управляющей ЭВМ, причем каждый формирователь электромагнитного поля включает трехкомпонентный индуктор, мостовой токовый драйвер, микроконтроллер и средство интеграции в систему, а перед началом сеанса магнитотерапии, в течение определенного времени, снимают информацию у пациента датчиками пульса, дыхания, артериального давления, насыщения крови кислородом, вводят ее в ЭВМ, где непрерывно фильтруют, регистрируют, измеряют значения диагностируемых параметров и отображают их на экране монитора ЭВМ, по которым врач оценивает общее состояние пациента и устанавливает исходные биотропные параметры магнитотерапевтического воздействия, включает его, и с этого момента непрерывно фильтруют, регистрируют и измеряют значения ответных реакций организма в виде изменений параметров пульсовой волны, процесса дыхания, артериального давления и насыщения крови кислородом, выделяют из пульсовой волны и процесса дыхания ритмы сердца и дыхания, формируют из них импульсные последовательности кардиоинтервалов и интервалов дыхания, связывая с определенными фазами этих процессов, которыми синхронизируют магнитотерапевтическое воздействие и тем самым адаптируют его к конкретному пациенту, т.е. создают первый контур регулирования воздействия, обеспечивающий автоматическое согласование во времени, сравнивают исходные параметры пациента с его текущими параметрами и отображают на экране монитора ЭВМ для врача. Кроме того, непрерывно измеряют кардиоинтервалы и интервалы дыхания во время сеанса магнитотерапии и формируют из их значений ритмограммы, по которым автоматически определяют ряд характеристик вариабельности сердечного ритма, статистические, временные и частотные, отображают всю диагностическую информацию на экране монитора ЭВМ, чтобы врач мог принять решение о коррекции магнитотерапевтического воздействия, в ходе сеанса магнитотерапии, до получения лучшего терапевтического эффекта, тем самым замыкая второй контур регулирования воздействия, обеспечивающий его автоматизированное согласование по остальным биотропным параметрам, а также сохраняют информацию в базе данных ЭВМ для последующих этапов курсового лечения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения как устройства является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия.
Технический результат достигается тем, что устройство для формирования магнитотерапевтического воздействия содержит идентичные модули, включающие формирователи электромагнитного поля, подключенные через соответствующие устройства управления, выполненные с возможностью подачи на модули электрических сигналов в форме двоичных последовательностей регулируемой частоты и скважности в течение заданного промежутка времени, к управляющей ЭВМ, при этом каждый модуль содержит трехкомпонентный индуктор, подключенный через мостовые токовые драйверы к локальному устройству управления - микроконтроллеру и средство интеграции в систему. Кроме того, устройство оснащено датчиками пульса, дыхания, артериального давления и насыщения крови кислородом, которые через блок сопряжения подключаются к той же управляющей ЭВМ, где с помощью виртуального прибора (ВП) [4, 5] диагностики пациента выделяют ритмы сердца и дыхания для формирования импульсов синхронизации, которыми осуществляют автоматическое согласование во времени с биоритмами пациента, путем подачи их на ВП магнитотерапевтического воздействия для подстройки временных параметров, а полученную информацию о пациенте выводят на монитор ЭВМ, по которой врач оценивает исходное и текущее состояние пациента и с помощью средств ввода данных и ВП магнитотерапевтического воздействия осуществляет регулировку биотропных параметров воздействия до получения лучшего терапевтического эффекта, при этом измененные электрические сигналы воздействия поступают на полеформирующую систему, состоящую из идентичных ячеек-модулей, которые создают вокруг пациента электромагнитное поле заданной конфигурации и биотропными параметрами. При этом ВП диагностики пациента содержит ВП цифровой фильтрации параметров пациента для выделения полезной информации на фоне помех, который подключен к ВП регистрации и измерения параметров пациента, где оперативно запоминаются исходные значения параметров пациента, полученные до включения магнитотерапевтического воздействия и текущие значения, получаемые во время сеанса магнитотерапии, эти данные поступают на ВП сравнения параметров пациента, откуда результаты сравнения и текущие значения параметров пациента через ВП отображения диагностической информации выводятся на монитор ЭВМ, при этом текущие значения параметров пациента подаются на ВП выделения ритмов сердца и дыхания, а также на ВП формирования кардиоинтервалов и интервалов дыхания, импульсные последовательности которых поступают на ВП синхронизации биоритмов и ВП измерения кардиоинтервалов, интервалов дыхания и формирования ритмограмм, по значениям интервалов с помощью ВП производятся вычисления показателей и характеристик пульса и дыхания, при этом все измеренные параметры, вычисленные показатели и характеристики запоминаются в ВП сохранения полученной информации для коррекции воздействия, как в ходе сеанса магнитотерапии, так и на последующих этапах лечения, и выводятся через ВП отображения диагностической информации для просмотра. При этом ВП магнитотерапевтического воздействия содержит ВП задания и регулирования параметров воздействия, который через ВП отображения параметров воздействия выводит их на монитор ЭВМ для просмотра врачом, а через ВП формирования параметров воздействия производит управление ячейками-модулями полеформирующей системы, которая воспроизводит магнитное поле вокруг пациента с заданной конфигурацией и биотропными параметрами в координатах пространство-время-частота.
На фиг. 1 представлена лечебно-диагностическая система, формирующая магнитотерапевтическое воздействие, контролирующая физиологические параметры организма пациента до сеанса и во время проведения сеанса магнитотерапии и реализующая данный способ.
В состав системы, управляемой ЭВМ 8 и врачом 25, входят: 1 - пациент, 2 - полеформирующая система, 3 - датчик пульса, 4 - датчик дыхания, 5 - датчик артериального давления, 6 - датчик насыщения крови кислородом, 7 - блок сопряжения, 24 - монитор ЭВМ, 26 - средство ввода данных, а также 9 - ВП диагностики пациента и 20 - ВП магнитотерапевтического воздействия.
В предлагаемой системе датчики 3, 4, 5, 6 своими входами связаны с пациентом 1, а выходами подключены к блоку сопряжения 7. Выход блока сопряжения 7 соединен с ЭВМ 8 и в ней с входом ВП диагностики пациента 9. Один из выходов ВП диагностики пациента 9 подключен через стандартные средства к монитору ЭВМ 24, а второй выход подключен непосредственно к ВП магнитотерапевтического воздействия 20. Врач 25, визуально воспринимая диагностическую информацию с монитора ЭВМ 24, взаимодействует со средствами ввода данных 26, выход которых соединен через ЭВМ 8 с ВП магнитотерапевтического воздействия 20. Один из выходов ВП 20 подключен к монитору ЭВМ 24, а другой выход подключен к полеформирующей системе 2, которая воздействует магнитным полем на пациента 1.
В состав ВП диагностики пациента 9 входят: 10 - ВП цифровой фильтрации параметров пациента, 11 - ВП регистрации и измерения параметров пациента, 12 - ВП сравнения параметров пациента, 13.1 - ВП выделения ритмов сердца, 13.2 - ВП выделения ритмов дыхания, 14.1 - ВП формирования кардиоинтервалов, 14.2 - ВП формирования интервалов дыхания, 15.1 - ВП измерения кардиоинтервалов и формирования ритмограммы, 15.2 - ВП измерения интервалов дыхания и формирования ритмограммы, 16.1 - ВП вычисления показателей и характеристик пульса, 16.2 - ВП вычисления показателей и характеристик дыхания, 17 - ВП синхронизации биоритмами, 18 - ВП сохранения полученной информации, 19 - ВП отображения диагностической информации.
В предлагаемом ВП диагностики пациента 9 входы ВП цифровой фильтрации параметров пациента 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 соединены с блоком сопряжения 7, а выходы подключены к ВП регистрации и измерения параметров пациента 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 соответственно. Выходы ВП 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 соединены с входами ВП сравнения параметров пациента 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, а также с входом ВП отображения диагностической информации 19. Выходы ВП 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 тоже подключены к входу ВП 19. Один из выходов ВП 11.1 соединен с входом ВП выделения ритмов сердца 13.1. Один из выходов ВП 11.2 соединен с входом ВП выделения ритмов дыхания 13.2. Выходы ВП 13.1 и 13.2 подключены к входам ВП формирования кардиоинтервалов 14.1 и ВП формирования интервалов дыхания 14.2 соответственно. Выходы ВП 14.1 и 14.2 подключаются совместно к входу ВП синхронизации биоритмами 17, а также подключаются раздельно к входу ВП измерения кардиоинтервалов и формирования ритмограммы 15.1 и к входу ВП измерения интервалов дыхания и формирования ритмограммы 15.2 соответственно. Выход ВП синхронизации биоритмами 17 соединен с одним из входов ВП магнитотерапевтического воздействия 20. Выход ВП 15.1 подключен к входу ВП вычисления показателей и характеристик пульса 16.1, а выход ВП 15.2 подключен к входу ВП вычисления показателей и характеристик дыхания 16.2. Выходы ВП 16.1 и 16.2 соединены с входом ВП отображения диагностической информации 19, который своим выходом подключен к входу монитора ЭВМ 24. Вход ВП сохранения полученной информации 18 соединен с выходами ВП 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 16.1 и 16.2, а его выход подключен к входу ВП 19.
В состав ВП магнитотерапевтического воздействия 20 входят: 21 - ВП формирования параметров воздействия, 22 - ВП задания и регулирования параметров воздействия, 23 - ВП отображения параметров воздействия.
В предлагаемом ВП магнитотерапевтического воздействия 20 один из входов ВП задания и регулирования параметров воздействия 22 соединен с выходом средства ввода данных 26, а другой вход подключен к выходу ВП диагностики пациента 9 или непосредственно к выходу ВП синхронизации биоритмами 17. Один выход ВП 22 подключен к входу ВП формирования параметров воздействия 21, а другой его выход подключен к входу ВП отображения параметров воздействия 23. Выход ВП 23 соединен с входом монитора ЭВМ 24, а выход ВП 21 соединен с входом полеформирующей системы 2.
Суть способа формирования магнитотерапевтического воздействия заключается в следующем. Пациента размещают в полеформирующей системе лежа на спине. Устанавливают на нем в определенных местах датчики четырех типов: пульса, дыхания, насыщения крови кислородом и артериального давления. Поскольку воспринимаемые физические величины разные по происхождению, то их преобразуют датчиками в аналоговые электрические сигналы, нормализуют, т.е. приводят к одному амплитудному диапазону, преобразуют в последовательность дискретных цифровых отсчетов и представляют в необходимом формате для ввода в ЭВМ.
В предлагаемой лечебно-диагностической системе ЭВМ выполняет ряд существенных функций. Во-первых, с помощью ЭВМ производится в реальном масштабе времени определение диагностических показателей и характеристик пациента, отражающих его текущее состояние, до сеанса магнитотерапии и во время его проведения. Во-вторых, производится непрерывная динамическая визуализация полученных результатов с качественными и количественными оценками. В-третьих, производится выделение из контролируемых физиологических процессов биоритмов конкретного пациента и формирование управляющих импульсов синхронизации для автоматического согласования во времени с магнитотерапевтическим воздействием. В-четвертых, формируется большой набор биотропных параметров воздействием с возможностью оперативного задания и регулирования их в широких диапазонах, с высокой точностью и разрешением, в координатах пространство-время-частота. В-пятых, обеспечивается высокая гибкость и доступность управления врачом биотропных параметров воздействия, позволяющая в рабочем объеме полеформирующей системы создавать магнитное поле общего, распределенного, комбинированного и локального действия, разнообразной конфигурации и структуры, в виде сложномодулированного, вихревого и с заданной степенью неоднородности.
Выше отмеченные функции выполняются в ЭВМ с помощью специализированных программ (программных модулей) - виртуальных приборов (ВП). В предложенной системе реализованы два основных программных модуля ВП диагностики пациента и ВП магнитотерапевтического воздействия.
Работая совместно, эти ВП создают контуры биотехнической обратной связи для управления биотропными параметрами воздействия, что существенно повышает эффективность формирования магнитотерапевтического воздействия, а, следовательно, и эффективность лечения.
В отличие от известных способов [1, 2, 3], в предлагаемом способе предусмотрено два контура регулирования параметров воздействия во время проведения сеанса магнитотерапии. Первый контур включается автоматически с момента поступления текущих значений параметров пациента. В нем производится согласование (синхронизация) биоритмов пациента с периодами магнитотерапевтического воздействия или адаптация воздействия к пациенту. Второй контур автоматизирован и управляется только лечащим врачом, который оценивая текущие значения контролируемых параметров пациента, во время сеанса магнитотерапии, с исходными значениями его параметров, полученными перед сеансом магнитотерапии, принимает решение об изменении биотропных параметров воздействия в сторону улучшения диагностических показателей и характеристик пациента.
Устройство работает следующим образом.
Перед включением электромагнитного поля снимают датчиками 3, 4, 5, 6 исходные физиологические параметры пациента, передают выходные электрические сигналы с них на блок сопряжения 7, где нормализуют сигналы или приводят к одному амплитудному диапазону, преобразуют в кодовые последовательности необходимого формата и вводят диагностическую информацию в ЭВМ 8.
Далее диагностическая информация с USB порта поступает на программный модуль или ВП диагностики пациента 9, включающий ряд других ВП, где информация распределяется между четырьмя ВП цифровой фильтрации параметров пациента 10.1, 10.2, 10.3, 10.4. С этих модулей полезная информация, выделенная из смеси с помехами, подается на ВП регистрации и измерения параметров пациента 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, в которых оперативно запоминают мгновенные значения, полученные до сеанса магнитотерапии (исходные) и во время сеанса магнитотерапии (текущие), измеряют их и подают на ВП сравнения параметров пациента 12.1, 12.2, 12.3, 12.4. Результаты сравнения и текущие значения выводят для просмотра врачом 25 через ВП отображения диагностической информации 19 на монитор ЭВМ 24, запоминают их для дальнейшего использования в ВП сохранения полученной информации 18. Текущие значения параметров пульса и дыхания параллельно передают на ВП выделения ритмов сердца и дыхания 13.1, 13.2, выходы которых подключены к входам ВП формирования кардиоинтервалов и интервалов дыхания 14.1, 14.2. Сформированные импульсы интервалов вводят в ВП синхронизации биоритмами 17, где осуществляют выбор между импульсами ритмов сердца или дыхания, или их прореживание. Выходные импульсы модуля 17 поступают на ВП магнитотерапевтического воздействия 20, в котором производят согласование во времени (синхронизацию) биоритмов пациента и электрических сигналов, протекающих по индукторам и формирующих лечебное воздействие.
Последовательность кардиоинтервалов и интервалов дыхания с выхода модулей 14.1, 14.2 подается также на ВП измерения кардиоинтервалов, интервалов дыхания и формирования ритмограмм 15.1, 15.2. Значения временных интервалов поступают на ВП вычисления показателей и характеристик пульса и дыхания 16.1, 16.2, которые достоверно определяют текущее функциональное состояние пациента 1. Данные с выхода модулей 16.1 и 16.2, прежде всего, запоминаются в ВП сохранения полученной информации 18 и используются для коррекции методики лечения на протяжении всего курса лечения, для объективной и количественной оценки проведенной терапии с документированием результатов.
Эти данные через ВП отображения диагностической информации 19 выводятся на монитор ЭВМ 24 для анализа лечащим врачом 25, который основываясь на своих знаниях, опыте и представляемой ему информации своевременно принимает решение об изменении биотропных параметров воздействия в сторону улучшения физиологических параметров пациента 1. С помощью ВП средства ввода данных 26, врач 25 регулирует биотропные параметры в ВП магнитотерапевтического воздействия 20.
Выходы модуля 26 непосредственно подключены к ВП задания и регулирования параметров воздействия 22, который автоматически управляется от модуля 17. Установленные значения параметров в модуле 22 передаются на ВП отображения параметров воздействия 23, с которого информация в определенном формате и виде выводится на монитор ЭВМ 24. Если врач 25 при просмотре убедился в заданных параметрах и методике воздействия, то от него поступает команда на включение электромагнитного поля, тогда ВП формирования параметров воздействия 21, на своем выходе, вырабатывает электрические сигналы в виде двоичных последовательностей, которые поступают на полеформирующую систему 2. Здесь сигналы распределяются между идентичными ячейками-модулями с индукторами, в соответствии с заданными параметрами, в координатах пространство-время-частота и генерируют вокруг пациента 1 электромагнитное поле.
Таким образом, предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют формировать магнитотерапевтическое воздействие, биотропные параметры которого могут оперативно регулироваться в ходе сеанса магнитотерапии биоритмами пациента путем автоматического согласования (синхронизации) во времени и автоматизированно врачом по всем остальным параметрам. Реализация биотехнической обратной связи за счет введения диагностических каналов, работающих одновременно со средствами формирования воздействия, в одной системе и на базе одной управляющей ЭВМ, позволят формировать воздействие более адекватно конкретному пациенту и его текущему состоянию. Важным достижением также является постоянный объективный контроль параметров пациента во время проведения сеанса магнитотерапии, широкая автоматизация процессов сбора, обработки, регистрации, анализа, определения и сохранения в электронной базе диагностической информации и документирования персональных данных с результатами на всех этапах курсового лечения.
Литература
1. Патент РФ №2153369, кл. A61N 2/04, 1999 г.
2. Патент РФ №2200036, кл. A61N 2/00, 2000 г.
3. Патент РФ №2496532, кл. A61N 2/04, 2011 г.
4. Поздняков А.Д., Поздняков В.А. Виртуальные радиоизмерительные приборы и комплексы: учеб. пособие. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2015. - 232 с.
5. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7/ Под. ред. П.А. Бутырина - М.: ДМК Пресс, 2005. - 264 с.