УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ
DEVICE FOR MAGNETIC STIMULATION

Изобретение относится к медицинской технике, используемой при диагностике центральных и периферических вегетативных расстройств.
7
Известно устройство для магнитной стимуляции /источник - патент Российской Федерации №2218194, МПК A61N 2/02 УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ. Автор Романов Е.А., Опубликовано 10.12.2003. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки»/.
Устройство содержит блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, и силовой тиристор с магнитным индуктором. К выходу силового конденсатора подключены делитель напряжения и силовой тиристор, к управляющему входу силового тиристора подключен драйвер, при этом датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к драйверу, соединенному с блоком управления, первым и вторым датчиком напряжения, командоаппарат подключен к блоку управления. Устройство выполняет свои основные функции, однако в процессе воздействия к магнитному стимулу прибавляется термовоздействие, связанное со значительным нагревом магнитного индуктора. При этом чистота исследования снижается, поскольку ответная реакция может быть откликом организма как на воздействие магнитного поля, так и на изменение температурного режима.
6
Известно электромагнитное лечебное устройство /источник патент Российской Федерации №2077899, МПК A61N 2/00 ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЛЕЧЕБНОЕ УСТРОЙСТВО. Авторы Зорин В.Ф., Рачков А.С. Опубликовано 27.04.1997. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки»/.
Устройство содержит дроссельные катушки с сердечником, связанные в верхней части магнитопроводом из набора ферритовых пластин, сверху магнитопровода установлен металлический экран. В нижней части сердечники катушек связаны электромагнитопроницаемой теплостойкой амортизирующей подушкой, которая прижимается пластмассовым основанием посредством стяжных крепежных болтов с металлическим экраном. В нижней части основание имеет изолирующее пластиковое покрытие, прикрывающее гайки болтов на отдельных болтовых скреплениях. Подключение к сети 220 В, 50 Гц производится с помощью электрошнура повышенной нагрузки через распределительную розетку и терморегулятор. Верхняя металлическая часть устройства, распределительная розетка и терморегулятор закрыты изолирующей коробкой, через которую в верхней части проходит ручка держателя. Болты, скрепляющие верхний металлический экран вместе с магнитопроводом, имеют изоляционное покрытие. Устройство работает 3-4 мин с последующим отключением терморегулятором. Производится охлаждение (в том числе и обдув вентилятором) для повторных воздействий по 1-8 раз в день в зависимости от тяжести заболевания. Наружные обмотки дроссельных катушек подключены к электросети, а внутренние через терморегулятор (Т - 105°C) между собой. Данное техническое решение предусматривает принудительное охлаждение дроссельных катушек и магнитопровода по достижении температурой порогового значения, установленного терморегулятором. Основным недостатком устройства является низкая продолжительность рабочего цикла, что связано с перегревом.
6
Наиболее близким техническим решением является устройство для магнитной стимуляции /источник - патент Российской Федерации №2373971, МПК A61N 2/02 УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ. Авторы Шмелев С.И., Лебедев Д.А. Опубликовано 27.05.2009. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки»/.
Устройство для магнитной стимуляции содержит блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, к выходу которого подключены делитель напряжения и силовой тиристор с магнитным индуктором, к управляющему входу силового транзистора подключен драйвер, при этом датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый вход последнего соединен с выходом делителя напряжения, третий вход драйвера подключен к первому датчику напряжения, вход которого соединен с силовым транзистором, а четвертый вход драйвера соединен с выходом второго датчика напряжения, командоаппарат соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом силового тиристора, а второй датчик напряжения связан с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Устройство дополнительно имеет, теплообменник, расширительную емкость, элементы Пельтье и радиатор, при этом насос подключен к командоаппарату, магнитный индуктор изготовлен из металлической трубки и соединен с насосом с возможностью циркуляции по трубке охлаждающей жидкости с диэлектрическими свойствами, элементы Пельтье подключены к блоку питания и установлены нагревающими поверхностями на радиаторе, а охлаждающими - на стенке теплообменника, образующего с расширительной емкостью и трубкой контур циркуляции охлаждающей жидкости.
Изобретение выполняет возложенные на него задачи, однако не позволяет минимизировать температурное воздействие на пациента магнитного индуктора, нагревающегося во время магнитного стимула, поскольку ограничена площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с токопроводящей трубкой магнитного индуктора. Кроме этого устройство не имеет защиты от чрезмерного повышения давления в контуре циркуляции охлаждающей жидкости, что снижает надежность устройства.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении информативности исследования путем снижения температурного воздействия магнитного индуктора, нагревающегося во время магнитного стимула, а также в увеличении надежности.
Такой результат достигается за счет того, что в устройство для магнитной стимуляции содержащее блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, к выходу которого подключены делитель напряжения и силовой тиристор с магнитным индуктором, к управляющему входу силового транзистора подключен драйвер, при этом датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый вход последнего соединен с выходом делителя напряжения, третий вход драйвера подключен к первому датчику напряжения, вход которого соединен с силовым транзистором, а четвертый вход драйвера соединен с выходом второго датчика напряжения, командоаппарат соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом силового тиристора, а второй датчик напряжения связан с первичной обмоткой импульсного трансформатора, теплообменник, расширительную емкость, элементы Пельтье и радиатор, при этом насос подключен к командоаппарату, магнитный индуктор изготовлен из металлической трубки и соединен с насосом с возможностью циркуляции по трубке охлаждающей жидкости с диэлектрическими свойствами, элементы Пельтье подключены к блоку питания и установлены нагревающими поверхностями на радиаторе, а охлаждающими - на стенке теплообменника, образующего с расширительной емкостью и трубкой контур циркуляции охлаждающей жидкости, дополнительно введены датчик давления и токопроводящая спираль, при этом датчик давления установлен в контуре циркуляции охлаждающей жидкости между насосом и теплообменником, электрический выход датчика давления подключен к третьему входу блока управления, а токопроводящая спираль расположена внутри металлической трубки магнитного индуктора, имея с ней как минимум две точки электрического контакта.
Действие устройства для магнитной стимуляции основано на воздействии магнитного поля на центральные узлы головного или спинного мозга и получение ответной реакции с помощью специальных датчиков, размещенных на ладонях или стопах. Круглая катушка магнитного стимулятора располагается контрлатерально над зоной проекции моторной коры с учетом направления тока, протекающего в катушке. При отведении с мышц кисти необходимо обеспечить протекание тока через стимулируемое полушарие в окципито-фронтальном направлении; для этого центр круглой катушки располагается так, чтобы ток раздражения шел в направлении часовой стрелки (глядя сверху) для правой руки и наоборот - для левой. При исследовании мышц стопы данные закономерности не всегда верны, обнаруживается значительная индивидуальная вариабельность.
Регистрацию мышечного ответа допустимо проводить как с помощью поверхностных, так и концентрических игольчатых отводящих электродов
Электромиографические ответы, полученные при магнитной стимуляции, имеют большую (на 1-2 мс) латентность, чем аналогичные реакции на транскраниальную электростимуляцию. В эксперименте доказано, что разность латенций связана с особенностями воздействия магнитного поля на нейрональные структуры. При электростимуляции мотонейроны активизируются в проекции аксонального бугорка, возбуждаются также аксоны в белом веществе, поэтому эффективность стимуляции и характеристики мышечного ответа зависят от спинального проведения и возбудимости мотонейронов на уровне передних рогов. Магнитный стимулятор воздействует преимущественно на тела центральных мотонейронов, поэтому на параметры вызванного ответа дополнительно влияют возбудимость корковых мотонейронов и состояние аксонов пирамидного пути.
В литературе отсутствуют сообщения о патоморфологических изменениях в стимулируемых тканях при использовании магнитной стимуляции. Противопоказания обусловлены потенциальной возможностью осложнений у больных после внутричерепных хирургических вмешательств (особенно связанных с установкой металлических клипс), у пациентов, имеющих в анамнезе судорожные пароксизмы, и больных, носящих биомедицинские приборы (например, сердечный пейсмейкер).
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, на фиг. 2 схематично представлена конструкция участка металлической трубки магнитного индуктора с расположенной внутри нее токопроводящей спирали.
Устройство состоит из блока питания 1, преобразующего переменное напряжение сети в постоянное, подающееся через силовой транзистор 2 к первичной обмотке импульсного трансформатора 3, вторичная обмотка которого через выходной диод 4 соединена с силовым конденсатором 5. К выходу силового конденсатора 5 подключается делитель напряжения 6 и силовой тиристор 7. Силовой тиристор 7 соединяет силовой конденсатор 5 с магнитным индуктором 8, выполняющим роль источника магнитного поля и представляющим собой катушку индуктивности, намотанную внутри защитного изоляционного кожуха. К управляющему входу силового транзистора 2 подключен драйвер 9, получающий информацию по первому входу от датчика тока 10, по второму входу от первого выхода блока управления 11, первый вход которого соединен с выходом делителя 6, по третьему входу от первого датчика напряжения 12, вход которого подключен ко входу силового транзистора 2. Датчик тока 10 в свою очередь соединен с выходом силового транзистора 2. Ручное управление на второй вход блока управления 11 поступает от командоаппарата 13. Второй датчик напряжения 14 подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 3, выход второго датчика напряжения 14 соединен с четвертым входом драйвера 9. Кроме этого второй выход блока управления 11 подключен к управляющему входу силового тиристора 7. Магнитный индуктор 8, конструктивно выполненный из металлической трубки, подключен к насосу 15, за счет действия которого по магнитному индуктору 8 циркулирует охлаждающая жидкость, запасы которой сосредоточены в расширительной емкости 16. Кроме этого расширительная емкость 16 является элементом, предотвращающим последствия, которые могут наступить при увеличении объема охлаждающей жидкости в случае ее нагрева в процессе работы устройства, поскольку уровень заполнения расширительной емкости в исходном состоянии ниже предельно возможного. При своем движении по контуру охлаждающая жидкость поступает в теплообменник 17, к стенке которого своей охлаждающей поверхностью прикреплены элементы Пельтье 18. Нагревающаяся поверхность элементов Пельтье 18 прикреплена к радиатору 19. В то же время элементы Пельтье электрически подключены к блоку питания 1. В контуре циркуляции охлаждающей жидкости между насосом и теплообменником установлен датчик давления 20, электрический выход которого подключен к третьему входу блока управления 11. Токопроводящая спираль 21 располагается внутри металлической трубки магнитного индуктора 8.
Устройство работает следующим образом. После подключения к сети блок питания 1 подает выпрямленное напряжение на силовой транзистор 2 и элементы Пельтье 18. Первый датчик напряжения 12 формирует на своем выходе сигнал присутствия напряжения питания, который, поступая на третий вход драйвера 9, готовит его к работе. Датчик давления 20 показывает отсутствие давления в контуре циркуляции охлаждающей жидкости. Сигнал об этом поступает на третий вход блока управления 11, исключая блокировку устройства от аварийного превышения давлением заданного предела. До поступления управляющих сигналов силовой транзистор 2 закрыт и заряда силовой емкости 5 не происходит.
При подаче от командоаппарата 13 сигнала подготовки включается в работу насос 15 и подается напряжение на второй вход блока управления 11. Насос 15 начинает приводить в движение охлаждающую жидкость, которая циркулирует по контуру: расширительная емкость 16, магнитный индуктор 8, насос 15, датчик давления 20, теплообменник 17, подготавливая устройство к проведению импульса, при котором в магнитном индукторе 8 будет выделяться большое количество тепла. При этом траектория движения жидкости в трубке магнитного индуктора 8 будет определяться конфигурацией расположенной в трубке токопроводящей спирали 21. Поскольку в начальный момент давление в контуре движения охлаждающей жидкости, измеренное датчиком давления 20, меньше предельного, на третий вход блока управления 11 поступает сигнал, разрешающий его работу. Блок управления 11 через свой первый выход формирует разрешающий сигнал на втором входе драйвера 9, который в свою очередь подает сигнал открытия на силовой транзистор 2. Силовой транзистор 2 открывается, подключая постоянное напряжение с блока питания 1 к первичной обмотке импульсного трансформатора 3. Одновременно с этим датчик тока 10 формирует на первом входе драйвера 9 сигнал, пропорциональный величине тока в первичной обмотке импульсного трансформатора 3. Этот сигнал сравнивается с сигналом от первого датчика напряжения 12 и в момент равенства этих напряжений драйвер 9 через управляющий вход силового транзистора 2 закрывает последний, что приводит к прерыванию тока первичной обмотки импульсного трансформатора 3. После этого напряжение, повышенное до нескольких киловольт, поступает от вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 на выходной диод 4 и силовой конденсатор 5. Накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия начинает «разряжаться» через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его. Благодаря сравнению сигнала датчика тока 10 с сигналом от первого датчика напряжения 12, потребляемый силовой схемой из сети ток пропорционален входному напряжению. Это корректирует коэффициент мощности устройства и позволяет получить улучшенные энергетические показатели.
Пока накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия «разряжается» через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его, на втором датчике напряжения 14 присутствует сигнал, который поступает на третий вход драйвера 9, удерживая его в выключенном состоянии.
Как только вся энергия импульсного трансформатора 3 перейдет в силовой конденсатор 5, второй датчик напряжения 14 укажет на снижение сигнала, напряжение на четвертом входе драйвера 9 упадет, драйвер 9 включится и цикл повторится сначала уже без подачи ручного сигнала от командоаппарата 13. При этом насос 15 с системой охлаждения будет продолжать работу.
Величина напряжения, до которого заряжается силовой конденсатор 5, контролируется делителем напряжения 6, задача которого - служить датчиком, прекращающим процесс заряда силового конденсатора 5 после достижения заданной величины напряжения. Прекращение заряда осуществляется путем подачи на первый вход блока управления 11 сигнала запрета с делителя напряжения 6. При этом блок управления 11 через свой первый выход формирует запрещающий сигнал на втором входе драйвера 9.
При подаче от командоаппарата 13 на второй вход блока управления 11 сигнала на разряд силового конденсатора 5, на втором выходе блока управления 11 появляется напряжение, поступающее на управляющий вход силового тиристора 7, который открывается и соединяет ранее заряженный силовой конденсатор 5 с магнитным индуктором 8. Происходит разряд силового конденсатора 5 через обмотку катушки магнитного индуктора 8, вокруг катушки образуется магнитное поле заданной величины, воздействующее на выбранные исследователем зоны коры головного мозга. Образование магнитного поля сопровождается выделением большого количества тепла и охлаждающая жидкость, находящаяся в это время в магнитном индукторе 8, нагревается. При своем движении по охлаждающему контуру за счет насоса 15 эта жидкость поступает в теплообменник 17, тепло от которого отводится элементами Пельтье 18, прикрепленными своей охлаждающей поверхностью к стенке теплообменника 17. Этот процесс происходит достаточно эффективно за счет свойства элементов Пельтье 18 отбирать тепло от одной поверхности и отдавать его другой. В качестве последней выступает радиатор 19, нагрев которого не приводит к нагреву жидкости в теплообменнике, что сказывается на скорости охлаждения магнитного индуктора 8. При своем движении в трубке магнитного индуктора 8 охлаждающая жидкость испытывает воздействие токопроводящей спирали 21, которое заключается в изменении траектории протекания жидкости. Внутри трубки образуются завихрения, приводящие к появлению в векторе движения жидкости турбулентного характера, что утончает пограничный слой, увеличивает путь прохождения жидкости по индуктору 8, что улучшает степень его охлаждения. Кроме этого, имея как минимум две точки электрического контакта с металлической трубкой магнитного индуктора 8, токопроводящая спираль 21, будучи подключенной параллельно металлической трубке, уменьшает электрическое сопротивление цепи индуктора и увеличивает площадь сечения токопровода, что способствует лучшему охлаждению магнитного индуктора при стимуле. Тепловое воздействие на зону стимуляции сводится к минимуму. Поскольку к магнитному индуктору 8 во время разряда подводится высоковольтный электрический сигнал, в качестве охлаждающей выбирается жидкость с диэлектрическими свойствами, например полидиметилсилоксан.
После разряда и закрытия силового тиристора 7 начинается процесс заряда силового конденсатора 5 по алгоритму, представленному выше без останова насоса 15, который продолжает охлаждать магнитный индуктор 8.
Если в процессе работы давление в контуре циркуляции охлаждающей жидкости превысит заданный уровень, датчик давления 20 покажет текущее значение этого параметра, электрический сигнал от датчика давления 20 поступит на третий вход блока управления, который после анализа этой информации заблокирует драйвер 9 и силовой тиристор 7. Подача импульсов прекращается. Охлаждающая жидкость перестанет нагреваться, давление в контуре циркуляции охлаждающей жидкости снизится, что предотвращает неблагоприятное воздействие данного режима на элементы магнитного стимулятора и повышает надежность устройства.
Предлагаемое устройство позволяет минимизировать температурное воздействие магнитного индуктора, нагревающегося во время магнитного стимула, и тем самым повысить информативность исследования, а также повышает надежность магнитного стимулятора.