МЕДИЦИНСКИЙ ПРИБОР "МУЛЬТИМЕД"

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения и может быть использована как в учреждениях здравоохранения, так и в домашних условиях.
Известно использование так называемых медицинских банок с открытым факелом, известно также воздействие точечного массажа на биологически активные точки и влияние тепла и магнитного поля на состояние организма.
Приборов с использованием комплекса всех этих факторов нет, поэтому отсутствуют аналоги и прототипы.
Предполагаемая полезная модель (рис.1) состоит из двенадцати медицинских банок 1 с двумя отверстиями 2, 3 в каждой. Причем в центральное отверстие 2 с помощью специального кронштейна 4 крепится электромагнитная катушка 5 с пружиной 6 и соединенным с ней металлическим сердечником 7; электромагнитная катушка 5 с двумя выводами 8, 9 соединена с первой электрической шиной 10, объединяющей так же общий привод 11; вакуумный ввод 12 кронштейна 4 соединен со входом вакуумной системы 13; электрическая шина 10 соединяется с блоком нагрева 14, блоком генераторов 15 и блоком управления 16, соединенного второй электрической шиной 17 с пультом управления и индикации 18; блок нагрева 14 третьей электрической шиной 19 соединен с мотором 20, соединенным электромеханической связью 21 с вакуумной системой 13. Причем выходы блока управления 16 соединены с управляющими входами блока нагрева 14 и блока генераторов 15.
Вакуумная система 13 с мотором 20, система нагрева 14 сердечника через электромагнитную катушку 5, а так же пульт управления и индикации 18 не имеют каких-либо особенностей, поэтому в описании приводится лишь один из возможных вариантов реализации для лучшего восприятия текста. Блок управления 16 детализирован до уровня возможной практической реализации на электронной интегральной базе, т.к. он специфичен. Описание блока управления 16 приводится после описания функционирования всего прибора «Мультимед». Для упрощения работы деталей того или иного блока используется та же порядковая нумерация 1, 2, 3 … с предшествующим номером блока, например, 15-1, 15-2, 15-3 …
На рис.1, 2, 3 показаны фрагменты вакуумной системы «Схема вакуумного механизма», «Турникетный вакуумный отсос» и «Механизм прижима». Принцип действия ясен из конструкции и обозначений на рис.1, 2, 3.
Вариант реализации блока нагрева 14 приведен на рис.4.
Пульт управления и индикации 18 приведен на рис.5. Он представляет собой плоскую квадратную пластину, на которой по сторонам распределены 12 органов настройки.
Блок нагрева 14 получает питание от сети 220 V.
2
7
1
6
8
Электромотор вакуум отсоса подключается к сети через индивидуальные микровыключатели SB÷SB при повороте ручек вправо до упора. Нагрев осуществляется через понижающий трансформатор до 18 V через розетки SV1÷6. Регулировка системы нагрева осуществляется резисторами R-R 33÷47 Ом тип ППЗ-41. Тумблером SB осуществляется отключение и включение всего блока нагрева.
Блок (БГ) генераторов 15 состоит из 12 независимых генераторов (ГС) колебаний (сигналов) с регулируемой частотой колебаний ~20-1000 Гц, не только принципиальная, но и конструктивная схема которых известна и описана во многих учебниках и радиотехнических публикациях. См., например, статью Г.Крюкова в журнале Моделист - конструктор №7, 1990 с.40 или Н.С.Брага «Создание роботов в домашних условиях» М.: NTPress, 2007, - с.174-178.
Пульту управления и индикации присвоен номер 18, а всем его блокам и элементам порядковые номера 18-1, 18-2, …, 18-21:
18-1 - двенадцать регуляторов нагрева
18-2 - двенадцать регуляторов частоты
18-3 - двенадцать регуляторов амплитуды
18-4 - двенадцать выключателей мотора
18-5 - тумблер «сеть»
18-6 - включение режима «процедура»
18-7 - цифровой индикатор
18-8 - наборное поле
18-9 - управляющий регистр
18-10 - режим ввода информации
18-11 - ввод
18-12 - сброс
18-13 - остановка процедуры
18-14 - непрерывная генерация
18-15 - импульсный режим
18-26 - длительность импульса (τ)
18-17 - период следования импульсов (T)
н
18-18 - время нагрева (t)
18-19 - время процедуры
18-20 - банки (N)
18-21 - запись набранного параметра.
Блок управления 16 имеет сложную структурную организацию, которая укрупненно приведена на рис.6, где обозначено: БВГ - блок включения генераторов, БС - блок счетчиков, СП - спецпроцессор, СМВ - схема подключения меток времени, МПА - микропрограммный автомат.
Прибор «Мультимед» имеет два режима:
- ввод исходной информации для осуществления заданной процедуры (кнопка 18-21);
- исполнение процедуры (кнопка 18-6 - процедура).
Нажатием кнопки 21 автоматически должна «сбрасываться» кнопка 6 - ввод и наоборот.
Режим ввод (кнопка 11):
н
n
н
n
- через клавиатуру 8 набирается включением соответствующей управляющей кнопки (16-20) значение параметра (t, t, τ, T, N), которое индицируется на панели (18-7). Нажатием соответствующей кнопки t, t, τ, T, N - параметр переписывается в соответствующий регистр. При нажатии кнопки (18-21) - запись. Неверный набор - сброс - кнопка (18-12). При наборе значений τ индивидуально для каждой банки сначала задается номер банки N, а затем значение τ.
Здесь обозначено:
н
t - время нагрева;
n
t - время всей процедуры;
τ - время импульсного электромагнитного воздействия в каждом периоде.
n
Все время процедуры t состоит из нескольких периодов:
T - период воздействия.
В приборе «Мультимед» предусмотрены два режима:
- после электромагнитного воздействия (перерыв длительностью (T-τ);
- после электромагнитного воздействия τ продолжается подогрев длительностью (T-τ).
N - номер банки.
«Мультимед» работает в следующей последовательности.
н
n
н
n
i
1
2
n
1
2
3
n
n
1. Вначале в режиме ввод производится установка всех значений τ, T для каждой банки и t, t - для всей процедуры. Причем величины t и t являются общими для всех N банок, а величины τ и T устанавливаются индивидуально для каждой банки. Величины τ устанавливаются в соответствии с номерами банок, т.е. если все τ(i=1, 2, …, N) различны, то τ для 1-ой, τ для 2-ой, …, τ для N-ной банки должны устанавливаться так, чтобы τ≤τ≤τ≤…≤τ. Преимущественно в медицинской практике чаще всего и величина T является общей для всех банок, причем время процедуры t как правило задается равным нескольким периодам T.
2. Вынимается банка из захвата и приставляется к телу в нужном месте (определяется врачом или мед. сестрой). Включением ручки «пуск насоса» начинается отсос. Как только кожные покровы заполнили банку нужного уровня глубины, устанавливаем ручку «пуск насоса» обратно до горизонтального положения и тем самым перекрываем вакуум. Так же поступаем со следующими банками.
3. Включается кнопка 18-6 - «процедура», после чего «Мультимед» по действиям устройства управления 16 работает автоматически в следующей последовательности:
- В соответствии с алгоритмом управления рис.13.
н
н
1. Сначала производится (или не производится, если t=0) подогрев с заданным временем t.
1
1
1
2
1
2
n
n-1
n
2. Последовательно включаются генераторы для банок 1, 2, …, N для действия в течение τ. По истечении τ генератор первой банки отключается и включается подогрев банки на время (T-τ), затем через время (τ-τ) отключается второй генератор с включением подогрева на время (T-τ), …, последний генератор отключается через τ-τ с подогревом на время (T-τ).
Режим «Процедура»
n
n
n
После достижения времени равному заданному периоду производится проверка не истекло ли все время процедуры t. Если t<t, то производится запуск всей последовательности включения - отключения генераторов и подогрева на следующий период. Если t=t, процедура заканчивается и устройство управления 16 отключает «Мультимед».
В алгоритме управления рис.13 введены обозначения операторов действия и логических условий в соответствии с табл.1.
Таким образом:
Предварительный нагрев производится один раз за весь сеанс с периодическим подогревом в паузах (Т-τ).
n
Для каждой i-ой банки (i=1, 2, …, N) предусмотрен свой генератор периодических колебаний с индивидуально настраиваемой частотой (20-2000 Гц) и амплитудой колебаний. Период T не является периодом колебаний генератора определяемый частотой, этот собственный период колебаний не интересует врачебный персонал, не используется и не обозначается, т.к. характеристика генератора определяется частотой колебаний f. Величина T в минутах есть время включения последовательности (τ)→(T-τ). Например τ=1 минута, T=5 минут, (T-τ)=4 минуты, t=15-20 минут или τ=0,5 минуты, T=2 минуты.
n
н
В составе пульта управления 18 должны быть предусмотрены регистры памяти для хранения введенных данных (параметры τ, T, t, t, N) с последующей переписью в соответствующие регистры или счетчики блока управления 16 для осуществления заданной процедуры.
Режим ввода данных не рассматривается в связи с тривиальностью его реализации по аналогии со всеми интерфейсами микропроцессорной техники и общих средств автоматизации.
Для однозначного понимания принципа функционирования прибора «Мультимед» рассмотрим структуру и затем детальное описание блока управления 16.
Блок управления 16 состоит из пяти (рис.6) взаимосвязанных блоков:
- блока включения генераторов (БВГ) - рис.8 с элементом прерключения (коммутации) рис.9;
- блока счетчиков (БС) - рис.10;
- (СМВ) - схема подключения меток времени;
- (СП) - спецпроцессор;
- (МПА) - микропрограммного автомата.
5
1. блок (БВГ) включения генераторов (рис.8) состоит из дешифратора (DC - 1) - (16 - 1) с элементом переключения (16 - 2) и связями между ними, определенными на рис.7, где АдрБ - адресные входы дешифратора DC - 1, а C - макрооперация опроса (расшифровка микроопераций дана в табл.2).
8
11
14
17
2
3
7
7
i
2. блок счетчиков со входами прибавления «1» к содержимому счетчика (+1) - микрооперации C, C, C, C, микрооперациями записи параллельного кода на счетчики и триггерами, фиксирующими переполнение счетчика. Блок генераторов (ГС) и блок 14 нагрева (БН) подключаются через схемы 12 схем 16-2 с помощью микроопераций C, C при наличии логического условия α(α=1). Расшифровка логических условий дана далее. Устройство включение генераторов (БГ) и блока нагрева (БН) приведено на рис.7б), где логические элементы И, ИЛИ, триггер имеют общепринятые в технической литературе обозначения, а элемент коммутации ЭК (рис.9) обозначен условно квадратиком с символами ЭК, DC - типовой дешифратор. Элемент коммутации ЭК (рис.9) представляет собой схему из 4-х полевых транзисторов с обмоткой (L) электромагнитной катушки 5.
Счетчики времени закреплены за соответствующими операциями, фиксирующими длительность τ, T и П (рис.10).
28
35
3. схема подключения меток времени приведена на (рис.11) с генератором меток времени (ГМВ), триггерами и схемами И (&). Работа схемы очевидна и определяется подсчет сигналов C-C.
4. схема спецпроцессора (СП) - рис.12 состоит из накапливающего сумматора (∑), регистра памяти (РГ(τ-1)) и блока сверхоперативной (стековой) памяти из 12 регистров памяти, допускающей последовательное перемещение содержимого регистров микрооперацией считывания 19 и запись нового значения микрооперацией 18. Содержание верхнего регистра при считывании заносится в накапливающий сумматор, с выхода которого параллельным кодом осуществляется запись на счетчик τ - микрооперацией 17.
i
5. микропрограммный автомат (МПА). Алгоритм работы микропрограммного автомата приведен на рис.13 с расшифровкой команд (A) в табл.1.
В алгоритме управления используется восемь логических условий:
1
α - без нагрева
2
α - время нагрева закончилось
3
α непрерывный режим
4
α режим с подогревом
5
α - окончание генерации τ
6
α - адрес последней банки
7
α - период закончился
8
α - время процедуры закончилось
7
8
9
1
7
8
9
Команды A, A, A выдаются параллельно в виде команды A для установки в нулевое состояние всех регистров (A), сумматора (A) и триггеров (A).
i
i
Микропрограммный автомат выдает команды A управления которые формируются дешифратором DC. Введены обозначения: A - команды управления.
Структурная схема МПА выполнена по патенту РФ №82888 БИ №13, 2009 г. и представлена на рис.14.
На рис.14 обозначено:
ГИ - генератор импульсов МПА,
1
m
Cr - счетчик с разрядами x…x,
ОУ - объект управления (блоки 1, 13, 14, 15, 18, 20 прибора «Мультимед»),
DC - дешифратор,
M - мультиплексор,
1
2
F и F - комбинационные схемы,
& - типовые схемы «И»,
1
m
Рг - регистр с разрядами у…у,
2
α - разряд (триггер) для хранения выработанного мультиплексором M значения α по адресу, определяемому схемой F,
1
1
m
1
m
F - схема определения кода следующего состояния y…y по коду предыдущего x…x, хранящемуся на счетчике (Cr) и значению логического сигнала α, выбранному мультиплексором (M).
1
2
8
α, α, …, α - логические сигналы,
0
1
2
27
A, A, A, …, A - исполнительные команды;
E - напряжение источника питания конкретной элементной базы, используемой для построения блока управления 16 и МПА.
0
A - команда «Пуск»,
к
A - команда «Останов»,
a, b, c, d - Тактирующие импульсы от ГИ такие, что a(t)&b(t)&c(t)&d(t)=⌀, т.е это такие последовательности импульсов, каждый из которых начинается после окончания предыдущего, причем друг с другом они не пересекаются во времени.
Детальное описание МПА дано в патенте РФ №82888 БИ №13, 2009 г. и более подробное так же в книге Ю.Ф.Мухопада Теория дискретных устройств. Иркутск, ИрГУПС, 2010, 172 с.
i
j
i
j
i,j
Работа МПА рис.13 определяется ГСА - граф-схемой алгоритма (рис.13), по которой однозначно получится граф переходов рис.15, если каждому оператору A (кроме логических α) сопоставить вершину графа, тогда связи вершины определяются фактом наличия или отсутствия пути в ГСА из a в a, где a - состояния МПА.
Граф переходов микропрограммного автомата (МПА) приведен на рис.15. Правила выдачи команд задаются табл.3 соответствия состояний автомата (вершины графа) и номеров команд.
1
2
В МПА все блоки, кроме F и F являются типовыми БИС малой и средней интеграции и выпускаются отечественной электронной промышленностью.
2
m
m-1
2
1
m
2
1
m
2
1
Схема F может быть реализована как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с адресом αxx…xx и выходным значением кода y…yy или как программируемая логическая матрица (ПЛМ) с тем же адресом, но с выходом zy…yy, где z - сигнал (+1) к счетчику (Сч) МПА.
В этом случае сигнал Z подается в том случае, если рассматриваются переходы 0→16; 17→19; 21→24.
0
1
8
Необходимо реализовать МПА по новой схеме с типовым мультиплексором на 16 входов (т.к. αα…α) и счетчиком [см. патент [2]].
На программируемой логической матрице (ПЛМ) в этом случае реализуются основные 12 переходов графа в соответствии с табл.4. Кружками с номерами 1, 2, …, 12 в табл.4 обозначены номера переходов (не состояний на рис.15, а переходов) - формула II. Тогда сигма Z есть отрицание сигналов переходов по формуле III.
1
2
5
Структура ПЛМ для формирования сигналов z, y y, …, y представлена на рис.16.
2
i
j
Комбинационная схема F преобразует номера состояний a, при которых проверяется то или иное значение логического условия a или формируется сигнал безусловного перехода β по табл.5.
1
2
3
4
1
2
3
4
5
Булевы функции zzzz (табл.7) кода адреса мультиплексора M на основании двоичных переменных yyyyy выписывается из табл.6.
1
2
3
1
2
4
4
На рис.17 показаны карты Карно для булевых функций zzz, из которых окончательно получим формулы для αααα
2
2
Реализация схемы F на элементах И, ИЛИ, НЕ приведена на рис.18. Как видно, для реализации F необходимо пять схем «НЕ», четыре двухвходовых схем «ИЛИ», пять двухвходовых схем «И» и шесть трехвходовых схем «И».
Таким образом, наиболее сложный блок всего прибора «Мультимед» - блок управления 16, включая микропрограммный автомат (МПА) для реализации программы «Процедура», реализуется на современных схемах интегральной микроэлектроники.
Задачей комплексного воздействия является регуляция внутренней энергии пациента (в китайской терминологии энергия ци) в сторону ее повышения или понижения. Медицинских приборов такого комплексного воздействия на биологически активные точки организма нет. Однако независимые действия известны:
- точечный массаж биологически активных точек (БАТ);
- электростимуляция;
- световоздействие;
- иглотерапия.
Комбинационное воздействие на биологически активные точки предлагаемым нами аппаратом «Мультимед» обладает рядом преимуществ:
1. Бескровное воздействие на БАТ.
2. Возможность регуляции частотным воздействием на меридианы, соответствующие здоровому состоянию органов и систем.
3. Применимость аппарата как в домашних условиях, так и в условиях физиокабинета.
Конкретные процедуры комплексного воздействия должны быть разработаны врачебным персоналом для конкретного больного.
Одним из авторов предлагаемой полезной модели на добровольцах проведено лечение больных с хроническим бронхитом (акт проведенного лечения прилагается) на варианте прибора с ручным управлением (см. приложения). Таким образом, предлагаемый медицинский аппарат «Мультимед» может стать одним из важнейших приборов в арсенале врача, могущих стать основой в профилактике и лечении широкого спектра заболеваний (при наличии соответствующих методик).
Авторы
Хомяков Геннадий Константинович - заслуженный врач Бурятии, России, кандидат медицинских наук, доцент кафедры физической культуры Иркутского государственного университета путей сообщения.
Мухопад Юрий Федорович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Управление техническими системами» Иркутского государственного университета путей сообщения, заслуженный деятель науки России.
Патрушев Геннадий Петрович - сотрудник общества с ограниченной ответственностью «Байкальский научно-инженерный центр».
Мухопад Александр Юрьевич - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Управление техническими системами» Иркутского государственного университета путей сообщения.
Адрес общий: 664039, Иркутск, Терешковой, д.55, кв.11.
Дом. тел.59-86-64.
Сот. Мухопада Ю.Ф. 8-9-500-500-291.
Сот. Мухопада А.Ю. 8-902-172-45-53.
E-mail: .
Адрес для переписки: 664074, Иркутск, Чернышевского, 15.
Общество с ограниченной ответственностью «Байкальский научно-инженерный центр», президент Мухопад Юрий Федорович.
Список литературы
1. Мухопад Ю.Ф. Теория дискретных устройств. Иркутск: ИрГУПС, 2010. - 172 с.
2. Мухопад А.Ю., Мухопад Ю.Ф. Микропрограммный автомат. Патент РФ №82888 БИ №13, 2009 г.
Приложения
1. Акт испытаний прибора (приложение 1).
2. Медицинская банка с различными стадиями разборки электромагнитной катушки (приложение 2).
3. Процедура лечения (приложение 3).
4. Внешний вид прибора с ручным управлением (приложение 4).
АКТ
Испытания заявленного прибора.
Изобретенный аппарат для рефлекторного вибрационно-электромагнитно-вакуумного теплового массажа мультимед /АРВЭТМ-I/ испытан в Онохойской участковой больнице, в отделении реабилитации хронических неспецифических заболеваний легких, с 29 апреля по 16 сентября 1989 года.
Курс лечения на аппарате прошли 36 больных /18 мужчин и 18 женщин/ в возрасте от 28 до 60 лет, с длительностью заболевания от 1-5 лет с диагнозом: инфекционно-аллергическая бронхиальная астма, 1 ст., средней тяжести, Д.H.I. ст., Н.О
Отчетливая положительная динамика, клинического состояния была у 32 больных, выразившаяся в уменьшении тяжести приступов удушья, более свободном отхождении мокроты; у 4 больных /3 мужчин и 1 женщины/ состояние не изменилось. Ухудшений клинического состояния больных не было ни у одного больного; курс лечения состоял из 10 процедур, точки: 13у11,15У11,14X11,20Х1У, 22Х1У, 11, 21, 22-27У111.
Аппарат мультимед АРВЭВТМ-I может быть использован в физиотерапевтических кабинетах больниц, санаториях-профилакториях, кабинетах иглорефлексотерапии. Прилож №1
Таблица 1
Таблица команд
№
A
Микрооперации
0
Пуск
1
Установка начального состояния A<sub>9</sub> (A<sub>7</sub>, A<sub>8</sub>)
2
0, 26
3
9
4
29, 31, 38
5
11
6
28, 30, 39
10
23
11
12, 28, 31
13
29, 35, 42
14
16, 19, 27
15
6, 15, 31
16
17
17
11, 14, 30, 36, 39
18
0
20
24
21
19, 21
22
16
23
8, 15
26
11, 14
27
28, 40
12, 19, 24, 25
Пропуск такта
Таблица 2
Таблица микроопераций
C<sub>i</sub>
Содержимое
C<sub>i</sub>
Содержимое
0.
Вкл БН
22.
Cr t<sub>н</sub>
1.
Вкл всех ГИ
23.
Cr t<sub>n</sub>
2.
Откл i-того ГИ
24.
Счит τ в Σ с Рг(τ-1)
3.
Вкл i-того нагр
25.
Зп на Рг(τ-1)
4.
Вкл всех N-нагр
26.
Счит БН в счетч. T
5.
Опрос DC-1
27.
Зп на Рг(τ-1)
6.
Уст «0» Тр - N
28.
Откл ГВМ (общ)
7.
Зп Cr - N
29.
Вкл ГВМ (общ)
8.
+1 Cr - N
30.
Откл МПА (f)
9.
Уст 0 Тр - Т
31.
Вкл МПА (f)
10.
Зп Cr - Т
32.
Откл Проц (f)
11.
+1 Cr - T
33.
Вкл Проц (f)
12.
Уст 0 <img file="00000006.tif" he="8" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
34.
Откл Т (f)
13.
Зп <img file="00000007.tif" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
35.
Вкл Т (f)
14.
+1 <img file="00000008.tif" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
36.
Откл τ (f)
15.
Уст 0 Тр - τ
37.
Вкл τ (f)
16.
Зп Cr - τ
38.
Останов МПА
17.
+1 Cr - τ
39.
Пуск МПА
18.
Зп Стек
40.
Общее отключение
19.
Счит Стек
41.
Вкл t<sub>n</sub>
20.
Считывание ∑
42.
Откл t<sub>n</sub>
21.
Вычитание
В табл.2 введены сокращения:
i
C - i-тая микрооперация
ВКЛ - включить
ОТКЛ - отключить
Нагр - нагреватель
Уст - установка
Зп - запись
Cr - считывание
+1Cr - прибавление 1 к содержимому счетчика (Cr)
Стек - стековая (магазинная) память
ГВМ - генератор временных меток
Таблица 3
a<sub>i</sub>
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A<sub>j</sub>
Пуск
1
2
3
4
5
6
13
14
15
16
17
18
a<sub>i</sub>
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
A<sub>j</sub>
19
24
25
27
10
11
20
26
20
21
22
23
Таблица 4
I
Счетчик
0→16, 17→19; 21→24
II
ПЛМ
III
Таблица 5
a<sub>i</sub>
1
5
6
11
10
13
14
15
19
α<sub>j</sub>
1
2
3
4
5
6
7
8
8
Таблица 6
a(t)
y<sub>5</sub>y<sub>4</sub>y<sub>3</sub>y<sub>2</sub>y<sub>1</sub>
z(t)
z<sub>4</sub>z<sub>3</sub>z<sub>2</sub>z<sub>1</sub>
1
00001
1
0001
5
00101
2
0010
6
00110
3
0011
10
10101
5
0101
11
01011
4
0100
13
01101
6
0110
14
01110
7
0111
15
01111
2
1000
19
10011
8
1000
Таблица 7
<img file="00000009.tif" he="5" wi="91" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="5" wi="91" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="5" wi="91" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="5" wi="96" img-content="undefined" img-format="tif" />