Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОНЕЙРОАДАПТИВНЫЙ СТИМУЛЯТОР И ВЫХОДНОЙ КАСКАД ЭЛЕКТРОНЕЙРОАДАПТИВНОГО СТИМУЛЯТОРА

Изобретения относятся к медицинской технике, а именно к электростимуляторам, и могут использоваться для общерегулирующего оздоровительного влияния на физиологические системы организма человека.

Из описания к патенту Российской Федерации №2017508, МПК 5 A 61 N 1/36, опубл. 1994 г., известен электростимулятор, который содержит N пар электродов, подключенных к соответствующим входам блока коммутации, блок синхронизации, первый вход которого подключен к внешнему источнику синусоидального модулированного тока, второй вход - к первому выходу блока управления, первый выход - к первому входу таймера, второй выход - к первому входу блока управления, второй выход которого соединен со вторым входом таймера, третий выход - с первым входом блока задания программ, а четвертый выход - с управляющим входом блока коммутации, выход которого подключен ко второму входу блока задания программ, выход таймера соединен со вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу блока задания программ, отличающийся тем, что в него введены генератор псевдослучайной двоичной последовательности и переключатель полярности, третий выход блока синхронизации соединен с входом генератора псевдослучайной двоичной последовательности сигналов. выход которого соединен с первым входом переключателя полярности, второй вход которого соединен с первым входом переключателя блока синхронизации, а выход соединен с входом блока коммутации. Недостаток такого электростимулятора - отсутствие возможности оперативного изменения полярности электростимулирующего импульса, что снижает эффективность терапевтического воздействия. Кроме того, фиксация электродов эластичными бинтами из-за не комфортности отрицательно влияет на психологическое состояние больного, что также снижает эффективность лечения.

Из описания к патенту Российской Федерации №2135226, МПК 6 A 61 N 1/36, опубл. 1999 г., известен электростимулятор нейроадаптивный, содержащий блок генерации воздействующих импульсов, блок формирования сигналов управления модуляцией блок анализа адаптационных процессов, управляемый генератор, N пар электродов, блок коммутации каналов стимуляции, генератор частоты воздействия электродов и формирователь кода каналов. В сравнении с описанным ранее, такой электростимулятор обеспечивает возможность индивидуально дозированного, детерминированного по группе выбранных зон и циклического о времени воздействия электрическими импульсами на участки кожного покрова человека. Недостаток такого электростимулятора - невозможность оперативного изменения полярности электростимулирующего импульса.

Из описания к патенту Российской Федерации №2198695, МПК 7 A 61 N 1/36, опубл. 2003 г. известен адаптивный электростимулятор с виртуальным электродом, содержащий блок прямоугольных импульсов, блок формирования пачек импульсов, блок управления, блок управления энергетическим воздействием, выходной блок, блок анализа импульсов обратной связи, блок памяти индивидуальной нормы, блок памяти зондирующего сигнала, причем первый управляющий вход адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом соединен с управляющим входом блока прямоугольных импульсов, установочный вход которого соединен с первым установочным входом адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом, сигнальный выход блока прямоугольных импульсов соединен с сигнальным входом блока формирования пачек импульсов и с первым сигнальным входом блока управления, второй, третий и четвертый установочные входы адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом соединены соответственно с первым, вторым и третьим установочными входами блока формирования пачек импульсов, сигнальный выход которого соединен со вторым сигнальным входом блока управления, второй и третий управляющие входы адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока управления, пятый и шестой установочные входы адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом соединены соответственно с первым и вторым установочными входами блока управления, первый сигнальный выход которого соединен с сигнальным входом блока управления энергетическим воздействием, первый и второй управляющий входы которого соединены соответственно с четвертым и пятым управляющими входами адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом, седьмой и восьмой установочные входы которого соединены соответственно с первым и вторым установочными входами блока управления энергетическим воздействием, сигнальный выход которого соединен с сигнальным входом выходного блока, первый управляющий вход которого соединен с шестым управляющим входом адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом, девятый и десятый установочные входы которого соединены соответственно с первым и вторым установочными входами выходного блока, первый сигнальный выход которого соединен с третьим сигнальным входом блока управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока анализа импульсов обратной связи, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно с одиннадцатым и двенадцатым установочными входами адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом, 2N входов группы установочных входов которого соединены с 2N входами группы установочных входов блока анализа импульсов обратной связи, сигнальный выход которого соединен с четвертым сигнальным входом блока управления, (N+1) групп первых информационных входов блока анализа импульсов обратной связи соединены соответственно с выходами (N+1) групп информационных выходов блока памяти индивидуальной нормы, входы (N+1) групп вторых информационных входов блока анализа импульсов обратной связи соединены соответственно с выходами (N+1) групп информационных выходов блока записи параметров зондирующего сигнала, тактовые входы блока памяти индивидуальной нормы и блока анализа импульсов обратной связи объединены с тактовым выходом блока управления, второй управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока памяти индивидуальной нормы, третий управляющий выход соединен с управляющим входом блока записи параметров зондирующего сигнала, второй сигнальный выход выходного блока соединен с сигнальными входами блока памяти индивидуальной нормы и блока записи параметров зондирующего сигнала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок управляемых электродов и блок задания виртуального электрода, первый сигнальный вход блока управляемых электродов соединен со вторым сигнальным выходом блока управления, а второй сигнальный вход блока управляемых электродов соединен со вторым сигнальным выходом выходного блока и сигнальными входами блока памяти зондирующего сигнала и блока памяти индивидуальной нормы, входы первой и второй групп управляющих входов блока управляемых электродов соединены соответственно с выходами первой и второй групп управляющих выходов блока задания виртуального электрода. Недостаток адаптивного электростимулятора с виртуальным электродом - невозможность оперативного изменения полярности электростимулирующего импульса, что снижает эффективность электростимуляции.

Из описания к патенту Российской Федерации №2068277, МПК 6 A 61 N 1/36, А 61 Н 39/00, опубл. 1996 г. известен биоэлектрический регулятор психосоматического гомеостаза (электронейроадаптивный стимулятор), содержащий последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, блок формирования стимулирующих сигналов, ключевой усилитель с трансформаторным выходом, к которому подключены активный и пассивный электроды, а также блок задания параметров стимулирующих сигналов, соединенный с блоком формирования стимулирующих сигналов и подключенные к активному электроду последовательно соединенные однополупериодный выпрямитель, блок измерения длительности первой полуволны вынужденных колебаний и блок индикации и управления. Недостаток этого электронейроадаптивного стимулятора - отсутствие возможности изменения частотных характеристик электрических колебаний стимулирующих сигналов.

Известен электронейроадаптивный стимулятор "Космодик" (см. патент Российской Федерации на полезную модель №33006, МПК 7 А 61 Н 39/00, A 61 N 1/36, опубл. 2003 г.; содержащий источник постоянного тока, блок управления и формирования запускающих импульсов и электродное устройство, включающее пассивный и несколько (два и более) активных электродов, двухсекционную высокодобротную катушку индуктивности, секции которой включены согласно, и дешифратор, один из полюсов источника постоянного тока соединен с точкой соединения секций двухсекционной высокодобротной катушки индуктивности и пассивным электродом электродного устройства, второй конец секции с меньшим количеством витков через ключевой усилитель соединен со вторым полюсом источника постоянного тока, второй конец секции с большим количеством витков соединен с входом сигнала обратной связи блока управления и формирования запускающих импульсов и через управляемые электронные ключи с каждым активным электродом, импульсный выход блока управления и формирования запускающих импульсов соединен с входом ключевого усилителя, кодовый выход блока управления и формирования запускающих импульсов соединен с входом дешифратора, выходы которого соединены каждый с входом управления соответствующего управляемого электронного ключа. Этот электронейроадаптивный стимулятор как совпадающий по большинству существенных признаков выбран в качестве прототипа. Недостаток прототипа - недостаточная эффективность косметического лечения вследствие того, что отсутствует смена фазы электрических колебаний стимулирующего воздействия.

Технический результат от использования изобретения - повышение эффективности электронейроадаптивной стимуляции за счет обеспечения возможности изменения фазы электрических колебаний стимулирующего воздействия.

Указанный технический результат достигается тем, что в электронейроадаптивном стимуляторе, содержащем источник постоянного тока, блок управления и формирования запускающих импульсов, демультиплексор, два электрода и высокодобротную катушку индуктивности, высокодобротная катушка индуктивности содержит три последовательно соединенные секции, включенные согласно, конец первой секции и начало второй секции соединены с первым полюсом источника постоянного тока, начало первой секции соединено с первым электродом и через первый ключевой усилитель со вторым полюсом источника постоянного тока, конец второй секции и начало третьей секции через второй ключевой усилитель соединены со вторым полюсом источника постоянного тока, конец третьей секции соединен со вторым электродом и входом сигнала обратной связи блока управления и формирования запускающих импульсов, входы ключевых усилителей соединены с соответствующими выходами демультиплексора, кодовый и сигнальный входы которого соединены с соответствующими выходами блока управления и формирования запускающих импульсов.

Высокодобротная трехсекционная катушка индуктивности имеет индуктивность 0,1...2,0 Гн, отношение количества витков первой и второй секций к количеству витков третьей секции равно 0,05...0,3, а добротность катушки индуктивности превышает 100.

Блок формирования запускающих импульсов содержит узел задания режимов работы, включающий как минимум элементы управления уровнем энергии стимула и элемент включения питания, узел индикации и узел анализа, управления и формирования импульсов, выполненный в виде сверхбольшой интегральной схемы (СБИС), при этом установочные входы СБИС соединены с выходами узла задания режимов работы, входы узла индикации соединены с информационными выходами СБИС, сигнальный выход СБИС является сигнальным выходом блока формирования запускающих импульсов, кодовый выход СБИС является кодовым выходом блока формирования запускающих импульсов, сигнальный вход СБИС является входом сигнала обратной связи блока формирования запускающих импульсов.

Узел анализа, управления и формирования импульсов, выполненный в виде сверхбольшой интегральной схемы (СБИС), содержит последовательно соединенные генератор тактирующих импульсов, схему формирования запускающих импульсов, схему формирования сигналов управления и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, схему измерения параметров сигнала обратной связи, схему измерения скорости изменения параметров сигнала обратной связи и схему фиксации отсутствия изменения параметров сигнала обратной связи, при этом вход аналого-цифрового преобразователя является входом сигнала обратной связи, выход схемы формирования запускающих импульсов является сигнальным выходом СБИС и соединен со вторым входом схемы измерения скорости изменения параметров сигнала обратной связи, выход схемы формирования сигналов управления является кодовым выходом СБИС, второй вход схемы формирования сигналов управления соединен с первым выходом схемы фиксации отсутствия изменения параметров сигнала обратной связи, второй выход схемы фиксации отсутствия изменения параметров сигнала обратной связи и второй выход схемы измерения скорости изменения параметров сигнала обратной связи являются информационными выходами СБИС.

Выходной каскад электронейроадаптивного стимулятора является самостоятельным объектом охраны.

Выходной каскад в электронейроадаптивных стимуляторах, защищенных патентами Российской Федерации №2198695, МПК 7 A 61 N 1/36, опубл. 2003 г., №2135226, МПК 6 A 61 N 1/36, опубл. 1999 г., №2017508, МПК 5 А 61 М 1/36, опубл. 1994 г., №2068277, МПК 6 A 61 N 1/36 А 61 Н 39/00, опубл. 1996 г. и патентом Российской Федерации на полезную модель №33006, МПК 7 А 61 Н 39/00, A 61 N 1/36, опубл. 2003 г., содержит ключевой усилитель (усилитель мощности), нагрузкой которого является двухсекционная высокодобротная катушка индуктивности, при этом конец первой секции и начало второй секции подключаются к пассивному электроду и первому полюсу источника постоянного тока, начало первой секции через ключевой усилитель - со вторым полюсом источника постоянного тока, а конец второй секции подключается к активному электроду. Недостаток такого выходного каскада - невозможность оперативного изменения фазы электрических колебаний, возникающих в колебательном контуре, образованном индуктивностью высокодобротной катушки индуктивности и реактивным сопротивлением межэлектродной ткани, что не позволяет повысить эффективность электростимулирующего воздействия.

Технический результат от использования изобретения - обеспечение возможности оперативного изменения фазы электрических колебаний стимулирующего воздействия.

Указанный технический результат достигается тем, что выходной каскад электронейроадаптивного стимулятора, содержащий ключевой усилитель и высокодобротную катушку индуктивности, дополнительно содержит второй ключевой усилитель, а высокодобротная катушка индуктивности в нем содержит три последовательно соединенные секции, включенные согласно, конец первой секции и начало второй секции соединены с клеммой для подключения первого полюса источника постоянного тока, начало первой секции соединено с первым электродом и через первый ключевой усилитель с клеммой для подключения второго полюса источника постоянного тока, с которой через второй ключевой усилитель так же соединены конец второй секции и начало третьей секции, конец третьей секции соединен со вторым электродом.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена функциональная схема электронейроадаптивного стимулятора, на фиг.2 - структурная схема блока управления формирования запускающих импульсов, на фиг.3 - структурная схема узла анализа, управления и формирования запускающих импульсов.

На фиг.1-3 цифрами обозначены:

1 - источник постоянного тока;

2 - блок управления и формирования запускающих импульсов:

3 - демультиплексор;

4₁, 4₂ - ключевые усилители;

5 - высокодобротная трехсекционная катушка индуктивности;

6 - полупроводниковый триод;

7 - демпфирующий диод;

8 - выходной каскад электронейроадаптивного стимулятора:

9 - кодовый выход блока 2;

10 - сигнальный выход блока 2;

11 - первый выход демультиплексора;

12 - второй выход демультиплексора;

13 - вход сигнала обратной связи блока 2;

14 - узел задания режимов работы;

15 - узел анализа, управления и формирования запускающих импульсов:

16 - узел индикации;

17 - установочный вход узла 15;

18 - информационные выходы узла 15;

19 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

20 - схема формирования запускающих импульсов (ФЗИ);

21 - схема формирования сигналов управления (ФСУ);

22 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

23 - схема измерения параметров сигнала обратной связи (СИП);

24 - схема измерения скорости изменения параметров сигнала обратной связи (СИС);

25 - схема фиксации отсутствия изменения параметров сигнала обратной связи (СФ);

26 - второй вход ФСУ 21;

27 - информационный выход СИС 24;

28 - информационный выход СФ 25.

Электронейроадаптивный стимулятор (фиг.1) содержит источник 1 постоянного тока, блок 2 управления и формирования запускающих импульсов, демультиплексор 3, кодовый вход которого соединен с кодовым выходом 9 блока 2, а сигнальный вход с сигнальным выходом 10 блока 2, первый ключевой усилитель 4₁, вход 1 которого соединен с первым выходом 11 демультиплексора 3, второй ключевой усилитель 4₂, вход 2 которого соединен со вторым выходом 12 демультиплексора 3, высокодобротную трехсекционную катушку индуктивности 5, конец первой секции и начало второй секции (точка «в») подключены к первому полюсу +Е источника 1, начало первой секции (точка «а») соединено с первым электродом 31 и через первый ключевой усилитель 4 со вторым полюсом -Е источника 1, конец второй секции и начало третьей секции (точка «с») через второй ключевой усилитель 4₂ подключены со вторым полюсом -Е источника 1, конец третьей секции (точка «d») соединен со вторым электродом Э2 и входом 13 сигнала обратной связи блока 2. Высокодобротная трехсекционная катушка индуктивности 5 имеет индуктивность 0,1...2,0 Гн, отношение количества витков первой и второй секций к количеству витков третьей секции равно 0,05...0,3, а добротность катушки индуктивности 5 превышает 100.

Блок 2 (фиг.2), предназначенный для выбора режимов работы, управления уровнем энергии стимула и анализа сигналов обратной связи, содержит узел 14 задания режимов работы, узел 15 анализа, управления и формирования запускающих импульсов и узел 16 индикации. Узел 14 включает как минимум элементы управления уровнем энергии стимула и элемент включения питания. Выход узла 14, по командам от которого устанавливаются непрерывный или периодический режимы работы электронейроадаптивного стимулятора и задается длительность запускающих импульсов и их количество в серии, соединен с установочным выходом 17 узла 15. Кодовый выход узла 15 является кодовым выходом 9 блока 2, сигнальный выход - сигнальным выходом 10 блока 2, а сигнальный вход - входом 13 сигнала обратной связи блока 2. Информационные выходы 18 узла 15 соединены с входом узла 16, предназначенного для отображения на индикаторах режима работы электронейроадаптивного стимулятора и параметров стимулирующего воздействия.

Узел 15 анализа, управления и формирования запускающих импульсов (фиг.3) выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы - СБИС, которая содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов - ГТИ 19, схему формирования запускающих импульсов - ФЗИ 20, схему формирования сигналов управления. - ФСУ 21 и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь - АЦП 22, схему измерения параметров сигнала обратной связи - СИП 23, схему измерения скорости изменения параметров сигнала обратной связи - СИС 24 и схему фиксации отсутствия изменения параметров сигнала обратной связи - СФ 25. Второй вход ФЗИ 20 является установочным входом 17 узла 15, второй выход - сигнальным выходом 10 узла 15 и соединен со вторым входом СИС 24. Первый выход ФСУ 21 является кодовым выходом 9 узла 15. Вход АЦП 22 является сигнальным входом 13 узла 15. Второй вход 26 ФСУ 21 соединен с первым выходом СФ 25. Второй выход СИС 24 и второй выход СФ 25 являются информационными выходами 27 и 28, объединенными в информационный выход 19 узла 15.

Выходной каскад электронейроадаптивного стимулятора 8 (фиг.1) содержит два ключевых усилителя 4₁, 4₂ и высокодобротную трехсекционную катушку индуктивности 5. Соединение элементов описано раньше.

Работа заявленного электронейроадаптивного стимулятора.

Электроды Э1 и Э2 устанавливаются на выбранную зону иннервации. После включения питания устанавливается непрерывный режим работы и минимальная длительность запускающих импульсов на выходе 10 блока 2 и команда подачи запускающих импульсов на вход 1 первого ключевого усилителя 4₁. При подаче запускающего импульса на вход 1 усилителя 4₁ по первой секции («а»-«в») катушки индуктивности 5 протекает ток насыщения. По окончании действия запускающего импульса ключевой усилитель запирается и в колебательном контуре, образованном индуктивностью второй и третьей секций катушки 5 и реактивным сопротивлением межэлектродной ткани под электродами Э1, Э2, возникают электрические колебания, которые и являются стимулирующим сигналом. Энергетическая мощность стимулирующего сигнала тем больше, чем больше длительность запускающего импульса. Характерной особенностью электронейроадаптивного стимулятора является то, что параметры стимулирующего сигнала, например амплитуда первой полуволны затухание, частота, зависят от реактивного и активного сопротивлений межэлектродной ткани. Поэтому в качестве критерия степени влияния стимулирующего воздействия может быть принят фактор изменения параметра (параметров) стимулирующего сигнала и признаком окончания стимуляции - отсутствие изменения параметров стимулирующего сигнала.

Сигнал обратной связи поступает на вход 13 узла 15, преобразуется в цифровую форму АЦП 22 и в СИП 23 производится измерение параметров (параметра) сигнала обратной связи. Далее в СИС 24 определяется скорость изменения параметров сигнала обратной связи очередного запускающего импульса по отношению к предыдущему. При отсутствии изменения параметров сигнала обратной связи (скорость изменения параметров сигнала обратной связи меньше единицы отсчета) в СФ 25 фиксируется этот факт и запускающие импульсы подаются на вход 2 ключевого усилителя 4₂. При подаче запускающего импульса на вход 2 ключевого усилителя 4₂ ток насыщения катушки индуктивности 5 протекает по второй секции («в»-«с») и полярность первой полуволны на электроде Э1 относительно электрода Э2 меняется на противоположную, т.е. фаза электрических колебаний в колебательном контуре, образованном индуктивностью второй и третьей секций катушки 5 и реактивным сопротивлением межэлектродной ткани под электродами Э1, Э2, изменяется на 180°. Как и ранее, измеряется скорость изменения параметров сигнала обратной связи и устанавливается факт отсутствия такого изменения, после чего стимулирующее воздействие на выбранную зону иннервации прекращается.

Основной особенностью электронейроадаптивной стимуляции является формирование электростимулирующего сигнала, приближающегося по фазовой структуре к току действия мембраны нервно-мышечных клеток здорового человека, которые наилучшим образом воспринимаются возбудимыми структурами и вызывают наиболее адекватные ответные реакции организма. Электростимулирующий сигнал - электрические колебания в резонансном контуре, образованном индуктивностью высокодобротной катушки индуктивности и импедансом межэлектродной ткани, изменяет концентрацию тканевых ионов у клеточной оболочки и, изменяя ее проницаемость, действует по типу естественных биотоков. Эффективность электростимулирующего воздействия с возможностью изменения фазы электрических колебаний повышается вследствие того, при этом обеспечивается нейтрализации колебаний полярности поврежденных клеток, обеспечивается разнополярный ионный транспорт и тем самым повышается проницаемость клеточных мембран и питание клеток.