Устройство диагностики и коррекции функционального состояния человека

Изобретение относится к медицинской технике, и может быть использовано в лечебной физкультуре и спортивной медицине, медицинской реабилитации пациентов с нарушением и поражением опорно-двигательной системы, последствиями поражений центральной нервной системы и т.п.

Известные устройства измеряют электрокожные показатели, основной момент которых сводится к электропунктурному, полизональному элетро-кожному исследованию сопротивления (электропунктурная диагностика) и потенциалов кожи (ЭЭГ, ЭКГ, ЭНМГ) [патент РФ №2 252 692]. Также, множество устройств и аппаратов электротерапевтического воздействия, имеют фиксированные временные параметры импульсов воздействия, что не всегда удобно при индивидуальном подходе [патент РФ №2355437, патент РФ №2294773].

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является устройство для электротерапии, содержащее секции источника питания, предназначенные для подачи заданного постоянного тока на другие секции устройства после выпрямления напряжения сети переменного тока при помощи моста, секции генерации импульсов, предназначенные для выработки высоковольтных сигналов с заданной частотой генерации, подаваемых на биполярные выходные секции после настройки частот генерации импульсов, биполярные выходные секции, выполненные с возможностью выбора полюсов за счет операции переключения после усиления сигналов, поступающих с выхода секций генерации импульсов, и секцию контроля рабочего времени с функцией сигнализации, в котором для каждого полюса предусмотрена секция источника питания и секция генерации импульсов, а каждая из выходных клемм биполярных выходных секций снабжена резистором и генератором треугольных импульсов для исключения короткого замыкания, которое производит электротерапию с целью выровнять измеренный параметр (прототип) [патент РФ №2288750. МПК А61 N 1/32. Опубл. 10.12.2006, Бюлл. №34].

Заявляемое изобретение и прототип имеет следующие общие технические признаки: режимы электротерапии через группу проводников с электродами с гальванической развязкой.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа следующим.

Устройство работает и управляется только от персонального компьютера (ПК) или планшета через USB разъем при помощи гибкого соединительного проводника. Дополнительного источника питания устройству не требуется. Цепь питания и передача данных гальванически развязана, что не требует дополнительного заземления. Программное обеспечение, информационная база, история работ храниться в независимой флэш памяти устройства. Все режимы работ устройства индицируются светодиодами расположенные на верхней панели с звуковым сопровождением. Устройство выполнено в пластиковом корпусе, экранировано от радио помех, мобильное, легкое, компактное. Заложена многофункциональность для различных методов исследования.

Недостатками прототипа является то, что все прототипы ограничены малыми функциональными задачами, то есть методами измерения электрокожного сопротивления, в том числе и с режимом электротерапии, другие устройства измеряют потенциалы (ЭЭГ, ЭКГ, ЭНМГ) в диагностических целях. Также недостатком является и необходимость дополнительных источников питания и заземления.

В предлагаемом изобретении недостатки прототипа устраняются следующим образом. Предлагаемое устройство объединяет в себе измерение электрокожного сопротивления и потенциалов кожи с настраиваемой функцией электротерапии, фиксируя динамику изменений сопротивления при электротерапевтическом лечении.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существующим признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники в реализации подобных устройств, и, следовательно, соответствует условию "изобретательский уровень".

Заявляемое устройство - программно-аппаратный комплекс, работает как в диагностическом режиме, измеряя в физических единицах электрокожное сопротивление (Ом) и потенциалы (мВ) на поверхности кожи при помощи контактных электродов, по так называемым «большим» отведениям, к которым в электропунктурной диагностике относят отведения: «рука-рука», «рука-голова», «рука-нога», «нога-нога» и иным сегментам тела, так и в терапевтическом режиме электротерапии через контактные электроды в области выявленных перекосов измеренных параметров.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что разработано устройство диагностики и коррекции функционального состояния человека, состоящее из: блока ведущего процессора, процессора формирования импульсов, процессора модуляции тока, блок источников тока для микрополяризации от 0 до 1 мА, и источника тока от 1 мА до 50 мА, блока реле коммутации токов, блока диагностики измерения сопротивления и разности потенциалов, блока коммутации электродов, источника питания, внутреннего флэш-накопителя, узел гальванической развязки, блок индикации параметров, отличающееся тем, что в нем введены последовательно соединенный персональный компьютер, вход которого соединен с устройством, электропитание осуществляется от USB порта ЭВМ через информационный кабель USB 2.0 mini USB, с набором электродов и программы для ЭВМ, запускаемой из собственного флэша носителя, не требующей установки на ПК, работающее на платформе Windows-7 и выше, трех процессоров на программируемых микроконтролерах, осуществляющие управление режимами измерения электрофизиологических параметров, режимами формирования параметров лечебных токов и коммутацией измерений и воздействия по семи каналам, блока световой индикации режимов работы устройства.

Диагностический режим применяется для сбора параметров сопротивлений кожи и потенциалов с построением поверхностной диаграммы показателей измеренных в зонах интереса. В работе Устройства применена программа для ЭВМ (свидетельство о государственной регистрации ПрЭВМ №2015611459 от 29.01.2015 г.). В зависимости от полученных результатов сопротивлений и потенциалов устройством можно произвести гибко настраиваемый электротерапевтический режим в нужную зону или область пациента, не снимая измерительные электроды. В устройстве заложены все основные виды электротоков используемые в физиотерапии для гальванизации, электрофореза, миостимуляции, нейростимуляции, микрополяризационной тепарии и т.д. Введена возможность формирования собственных программ электротерапии.

Кроме постоянно заданной силы тока с установленными временами импульсов Фиг. 4, можно применить и модулированный ток Фиг. 5, 6, 7, до 10 сек за период, синусоидальной модуляции, треугольной модуляции, модуляцией нарастающей пилы и спадающей. Возможность формирования индивидуальных настроек токовых терапевтических импульсов или пакетов импульсов с четырьмя временными зависимостями, в дальнейшем шаблоны Фигура 2, 3 с временами T1, Т2, Т3, Т4, не считая основного терапевтического времени воздействия от 1 до 20 минут. В режиме макротерапия (mА) формируется ток от 0,2 mА до 50 mА, в режиме микротерапии (мкА) формируется лечебный ток от 0 до 1 мА. Электротерапевтический режим в лечебной процедуре автоматически стабилизирует параметры то току с построением графика сопротивления при электротерапии на токовых электродах, отражая эффект биологической обратной связи. Формируется архив данных с полученными результатами и параметрами, с возможность вывода данных на печать.

Электропитание устройства осуществляется от USB порта ПК через информационный кабель USB 2.0 в mini USB, это оригинальное аппаратное решение, реализованное за счет высокотехнологичных и низко потребляемых электронных компонентов. При подключении к ПК устройство определяется как USB флэш накопитель, в котором установлено собственное программное обеспечение (далее - ПО) данного устройства, хранится архивы и базы данных пациентов, с историей всех текущих измерений. Запуск ПО из флэш носителя, не требуют установки на ПК. Работает ПО на платформе Windows-7 и выше.

Задача, которую решает данное устройство, это сбор электрофизиологических параметров с поверхности кожи человека с целью выявления зон асимметрии по сопротивлению и потенциалам для оценки функционального состояния организма человека и проведения курса электротерапии по заданным параметрам лечебного тока с применением принципа биологически обратной связи (БОС) с последующим диагностическим контролем как оценки эффективности лечебной процедуры. Все решения по измерению параметров, электротерапевтическому лечению и контрольному измерению параметров, сводятся в одном устройстве, без снятия накладных измерительных электродов с пациента и повторной их установке.

Устройство мобильное, компактное, расположено в пластиковом корпусе размером 150×75×40 мм, весом не более 200 гр.), собранно на высокотехнологичных низко токовых современных микросхемах планарного исполнения, с двумя разъемами mini USB и BD-9. Включает в себя три современных PIC контроллера. На верхней панели устройства собран блок индикации, из светодиодов, указывающих режимы измерения, а также сигнализирующие режимам работы: измерение R, измерение PS и вид терапии, аварийные (обрыв цепи, короткое замыкание), и силу действующего тока выраженный в яркости свечения. Встроен звуковой сигнализатор, оповещающий о различных режимах работы, системных и аварийных событиях.

Осуществление изобретения.

Работа устройства поясняется при помощи фигур чертежей №1-12. На Фиг. 1 изображена блок схема устройства. Устройство работает и управляется через ПК 1. Подача питания на устройство, и передача данных осуществляется через стандартный USB шнур 2 формата USB 2.0 в mini USB. В устройстве реализован расширитель портов USB 4, основной интерфейс которого гальванически развязан элемент 6, осуществляет обмен данными с основным ведущим процессором 7, данный процессор считывает параметры портов, передает и принимает данные, управляет и контролирует работу прибора. В свободный интерфейс расширителя портов 4 установлен флэш накопитель 5. Цепи источника питания ИП 9 прибора гальванически развязаны трансформатором 8. Источника тока 10 для создания тока в цепи измерения сопротивления. Усилитель энергии и полярности потенциала 11, цепи измерения сопротивления и полярности коммутируются в блоке коммутации 12 распределяясь по семи измерительным контактам разъем BD-9 13. К разъему 13 подключается шлейф измерительных и токовых электродов 14 и 15. Блок индикации 16 расположенный в верхней панели устройства, выполненный из светодиодов, указывающих происходящие события и зоны событий. Режимы, аварийные события подтверждаются звуковым оповещением 23. Ведомый микроконтроллер 18 для терапевтического режима, формирует по полученному пакету с ПК 1 импульсы Фиг. 2 и Фиг. 3 с временами T1, Т2, Т3, Т4 работающие по циклу. Ведомый микроконтроллер 17 для терапевтического режима управляется с ПК 1, формирует необходимый уровень напряжения от 0 до 5 вольт, определяющее в дальнейшем уровень выходного терапевтического тока, на разрешающий импульс или пакеты импульсов, формируемые микроконтроллером позиции 18. Источник питания ИП 21, формирует постоянное двух полярное напряжение от 40 до 70 вольт линейно, согласно заданного тока от микроконтроллера 17 только в терапевтическом режиме «мА», в режиме mkA ИП 21 не работает. Источник тока 20 работает в терапевтическом режиме «мА» до 50 mА (дискретность 0,2 mА) от напряжения источника питания 21 и управляется двумя ведомыми микроконтроллерами 17, 18. Источник тока 19 работает в терапевтическом режиме до 1 mА (дискретность 4 mkA) управляется двумя ведомыми микроконтроллерами 17, 18. Реле коммутации 22 в зависимости от выбранного терапевтического режима «mkA» или «mА» переключает контакты на выбранный источник тока 19 или 20.

На Фиг. 2 изображен терапевтический импульс 24 длительностью 0,5 ms, скважность между импульсами 0,5 ms. Данный одиночный импульс или пакеты импульсов с указанной скважностью привязан к времени Т1, который заносится в шаблон ПО к устройству, а в дальнейшем в ведомый микроконтроллер Фиг. 1 18. К примеру, если Т1=10, то в пакете будет 10 импульсов с общим временем 10 ms.

На Фиг. 3 изображено циклическое представление терапевтического режима, предстваленного пакетами импульсов 25 Т1 с времеными интервалами Т2, Т3, Т4 в ms, в дальнейшем терапевтический шаблон. Шаблоны возможно редактировать и сохранять в ПО к устройству. Выбранный шаблон в дальнейшем загружается в ведомый микроконтроллер Фиг. 1 18. Время работы цикла микроконтроллера определяется верхним ПО от 1 до 20 минут.

На Фиг. 4 представлен однополярный терапевтический режим без модуляции (постоянный), где 26 заданный терапевтический ток, 27 импульсы или пакеты терапевтических импульсов в цикле.

На Фиг. 5 представлен однополярный терапевтический режим модуляции формы синус, где 28 уровань заданного тока, 29 фактический ток модуляции формы синус с заданым временем и пакетами терапевтических импульсов 30.

На Фиг. 6 представлен однополярный терапевтический режим модулируемой формы спадающая пила, где 31 уровань заданного тока, 32 фактический ток с заданым временем и пакетами терапевтических импульсов 33.

На Фиг. 7 представлен однополярный терапевтический режим треугольной модуляции, где 34 уровань заданного тока, 35 фактический модулированный ток с заданым временем и пакетами терапевтических импульсов 36.

На Фиг. 8 изображены терапевтические импульсы, формируемые ведомым микроконтроллером, где 37 импульсы формирующие положительный ток, 38 импульсы формирующие отрицательный ток. Импульс 38 сдвинут по времени к импульсу 37 на 0,5 ms.

На Фиг. 9 представлена двух полярная модуляция формы синус, где 41 и 42 двух полярные импульсы, ограничивающиеся уровнями заданного тока 39 и 44 к фактически промодулированному уровню тока 40 и 43.

На Фиг. 10 представлены двух полярные импульсы 46 и 47, в режиме терапии переменным током без модуляции, где 45 и 48 уровани заданного тока.

На Фиг. 11 представлены двух полярные импульсы 52 и 52 в режиме терапии переменным током, где 49 и 54 уровань заданного тока, 50 и 53 фактический ток модуляции формой спадающая пила.

На Фиг. 12 представлены двух полярные импульсы 57 и 58 в режиме терапии переменным током, где 55 и 60 уровань заданного тока, 56 и 59 фактический ток модуляции треугольной формы.