Многоканальный стимулятор

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТИМУЛЯТОР, содержащий генератор импульсов, сдвигающий регистр, последовательно соединенные коммутатор и контактное устройство, а,также ряд каналов, включающих последовательно соединенные генератор сигналов заполнения и амплитудньй модулятор,формирователь закона амплитудной модуляции, подключенный к выходу сдвигающего регистра и входу амплитудного модулятора , а также усилитель, соединеннигй с коммутатором,. отличающийся тем, что, с целью снижения утомления мьщ1ц, он снабжен регулятором тока и в каждом канале последовательно соединенными полосовым усилителем, пороговым амплитудокодовым формирователем блоком управления, преобразователем кода и кодоимпульсным модулятором,- подключ енньм к входу усилителя и выходу амплитудного модулятора, причем блок управления соединен с пороговым амплитудокодовым формирователем , формирователем закона амплитудной модуляции, полосовым усилителем и регулятором тока, вход которого соединен с контактным устройством , а выход - с усилителями, пороговьй амплитудокодовый формирователь подключен к преобразователю кода, а генератор импульсов со (О единен со сдвигающим регистром. (Л 2. Стимулятор по п. 1, отл ичающийся тем, что регулятор тока содержит источник опорного напряжения, индикатор предельного тока и последовательно соединенные блок эмиттерных повторителей, ком мутатор , амплитудный детектор, преСХ ) образователь ток-напряжение, схему сравнения и регулирующий элемент, причем амплитудный детектор соединен с индикатором предельного тока, а источник опорного напряжения подклю чен к схеме сравнения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)4 А 61 N 1 36

Й КОМИТЕТ СССР (21) 3663420/28-14 (22) 21.11.83 (46) 30. 09.85, Бюл. У 36 (72) С,И. Островский, О.И.Проскурнина и В.П. Стрелянын (53) 615.471(088.8) (56) 1. Патент США Р 3518996, кл. А 61 N 1/36, опублик. 1967.

Авторское свидетельство СССР

Р 913069, кл. А 61 N 1/36, 1982. (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТИМУЛЯТОР, содержащий генератор импульсов, сдвигающий регистр, последовательно соединенные коммутатор и контактное устройство, а.также ряд каналов, включающих последовательно соединенные генератор сигналов заполнения и амплитудный модулятор, формирователь закона амплитудной модуляции, подключенный к выходу сдвигающего регистра и входу амплитудного модулятора, а также усилитель, соединенный с коммутатором, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения утомления мьппц, он снабжен регулятором тока и в каждом канале последовательно соединенными полосовым усилителем, пороговым ампли„„SU„„1181671 тудокодовым формирователем, блоком управления, преобразователем кода и кодоимпульсным модулятором, подключенным к входу усилителя и выходу амплитудного модулятора, причем блок управления соединен с пороговым амплитудокодовым формирователем, формирователем закона амплитудной модуляции, полосовым усилителем и регулятором тока, вход которого соединен с контактным устройством, а выход — с усилителями, пороговый амплитудокодовый формирователь подключен к преобразователю кода, а генератор импульсов соединен со сдвигающкм регистром, 2. Стимулятор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что регулятор тока содержит источник опорного напряжения, индикатор предельного тока и последовательно соединенные блок эмиттерных повторителей, коммутатор, амплитудный детектор, преобразователь ток-напряжение, схему сравнения и регулирующий элемент, причем амплитудный детектор соединен с индикатором предельного тока, а источник опорного напряжения подклю = чен к схеме сравнения, 1181671 2

Изобретение относится к медицине, а именно к многоканальным стимуляторам.

Цель изобретения — снижение утомления мьппц. 5

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства: на фиг ° 2 — структурная схема полосового усилителя; на фиг, 3 — структурная схема регулятора тока; на фиг. 4 — структурная схема порогового амплитудокодового формирователя; на фиг. 5 — структурная схема блока управления; на фиг.6— диаграммы миографической активности.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, сдвигающий регистр 2, в каждом канале формирователь 3 закона амплитудной модуляции и амплитудный модулятор 4, генератор 5 сигналов заполнения, полосовой усилитель 6, пороговый амплитудокодовый формирова. тель 7, преобразователь кода 8, кодо. импульсный модулятор 9, усилитель мощности 10, а также регулятор 11 то. ка, коммутатор 12, контактное устройство 13 и блок 14 управления.

Полосовой усилитель содержит дифференциальный усилитель 15, ключ 16 и блок частотно-избирательных фильтров 17. 30

Регулятор содержит блок 18 эмиттерных повторителей, коммутатор 19 сигналов, амплитудный детектор 20, индикатор 21 предельного тока, преобразователь 22 ток — напряжение, схему 23 сравнения, источник 24 опорного напряжения и регулирующий элемент 25, Пороговый амплитудокодовый формирователь содержит задатчик 26 порога,40 блок 27 управляющих триггеров, схему

28 выдчения абсолютной величины сигнала, компараторы 29 — 32, счетчики 3, 34 и 35 °

Бло управления содержит задатчик 45

36 чисел, схему 37 сравнения чисел, повторители 38 и 39, блок 40 кнопок управления, генератор 41 опорной частоты, делитель 42 частоты, коммутатор 43 временного интервала и регистр у>

44 сдвига, Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы производится установка цифровых блоков: регистров у счетчиков и триггеров в начальное состояние, и вводится от блока 14 управления опорное напряжение в пороговый амплитудокодовый формирователь

7 (в задатчик 26 порога), набор чисел в блоке 14 управления в задатчик 36 чисел, соответствующих кодовым комбинациям, а также формируется сигнал управления к пороговому усилителю 6, определяющий период изменения миоэлектрической активности. Затем на мышце оператора укрепляют электроды схема биопотенциалов и электроды миостимуляции. Задающий генератор 1, настроенный предварительно на определенную частоту, формирует прямоугольные импульсы, которые поступают на вход реверсивного сдвигающего регистра 2 и преобразуются последним в импульсные последовательности по числу каналов, смещенные друг относительно друга на некоторый временной интервал в зависимости от выбранной последовательности воздействия на различные нервно-мьппечные структуры, Сигналы с выхода сдвигающего регистра

2 поступают в каждом канале на вход формирователя 3 закона амплитудной мо дуляции, который формирует модулирующие импульсы колокольной формы.

Выбор формы модулирующей кривой обусловлен рациональностью колокольной формы с точки зрения приближения к нормальной физиологической функции, формируемой в перехвате

Ранвье нервного волокна.

Сигнал с выхода формирователя 3 закона амплитудной модуляции поступает на управляющий вход амплитудно"

ro модулятора 4, в котором обеспечивается амплитудная модуляция синусоидальных сигналов частотой 101 5 кГц, поступающих от генератора 5 сигналов заполнения. Таким образом, на выходе амплитудного модулятора 4 формируется синусоидальный сигнал, модулированный по амплитуде импульсами колокольной формы, Сигналы миоэлектрической активности, снимаемые с оператора и усиленные и отфильтрованные в полосовом усилителе 6, поступают в пороговый амплитудокодовый формирователь 7, на выходе крторого формируется число в двоичном коде, определяющее вариабельность амплитуды, число пересечений сигналом заданньи уровней электромиографического сигнала за выбранный период измерения, Код, характеризующий нервно-мышечное состояние оператора, с выхода порогового

1181 амплитудокодового формирователя поступает в преобразователь кода 8, с выхода которого сигнал поступает на управляющий вход кодоимпульсного модулятора 9. На информационный вход кодоимпульсного модулятора 9 поступает амплитудомодулированный сигнал с выхода амплитудного модулятора 4

На выходе кодоимпульсного модулятора 9 формируется стимулирующее воз- 10 действие в виде непериодической импульсной последовательности, параметры которой определяются поступающим от оператора электромиографическим (амплитуда) показателем неврно-мышеч-15 ного тонуса. При изменении информативного параметра, поступающего с выхода порогового амплитудокодового формирователя 7 канала обратной связи на вход преобразователя 8 кода, каж- 2о дый предыдущий код автоматически стирается и по команде от блока 14 управления на выходе преобразователя 8

;кода появляется новый, соответствующий измененному нервно-мышечному состоянию оператора.

С выхода кодоимпульсного модулятора 9 последовательность стимулирующих импульсов поступает на информационный вход усилителя 10, где усиливается до уровня, определяемого сигналом общего для всех каналов регулятора 11 тока. С выхода усилителей 10 пакеты стимулирующих импульсов поступают на входы коммутатора 12 и далее через

35 контактное устройство 13 к оператору.

Принцип работы полосового усилителя 6 (фиг. 2) заключается в следующем.

Биоэлектрические сигналы, полученные посредством съема, усиливаются 40 дифференциальным усилителем 15 и через аналоговый ключ 16 поступают в блок 17 частотно-избирательных фильт-. ров, позволяющих выделить электромиографический сигнал из шумового фона, 45

Сигналы с выходов каждого фильтра поступают на вход порогового амплитудокодового формирователя 7 (блок 27 управляющих триггеров), Управление ключом 16 осуществляется от блока 12 уп-50 равления, который определяет период измерения электромиографического сигнала.

Регулятор тока (фиг. 3) работает следующим образом. 55

Сигнал по току от стимулирующих электродов контактного устройства 13 поступает через блок 18 эмиттерных

671 4 повторителей в коммутатор сигналов 19, каждый канал которого управляется соответствующим сигналом от блока 14. управления. Таким образом, сигналы по току подключаются поочередно к амплитудному детектору 20, сигнал с выхода которого поступает на индикатор предельного тока 21, отображающий визуально пороговые перегрузки по току, и на вход преобразователя 22 ток — напряжение. Напряжение с выхода преобразователя ток — напряжение 22 подается на вход схемы 23 сравнения, где сравнивается с эталонным сигналом, задаваемым источником 24 опорного напряжения. Сигнал с выхода схемы 23 сравнения через регулирующий ,элемент 25 воздействует на усилитель

10 и управляет изменением плотности стимулирующего тока j зависящей от мощности импульса Р, удельного сопротивления подконтактной области К и изменения эффективной площади контакта S .,, по формуле

Принцип работы порогового амплитудокодового формирователя 7 заключается в следующем, При поступлении на его вход измеряемого сигнала на выходе блока 27 управляющих триггеров в зависимости от знака сигнала формируется импульс, поступающий на входы началь.ной установки счетчиков 33, 34 и 35 и к схеме 28 выделения абсолютной величины, на выходе которой формируется абсолютная величина входного сигнала, поступающего на информационные входы компараторов 29 — 32. На. эталонные входы компараторов пор.—.;-.тся пороговые сигналы от задатчика 26 порога. Блок 19 управления формир". ст импульсы опроса компараторов. ЕЫь, например, три компаратора отмечают превосходство измеряемого сигнала над уровнем 1, 2 и 3 в положительной (отрицательной) полуплоскости, то формируются три импульса, соответствующие этим операциям. Импульсы поступают в первый счетчик 33 пересчетных положительных уравнений 33 (или отрицательных 34) и далее в третий счетчик 35 полного числа пересчетных уровней. Счетчики 33 и 34 снабжены регистраторами, фиксирующими измеряемые значения..1181671

45 амплитуда, частота и начальная фаза носителя соответственно; коэффициент глубины 5р модуляции; информационная компонента; де Uî, 6)., q, ьо() wungwbС пацаны длительности стиму- 55 лирующего импульса и паузы соответственно

Блок 14 управления (фиг. 5) работает следующим образом.

Переключателем блока 40 кнопок . управления устанавливается требуемый временной интервал измерения сигналов миоэлектрической активности оператора. По команде "Вкл.ГИ" запускается генератор 41 опорной частоты, на выходе которого формируется сигнал, по- 1О ступающий к делителю 42 частоты и далее с первого выхода делителя 42 частоты на коммутатор 43 задания временного интервала, управляющего ключом 16 полосового усилителя 6 (запирающего ключ 16 после отсчета количества импульсов, соответствующих заданному интервалу измерения), На вто" ром выходе делителя 42 частоты формируется сигнал опроса, который через. 2О регистр сдвига 44 передается к компараторам 29 — 32. Одновременно с генератором 41 опорной частоты сигнал.от блока 40 кнопок управления поступает к эадатчику порога полосового усили- 25 теля 7. По командам "Per.тока" и

"Задание чисел" включаются регулятор

11 тока и задатчик 36 чисел, соответ-. ствующий кодовым комбинациям стимулов в норме, при гиподинамии, при гиперкинезе, Набор чисел с выхода задатчика 36 чисел сравнивается в схеме 37 сравнения чисел с числом пересеченных уровней, поступающим от третьего счетчика 35.Сигнал с выходасхемы 37 срав- .

35 ,нения чисел через повторители 38 и 39 поступает к регулятору 11 тока и преобразователю 8 кода.

Условия АКИМ для системы с обратной электромиографической связью может 4О быть записано в виде

U (t) По 1 + М AU(t)) sin(u„t+(g импульса

L аузы мера количества информации, определяемая как I = nlogm, поскольку отношение длительности стимулирующего импульса к длительности паузы определяетая количеством информации в электромиографическом сообщении о состоянии нервно-мышечного аппарата, поступающей по каналу обратной связи и зависит от длины сообщения (длительности неизменного состояния п и разнообразия элементов m в сообщении о состоянии, Для кодирования управляющего воздействия использован двоичный четырехэначный код с числом возможных комбинаций N = 16. Каждому электромиографическому сообщению соответствует комбинация, задаваемая кодовой таблицей: 0000, 1000, 0100, 1100,...

1111. На фиг. 6 показаны диаграммы миоэлектрической активности оператора в норме (Им1), после трех суток гиподинамии (Им2), при гиперкинезе (ИмЗ) и соответствующие им последовательности стимулирующих импульсов

Uc1 Uc2 Uc3.

Для стимуляции HMA в норме использована сравнительно нечастая (код

i 010) импульсация амплитудной A=3 порога и числом посылок не более

10-12, чтобы не вызвать утомления мышц, Цель стимуляции в норме - предотвращение снижения HMT у операторов, находящихся в условиях пониженной физической нагрузки.

При гиподинамии, характеризующейся в начальной стадии снижением амплитуды при несущественном изменении частоты миоэлектрической активности, необходимо интенсифицировать воздействие и использовать стимуляцию (код

1101) с амплитудой А2 (А1, А2 = — (1,5-2) U порога в зависимости от степени снижения нервно-мышечного тонуса. В процессах восстановления нервно-мышечного тонуса возможно нарастание амплитуды А2 до (3:6-4) U порога с последующим приближением к амплитуде стимуляции в норме, рав-, ной Al.

При гиперкинезе стимулирующая импульсация уреженная (код 0100) с амплитудой АЗ А1, A3 = (3-3,6) U порога, приближающейся в процессе восстановления нервно-мьппечного тону. са к А1. Таким образом, выходной

1181671

Фие. 1

0m осер тора

&и у 7 сигнал электромиостимулятора представляет собой непериодическую импульсную последовательность, параметры которой определены поступающей от оператора электромиографической информацией.

Количество информации, заключенное в последовательности из M двоичных элементов импульсации, определяется по формуле — (f7 1ogfT + (1 fT ) +

+(1 — ЕТ, ) log(1 — fT,) 3, где f — средняя частота импульсации;

Т вЂ” длительность элементов коо да;

Т вЂ” время передачи сообщения.

Основным техническим преимуществом предлагаемого стимулятора по сравнению с базовым устройством является наличие электромиографической обратной связи осуществляемой при помощи блока преобразования элек ромиографического сигнала, амплитудного анализатора и блока управления с их связями, что расширяет функциональные возможности и обеспечивает поиск оптимальной структуры стимули- . .рующего сигнала, 1181671

Pm блаиа J4. канало8 f,2 ..., n

НО Л голых

negeдлд74

4 иа 4

mgl770a 71 оку 76

Ррюоеля б

/76ЭЧ17)È 77D+LFH

50031

2 алпл а 7

1181671 свеч н ч

Редактор Т. Матейко

Заказ 5976/5 Тираж 721

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

6

Ъ) Составитель Б. Попов

Техред M.Ïàðîöàé Корректор В.. Бутяга