Электротерапевтический аппарат

 

Область использования: в медицинской технике, а именно в аппаратах для нормализации функционального состояния организма .путем воздействия на головной мозг через покровы черепа электрическим током, подводимым через контактные электроды. Сущность изобретения: аппарат содержит соединенные последовательно блок управления , блоки сопряжения и гальванической Изобретение относится к области медицины , а именно к аппаратам для терапии с воздействием электрическим током, подводимым через контактные электроды, и предназначено для нормализации функционального состояния организма путем воздействия на головной мозг через покровы черепа, а также для исследований по совершенствованию и развитию методов и способов нормализации при различных типах функциональных расстройств. развязки, цифроаналоговый преобразователь , блок защиты, усилитель тока, коммутатор и электроды, а также блок питания и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с усилителем тока и блоком гальванической развязки. Усилитель тока охвачен отрицательной обратной связью по току. Он состоит из первого операционного усилителя , нагруженного на транзисторную схему, и схемы формирования сигнала отрицательной обратной связи на втором операционном усилителе. Электроды включены через коммутатор в коллекторную цепь выходного транзистора, питание на который подается через ограничитель тока. Сигнал отрицательной обратной связи формируется как разность напряжений на резисторах, включенных в цепь базы и эмиттера выходного транзистора. Этот же сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя для подачи в блок управления в цифровой форме. Блок защиты обеспечивает плавное уменьшение до нуля тока воздействия при несанкционированном отключении питания . 1 з.п.ф-лы,% ил. Известны электротерапевтические аппараты с воздействием электрическим током , подводимым через контактные электроды, в том числе и воздействующие на головной мозг, содержащие генераторы и формирователи импульсов с регуляторами их параметров и формы. Они обеспечивают ограниченный выбор параметров тока воздействия , управляются и контролируются вручную. Известны аппараты этого класса, использующие цифровую форму задания паЮ О О о io J о

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5003822/14 (22) 26,09.91 (46) 07.09.93. Бюл. N- 33-36 (71) Малое предприятие нэ правах общества с ограниченной ответственностью "Международные медицинские технологии

"Сириус" (72) Альмухамедов А.Г., Егоров А.Ю., Карев

В.А., Лысенков А.И. (73) Малое предприятие на правах общества с ограниченной ответственностью

"Международные медицинские технологии "Сириус" (54) ЭЛЕКТРОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ АППАРАТ (57) Область использования: в медицинской технике. а именно в аппаратах для нормализации функционального состояния организма.путем воздействия на головной мозг через покровы черепа электрическим током, подводимым через контактные электроды.

Сущность изобретения: аппарат содержит соединенные последовательно блок управления, блоки сопряжения и гальванической

Изобретение относится к области медицины, а именно к аппаратам для терапии с воздействием электрическим током, подводимым через контактные электроды, и предназначено для нормализации функционального состояния организма путем воздействия на головной мозг через покровы черепа, а также для исследоваHèé по совершенствованию и развитию методов и способов нормализации при различных типах функциональных расстройств. (я)5 А 61 N 1/18. 1/36, 1/32 развязки, цифроаналоговый преобразователь, блок защиты, усилитель тока, коммутатор и электроды, а также блок питания и аналого-цифровой преобразователь. соединенный с усилителем тока и блоком гальванической развязки. Усилитель тока охвачен отрицательной обратной связью по току. Он состоит из первого операционного усилителя, нагруженного на транзисторную схему, и схемы формирования сигнала отрицательной обратной связи на втором операционном усилителе. Электроды включены через коммутатор в коллектор)(ую цепь выходного транзистора, питание на который подается через ограничитель тока. Сигнал отрицательной обратной связи формируется как разность напряжений на резисторах, включенных в цепь базы и эмиттера выходного транзистора, Этот же сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя для подачи в блок управления в цифровой форме. Блок защиты обеспечивает плавное уменьшение до нуля тока воздействия при несанкционированном отключении питания. 1 з.п.ф-лы. Q ил.

Известны злектротерапевтические аппараты с воздействием электрическим током, подводимым через контактные электроды, в том числе и воздействующие на головной мозг, содержащие генераторы и формирователи импульсов с регуляторами их параметров и формы, Они обеспечивают ограниченный выбор параметров тока воздействия, управляются и контролируются вручную.

Известны аппараты этого класса, использующие цифровую форму задания па2000124 раметров тока воздействия с последующим преобразованием ее в злектричегкий ток, содержащие запоминающие, счетно-решающие и преобразующие устройства (1). Такие аппараты имеют широкий выбор параметров тока воздействия, обеспечивают программное и адаптивное управление, автоматический контроль. Вместе с тем, они создаются как узкоспециализированные устройства, отличаются,саофностью и высокой стоимостью.

Известны также" аппараты с цифрооой формой задания параметров тока воздействия, управляемые компьютером. Они в принципе могут быть более универсальными, чем упомянутые выше, и обладать такими же широкими воэможностями. Схемно и конструктивно они существенно проще, дешевле, но работают только совместно с компьютером, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электрический стимулятор биологических тканей (2), Он содержит блок сопряжения с компьютером, электроды, подводимые к стимулирующей ткани, цифроаналоговый преобразователь, в который вводится цифровой код, и усилитель тока, соединенный с преобразователем и электродами. Усилитель тока имеет операционный усилитель, соединенный с преобразователем, и транзисторный выходной каскад с трансформатором в коллекторной цепи выходного транзистора и эталонным резистором о цепи его эмиттера. Напряжение с эталонного резистора подается на вход операционного усилителя в качестве сигнала отрицательной обратной связи. Электроды подключены к вторичной обмотке трансформатора.

Включение электродов через трансформатор существенно сужает частотный спектр стимулирующего тока, исключая из него постоянный ток и инфранизкие частоты, являющиеся одной из основных компонент спектра тока воздействия для ряда методов стимуляции и лечения, в частности при воздействии на головной мозг.

Недостатком этого стимулятора можно считать и то, что отрицательная обратная связь, реализуемая в усилителе тока, не адекватна току в нацУузке, так как нагрузка включена в цепь коллектора выходного транзистора. а эталонный резистор, с которого снимается сигнал обратной связи, установлен в цепи эмиттера этого транзистора и через него течет ток не только коллектора. но и ток базы. Так, при разрыве цепи нагрузки, ток в нагрузке будет равен нулю, а через эталонный резистор тем не менее будет протекать ток, соответстоую5

55 щий заданному, определяемому цифровым кодом на входе цифроаналогового преобразователя и напряжением на входе усилителя тока. Это обстоятельство не позволяет, используя сигнал обратной связи, осуществлять через компьютер автоматический контроль соответствия тока в нагрузке току заданному, а также адаптивное управление параметрами тока воздействия.

Изобретение решает задачу расширения функциональных оозможностей аппарата путем использования большего числа электродов, порядок и схема подключения которых к выходам усилителя тока изменяются в процессе процедуры лечения, расширения рабочей полосы частот и обеспечения автоматического и визуального контроля соответствия тока воздействия току заданному. Эта задача определяется медицинской методикой, реализуемой изобретением, и направлена на повышение эффективности лечения экологически чистыми (беэ применения лекарственных препаратов) методами.

Изобретение. как и прототип. содержит блок управления, блок сопряжения. цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), блок питания, соединенный с блоками сопряжения и ЦАП, усилитель тока, охваченный отрицательной обратной соязью по току и имеющий в своем составе операционный усилитель и транзисторную схему с эталонным резистором в цепи эмиттера выходного транзистора, и электроды, подключаемые к пациенту.

Цель достигается тем, что в аппарат введен коммутатор, соединенный с блоком сопряжения и блоком питания, выходы коммутатора соединены с электродами, один из входов соединен с коллектором транзистора. эмиттер которого соединен через резистор с шиной питания. а база соединена со средней точкой делителя из двух резисторов, включенного между шиной питания и нулевой шиной, второй вход коммутатора соединен с коллектором выходного транзистора, база которого соединена через резистор с выходом операционного усилителя; в усилитель тока введен второй операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен через резисторы с базой и эмиттером выходного транзистора, иноертирующий вход соединен через резисторы с собственным выходом и выходом первого операционного усилителя, а выход соединен с инвертирующим оходом первого операционного усилителя; в аппарат введены также аналого-цифровой преобразователь (АЦП). вход которого соединен с выходом второго

2000124

10

20 расширяет до нуля (постоянного тока) нижнюю границу рабочей полосы частот anna-. 25 рата, что также требуется медицинской

35 операционного усилителя, соединенный также с блоком питания; блок защиты, соединенный с выходом ЦАП, усилителем тока и блоком литания, и блок гальванической развязки, соединенный с блоками сопряжения и питания. входом ЦАП и выходом АЦП.

Нулевая шина, упоминаемая выше, изолирована от нулевой шины компьютера.

Введение коммутатора, выполненного, например, на оптотиристо рных ключах и управляемого цифровыми кодами от компьютера (через блок сопряжения). позволяет испольэовать большее (чем два) число электродов. закрепляемых в разных точках, и изменять в процессе процедуры лечения их подключение к выходам усилителя тока в последовательности и порядке, требуемыми реализуемой в аппарата медицинской методикой.

Включение входов коммутатора непосредственно в коллекторную цепь выходного транзистора (в отличие от прототипа, где электроды включены через трансформатор) методикой. Однако такое включение электродов требует принятия дополнительных мер по электробезопасности. Это связано с тем, что электроды, контактирующие с пациентом, должны быть изолированы (иметь

"плавающий" потенциал) (ГОСТ СССР

12.2.025-76 (82). Изделия медицинской техники. Электробезопасность), а у компьютеров с сетевым питанием нулевая шина и корпус, как правило. эаземляются, Кроме того, резкое прерывание постоянной составляющей тока воздействия вызывает у пациента неприятные ощущения, что требует специальных мер, обеспечивающих плавное уменьшение тока до нуля в случае несанкционированного (аварийного) отключения питания (при нормальной работе аппарата плавное увеличение и уменьшение тока воздействия обеспечиваются компьютером). Поэтому в аппарат дополнительно введены блок гальванической развязки, выполненный, например, на транзисторных оптронах и изолирующий цепи аппарата, гальванически связанные с электродами, от электрических цепей компьютера, и блок защиты, предотвращающий резкое прерывание тока воздействия в случае несанкционированного отключения питания.

Как отмечалось выше, сигнал отрицательной обратной связи в прототипе не адекватен току в нагрузке. так как через эталонный резистор протекает сумма токов коллектора и базы выходного транзистора.

В изобретении этот недостаток устранен

55 введением в усилитель тока второго операционного усилителя. с помощью которого иэ напряжения на эталонном резисторе. пропорционального сумме токов коллектора и базы, вычитается напряжение, пропорциональное току базы. Сигнал на выходе этого операционного усилителя адь„ватен току в нагрузке и используется в качество отрицательной обратной связи усилителя тока.

Введение в аппарат аналого-цифрового преобразователя позволяет ввести в компьютер в цифровой форме сигнал. адекватный току в нагрузке, для обеспечения автоматического и визуального контроля соответствия тока воздействия току заданному и для организации адаптивного управления параметрами тока воздействия. Плавное уменьшение тока воздействия до нуля в случае несанкционированного отключения питания достигается тем, что блок защиты содержит реле. запитанное от блока питания, один из нормально разомкнутых контактов которого соединен с выходом ЦАП, второй нормально разомкнутый контакт соединен с цепью входа усилителя тока, а также с резистором и последовательной цепью из резистора и конденсатора, соединенными с нулевой шиной; два диора, каждый из которых введен в шины питания операционных усилителей положительным и отрицательным напряжением: две последовательные цепи, каждая из которых состоит из конденсатора и диода, зашунтированного резистором, соединяющие шин ы питания операционных усилителей усилителя тока с нулевой шиной, и последовательную цепь из конденсатора и диода, зашунтированных резисторами, соединяющую шину питания транзисторной схемы с нулевой шиной.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема заявляемого аппарата, на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема блока защиты.

Аппарат (фиг. 1) содержит блок сопряжения 1, блок питания 2, блок гальванической развязки 3, цифроаналоговый 4 и аналого-цифровой преобразователи 5, блок защиты 6, усилитель тока 7, коммутатор 8 и электроды 9. Усилитель тока 7, в свою очередь. содержит первый операционный усилитель (ОУ) 10, второй операционный усилитель 11 с входными резисторами 12, 13, 14 и резистором обратной связи 15, а также, транзисторную схему, состоящую из выходного транзистора 16 с резистором 17 в цепи базы и резистором 18 в цепи эмиттера и ограничителя тока на транзисторе 1Р с резисторами 20, 21, 22.

Аппарат работает следующим образом.

Мгновенные значения тока воздействия, 2000124 сформированные в цифровых кодах компьютером 23. поступают через блок сопряжения 1 и блок гальванической развязки 3 на вход цифроаналогового преобразователя 4.

Блок сопряжения 1 согласует временные характеристики аппарата со стандартным протоколом обмена системной шины компьютера 23 и состоит из дешифратора адреса аппарата, регистров ЦАП и коммутатора, регистра состояния и мультиплексора входных данных. Блок гальванической развязки

3, выполненный, например, на транзисторных оптронах. дублирует цифровые сигналы, изолируя тем самым цепи аппарата, гальванически связанные с электродами, от электрических цепей компьютера.

С выхода ЦАП 4 электрический сигнал, соответствующий сформированным в компьютере мгновенным значением тока воздействия, подается через блок защиты 6 (фиг. 2) на вход операционного усилителя

10. На второй вход ОУ 10 подается сигнал отрицательной обратной связи, формируемый на OY 11. Их усиленная разность подается через резистор 17 на базу выходного транзистора 16, нагрузкой которого я вляются электроды 9, подключаемые к нему коммутатором 8, управляемым через блок сопряжения 1 цифровыми кодами от компьютера 23 и выполненным, например, на оптотиристорных ключах.

Токи базы и коллектора транзистора 16 протекают через эталонный резистор 18.

Падение напряжения на нем и на резисторе

17 поступают через резисторы 12, 13, 14 на дифференциальные входы ОУ 11, замкнутого отрицательной обратной связью через резистор 15. Операционный усилитель 11 вычитает из напряжения на эталонном резисторе 18 составляющую тока базы, формируя, таким образом, сигнал, пропорциональный току нагрузки (воздействия на пациента).

Операционный усилитель 10 имеет высокий коэффициент усиления, поэтому малейшее отклонение сигнала обратной связи (с выхода ОУ 11) от входного вызовет такое изменение напряжения Hà его выходе, которое, воздействуя на базу транзистора 16 и изменяя ток в нагрузке, сведет это отклонение практически к щаю. Таким образом, усилитель тока 7 обеспечивает адекватность тока воздействия сигналу на входе ОУ

10. Питание коллекторной цепи транзистора 16 ("+") осуществляется через ограничитель тока на транзисторе 19.

Сигнал с выхода ОУ 11 поступает также на вход аналого-цифрового преобразователя 5, с выхода которого. уже в цифровой форме. заводится через блок гальвачиче50

55, Конструктивно аппарат выполнен в виде платы расширения и вставляется в стандартное гнездо компьютера. Он сравнительно прост и не дорог, но, вместе с тем, обладает широкими функциональными воэможностями — обеспечиеает воэдейст5

45 ской развязки 3 и блок сопряжения 1 в компьютер 23, Блок питания 2 работает от постоянного тока, подаваемого на него с компьютера через блок сопряжения 1, и включается автоматически. Напряжения на

его выходе и нулевая шина изолированы от электрических цепей компьютера.

Блок защиты 6(фиг. 2) содержит реле 24. запитанное от блока питания 2, с нормально разомкнутыми контактами 25, 26; резистор

27 и последовательную цепь из резистора

28 и конденсатора 29, соединяющие контакт

26 с нулевой шиной; диоды 30 и 31 в цепях питания операционных усилителей; последовательную цепь иэ конденсатора 32 и диода 33, зашунтированного резистором 34, и аналогичную цепь из конденсатора 35, диода 36 и резистора 37, соединяющие цепи питания ОУ усилителя тока ("а", "Ь") с нулевой шиной; последовательную цепь иэ конденсатора 38 и диода 39, зашунтированных резисторами 40 и 41, соединяющую цепь питания транзисторной схемы ("+") с нулевой шиной.

Блок защиты 6 (фиг, 2) работает следующим образом. Во время работы аппарата реле 24 находится под током. его контакты

25 и 26 замкнуты и подают входной сигнал от ЦАП 4 на вход усилителя тока 7. Конденсатор 29 заряжается через резистор 28 до среднего значения входного сигнала. В случае отключения питания реле 24 обесточивается, контакты 25 и 26 размыкаются и отключают усилитель тока от ЦАП 4. Конденсатор 29 начинает разряжаться через резисторы 28 и 27 и падение напряжения на последнем, сопротивление которого существенно больше, чем у резистора 28, спадающее до 0 по экспоненциальному закону, становится входным сигналом для усилителя тока 7.

Работа транзисторной схемы и ОУ 10 и

11 на время плавного уменьшения тока воздействия до нуля обеспечивается энергией, накопленной конденсаторами 32, 35 и 38.

Заряжаются они через резисторы 34, 37 и

41, чтобы не создавать черезмерно большую нагрузку для блока питания при его включении, а разряжаются, питая усилитель тока, через диоды 33, 36 и 39. Диоды 30 и 31 отсекают все ОУ аппарата, кроме ОУ 10 и 11, от конденсаторов 32 и 35. Резистор 40 разряжает конденсатор 38 после нормального выключения блока питания.

2000124

10

35

45 вие на пациента током в широкой полосе рабочих частот (в т,ч. постоянным током) и практически любой формы, программное и адаптивное управление параметрами тока воздействия и переключением электродов, автоматический и визуальный контроль соответствия тока воздействия току заданному, Аппарат отвечает требованиям по электробезопасности для приборов медицинской техники и гарантирует комфортный режим воздействия на пациента.

Формула изобретения

1. Электротерапевтический аппарат, содержащий блок управления. связанный с блоком сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, входом питания соединенный с выходом блока питания, электроды, усилитель тока с отрицательной обратной связью, включающий операционный усилитель, первый транзистор, эмиттер которого соединен с нулевой шиной через эталонный резистор, второй транзистор и три резистора, отличающийся тем, что в него введены коммутатор, управляющие входы которого соединены с выходами блока сопряжения, а каждый из выходов — с соответ. ствующим электродом, блок гальванической развязки, связанный с блоком сопряжения, аналого-цифровой преобразователь, выходами соединенный с входами блока гальванической развязки, блок защиты. вход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с выходами блока гальванической развязки, а в усилитель тока дополнительно введены с четвертого по восьмой резисторы, второй операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен через первый и второй резисторы с базой и эмиттером первого транзистора соответственно, инвертирующий вход через третий резистор— с собственным выходом. а через четвертый резистор — с выходом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к первому выходу блока защиты, а инвертирующий вход — к выходу второго операционного усилителя и к входу аналого-цифрового преобразователя, пятый резистор, включенный между выходом первого операционного усилителя и базой первого транзистора, коллектор которого соединен с первым информационным входом коммутатора, вторым информационным входом подключенного к коллектору второго транзистора. эмиттер которого соединен через шестой резистор с вторым выходом блока защиты, а база — со средней точкой делителя седьмого и восьмого резисторов, включенного между вторым выходом блока защиты и нулевой шиной, при этом выход блока питания соединен шиной питания с входами питания коммутатора, аналогоцифрового преобразователя, блока гальванической развязки и блока защиты, третий и четвертый выходы которого подключены к входам питания операционных усилителей положительного и отрицательного напряжений соответственно, а управляющий вход блока питания соединен через блок сопряжения с соответствующим выходом блока управления.

2. Аппарат по и. 1, отличающийся тем, что блок защиты содержит реле, включенное между выходом блока питания и нулевой шиной, первый контакт которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй контакт — с первым входом усилителя тока, а также через введенные девятый резистор и последовательно соединенные десятый резистор и первый конденсатор — с нулевой шиной, первый и второй диоды, включенные в цепи питания операционных усилителей положительного и отрицательного напряжений соответственно, каждая из которых соединена также с нулевой шиной через последовательно соединенные третий диод и второй конденсатор и четвертый диод и третий конденсатор соответственно, цепь питания транзисторов усилителя тока соединена через последовательно соединенные пятый диод и четвертый конденсатор с нулевой шиной, при этом третий, четвертый, пятый диоды и четвертый конденсатор зашунтированы соответственно одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым и четырнадцатым резисторами.

2000124

2000124

Г6 ! !

Составитель А, Альмухамедов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M. Демчик

Редактор С. Окина

Закаэ 3055

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

I