Устройство для низкочастотной физиотерапии

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии. Изобретение расширяет область применения устройства при одновременном повышении эффективности и безопасности лечебного воздействия на пациента. Устройство включает формирователь сигналов, ШИМ-модулятор и n выходных каналов, коммутатор каналов, инвертор, избирательный фильтр, трансформатор тока, n электромагнитных реле, преобразователь напряжений постоянного тока и две входные клеммы напряжения постоянного тока. Формирователь сигналов выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, при этом первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый вход формирователя сигналов соединен с первым выходом ШИМ-модулятора, а второй - через информационную шину с входом коммутатора каналов, выход ШИМ-модулятора через последовательно соединенные инвертор и избирательный фильтр связан с входом трансформатора тока, первый (силовой) выход которого соединен одновременно с подвижными контактами n электромагнитных реле, неподвижные контакты которых соединены соответственно с n выходными клеммами, n выходов коммутатора каналов подключены соответственно к обмоткам n электромагнитных реле, второй (управляющий) выход трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора, первая входная клемма напряжения постоянного тока соединена одновременно с третьим входом ШИМ-модулятора и входом преобразователя напряжений постоянного тока, а вторая - является общей шиной, первый вход преобразователя напряжений постоянного тока соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора. Устройство позволяет сократить мощность, потребляемую n выходными каналами, с возможностью одновременного контроля токов пациента во всех n каналах и повышения комфортности лечебной процедуры для пациента. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии.

Известно изобретение [1], на основе которого выполнены промышленные приборы для низкочастотной (НЧ) физиотерапии "Амплипульс - 5" [2] и "Амплипульс - 6" [3]. Устройство [1] по своему назначению является аналогом предлагаемого устройства. Однако его реализация громоздка, потребление электроэнергии в нем велико, а управление режимами работы и параметрами выходного сигнала в основном ручное. Помимо того, при необходимости изменения режимов работы (т. е. ввода новых или замены на новые) и пределов управления параметрами выходных сигналов необходима схемно-конструктивная переработка устройства. Наличие в устройстве, которое является лечебным прибором, напряжения сети 220В, 50 Гц снижает электробезопасность прибора. Во всем этом легко убедиться при рассмотрении технической документации на промышленные приборы "Амплипульс - 5" и "Амплипульс - 6" [2,3].

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство [4], представляющее собой многоканальный электростимулятор. Оно ближе других к заявляемому устройству по комплексности воздействия на пациента (имеет n выходных каналов), по наличию автоматического управления параметрами сигналов-стимулов и по использованию принципа широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Устройство [4] содержит задатчик закона модуляции, последовательно соединенные модулятор, генератор и n выходных каскадов с электродами. Задатчик закона модуляции включает ШИМ-модулятор и подключенные к его входам задатчик программы модуляции и одновибратор, вход которого соединен с выходом ШИМ-модулятора.

Выход ШИМ-модулятора подключен к входу модулятора, два выхода которого подключены к двум входам генератора, выход которого подключен одновременно к входам n выходных каскадов, которые представляют собой формирователи фарадических импульсов.

Недостатки устройства - прототипа [4] состоят в следующем: 1. Его назначение ограничено применением "для профилактики последствий ограниченной подвижности".

2. В устройстве используется единый импульс, снимаемый одновременно со всех n каналов. Это не позволяет проводить высокоэффективную физиотерапию с поочередным воздействием токами различной величины на различные участки тела пациента, что существенно в травматологии, невропатологии, хирургии и спортивной медицине.

3. Питание устройства сетевым напряжением переменного тока (≈ 220В, 50Гц) и присутствие этого опасного для жизни человека напряжения внутри устройства снижают безопасность лечебного воздействия на пациента.

4. Мощность, потребляемая от сети питания, завышена из-за одновременной работы всех выходных каналов.

5. В устройстве отсутствует блок индикации для непрерывного контроля величин токов пациента.

6. В качестве сигналов-стимулов используются прямоугольные импульсы тока, что не обеспечивает "мягкого" (комфортного) лечебного воздействия на пациента.

Целью изобретения является расширение области применения устройства при одновременном повышении эффективности и безопасности лечебного воздействия на пациента.

Устройство для низкочастотной физиотерапии включает формирователь сигналов, ШИМ-модулятор и n выходных каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для низкочастотной физиотерапии введены коммутатор каналов, инвертор, избирательный фильтр, трансформатор тока, n электромагнитных реле, преобразователь напряжений постоянного тока и две входные клеммы напряжения постоянного тока, ШИМ-модулятор включен вне формирователя сигналов, который выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, при этом первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый выход формирователя сигналов соединен с первым входом ШИМ-модулятора, а второй - через информационную шину с входом коммутатора каналов, выход ШИМ-модулятора через последовательно соединенные инвертор и избирательный фильтр связан с входом трансформатора тока, первый (силовой) выход которого соединен одновременно с подвижными контактами n электромагнитных реле, неподвижные контакты которых соединены соответственно с n выходными клеммами, n выходов коммутатора каналов подключены соответственно к обмоткам n электромагнитных реле, второй (управляющий) выход трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора, первая входная клемма напряжения постоянного тока соединена одновременно с третьим входом ШИМ-модулятора и входом преобразователя напряжений постоянного тока, а вторая является общей шиной, первый выход преобразователя напряжений постоянного тока соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа структурой, функциональными связями, новыми блоками, включением ШИМ-модулятора и построением формирователя сигналов. К новым блокам относятся коммутатор каналов, инвертор, избирательный фильтр, трансформатор тока, n электромагнитных реле, преобразователь напряжений постоянного тока, две входные клеммы напряжения постоянного тока.

В связи с вышеизложенным заявляемое устройство соответствует критерию "НОВИЗНА".

Вновь введенная совокупность признаков существенна, т.к. позволяет расширить область применения устройства и повысить эффективность и безопасность лечебного воздействия на пациента. Помимо того, мощность, потребляемая выходными каскадами в заявляемом устройстве значительно ниже, чем в устройстве-прототипе за счет электронной коммутации каналов; синусоидальная форма сигнала-стимула (вместо прямоугольно-импульсной) обеспечивает комфортность процедуры для пациента, а наличие блока цифровой индикации обеспечивает наглядный непрерывный контроль токов пациента во всех n каналах.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. оно для специалистов медицинской техники явным образом не следует из уровня современной российской и зарубежной медицинской техники.

Заявляемое, техническое решение "промышленно применимо", т. к. оно рассчитано на широкое применение в медицинской практике, а изготовление соответствующего устройства предполагается на элементной базе, освоенной промышленностью.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства и приняты следующие обозначения: 1 - формирователь сигналов; 2 - ШИМ-модулятор; 3 - инвертор; 4 - избирательный фильтр (ИФ); 5.1 - выходная клемма первого канала; 5.2, 5.3, 5.4(n) - выходные клеммы второго, третьего и четвертого (n-го) каналов; 6 - -входные клеммы напряжения постоянного тока; 7 - преобразователь напряжений постоянного тока;
8 - блок цифровой индикации (БЦИ);
9 - блок клавиатуры (Бкл);
10 - контроллер;
11 - коммутатор каналов;
12 - трансформатор тока (ТТ)
13.1, 13.2, 13.3, 13.4 (n) - электромагнитные реле первого второго, третьего, четвертого (n-го) каналов.

На чертеже силовые связи между блоками выполнены толстыми линиями, управляющие связи - тонкими линиями, а информационные шины - фигурными линиями.

Ток подводится к выходным клеммам поочередно, а величина тока в каждом канале в общем случае различна, устанавливается в блоке клавиатуры и контролируется блоком цифровой индикации индивидуально. При необходимости изменения набора режимов работы или параметров выходных сигналов, устанавливаемых с помощью Бкл, достаточно перепрограммировать контроллер 10, не изменяя конструкции устройства.

Ниже рассматривается практическая реализация заявляемого устройства.

Формирователь 1 сигналов содержит блок 8 цифровой индикации (БЦИ), блок 9 клавиатуры (Бкл) и контроллер 10. Контроллер выполнен на микроЭВМ типа P80C51BH, а отладка программы проведена на микроЭВМ типа D87C51. БЦИ выполнен на жидкокристаллическом индикаторе типа ИЖЦ 14-4/7, Бкл - в виде стандартного моноблока "3х4" (см. N 709840 в каталоге немецкой фирмы "CONRAD" за 1995 г). Преобразование цифровой информации в аналоговую форму на выходе контроллера осуществлено при помощи микросхемы ЦАП типа К572ПА1. ШИМ-модулятор 2 выполнен на микросхеме типа КР1114ЕУ1 в стандартном включении (см. кн. "Микросхемы интегральные", РНИИ "Электронстандарт", 1993 г). Выходной каскад ШИМ-модулятора выполнен в виде однотактного преобразователя с DLC-фильтром (см. кн. В.С. Моина "Стабилизированные транзисторные преобразователи". М.: - Энергоатомиздат. 1986 г, с. 121, рис. 4.3.а). Инвертор 3 выполнен в виде двухтактного преобразователя с трансформаторным разделением цепей типа "2p" (см. указанную кн. В.С. Моина, с. 148, рис. 4.15 а). Напряжение питания инвертора поступает с выхода ШИМ-модулятора, а тактовые импульсы - с формирователя 1 сигналов. Избирательный фильтр 4 выполнен в виде последовательного LC - контура с нагрузкой, включенной параллельно конденсатору. Преобразователь 7 напряжений постоянного тока выполнен по той же схеме, что и инвертор 3, с той лишь разницей, что напряжение питания преобразователя 7 постоянное, а мощность преобразования в блоке 7 значительно ниже, чем в инверторе 3.

Коммутатор 11 каналов выполнен на микросхеме 1533ИД7, имеющей 4 выходные шины. На входе коммутатора действуют кодовые комбинации "00", "01", "10", "11", поступающие от формирователя 1 сигналов (число кодовых комбинаций равно числу каналов n).

Предлагаемое устройство для НЧ физиотерапии работает следующим образом.

При включении питающего напряжения постоянного тока (получаемого в отдельном преобразователе переменного тока в постоянный, который не показан на чертеже указанное напряжение через клеммы 6 поступает на силовые входы ШИМ-модулятора 2 и ПНПТ 7. Практически одновременно с выходов ПНПТ на формирователь 1 сигналов и ШИМ-модулятор 2 начинают поступать служебные напряжения питания цепей управления в этих блоках. В результате этого на силовых шинах (начиная с выхода блока 2) устанавливается исходный сигнал, обеспечивающий нуль тока и напряжения на выходных клеммах 5. При этом блок 8 цифровой индикации показывает только нули. Это состояние сохраняется до тех пор, пока оператор не приступит к набору в блоке 9 комбинации цифр, соответствующей заданному характеру изменения тока пациента (частота модуляции, глубина модуляции, величина тока и др.). Оператор набирает n значений тока для каждого из n каналов. По окончании процедуры набора БЦИ показывает одновременно n значений тока пациента. При этом на выходных клеммах 5 ток и напряжение по-прежнему равны нулю и только при нажатии оператором кнопки "ПУСК" (в блоке 9) начинается медленное нарастание напряжения на выходе формирователя 1, необходимое для увеличения сигнала на выходной силовой шине ШИМ-модулятора 2 и на входной силовой шине инвертора 3 до заданного уровня. Одновременно начинается медленное нарастание напряжения прямоугольной формы несущей частоты на выходе инвертора 3. На выходе избирательного фильтра 4 начинает расти напряжение уже синусоидальной формы несущей частоты, модулированное в соответствии с заданной комбинацией цифр. Это же напряжение появляется и на выходной клемме 5.1, поскольку трансформатор 12 тока не изменяет величину и форму напряжения, действующего на его входе. На остальных выходных клеммах (5.2, 5.3 и 5.4) напряжение отсутствует, т.к. на обмотках всех электромагнитных реле, кроме первого, действуют запрещающие потенциалы коммутатора 11 каналов. Напряжение обратной связи с управляющего выхода трансформатора 12 поступает на один из двух дифференциальных входов ШИМ-модулятора 2, где происходит сравнение этого напряжения с другим управляющим напряжением, поступающим на второй дифференциальный вход в виде кода. Результат этого сравнения определяет направление изменения выходного напряжения ШИМ-модулятора, а значит и выходного тока на клемме 5.1. Таким образом, обеспечивается идентичность форм сигнала управления и выходного сигнала.

После смены кодовой комбинации с "00" на "01" (на входе коммутатора 11 каналов) на выходе коммутатора появляется управляющий сигнал, выключающий реле 13.1 и включающий реле 3.2, после чего выходной сигнал появляется только на клемме 5.2 и т.д.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства для НЧ физиотерапии состоит в расширении области применения, повышении эффективности и безопасности лечебного воздействия на пациента, а также в снижении мощности, потребляемой n выходными каналами, в возможности контроля токов пациента одновременно во всех n каналах и в повышении комфортности лечебной процедуры для пациента.

Источники информации
1. "Устройство для низкочастотной физиотерапии". А.В. Васильев, а.с. N 1.769.895, кл. A 61 N 1/36, Б.И. N 39, 1992.

2. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-5". Паспорт 2893063. Внешторгиздат, 1994.

3. Аппарат низкочастотной физиотерапии "Амплипульс-6". Паспорт УИВР 941519 001ПС. 1995.

4. "Многоканальный электростимулятор". И.А. Седаков, а.с. N 1.250.308, кл. A 61 N 1/36, Б.И. N 30, 1986.

Формула изобретения

Устройство для низкочастотной физиотерапии, включающее формирователь сигналов, ШИМ-модулятор и n выходных каналов, отличающееся тем, что в него введены коммутатор каналов, инвертор, избирательный фильтр, трансформатор тока, n электромагнитных реле, преобразователь напряжений постоянного тока и две входные клеммы напряжения постоянного тока, ШИМ-модулятор включен вне формирователя сигналов, который выполнен на основе контроллера, блока цифровой индикации и блока клавиатуры, при этом первый и второй выходы контроллера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигналов, третий выход контроллера через информационную шину связан с входом блока цифровой индикации, а вход контроллера через другую информационную шину связан с выходом блока клавиатуры, первый выход формирователя сигналов соединен с первым входом ШИМ-модулятора, а второй через информационную шину - с входом коммутатора каналов, выход ШИМ-модулятора через последовательно соединенные инвертор и избирательный фильтр связан с входом трансформатора тока, первый (силовой) выход которого соединен одновременно с подвижными контактами n электромагнитных реле, неподвижные контакты которых соединены соответственно с n выходными клеммами, n выходов коммутатора каналов подключены соответственно к обмоткам n электромагнитных реле, второй (управляющий) выход трансформатора тока соединен с четвертым входом ШИМ-модулятора, первая входная клемма напряжения постоянного тока соединена одновременно с третьим входом ШИМ-модулятора и входом преобразователя напряжений постоянного тока, а вторая является общей шиной, первый выход преобразователя напряжений постоянного тока соединен с входом формирователя сигналов, а второй - с вторым входом ШИМ-модулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1