Устройство для магнитной стимуляции

 

Устройство относится к медицинской технике и может найти применение при функциональной диагностике поражений нервной системы. Устройство содержит блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, и силовой тиристор с магнитным индуктором. К выходу силового конденсатора подключены делитель напряжения и силовой тиристор, к управляющему входу силового тиристора подключен драйвер, при этом датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к драйверу, соединенному с блоком управления, первым и вторым датчиком напряжения. Командоаппарат подключен к блоку управления. Использование устройства позволяет повысить энергетические показатели магнитного стимулятора за счет формирования закона управления, при котором потребляемый ток пропорционален питающему напряжению, что улучшает коэффициент мощности и увеличивает точность поддержания заданных параметров магнитного импульса. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, используемой при диагностике центральных и периферических вегетативных расстройств.

Магнитные стимуляторы широко применяются для безболезненных и неинвазивных воздействий на глубинные области головного (в том числе транскраниально на моторные зоны коры) и спинного мозга с целью определения параметров проведения возбуждения по центральным структурам путем последующего съема информации с различных датчиков и анализа продолжительности латентного периода, скорости проведения и других параметров.

Известно устройство для лечения заболеваний зрительного тракта [1], содержащее корпус, в котором размещен связанный с приводом углового перемещения постоянный магнит, пружину и магнитный тормоз, экран полюса постоянного магнита, поочередно устанавливаемый на одном из полюсов магнита и жестко сопряженный с ним, а также блок формирования импульса, управляющего приводом. Повышение эффективности воздействия и сокращение сроков лечения зрительного тракта за счет генерирования в области воздействия импульсов магнитного поля только одной полярности и близкой к несимметричной пилообразной форме способствует усилению функций возбудимости и проводимости. Устройство выполняет свои основные функции, но имеет в своем составе сложный электромеханический узел, что снижает надежность его работы.

Известно устройство электромагнитного регионального однокомпонентного стимулятора [2] , содержащее генератор биполярных электрических импульсов, который создает с помощью катушки индуктивности импульсы магнитного поля противоположной полярности, при этом переход от импульса одной полярности к импульсу противоположной полярности сопровождается звуковым сигналом, который создает электроакустический преобразователь. Устройство применяется для физиотерапии, но не может быть использовано для целей диагностики, поскольку форма выходных импульсов не соответствует общепринятой.

Существует магнитный стимулятор для лечения двигательного тракта [3], содержащий корпус с шарнирно закрепленной на нем парой подвижных опор с размещенными на их поверхностях в рамках, ограниченных проекциями кисти правой и левой руки, соответственно, излучателями переменного электрического или магнитного поля инфранизких частот, инфракрасного, сверхвысокочастотного и крайневысокочастотного излучения, причем сверхвысокочастотные излучатели установлены на несущем элементе, размещенном в области проекции на одной из опор, а крайневысокочастотные излучатели размещены в области проекции ладони на противоположной опоре. Излучатели соединены с выходами блока управления, расположенного в корпусе. Устройство может быть использовано в исследовательских, профилактических и лечебных целях, но не имеет возможности поддержания заданных параметров электрического или магнитного стимулов.

Наиболее близким техническим решением является устройство [4], содержащее блок питания, вырабатывающий постоянное нерегулируемое напряжение, силовой транзистор, подключенный к первичной обмотке импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором. Предложенный авторами вариант выполнения устройства при своей работоспособности обладает некоторыми недостатками. Так, энергетические показатели прибора в виде коэффициента мощности достаточно низки, поскольку в процессе заряда емкости напряжение и ток не согласуются друг с другом. Кроме того, устройство не контролирует напряжение на силовой емкости, что снижает его точность.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении энергетических показателей магнитного стимулятора и в увеличении точности устройства.

Такой результат достигается за счет того, что устройство для магнитной стимуляции имеет блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, и силовой тиристор с магнитным индуктором, при этом к выходу силового конденсатора подключены делитель напряжения и силовой тиристор, к управляющему входу силового транзистора подключен драйвер, датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый вход последнего соединен с выходом делителя напряжения, третий вход драйвера подключен к первому датчику напряжения, вход которого соединен с силовым транзистором, а четвертый вход драйвера соединен с выходом второго датчика напряжения, командоаппарат соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом силового тиристора, и второй датчик напряжения связан с первичной обмоткой импульсного трансформатора.

Действие стимулятора основано на воздействии магнитного поля на центральные узлы головного или спинного мозга и получение ответной реакции с помощью специальных датчиков, размещенных на ладонях или стопах. Круглая катушка стимулятора располагается контрлатерально над зоной проекции моторной коры с учетом направления тока, протекающего в катушке. При отведении с мышц кисти необходимо обеспечить протекание тока через стимулируемое полушарие в окципито-фронтальном направлении; для этого центр круглой катушки располагается так, чтобы ток раздражения шел в направлении часовой стрелки (глядя сверху) для правой руки и наоборот - для левой. При исследовании мышц стопы данные закономерности не всегда верны, обнаруживается значительная индивидуальная вариабельность.

Регистрацию мышечного ответа допустимо проводить как с помощью поверхностных, так и концентрических игольчатых отводящих электродов Электромиографические ответы, полученные при магнитной стимуляции, имеют большую (на 1-2 мс) латентность, чем аналогичные реакции на транскраниальную электростимуляцию. В эксперименте доказано, что разность латенций связана с особенностями воздействия магнитного поля на нейрональные структуры. При электростимуляции мотонейроны активизируются в проекции аксонального бугорка, возбуждаются также аксоны в белом веществе, поэтому эффективность стимуляции и характеристики мышечного ответа зависят от спинального проведения и возбудимости мотонейронов на уровне передних рогов. Магнитный стимулятор воздействует преимущественно на тела центральных мотонейронов, поэтому на параметры вызванного ответа дополнительно влияют возбудимость корковых мотонейронов и состояние аксонов пирамидного пути.

В литературе отсутствуют сообщения о патоморфологических изменениях в стимулируемых тканях при использовании магнитной стимуляции. Противопоказания обусловлены потенциальной возможностью осложнений у больных после внутричерепных хирургических вмешательств (особенно связанных с установкой металлических клипс), у пациентов, имеющих в анамнезе судорожные пароксизмы, и больных, носящих биомедицинские приборы (например, сердечный пейсмейкер).

На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство состоит из блока питания 1, преобразующего переменное напряжение сети в постоянное, подающееся через силовой транзистор 2 к первичной обмотке импульсного трансформатора 3, вторичная обмотка которого через выходной диод 4 соединена с силовым конденсатором 5. К выходу силового конденсатора 5 подключается делитель напряжения 6 и силовой тиристор 7. Силовой тиристор 7 соединяет силовой конденсатор 5 с магнитным индуктором 8, выполняющим роль источника магнитного поля и представляющим собой катушку индуктивности, намотанную внутри защитного изоляционного кожуха. К управляющему входу силового транзистора 2 подключен драйвер 9, получающий информацию по первому входу от датчика тока 10, по второму входу от первого выхода блока управления 11, первый вход которого соединен с выходом делителя 6, по третьему входу от первого датчика напряжения 12, вход которого подключен ко входу силового транзистора 2. Датчик тока 10 в свою очередь соединен с выходом силового транзистора 2. Ручное управление на второй вход блока управления 11 поступает от командоаппарата 13. Второй датчик напряжения 14 подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 3, выход второго датчика напряжения 14 соединен с четвертым входом драйвера 9. Кроме этого второй выход блока управления 11 подключен к управляющему входу силового тиристора 7.

Устройство работает следующим образом. После подключения к сети блок питания 1, служащий для зарядки силового конденсатора 5, подает выпрямленное напряжение на силовой транзистор 2. Первый датчик напряжения 12 формирует на своем выходе сигнал присутствия напряжения питания, который, поступая на третий вход драйвера 9, готовит его к работе. До поступления управляющих сигналов силовой транзистор 2 закрыт и заряда силовой емкости 5 не происходит.

При подаче от командоаппарата 13 сигнала подготовки на второй вход блока управления 11 этот блок через свой первый выход формирует разрешающий сигнал на втором входе драйвера 9, который в свою очередь подает сигнал открытия на силовой транзистор 2. Силовой транзистор 2 открывается, подключая постоянное напряжение с блока питания 1 к первичной обмотке импульсного трансформатора 3.

Одновременно с этим датчик тока 10 формирует на первом входе драйвера 9 сигнал, пропорциональный величине тока в первичной обмотке импульсного трансформатора 3. Этот сигнал сравнивается с сигналом от первого датчика напряжения 12 и в момент равенства этих напряжений драйвер 9 через управляющий вход силового транзистора 2 закрывает последний, что приводит к прерыванию тока первичной обмотки импульсного трансформатора 3. После этого напряжение, повышенное до нескольких киловольт, поступает от вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 на выходной диод 4 и силовой конденсатор 5. Накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия начинает "разряжаться" через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его. Благодаря сравнению сигнала датчика тока 10 с сигналом от первого датчика напряжения 12, потребляемый силовой схемой из сети ток пропорционален входному напряжению. Это корректирует коэффициент мощности устройства и позволяет получить улучшенные энергетические показатели.

Пока накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия "разряжается" через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его, на втором датчике напряжения 14 присутствует сигнал, который поступает на третий вход драйвера 9, удерживая его в выключенном состоянии.

Как только вся энергия импульсного трансформатора 3 перейдет в силовой конденсатор 5, второй датчик напряжения 14 укажет на снижение сигнала, напряжение на четвертом входе драйвера 9 упадет, драйвер 9 включится и цикл повторится сначала уже без подачи ручного сигнала от командоаппарата 13.

Величина напряжения, до которого заряжается силовой конденсатор 5, контролируется делителем напряжения 6, задача которого - служить датчиком, прекращающим процесс заряда силового конденсатора 5 после достижения заданной величины напряжения. Прекращение заряда осуществляется путем подачи на первый вход блока управления 11 сигнала запрета с делителя напряжения 6. При этом блок управления 11 через свой первый выход формирует запрещающий сигнал на втором входе драйвера 9.

При подаче от командоаппарата 13 на второй вход блока управления 11 сигнала на разряд силового конденсатора 5, на втором выходе блока управления 11 появляется напряжение, поступающее на управляющий вход силового тиристора 7, который открывается и соединяет ранее заряженный силовой конденсатор 5 с магнитным индуктором 8. Происходит разряд силового конденсатора 5 через обмотку катушки магнитного индуктора 8, вокруг катушки образуется магнитное поле заданной величины, воздействующее на выбранные исследователем зоны коры головного мозга. После разряда и закрытия силового тиристора 7 начинается процесс заряда силового конденсатора 5 по алгоритму, представленному выше.

Пример 1. В клинической нейрофизиологии для пациента А. устройство магнитной стимуляции применялось по методике измерения времени центрального моторного проведения (Central Motor Conduction Time (CMCT)), характеризующего функциональное состояние кортикоспинального пути. Параметр вычислялся как разность латентностей М-ответов, полученных при стимуляции моторной коры и передних корешков спинного мозга (для кисти - на уровне остистого отростка С7-Т1, для стопы - Li-позвонка).

Регистрацию мышечного ответа проводили как с помощью поверхностных, так и концентрических игольчатых отводящих электродов. При расчете CMCT учитывали, что при формальном определении разности латенций "в составе" CMCT содержатся спинальная синаптическая задержка (около 1 мс) и время проведения возбуждения по проксимальному отрезку передних корешков (0.3 мс). Поэтому истинное CMCT, характеризующее проведение собственно по кортикоспинальному пути, несколько меньше расчетного.

Пример 2. Магнитный стимулятор применялся для изучения скорости распространения возбуждения по моторным волокнам периферических нервов (СРВм) пациента В. при стимуляции их в проксимальных сегментах, где нервные стволы залегают достаточно глубоко. Результаты диагностических исследований позволили определить нарушения нервной системы без использования инвазивных методов.

Пример 3. Применение магнитного стимулятора при обследовании пациента С. на предмет диагностики различных форм демиелинизирующих поражений ЦНС (удлинение латентного времени за счет снижения скорости проведения возбуждения по нервным волокнам большого диаметра, наиболее богатым миелином) позволило безболезненно выявить степень поражения вертеброгенного характера проксимального (корешкового) сегмента периферических нервов.

Предлагаемое устройство позволяет повысить энергетические показатели магнитного стимулятора путем формирования закона управления, при котором потребляемый ток пропорционален питающему напряжению, что улучшает коэффициент мощности, и увеличить точность поддержания заданных параметров магнитного импульса, поскольку выходное напряжение силового конденсатора измеряется делителем напряжения и участвует в формировании закона управления магнитным потоком индуктора.

Источники информации 1. Патент Российской Федерации 2058127. Устройство для лечения заболеваний зрительного тракта. Линник Л.Ф., Антропов Г.М., Арнаутов Л.Н., Стромаков А. П. , Болдышева И.А., Лившиц Н. Информационный бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки".

2. Заявка Российской Федерации. Электромагнитный региональный однокомпонентный стимулятор. Земсков Б. Г. , Артемов Б.В. Информационный бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки".

3. Патент Российской Федерации 2074684. Магнитный стимулятор для лечения двигательного тракта. Шлыгин В.В., Линник Л.Ф., Максимов Г.В., Ипполитов В. В. Информационный бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки".

4. Булатов О. Г. и др. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии. О.Г.Булатов, B.C. Иванов, Д.И. Панфилов. - М.: Радио и связь, 1986 (стр.44, 45, рис.3.3а).

Формула изобретения

Устройство для магнитной стимуляции, включающее блок питания, соединенный через силовой транзистор с первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через выходной диод соединена с силовым конденсатором, и силовой тиристор с магнитным индуктором, отличающееся тем, что к выходу силового конденсатора подключены делитель напряжения и силовой тиристор, к управляющему входу силового транзистора подключен драйвер, при этом датчик тока, соединенный с силовым транзистором, своим выходом подключен к первому входу драйвера, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый вход последнего соединен с выходом делителя напряжения, третий вход драйвера подключен к первому датчику напряжения, вход которого соединен с силовым транзистором, а четвертый вход драйвера соединен с выходом второго датчика напряжения, командоаппарат соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом силового тиристора и второй датчик напряжения связан с первичной обмоткой импульсного трансформатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1