RU2020980C1

RU2020980C1 - Electrostimulator

Info

Publication number: RU2020980C1
Authority: RU
Inventors: С.Н. Даровских; Д.К. Сафин; М.И. Хаютин; С.М. Бурнин; В.Т. Митрофанов; Ю.И. Петров; О.В. Пустозеров
Original assignee: Даровских Станислав Никифорович; Сафин Даян Катипович; Хаютин Михаил Израилевич; Бурнин Сергей Михайлович; Митрофанов Виктор Тимофеевич; Петров Юрий Иосифович; Пустозеров Олег Владимирович
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: device permits to generate electric signals in frequency bend of 20-20000 Hz, which have to be multifrequency combinations of discrete components of frequency-modulated sequences. Electrostimulator has three generators with frequencies changing in time, two frequency modulators, two master oscillators, the third frequency modulator and the third master oscillator, control unit and amplifier. EFFECT: improved efficiency of treatment. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для восстановительного лечения и направленной тренировки нервно-мышечного аппарата. The invention relates to medicine and can be used for rehabilitation treatment and targeted training of the neuromuscular system.

Целью изобретения является повышение эффективности лечения путем уменьшения адаптации пациента. The aim of the invention is to increase the effectiveness of treatment by reducing the adaptation of the patient.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, вырабатываемых составными элементами блок-схемы; на фиг.3 - временная диаграмма тока I(t), иллюстрирующая структуру дискретного составного сигнала с одновременной амплитудной и частотной модуляцией. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; figure 2 is a timing diagram of the stresses generated by the constituent elements of a block diagram; figure 3 is a timing diagram of the current I (t), illustrating the structure of a discrete composite signal with simultaneous amplitude and frequency modulation.

Устройство для электрической стимуляции органов и тканей содержит первый 1, второй 2 и третий 3 генераторы с изменяющимися во времени частотами, каждый из которых образован последовательно соединенными первым частотным модулятором 4 и первым задающим генератором 5, вторым частотным модулятором 6 и вторым задающим генератором 7, третьим частотным модулятором 8 и третьим задающим генератором 9. The device for electrical stimulation of organs and tissues contains the first 1, second 2 and third 3 generators with time-varying frequencies, each of which is formed in series by the first frequency modulator 4 and the first master oscillator 5, the second frequency modulator 6 and the second master oscillator 7, the third frequency modulator 8 and the third master oscillator 9.

Блок управления 10 устройства выполнен в виде коммутатора 11, псевдослучайного импульсного генератора 12 и пульта управления режимом 13. Один из управляющих выходов пульта управления режимом 13 подключен к входу псевдослучайного импульсного генератора 12, выход которого связан с управляющим входом коммутатора 11. Коммутируемые входы коммутатора 11 соединены с выходами генераторов 1, 2, 3 с изменяющимися во времени частотами. The control unit 10 of the device is made in the form of a switch 11, a pseudo-random pulse generator 12 and a mode control panel 13. One of the control outputs of the mode 13 control panel is connected to the input of the pseudo-random pulse generator 12, the output of which is connected to the control input of the switch 11. The switched inputs of the switch 11 are connected with the outputs of the generators 1, 2, 3 with time-varying frequencies.

Управляемые входы генераторов 1, 2, 3 электрически связаны с выходами пульта управления режимом 13. The controlled inputs of the generators 1, 2, 3 are electrically connected with the outputs of the control panel mode 13.

Устройство содержит также усилитель 14, управляемый вход которого электрически связан с выходом пульта управления режимом 13. Вход усилителя 14 связан с выходом коммутатора 11, а выход усилителя 14 последовательно через измеритель тока (миллиамперметр) 15 подключается к электродам пациента ("пациент"). The device also contains an amplifier 14, the controlled input of which is electrically connected to the output of the mode control panel 13. The input of the amplifier 14 is connected to the output of the switch 11, and the output of the amplifier 14 is connected in series through a current meter (milliammeter) 15 to the patient’s electrodes (“patient”).

Устройство для электрической стимуляции органов и тканей работает следующим образом. Тактовые импульсы U₁, вырабатываемые генератором тактовых импульсов, входящим в состав псевдослучайного импульсного генератора 12, и следующие с периодом τ_i
τ_i = (0,01÷1) с, который задается с пульта управления режимом 13, поступают на вход схемы формирования псевдослучайной последовательности импульсов.A device for electrical stimulation of organs and tissues works as follows. Clock pulses U ₁ generated by the clock generator, which is part of the pseudo-random pulse generator 12, and the following with a period τ _i
τ _i = (0,01 ÷ 1) s, which is set from the control panel mode 13, are fed to the input circuit of the formation of a pseudo-random sequence of pulses.

Период следования τ_i тактовых импульсов U₁ определяет длительность импульсов выходного напряжения U₂ псевдослучайного импульсного генератора 12. Напряжение U₂ имеет вид псевдослучайной последовательности прямоугольных импульсов высокого и низкого уровня (последовательности двоичных знаков - "единиц" и "нулей" соответственно) с длительностью каждого импульса, равной или кратной периоду τ_i .The repetition period τ _{i of the} clock pulses U ₁ determines the pulse width of the output voltage U _{2 of the} pseudo-random pulse generator 12. The voltage U ₂ has the form of a pseudo-random sequence of rectangular pulses of high and low level (a sequence of binary characters - “units” and “zeros”, respectively) with a duration of each pulse equal to or a multiple of the period τ _i .

Последовательность прямоугольных импульсов U₂ с выхода псевдослучайного импульсного генератора 12 поступает на управляющий вход коммутатора 11. Коммутатор 11 при каждом переходе от низкого уровня U₂ к высокому и наоборот производит переключение выходов задающих генераторов 5, 7, 9 к входу усилителя 14 в очередности - первый задающий генератор, второй задающий генератор, третий задающий генератор, первый, второй, третий задающие генераторы и так далее, по мере смены двоичных знаков ("нулей" и "единиц") на выходе псевдослучайного импульсного генератора 12. Частотный модулятор 4 вырабатывает пилообразное напряжение U₃, период Т_чм1 которого задается с пульта управления режимом 13 изменением параметров времязадающей RC-цепочки.The sequence of rectangular pulses U ₂ from the output of the pseudo-random pulse generator 12 is supplied to the control input of the switch 11. Switch 11, at each transition from a low level U ₂ to a high one and vice versa, switches the outputs of the master generators 5, 7, 9 to the input of the amplifier 14 in sequence - the first master oscillator, second master oscillator, third master oscillator, first, second, third master oscillators, and so on, as binary characters (“zeros” and “ones”) change at the output of a pseudo-random pulse generator ator 12. Frequency modulator 4 generates a sawtooth voltage U ₃ , the period of T _{hm1 of} which is set from the control panel of mode 13 by changing the parameters of the timing RC circuit.

Выходное напряжение U₃ частотного модулятора 4 поступает на вход задающего генератора 5, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь "напряжение-частота".The output voltage U _{3 of the} frequency modulator 4 is supplied to the input of the master oscillator 5, which is a voltage-frequency analog-to-digital converter.

Выходное напряжение U₄ задающего генератора 5 имеет вид последовательности импульсов с переменным периодом следования
T_1i=

, где F_1i - мгновенная частота, значение которой пропорционально текущей величине выходного напряжения U₃ частотного модулятора 4. Регулировка периода Т_чм1 напряжения U₃ с пульта управления режимом 13 обеспечивает изменение значений частоты F_1i и скорости ее изменения dF_1i/dt в пределах:
F_1i = (20÷20000) Гц

= (5 ÷ 200)·10³ Гц/с
Частотный модулятор 6 вырабатывает пилообразное напряжение U₅, период T_чм2 которого задается с пульта управления режимом 13 изменением параметров времязадающей RC-цепочки.The output voltage U _{4 of the} master oscillator 5 has the form of a pulse train with a variable repetition period
T _1i =

where F _1i is the instantaneous frequency, the value of which is proportional to the current value of the output voltage U _{3 of the} frequency modulator 4. Adjusting the period T _{hm1 of the} voltage U ₃ from the mode control panel 13 provides a change in the values of the frequency F _1i and its rate of change dF _1i / dt within:
F _1i = (20 ÷ 20,000) Hz

= (5 ÷ 200) · 10 ³ Hz / s
Frequency modulator 6 generates a sawtooth voltage U ₅ , the period T _{ppm2 of} which is set from the control panel of mode 13 by changing the parameters of the timing RC circuit.

Выходное напряжение U₅ частотного модулятора 6 поступает на вход задающего генератора 7, вырабатывающего напряжение U₆ в виде последовательности импульсов переменного периода, равного
T_2i=

, где F_2i - мгновенная частота, значение которой пропорционально текущей величине выходного напряжения U₅ частотного модулятора 6.The output voltage U _{5 of the} frequency modulator 6 is supplied to the input of the master oscillator 7, which generates a voltage U ₆ in the form of a sequence of pulses of an alternating period equal to
T _2i =

where F _2i is the instantaneous frequency, the value of which is proportional to the current value of the output voltage U _{5 of the} frequency modulator 6.

Регулировка периода Т_чм2 напряжения U₅ с пульта управления режимом 13 обеспечивает изменение значения частоты F_2i и скорости ее изменения

в пределах:
F_2i = (20000÷20) Гц

= -(5 ÷ 200)·10³ Гц/с
Частотный модулятор 8 вырабатывает треугольное напряжение U₇, период Т_чм3 которого задается с пульта управления режимом 13 изменением параметров времязадающей RC-цепочки.Adjusting the period T _hm2 voltage U ₅ from the control panel mode 13 provides a change in the frequency F _2i and the rate of change

within:
F _2i = (20,000 ÷ 20) Hz

= - (5 ÷ 200) · 10 ³ Hz / s
Frequency modulator 8 generates a triangular voltage U ₇ , the period of T _chm3 which is set from the control panel mode 13 by changing the parameters of the timing RC circuit.

Выходное напряжение U₇ частотного модулятора 8 поступает на вход задающего генератора 9, вырабатывающего напряжение U₈ в виде последовательности импульсов переменного периода, равного:
T_3i=

где F_3i - мгновенная частота, значение которой пропорционально текущей величине выходного напряжения U₇ частотного модулятора 8.The output voltage U _{7 of the} frequency modulator 8 is supplied to the input of the master oscillator 9, generating voltage U ₈ in the form of a sequence of pulses of an alternating period equal to:
T _3i =

where F _3i is the instantaneous frequency, the value of which is proportional to the current value of the output voltage U _{7 of the} frequency modulator 8.

Регулировка периода Т_чм3 с пульта управления режимом 13 обеспечивает изменение значений частоты F_3i и скорости ее изменения

в пределах:
F_3i = (20÷20000) Гц,

= ± (5 ÷ 200)·10³ Гц/с .Adjusting the period T _chm3 from the control panel mode 13 provides a change in the frequency F _3i and the rate of change

within:
F _3i = (20 ÷ 20,000) Hz,

= ± (5 ÷ 200) · 10 ³ Hz / s.

В результате последовательного подключения выходов задающих генераторов 5, 7, 9, осуществляемого коммутатором 11, к входу усилителя 14 на выходе усилителя 14 формируется напряжение U₉, представляющее собой дискретный составной частотно-модулированный сигнал, уровень которого регулируется с пульта управления режимом 13. Выходной сигнал U₉усилителя 14 имеет функцию изменения своей частоты при заданных значениях Т_чм1,Т_чм2,Т_чм3, приведенную на диаграмме 10 (см. фиг.2), причем его частота f изменяется в пределах 20-20000 Гц.As a result of the serial connection of the outputs of the master oscillators 5, 7, 9, carried out by the switch 11, to the input of the amplifier 14, the output of the amplifier 14 generates a voltage U ₉ , which is a discrete composite frequency-modulated signal, the level of which is regulated from the control panel mode 13. The output signal U _{9 of the} amplifier 14 has the function of changing its frequency at given values of T _hm1 , T _hm2 , T _hm3 shown in diagram 10 (see figure 2), and its frequency f varies in the range of 20-20000 Hz.

Частотные модуляторы 4, 6, 8 выполнены таким образом, что с пульта управления режимом 13 для каждого из них может быть задан тип закона изменения выходного напряжения: U₃ или U₅, или U₇. Это означает, что указанные частотные модуляторы определяют для задающих генераторов 5, 7, 9 любой из трех рассмотренных законов линейной частотной модуляции (ЛЧМ) - возрастающей ЛЧМ, убывающей ЛЧМ, убывающе-возрастающей ЛЧМ.Frequency modulators 4, 6, 8 are made in such a way that from the control panel of mode 13, for each of them, the type of the law of variation of the output voltage can be set: U ₃ or U ₅ , or U ₇ . This means that these frequency modulators determine for the driving oscillators 5, 7, 9 any of the three considered laws of linear frequency modulation (LFM) - increasing LFM, decreasing LFM, decreasing-increasing LFM.

Регулировка с пульта управления режимом 13 периода следования τ_iтактовых импульсов псевдослучайного импульсного генератора 12 и установка с пульта управления режимом 13 параметров законов ЛЧМ для частотных модуляторов 4, 6, 8 обеспечивает для каждого дискрета выходного сигнала начальную частоту f_o, скорость изменения частоты

, изменяющейся в пределах:
f_o = (20÷20000) Гц;

= ± (5 ÷ 200)·10³ Гц/с, а длительность Δ t_i дискрета - равную либо кратную значениям τ_i из интервала:
τ_i = (0,01÷1) с. Выходной сигнал усилителя 14 последовательно через миллиамперметр 15 поступает к пациенту для осуществления электростимуляции путем наложения электродов на поверхность кожи в области стимулируемых нервно-мышечных структур опорно-двигательного аппарата и органов.Adjustment from the control panel of the regime 13 of the repetition period τ _{i of the} clock pulses of the pseudo-random pulse generator 12 and installation of the parameters of the laws of the LFM for

frequency modulators

4, 6, 8 from the control panel of the mode 13 provides for each discrete output signal the initial frequency f _o , the rate of change of frequency

varying within:
f _o = (20 ÷ 20,000) Hz;

= ± (5 ÷ 200) · 10 ³ Hz / s, and the duration Δ t _{i of the} discrete is equal to or a multiple of the values of τ _i from the interval:
τ _i = (0.01 ÷ 1) s. The output signal of the amplifier 14 sequentially through a milliammeter 15 is supplied to the patient for electrical stimulation by applying electrodes to the skin surface in the region of stimulated neuromuscular structures of the musculoskeletal system and organs.

Реактивный характер полного сопротивления стимулируемых нервно-мышечных структур и органов пациента позволяет осуществить дополнительную амплитудную модуляцию дискретного составного частотно-модулированного сигнала по закону, пропорциональному закону изменения частоты f(t). Коэффициент пропорциональности закона амплитудной модуляции зависит от индивидуальных особенностей пациента (электропроводимости стимулируемых нервно-мышечных структур и органов). The reactive nature of the impedance of the stimulated neuromuscular structures and organs of the patient allows for additional amplitude modulation of the discrete composite frequency-modulated signal according to a law proportional to the law of frequency change f (t). The proportionality coefficient of the law of amplitude modulation depends on the individual characteristics of the patient (electrical conductivity of stimulated neuromuscular structures and organs).

На фиг. 3 изображена временная диаграмма тока I(t), иллюстрирующая структуру результирующего сигнала (сигнала дискретного составного с одновременной амплитудной и частотной модуляцией) при различных законах изменения частоты в каждом дискрете. In FIG. 3 is a time diagram of the current I (t), illustrating the structure of the resulting signal (a discrete composite signal with simultaneous amplitude and frequency modulation) for different laws of frequency change in each sample.

Claims

1. ELECTRICAL STIMULATOR, comprising an amplifier, oscillators with time-varying frequencies and electrodes, characterized in that, in order to increase the effectiveness of treatment by reducing the patient’s adaptation, series-connected mode control panel, a pseudo-random pulse generator and a switch are connected to it, the output of which is connected with the first input of the accelerator, a current meter, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the output is connected to the electrodes, the second input of the amplifier is connected to the second output of the control panel the name of the group whose outputs are connected to the inputs of the group of switches.

2. The pacemaker according to claim 1, characterized in that the generator with a time-varying frequency is made in the form of series-connected frequency modulator and a master oscillator, the input of the frequency modulator being the input and the output of the master oscillator being the output of a generator with a time-varying frequency.