способ динамической электростимуляции и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ электростимуляции, заключающийся в том, что генерируют импульсы с заданной частотой, модулируют их по длительности, усиливают и подают через электроды на поверхность кожи биологического объекта, отличающийся тем, что при электростимуляции определяют скорость изменения емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи объекта и при достижении значения скорости изменения импеданса, близкого к нулю, выдерживают временной интервал стимуляции в течение 3-5 мин, после чего стимуляцию прекращают.

2. Устройство для электростимуляции, содержащее генератор, подключенный к одному из входов модулятора импульсов по длительности, к другому входу которого подсоединен задатчик энергии стимулов, усилитель мощности импульсов, подключенный к модулятору импульсов по длительности, индикатор, подключенный к одному из выходов усилителя мощности, и электроды, соединенные с другими выходами усилителя мощности импульсов, прикладываемые к биологическому объекту и соединенные со входом дифференцирующего элемента, отличающийся тем, что в него дополнительно введены формирователь импульсов по длительности, элемент памяти, таймер, сумматор, причем выход дифференцирующего элемента соединен со входом формирователя импульсов по длительности, выход которого соединен с входом элемента памяти и с одним из входов сумматора, к другому входу которого подсоединен выход элемента памяти, а выход сумматора соединен с таймером, выход которого подключен к индикатору.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к медицине и касается чрескожной электростимуляции. Изобретение может быть применено в физиотерапии и рефлексотерапии для электростимуляции биологических объектов в поликлиниках, больницах, профилакториях, спортивных комплексах, в ветеринарии и в быту как вспомогательное или основное средство при лечении и предупреждении заболеваний человека и животных.

В способах и устройствах динамической электростимуляции для определения достаточности воздействия учитывают динамику изменения частоты вынужденных колебаний резонансного контура, образованного индуктивностью выходного трансформатора и емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка поверхности кожи. Активная составляющая импеданса подэлектродного участка кожи влияет на добротность контура и сказывается на скорости затухания вынужденных колебаний. Меняющаяся из-за перспирации в процессе стимуляции емкостная составляющая импеданса влияет на частоту вынужденных колебаний. Достаточность воздействия или дозировку воздействия определяют по характеру изменения импеданса подэлектродного участка кожи для оптимизации лечебного алгоритма и достижения устойчивых изменений одного или нескольких физиологических показателей.

Известен способ импульсной электротерапии биологического объекта, по которому достаточность воздействия определяют по стабилизации динамики изменения амплитуды сигнала (патент RU 2118901).

Способ осуществляют следующим образом. Формируют электрические импульсы заданной частоты и заданной длительности, которые усиливают и подают на электроды для стимуляции. Как только наступает стабилизация амплитуды вынужденных колебаний, стимуляцию прекращают.

Определение достаточности электростимуляции и ее прекращение по данному способу не имеет физиологического обоснования, поскольку амплитуда вынужденных колебаний в значительной степени зависит от давления электродов на поверхность кожи. Все это приводит к снижению точности дозировки и терапевтического эффекта из-за неопределенности временного интервала электростимуляции.

Известен способ регуляции психосоматического гомеостаза биологического объекта, по которому достаточность воздействия определяют по стабилизации динамики изменения длительности первой полуволны сигнала (патент RU 2068277).

Способ осуществляют следующим образом. Формируют электрические импульсы заданной частоты и заданной длительности, которые усиливают и подают на электроды для стимуляции. Затем в зависимости от скорости изменения первой полуволны вынужденных колебаний оценивают эффект лечебной стимуляции, меняют частоту следования импульсов и прекращают стимуляцию, если отсутствует динамика изменения длительности первой полуволны.

Определение достаточности стимуляции по данному способу не имеет физиологического обоснования, поскольку частота вынужденных колебаний зависит от величины емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи и определяется уровнем перспирации, которая приводит к появлению соляного раствора с высокой диэлектрической проницаемостью и к соответствующему понижению частоты вынужденных колебаний. Момент стабилизации параметра является фазой электродермальной реакции, но не является сам по себе основанием для прекращения процедуры электростимуляции.

Все это приводит к снижению точности дозировки и терапевтического эффекта из-за преждевременного прекращения стимуляции.

Известен способ стимуляции биологического объекта, по которому достаточность воздействия определяют по уровню производной выходного сигнала для изменения длительности серий стимулирующих импульсов (SU 1817335).

Способ осуществляют следующим образом. Генерируют последовательность стимулирующих импульсов, длительность которых изменяют с помощью модулятора пропорционально напряжению на его управляющем входе. Эти импульсы усиливают и подают на электроды для стимуляции. Энергия на выходе прямо пропорциональна их длительности. При патологических изменениях в стимулируемых тканях стимулы на выходе электростимулятора имеют вид коротких импульсов с экспоненциальным спадом и колебательным процессом установления. При этом сигнал на выходе дифференцирующего элемента оказывается достаточным для того, чтобы установить длительность серии импульсов близкой к нулю. Таким образом, некоторое пороговое значение величины сигнала с дифференцирующего элемента определяет момент завершения стимуляции.

Определение достаточности стимуляции по данному способу не имеет физиологического обоснования, поскольку величина емкостной составляющей импеданса определяется уровнем перспирации, которая приводит к появлению и концентрации под электродами соляного раствора с высокой диэлектрической проницаемостью и, соответственно, к увеличению емкостной компоненты импеданса подэлектродного участка с последующим понижением частоты вынужденных колебаний. Кроме того, в режиме с неподвижными электродами при электростимуляции процесс понижения частоты носит всегда односторонний характер в пределах зоны обработки вследствие накопления и замедленного испарения влаги с поверхности кожи. В некоторый момент наступает насыщение процесса перспирации, в который и происходит прекращение стимуляции. Момент насыщения является фазой электродермальной реакции, но не является сам по себе основанием для прекращения стимуляции.

Все это приводит к снижению точности дозировки и терапевтического эффекта из-за преждевременного прекращения стимуляции.

Известное устройство для стимуляции, учитывающее динамику изменения импеданса, содержит генератор импульсов, соединенный с ним модулятор и усилитель (патент RU 2068277).

Импульсное напряжение прямоугольной формы с выхода генератора импульсов подается на один вход модулятора, на другой вход которого подаются импульсы от задатчика энергии стимулов. На выходе модулятора формируется импульсно-модулированное напряжение прямоугольной формы, которое поступает на вход усилителя, а с его выхода подается на биологический объект.

В этом устройстве длительность первой полуволны определяется выпрямителем, что снижает быстродействие схемы. Кроме того, схема отключает стимуляцию, как только прекратится изменение длительности первой полуволны, что приводит к необоснованному прекращению процедуры стимуляции.

Известно устройство, учитывающее динамику изменения импеданса и содержащее последовательно соединенные блок управления, ключ, блок измерения амплитуды (патент RU 2118901).

Блок управления вырабатывает импульсы стимуляции, каждый из которых через ключ поступает на нагрузку, а блок измерения амплитуды предназначен для определения стабилизации параметров кожной проводимости.

В этом устройстве достаточность стимуляции определяется по амплитуде первой полуволны, которая в большей степени определяется активной составляющей импеданса и зависит от давления электродов на поверхность кожи, чем от емкостной составляющей. Это снижает достоверность каких-либо оценок импеданса для последующей выработки лечебного алгоритма. Кроме того, схема отключает стимуляцию, как только прекратится изменение амплитуды первой полуволны, что приводит к необоснованному прекращению процедуры стимуляции.

Известно устройство, реализующее описанный выше способ, содержащее генератор стимулирующих импульсов, подключенный к модулятору импульсов по длительности, задатчик энергии стимулов, подключенный к второму входу модулятора, усилитель мощности импульсов, подключенный к модулятору импульсов по длительности, индикатор, подключенный к усилителю мощности, электроды, соединенные с входом дифференцирующего элемента и с выходами усилителя мощности импульсов и прикладываемые к биологическому объекту (SU 1817335).

Генератор формирует последовательность стимулирующих импульсов, длительность которых изменяется модулятором пропорционально напряжению на его управляющем входе. Модулированные по длительности стимулы через усилитель мощности поступают на электроды. Энергия на выходе электростимулятора прямо пропорциональна их длительности и оценивается по частоте вспышек и интенсивности свечения индикатора. При патологических изменениях в стимулируемых тканях стимулы на выходе электростимулятора имеют вид коротких импульсов с экспоненциальным спадом и колебательным процессом установления. При этом сигнал на выходе дифференцирующего элемента оказывается достаточным для того, чтобы установить длительность серии импульсов близкой к нулю. Таким образом, некоторое пороговое значение величины сигнала с дифференцирующего элемента определяет момент завершения стимуляции.

Входящие в состав схемы элементы не могут обеспечить контроль скорости изменения импеданса и продолжительности стимуляции. Это приводит к необоснованному прекращению процедуры стимуляции.

Техническим результатом заявленных способа электростимуляции и устройства для его осуществления является повышение точности обеспечения достаточности воздействия.

Технический результат достигается тем, что в способе электростимуляции генерируют импульсы с заданной частотой, модулируют их по длительности, усиливают и подают через электроды на поверхность кожи биологического объекта, согласно изобретению при электростимуляции определяют скорость изменения емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи объекта и при достижении значения скорости изменения импеданса близкого к нулю выдерживают временной интервал стимуляции в течение 3-5 минут, после чего стимуляцию прекращают.

При определении скорости изменения используются известные принципы преобразователей параметров во временные интервалы с элементами памяти для сравнения предыдущего значения с последующим. Разница временных интервалов в единицу времени определяет скорость изменения параметра.

Известно, что ритмическая деятельность сердца является универсальной оперативной реакцией организма на любое воздействие внешней среды и существует метод вариационной кардиоинтервалометрии, который позволяет определить уровень включения процессов управления сердечным ритмом и отражающий напряжение регуляторных механизмов в виде индекса напряжения. Метод предназначен для регистрации значимых и устойчивых сдвигов функционального состояния.

Методом вариационной кардиоинтервалометрии было установлено, что в интервале от 3 до 5 минут после снижения скорости изменения емкостной составляющей импеданса до некоторого значения, близкого к нулю, происходит значимое и устойчивое снижение индекса напряжения регуляторных систем на сегментарном уровне вегетативной регуляции, вплоть до его стабилизации. Достижение этих физиологических изменений можно трактовать как минимальную эффективную дозу электростимуляции для получения значимых и устойчивых сдвигов функционального состояния при местном или сегментарном воздействии.

Поставленная задача решается также тем, что в устройство, содержащее генератор, подключенный к одному из входов модулятора импульсов по длительности, к другому входу которого подсоединен задатчик энергии стимулов, усилитель мощности импульсов, подключенный к модулятору импульсов по длительности, индикатор, подключенный к одному из выходов усилителя мощности, и электроды, соединенные с другими выходами усилителя мощности импульсов и прикладываемые к биологическому объекту и к входу дифференцирующего элемента, согласно изобретению введены дополнительно формирователь импульсов по длительности, элемент памяти, таймер, сумматор, причем выход дифференцирующего элемента соединен с входом формирователя импульсов, а выход формирователя импульсов по длительности соединен с входом элемента памяти и с одним из входов сумматора, к другому входу которого подсоединен выход элемента памяти, а выход сумматора соединен с таймером, выход которого подключен к индикатору.

Использование элемента памяти и сумматора позволяет определить скорость изменения импеданса и момент стабилизации его значения.

Использование таймера позволяет установить интервал времени после стабилизации значения импеданса в процессе электростимуляции.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает временные диаграммы сигналов;

фиг.2 - структурную схему устройства.

Способ электростимуляции биологического объекта, по которому достаточность воздействия определяют скоростью изменения импеданса и интервалом времени для установления длительности серии стимулирующих импульсов, осуществляют следующим образом.

Генерируют импульсы с заданной частотой, которые модулируют по длительности и усиливают, после чего их подают через электроды на поверхность кожи биологического объекта. Достаточность стимуляции определяют по скорости изменения емкостной составляющей импеданса и прекращают стимуляцию через интервал времени после снижения скорости до значения, близкого к нулю. Индикатор отображает скорость изменения указанного параметра при стимуляции и временные интервалы.

На представленной эпюре «а» (фиг.1) изображен временной интервал стимуляции, на эпюре «b» - характер изменения емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи, на эпюре «с» - временной интервал после стабилизации значения емкостной составляющей импеданса, на эпюре «d» - типовой график изменения индекса напряжения.

В момент времени t₁ на эпюре «а» после начала электростимуляции происходит снижение импеданса подэлектродного участка кожи до момента t₂ на эпюре «b», в котором скорость изменения близка к нулю, включается звуковой сигнал и начинается отсчет интервала времени, затем по окончании временного интервала в 5 минут, т.е. в момент t₃, подается сигнал об окончании временного интервала стимуляции, достаточного для понижения со стабилизацией индекса напряжения, и процедуру можно прекратить.

В момент t₂ стабилизации импеданса на эпюре «d» продолжается изменение такого физиологического показателя как индекс напряжения, который в зависимости от особенностей нервной системы в интервале времени от t₁ до t ₂ может понижаться, а может и повышаться. Через две-три минуты от момента стабилизации скорости изменения t₂ емкостной составляющей начинается устойчивое снижение индекса с постепенным выходом на плато, сохраняющимся длительное время. Таким образом, можно определить минимальную эффективную дозировку. Дальнейшая стимуляция не сказывается на значении индекса напряжения регуляторных систем, и ее можно прекратить.

Устройство для электростимуляции (фиг.2) содержит генератор 1, подключенный к входу 2 модулятора 3 импульсов по длительности, к входу 4 которого подсоединен задатчик 5 энергии стимулов. К выходу модулятора 3 подключен усилитель 6 мощности импульсов, к выходу 7 которого подсоединен индикатор 8, а к выходам 9 которого подсоединены электроды 10, соединенные также с входом дифференцирующего элемента 11, кроме того, устройство содержит формирователь 12 импульсов по длительности, который подключен к выходу дифференцирующего элемента 11, элемент 13 памяти, таймер 14, сумматор 15, причем выход формирователя 12 соединен с входом элемента 13 памяти и с входом 16 сумматора 15, с другим входом 17 которого соединен выход элемента 13 памяти. Выход сумматора 15 соединен с таймером 14, подключенным к индикатору 8.

Второй выход таймера 14 может быть подключен к входу задатчика 5 энергии стимулов.

Генератор 1, модулятор 3, задатчик 5, усилитель 6, дифференцирующий элемент 11, формирователь 12 импульсов, элемент 13 памяти, сумматор 15, таймер 14 выполнены по известным схемам, описанным в «Искусство схемотехники» П.Хоровиц, У.Хилл. В двух томах. «Мир» (Москва) 1984, и могут быть выполнены на базе серий К561, 1561 или микроконтроллерах Intel, Atmel.

Устройство электростимуляции работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы генератора 1 подают на вход 2 модулятора 3, к входу которого 4 подключен задатчик 5 энергии, выходной сигнал которого поступает на модулятор 3 импульсов по длительности. С выхода модулятора 3 сигналы подаются на вход усилителя 6, усиленные импульсы подаются на электроды 10 и на вход дифференцирующего элемента 11. С выхода 7 усилителя 6 сигнал подается на индикатор 8, отображающий текущее состояние параметров стимуляции, например частоты, энергии, интервалов времени, скорости изменения импеданса. С выхода дифференцирующего элемента 11 на вход формирователя 12 импульсов по длительности поступают сигналы с интервалом, равным половине первого периода вынужденных колебаний. Таким образом, чем ниже частота вынужденных колебаний, тем длительность на выходе формирователя 12 больше. Выходные импульсы формирователя 12 поступают на элемент 13 памяти и на вход 16 сумматора 15, на вход 17 которого поступают выходные импульсы элемента 13 памяти. Происходит сравнение текущей длительности импульса с предыдущей. Как только разница в длительности этих периодов станет близкой к нулю, что соответствует снижению скорости изменения емкостной составляющей импеданса до значения, близкого к нулю, на выходе сумматора 15 появится сигнал, запускающий таймер 14 для отсчета временного интервала стимуляции, в течение которого происходит снижение и стабилизация индекса напряжения, с отображением его на индикаторе 8.

Второй выход таймера 14 может быть подключен к входу задатчика 5 энергии стимулов для автоматического прекращения стимуляции по окончании временного интервала для снижения и стабилизации индекса напряжения.

Проведены наблюдения за лечением больных с различной патологией: остеохондроз позвоночника с неврологическими явлениями, ушибы голени и голеностопных суставов, нейроциркуляторная дистония, головные боли на фоне шейного остехондроза.

Курс лечения состоял из 5-10 сеансов ежедневных однократных процедур, продолжительность которых колебалась от 5 до 10 минут. Ток подавался до ощущения безболезненной вибрации, покалывания. Время выхода на плато импеданса колебалось от 15 секунд до нескольких минут.

Использование возможности контроля динамики изменения импеданса с выдержкой временного интервала позволило обоснованно определять время процедур и дозировку. Все больные хорошо переносили электрические воздействия, побочных нежелательных реакций не наблюдалось.