Разработка блока определяющего длительность стимулирующего импульса для аппарата электроанальгезии

2. Схемотехническое обоснование

2.1 Синтез структурной схемы

Формирование адекватной длительности стимулов, при которой достигается минимизация пороговой энергии стимуляции и поддерживание этих условий в процессе длительного воздействия, требует контроля величины времени релаксации тока в зоне расположения электродов и введение управления в формирователь длительности стимулов. Структурная схема, реализующая данный принцип управления длительностью стимула, показана на рис. 2.1. Задающий генератор 1 определяет частоту следования стимулов, длительность которых задается в управляемом формирователе 2, связанном через коммутатор 3 и усилитель 4 с электродами 5, расположенными на участке биологической ткани. Сигнал тактового генератора 6, синхронизированный с импульсами стимуляции, переводит устройство в режим управления. В этом режиме на электроды 5 подается сигнал с формирователя измерительного импульса 7, представляющий собой импульс с прямоугольной огибающей. Возникающее на электродах под действием измерительного импульса экспоненциально возрастающее напряжение поступает на измеритель переходного процесса 8, который формирует временной интервал, соответствующий времени нарастании входного напряжения, т.е. контролируемой величине времени релаксации тока. Для сохранения измеренного значения на весь период управления служит запоминающее устройство 9, сбрасываемое в начале каждого такта управления сигналом тактового генератора 6. Выход запоминающего устройства 9 через устройство управления 10 связан с управляющим входом формирователя длительности стимула 2. Таким образом, длительность стимулов в режиме стимуляции устанавливается в соответствии с измеренным значением времени релаксации тока в тканях в предыдущем периоде управления. Период управления выбирается достаточно большим по сравнению с длительностью измерительного импульса и периода стимуляции. Для отслеживания изменений релаксационных свойств ткани в процессе стимуляции достаточно выбрать период управления равным 2…4 с, а длительность измерительного импульса 1,5…2,0 мс. Достоинством данной схемы является использование одной пары электродов для стимуляции и контроля параметров, что упрощает построение технического звена БТС.

5

Рисунок 2.1 - Структурная схема автоматического управления длительностью стимула.

1. - задающий генератор;

2. - управляемый формирователь;

3. - коммутатор;

4. - усилитель;

5. - электроды;

6. - тактовый генератор;

7. - формирователь измерительного импульса;

8. - измеритель переходного процесса;

9. - запоминающее устройство;

10. - устройство управления.

2.2 Синтез структурной схемы блока определения длительности стимула для устройства электроанальгезии

Блок определения длительности стимулирующего импульса для аппарата электроанальгезии является совокупностью трех блоков устройства для электроанальгезии, которые представлены под цифрами 8 -10 структурной схемы аппарата для ЭА (рис.2.1), упрощенная структурная схема приведена на рис.2.2. Более подробная структурная схема приведена в Приложении А.

Рисунок 2.2 - Структурная схема блока определения длительности стимула для устройства электроанальгезии.

Измеритель переходного процесса представляет собой компаратор напряжения, который сравнивает между собой Uоп и Uизм, которые предварительно проходят через входные усилители. Далее сигнал поступает на запоминающее устройство, которое выполняет роль преобразователя «время - код», после чего код в цифровом виде поступает на устройство управления.

Устройство управления предназначено для формирования кода длительности стимула для задающего генератора и обеспечивает как автоматическую установку длительности стимула, так и ручную.

Преобразователь «время - код » (ПВК) широко используется при построении различных автоматических систем радиотехнических, (дальномеры, высотомеры, радиолокация, радионавигация), при автоматизации научных исследований (например, физика плазмы), при построении информационно-справочных систем (например, для обслуживания спортивных соревнований) и т.д. В ряде случаев ПВК используется в качестве промежуточных преобразователей, когда исходная аналоговая величина предварительно преобразуется во временной интервал, а затем временной интервал - в код. Например, при преобразовании напряжения в код, частоты и фазы в код. Наконец, основные идеи построения ПВК используются при проектировании цифровых часов, широко распространенных в настоящее время.

Метод электронного нониуса показан на рис.2.3. Схема работает следующим образом. В исходном состоянии триггеры T1 и T2, а также первый и второй счетчики установлены в нуль. По сигналу старт - импульса начинается измерение временного интервала классическим методом. По сигналу стоп - импульса в момент времени t1 в первом счетчике формируется число N, триггер T2 устанавливается в единицу и запускает ГИ2 с ударным возбуждением (рис.2.3.б), первый импульс которого совпадает со стоп - импульсом. Импульсы с периодом 2 от ГИ2 начинают поступать на второй счетчик и на второй вход схемы И2 , на первый вход которой приходят импульсы от ГИ1. В момент времени t2 импульсы ГИ1 и ГИ2 совпадают, а импульсы с выхода И2 устанавливают в нуль триггер T2, который сорвет колебания ГИ2 и тем самым прекратит поступление его импульсов во второй счетчик. В счетчике 2 зафиксируется поправка N, пропорциональная погрешность t2. Докажем справедливость последнего утверждения. Пусть требуется на основании уравнения

= /m

уменьшить максимальную погрешность t2 и значений . Тогда необходимо так выбрать 1 и 2, чтобы = 1 - 2. Из рис.2.3.б следует, что t2 = p1 - p2 = p, где p - число периодов 1 и 2, по прохождении которых произошло совпадение на схеме И2 импульсов ГИ1 и ГИ2. При правильной работе схемы pm. Однако в счетчике 2 фиксируется не число интервалов p, а число импульсов l, прошедших в него и которых оказывается на единицу больше, чем число интервалов p. Следовательно, p = l - 1, а t2 = p = / l - 1/ = N. Следовательно, соотношение для подсчета значения временного интервала Tx с учетом уменьшения погрешности t2 , при допущении, что t1 = 0, на основании уравнения

TX = TX - t1 + t2

выглядит так:

TX = 1 N + SN.

Обычно величина m = 10…100.

Увеличение m в схеме электронного нониуса приводит к более жестким требованиям стабильности частоты генератора с ударным возбуждением ГИ2 и стабильности длительности импульсов 1 и 2, так как в противном случае при p m, что приведет к неверной оценки погрешности t2.

Рисунок 2.3.а. - Схема преобразователя «время - код»

2.2.3 Устройство управления

Устройство управлении обеспечивает работу блока определения длительности стимула как в автоматическом, так и в ручном режиме. В автоматическом режиме осуществляется преобразование кода, полученного на выходе ПВК, в значение необходимое для правильной работы генератора сигналов. В ручном режиме управление осуществляется при помощи нажатия кнопок, которыми можно изменить длительность в диапазоне от 10 мкс до 630 мкс с шагом 20 мкс.

Блок автоматического выбора длительности стимула состоит из компаратора напряжения и D-триггера, на управляющий вход которого поступает сигнал с ВЧ генератора импульсов (f = 50 кГц).

Блок ручного выбора длительности стимула состоит из коммутатора и НЧ генератора импульсов (f = 5 Гц). Коммутатор является кнопочным и дополнен схемой для устранения дребезга контактов кнопок.

После выбора режима работы сигнал с блока выбора длительности поступает на мультиплексор. Далее данные с выхода мультиплексора поступают на реверсивный счетчик, направление счета которого определяется нажатием кнопки «+» или «-».

3 Обзор устройств для электроанальгезии

В последние годы медицинская промышленность серийно выпускает более совершенную аппаратуру для электроанестезии (приборы "Элиман-101", "Элиман-206", "Дельта-102", "ЭТНС-100-1", "ЭТНС-100-2" и др.), которая генерирует импульсные токи частотой от 30 до 200 Гц. Токи таких параметров обладают выраженным седативным и анальгезирующим эффектом. Однако существенными недостатками указанных токов являются быстро возникающая адаптация организма к ним и закономерное уменьшение степени анальгезии. Кроме того, характерный для этих токов нагрев электродов в ряде случаев приводит к ожогам в результате электролитической диссоциации в месте наложения электродов.

Аппарат «ЭЛИМАН-101»

Предназначен для чрескожной электроней-ростимуляции в условиях хирургических, реанимационных и неврологических отделений лечебных учреждений, в родильных домах с целью: снятия послеоперационных болей, снятия острых посттравматических болей, обезболивания родов, лечения хронических нейрогенных, ангиогенных, вертеброгенных и онкогенных болевых синдромов. По своему построению аппарат относится к первому типу конструкции электростимуляторов из функционального ряда аппаратуры для периферической электроанальгезии.

Основные технические характеристики аппарата «ЭЛИМАН-101»:

Частота следования пачек импульсов, Гц 100...250;

Длительность пачек импульсов, мкс 100...300;

Длительность импульсов в пачке, мкс 10;

Частота импульсов в пачке, кГц 50;

Длительность фронта и среза импульсов, мкс, не более 2;

Неравномерность плоской вершины и относительные величины

выбросов, %, не более 15;

Амплитуда выходного тока на нагрузке 1к, мА 0...50;

Напряжение питания сети, В 220;

Частота, Гц 50;

Потребляемая мощность, В-А, не более 10;

Габариты, мм:

аппарата 270x150x60,

электродов 250x18x0,2;

Масса, кг, не более 1,2.

Аппарат «ЭЛИМАН-206»

Реализует второй тип конструкции электростимуляторов из функционального ряда аппаратуры для периферической электроанальгезии. Он выполнен в виде портативной конструкции с батарейным питанием для использования в условиях поликлиник, травмпунктов, станций скорой медицинской помощи, лечения на дому. Для повышения эффективности воздействия аппарат содержит два независимых канала, что позволяет более полно выполнить условия выбора зон расположения электродов. Это делает аппарат удобным при терапии политопных болей. В отличие от существующих в отечественной и зарубежной практике двухканальных электростимуляторов, не позволяющих раздельно регулировать временные параметры стимула по отдельным каналам воздействия, аппарат «ЭЛИМАН-206» обладает независимой регулировкой как амплитуды, так и длительности стимулов по каждому каналу. Необходимость в подобной регулировке вызвана тем, что на достижение адекватных параметров стимулирующего тока существенное влияние оказывают импедансные свойства тканей, которые при чрескожном приложении стимулов будут различными для различных участков тела в зонах расположения пар электродов.

Основные технические характеристики аппарата «ЭЛИМАН-206»:

Число каналов стимуляции 2;

Частота следования пачек импульсов, Гц 100;

Длительность пачек импульсов, мкс 100...300;

Длительность импульсов в пачке, мкс 10;

Частота следования импульсов в пачке, кГц 50;

Длительность фронта и спада импульсов, мкс, не более 2;

Неравномерность плоской вершины огибающей пачки

и относительный выброс, %, не более 20;

Амплитуда выходного тока на нагрузке 1к, мА 0...50;

Напряжение питания (батарея из 6 элементов «316»), В 9;

Габариты, мм;

аппарата 200x100x40,

электродов 250x18x0,2;

Масса, кг, не более 0,5.

Чрескожный электростимулятор «ЭЛИМАН-401»

Построен по третьему типу конструкции аппаратов из функционального ряда электростимуляторов для периферической электроанальгезии. В основу работы аппарата положена реализация временного алгоритма формирования адекватной длительности стимулов. В соответствии с данным алгоритмом длительность стимула устанавливается в соответствии с измеренным значением времени релаксации тока в тканях под электродами. Периодическое повторение процессов измерения и корректировки длительности стимула позволяет сохранить эффективность воздействия в течение длительного обезболивания, т. к. периодическое изменение параметров стимуляции способствует ослаблению влияния адаптационных процессов к действию электрического тока. Введение биорегулировки позволило расширить область медицинского использования аппарата. Электростимулятор «ЭЛИМАН-401» предназначен для достижения анальгезии при общей анестезии во время хирургических операций, когда контакт с больным невозможен, для обезболивания во время родов, для снятия интенсивных болей невралгического, травматического характера, для послеоперационного обезболивания.

Основные технические характеристики аппарата «ЭЛИМАН-401»:

Частота следования пачек импульсов, Гц 100…250

Диапазон автоматической установки длительности стимула, мкс 50…500

Длительность импульсов в пачке, мкс 10

Частота импульсов в пачке, кГц 50

Длительность фронта и среза импульсов, мкс, не более 2 Неравномерность плоской вершины импульса в пачке и относительные величины выбросов, %

Длительность огибающей измерительного импульса, мс 1.2 Отношение частоты следования измерительного импульса к частоте следования стимулов 0.01

Амплитуда выходного тока на нагрузке 1к, мА 0…100

Напряжение питания сети, В 220

Частота сети, Гц 50

Потребляемая мощность, ВА 15

Масса, кг, не более 1.2

Комплексный электротерапевтический аппарат “МЕТА-1”

Портативность, многофункциональность, большие возможности использования в медицине и спорте:

§ Электрофорез

§ Электронаркоз

§ Электросон

Страницы: 1, 2, 3, 4