способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия, заключающийся в подаче на индуктор, расположенный на пациенте, электрических сигналов с предварительно установленными начальными значениями параметров в форме импульсных последовательностей регулируемой частоты, скважности и амплитуды в течение заданного промежутка времени, отличающийся тем, что N индукторов размещают по всему телу пациента, а во время магнитного воздействия снимают с пациента и анализируют последовательность кардиоинтервалов, на основе которых методом скользящей выборки рассчитывают показатель активности регуляторных систем, текущее значение которого сравнивают с нормой и в случае их расхождения осуществляют варьирование параметров импульсных последовательностей электрических сигналов по методу экстремального поиска так, чтобы модуль разности между текущим значением показателя активности регуляторных систем и нормой стремился к нулю, а при превышении его значения максимально допустимого формируют сигнал отключения воздействия и сигнализации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение показателя активности регуляторных систем рассчитывают по соотношению:



где











А, В, С, D, Е - частные показатели соответственно характеризуют суммарный эффект регуляции, функцию автоматизма, вегетативный гомеостаз, устойчивость регуляции, активность подкорковых нервных центров; f_п - частота пульса; Мо - мода; А_Мо - амплитуда моды; m_T - математическое ожидание периода; - среднее квадратичное отклонение; V= /m_T - коэффициент вариации периода кардиоинтервала; Т= T_max-T_min - вариационный размах; T_max и Т_min - соответственно максимальное и минимальное значения кардиоинтервала за время выборки; I_H= A_Mo/(2TMo) - индекс напряжения регуляторных систем; r_k - коэффициент корреляции после сдвига анализируемого ряда кардиоинтервалов на одно значение; S_o - спектральная плотность мощности первой гармоники; S_м - спектральная плотность мощности медленных волн первого порядка (второй гармоники); S_Д - спектральная плотность мощности дыхательных волн (третьей гармоники); <*> - значения показателей при всех других случаях; h⁺= A⁺+B⁺+C⁺+D⁺+E⁺ - сумма положительных значений частных показателей; h^-= A^-+B^-+C^-+D^-+E^- - сумма отрицательных значений частных показателей, а за состояние нормы принимают значение модуля показателя активности регуляторных систем H_o = |0...4| при значениях h⁺= 1 и |h^-|3, вследствие чего значение показателя активности регуляторных систем, характеризующее норму, описывается выражением: H_o = |0...4|(h⁺ = 1)(|h^-|3).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации адаптивного управления магнитотерапевтическим воздействием вводят функцию где H(Y)= H(y₁, . . . y_n) - значение показателя активности регуляторных систем, вычисленное после воздействия магнитным полем с набором биотропных параметров Y= Ф(Х)= { y₁, . . . y_n} , определяемым рядом импульсных последовательностей электрических сигналов Х= { x₁, . . . x_m} ; где m - число независимых регулируемых электрических параметров; n - число управляемых биотропных параметров магнитного поля.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что варьирование биотропных параметров Y на первом такте адаптации осуществляют в окрестностях исходной точки вектора магнитных параметров Y₀= { y₁₀, . . . y_n0} , заданных выбранной врачом методикой воздействия, а определение поправок осуществляют одним из градиентных методов экстремального поиска, причем оценку градиента grad Y= grad Ф(х₁, . . . х_m) в точке Х₀ находят по результатам полного или дробного факторного эксперимента с планом в точке Х₀= { x₁₀, . . . х_m0} и значениями пробных шагов варьирования х_j, где - номер электрического параметра импульсной последовательности, а по оценке градиента исходные значения электрических параметров х₁₀, . . . х_m0 модифицируют таким образом, чтобы их новый набор переместился в направлении градиента функции grad Ф(х₁, . . . х_m) в точку Х₁= { x₁₁, . . . х_m1} , где х₁₁= x₁₀+а*₁х₁, . . . х_m1= x_m0+a*_mx_m, причем поправочные коэффициенты а*₁, . . . а*_m представляют собой составляющие градиента функции Y= Ф(X) в рассматриваемой точке, затем в полученной точке Х₁ процедура адаптации повторяется, причем за время одного магнитотерапевтического сеанса осуществляют К таких тактов адаптации, а последний К-й такт адаптации заканчивается конечной точкой вектора электрических параметров Х_K= { x_1K, . . . х_mK} и соответствующей ей точкой вектора магнитных параметров Y_K= { y_1K, . . . y_nK} , эти значения запоминают и в следующем магнитотерапевтическом сеансе их используют в качестве исходной точки.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимально допустимое значение показателя активности регуляторных систем составляет H_max|6...8|(h⁺6...7)(|h^-|2...3).

6. Устройство для формирования магнитотерапевтического воздействия, содержащее систему из N индукторов, выполненных с возможностью размещения на пациенте, блок формирования импульсных последовательностей и вычислительный блок, отличающееся тем, что блок снятия кардиосигнала подключен к входу вычислительного блока, выход которого подключен к входу блока адаптации, информационные выходы которого подключены ко входам матрицы сумматоров, а сигнальный выход - к отключающему входу системы из N индукторов, управляющие входы которой соединены с выходами матрицы сумматоров, при этом другие входы матрицы сумматоров подключены к выходам блока формирования импульсных последовательностей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для создания лечебно-диагностических комплексов и аппаратов магнитотерапии, предназначенных для лечения и диагностики широкого круга заболеваний.

Известен способ формирования магнитотерапевтического воздействия для пациента, реализованный в устройстве [1], основанный на подаче сигналов тока в индукторы магнитного поля в течение заданного промежутка времени. Однако этот способ имеет низкие функциональные возможности, так как задаваемые интервалы времени, амплитуды и полярности электрических сигналов являются фиксированными для сеанса лечения и связаны со структурным построением устройства.

Известен способ формирования магнитотерапевтического воздействия вокруг пациента, реализованный в устройстве [2], основанный на подаче сигналов тока в индукторы магнитного поля в течение заданного промежутка времени. Однако реализация известного способа не позволяет оперативно формировать и изменять последовательности магнитотерапевтического воздействия с разными длительностями и интенсивностями в течение одного сеанса.

Наиболее близким к заявляемому способу (прототипом) является способ формирования магнитотерапевтического воздействия на всего пациента [3], основанный на подаче в N индукторов электрических сигналов в форме импульсных последовательностей регулируемой частоты и скважности в течение заданного промежутка времени, причем N индукторов располагают вокруг всего пациента для формирования общей магнитотерапевтической среды.

Известно устройство для воздействия магнитным полем [4], содержащее секции индукторов для охвата головы, туловища и конечностей пациента, выполненных в виде ремней. Однако указанное устройство не имеет возможностей для регулировки параметров воздействия.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для формирования магнитотерапевтического воздействия [5] , содержащее систему из N индукторов, размещаемых на объекте воздействия, блок, формирующий импульсные последовательности, вычислительный блок.

Однако известные способы и устройства не позволяют оперативно изменять параметры магнитного воздействия с возможностью управления ими с помощью изменяющихся терапевтических показателей пациента во время сеанса лечения.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение лечебного эффекта за счет оптимизации воздействия магнитным полем.

Технический результат, реализуемый в способе формирования магнитотерапевтического воздействия, достигается тем, что осуществляют подачу на индуктор, расположенный на пациенте, электрических сигналов с предварительно установленными начальными значениями параметров в форме импульсных последовательностей регулируемой частоты, скважности и амплитуды в течение заданного промежутка времени. При этом N индукторов размещают по всему телу пациента. Во время магнитного воздействия снимают с пациента и анализируют последовательность кардиоинтервалов, на основе которых методом скользящей выборки рассчитывают показатель активности регуляторных систем. Текущее значение последнего сравнивают с нормой и в случае их расхождения осуществляют варьирование параметров импульсных последовательностей электрических сигналов по методу экстремального поиска так, чтобы модуль разности между текущим значением показателя активности регуляторных систем и нормой стремился к нулю. При превышении значения модуля разности максимально допустимого формируют сигнал отключения воздействия и сигнализации.

Устройство для формирования магнитотерапевтического воздействия содержит систему из N индукторов, выполненных с возможностью размещения на пациенте, блок формирования импульсных последовательностей и вычислительный блок. В устройство дополнительно введены блок снятия кардиосигнала, который подключен к входу вычислительного блока, выход которого подключен к входу блока адаптации. Информационные выходы последнего подключены ко входам матрицы сумматоров, а сигнальный выход - к отключающему входу системы из N индукторов. Управляющие входы системы из N индукторов соединены с выходами матрицы сумматоров, при этом другие входы матрицы сумматоров подключены к выходам блока формирования импульсных последовательностей.

Суть способа формирования магнитотерапевтического воздействия заключается в следующем. Для осуществления воздействия генерируются независимо ряд импульсных последовательностей электрических сигналов в виде токов, которые поступают в систему из N индукторов, располагаемых по всему телу пациента. Перед началом лечения врач, исходя из априорной информации о заболевании, устанавливает начальные значения параметров x₁₀,...x_m0 импульсных последовательностей (частота, скважность, полярность и др.), которые определяют начальные значения y₁₀, . ..y_n0 параметров магнитного поля (напряженности, направления векторов и скорости перемещения магнитного поля и др.) в системе из N индукторов, т.е. задает исходную точку вектора электрических параметров системы Х₀= {х₁₀,...x_m0} и тем самым исходную точку вектора магнитных параметров Y₀={y₁₀,...y_n0}, где m - число независимых регулируемых электрических параметров; n - число управляемых магнитных (биотропных) параметров системы. В результате устанавливаются начальные параметры магнитотерапевтической среды Y₀=Ф(Х₀).

В качестве основного критерия, позволяющего оценить реакцию организма на воздействие магнитного поля, предлагается использовать показатель активности регуляторных систем (ПАРС), который рассчитывается на основе непрерывного анализа кардиоинтервалов (длительностей R-R интервалов) T_i(t), снимаемых с пациента, методом скользящей выборки, где Т_i - длительность i-го R-R интервала; t - текущее время.

Процедура расчета ПАРС осуществляется по методике, предложенной P.M. Баевским [6]. При этом сначала необходимо рассчитать частные показатели системы регуляции сердца:











где показатели А, В, С, D, Е соответственно характеризуют суммарный эффект регуляции, функцию автоматизма, вегетативный гомеостаз, устойчивость регуляции, активность подкорковых нервных центров; f_п - частота пульса (число ударов сердца за 1 мин); Мо - мода (наиболее часто встречающееся значение кардиоинтервала); А_Мо - амплитуда моды; m_Т - математическое ожидание периода (среднее значение кардиоинтервала за 1 мин); - среднее квадратичное отклонение; V=/m_T - коэффициент вариации периода кардиоинтервала; T= T_max-T_min - вариационный размах; Т_mах и Т_min - соответственно максимальное и минимальное значения кардиоинтервала за время выборки; I_н= A_Mо/(2TМo) - индекс напряжения регуляторных систем; r_k - коэффициент корреляции после сдвига анализируемого ряда кардиоинтервалов на одно значение; S₀ - спектральная плотность мощности первой гармоники; S_м - спектральная плотность мощности медленных волн первого порядка (второй гармоники); S_д - спектральная плотность мощности дыхательных волн (третьей гармоники); <*> - значения показателей при всех других случаях.

После нахождения частных показателей системы регуляции сердца вычисляется интегральный показатель активности регуляторных систем Н:



где h⁺= А⁺+B⁺+С⁺+D⁺+Е⁺ - сумма положительных значений показателей; h^-= А^-+В^-+С^-+D^-+Е^- - сумма отрицательных значений показателей.

За состояние нормы принимается значение модуля ПАРС H_o = |0...4| при значениях h⁺= 1 и |h^-|3, [5]. Вследствие этого значение ПАРС, характеризующее норму, описывается выражением:

H_o = |0...4|(h⁺ = 1)(|h^-|3). (3)

Вычисленное значение ПАРС сравнивается с нормой. В случае отличия вычисленного значения от нормы импульсные последовательности электрических сигналов варьируются, т.е. определяются поправки а*₁х₁,...а*mx_m, где а*₁,... a*_m - поправочные коэффициенты, которые суммируются с соответствующими исходными значениями x₁₀,...x_m0 таким образом, чтобы выполнялось условие:



где H(Y)=H(y₁,...y_n) - значение ПАРС, вычисленное после воздействия магнитным полем с набором биотропных параметров Y(X)={y₁,...y_n}, определяемым рядом импульсных последовательностей электрических сигналов Х={х₁,...x_m}; H_o = |0...4|(h⁺ = 1)(|h^-|3) - значение ПАРС, принимаемое за норму.

Варьирование биотропных параметров Y на первом такте адаптации происходит в окрестностях исходной точки вектора магнитных параметров Y₀={y₁₀,... y_n0}, заданных выбранной методикой воздействия.

Определение поправок осуществляется одним из градиентных методов экстремального поиска. Оценка градиента grad Y=grad Ф(х₁,...x_m) в точке Х₀ находится по результатам полного или дробного факторного эксперимента с планом в точке Х₀= { х₁₀, . . .x_m0} и значениями пробных шагов варьирования x_j, где - номер электрического параметра импульсной последовательности (фактора). Используя оценку градиента, исходные значения электрических параметров x₁₀, . . . x_m0 модифицируются таким образом, чтобы их новый набор (х₁₀+a*₁x₁), . . .(x_m0+а*_mx_m) переместился в направлении градиента функции grad Ф(х₁, . . . х_m) в точку X₁={x₁₁,...x_m1}, где x₁₁=x₁₀+a*₁x₁,...x_m1= x_m0+а*_mx_m. Таким образом, смысл поправочных коэффициентов а*₁,...a*_m заключается в том, что они представляют собой составляющие градиента функции Y= Ф(Х) в рассматриваемой точке. В полученной точке Х₁ процедура адаптации повторяется. На фиг. 1 показана процедура градиентного поиска на примере двух варьируемых факторов (m=2). За время одного магнитотерапевтического сеанса осуществляется К таких тактов адаптации. Последний К-й такт адаптации заканчивается конечной точкой вектора электрических параметров Х_K={х_1K,...x_mK} и соответствующей ей точкой вектора магнитных (биотропных) параметров Y_K={y_1К, ...y_nK}. Эти значения запоминаются, и в следующем магнитотерапевтическом сеансе врач может использовать значения Х_K и Y_K в качестве исходной (начальной) точки.

Если во время любого магнитотерапевтического сеанса значение ПАРС превысит максимально допустимое, например, по P.M. Баевскому H_max|6...8|(h⁺6...7)(|h^-|2...3) [5] , то выдается сигнал на отключение магнитного воздействия и для сигнализации об этом врачу.

На фиг. 2 представлено устройство для формирования магнитотерапевтического воздействия, реализующего предлагаемый способ.

В состав устройства входят: 1 - система из N индукторов; 2 - пациент; 3 - блок снятия кардиосигнала; 4 - вычислительный блок; 5 - блок формирования импульсных последовательностей; 6 - матрица сумматоров; 7 - блок адаптации.

Предлагаемое устройство содержит систему из N индукторов 1, выполненных с возможностью размещения на пациенте 2, блок формирования импульсных последовательностей 5 и вычислительный блок 4. В устройство дополнительно введены блок снятия кардиосигнала 3, который подключен к входу вычислительного блока 4, выход которого подключен к входу блока адаптации 7. Информационные выходы последнего подключены ко входам матрицы сумматоров 6, а сигнальный выход - к отключающему входу системы из N индукторов 1. Управляющие входы системы из N индукторов 1 соединены с выходами матрицы сумматоров 6, при этом другие входы матрицы сумматоров 6 подключены к выходам блока формирования импульсных последовательностей 5.

Устройство функционирует следующим образом. В блоке формирования 5 генерируются независимо ряд импульсных последовательностей электрических сигналов в виде токов, которые поступают через сумматоры матрицы 6 на управляющие входы системы из N индукторов 1, располагаемых по всему пациенту 2, и конструктивно выполненной в виде костюма, или скафандра, или ложемента, или бокса и т.п. Перед началом лечения врач, исходя из априорной информации о заболевании, устанавливает в блоке 5 начальные значения параметров х₁₀,... x_m0 импульсных последовательностей (частота, скважность, полярность и др.), которые определяют начальные значения y₁₀,...y_n0 параметров магнитного поля (напряженности, направления векторов и скорости перемещения магнитного поля и др. ) в системе из N индукторов, т.е. задает исходную точку вектора электрических параметров системы Х₀={х₁₀,...x_m0} и тем самым исходную точку вектора магнитных параметров Y₀={у₁₀,...y_n0}. В результате устанавливаются начальные параметры магнитотерапевтической среды Y₀=Ф(Х₀).

С началом магнитотерапевтического сеанса вычислительным блоком 4 рассчитываются частные показатели системы регуляции сердца А, В, С, D, Е в соответствии с выражениями (1) на основе непрерывного анализа кардиоинтервалов (длительностей R-R интервалов) T_i(t), снимаемых с пациента при помощи блока 3 снятия кардиосигнала. Затем рассчитывается показатель активности регуляторных систем (ПАРС) H(Y)=Н(h⁺,h^-) в соответствии с выражением (2). Вычисленное значение ПАРС поступает на блок адаптации 7 параметров воздействия, где сравнивается со значением ПАРС, принятым за норму Н₀ и установленным по выражению (3). По результатам сравнения Н(h⁺,h^-) и Н₀ блок 7 варьирует ряд импульсных последовательностей электрических сигналов, т. е. определяет поправки а*₁х₁,...a*_mx_m, снимаемые с его информационных выходов, где а*₁,. . .а*_m - поправочные коэффициенты, которые поступают на матрицу сумматоров 6 и суммируются с соответствующими исходными значениями х₁₀,...x_m0 таким образом, чтобы выполнялось условие (4).

Варьирование биотропных параметров Y на первом такте адаптации происходит в окрестностях исходной точки вектора магнитных параметров Y₀={y₁₀,... y_n0}, заданных выбранной методикой воздействия.

Блок 7 реализует один из градиентных методов экстремального поиска. Оценка градиента gradY=gradФ(х₁,...x_m) в точке X₀ находится по результатам полного или дробного факторного эксперимента с планом в точке X₀={х₁₀,...x_m0} и значениями пробных шагов варьирования x_j, где - номер электрического параметра импульсной последовательности (фактора). Используя оценку градиента, блок 7 модифицирует исходные значения электрических параметров x₁₀, ...x_m0 таким образом, чтобы их новый набор (х₁₀+a*₁x₁),...(х_m0+a*_mx_m) переместился в направлении градиента функции grad Ф(х₁,...x_m) в точку X₁={ x₁₁, . . .x_m1}, где x₁₁=x₁₀+a*₁x₁,...x_m1=x_m0+а*_mx_m (фиг.1). Таким образом, смысл поправочных коэффициентов а*₁, . . . а*_m заключается в том, что они представляют собой составляющие градиента функции Y=Ф(Х) в рассматриваемой точке. В полученной точке Х₁ процедура адаптации повторяется. За время одного магнитотерапевтического сеанса осуществляется К таких тактов адаптации. Последний К-й такт адаптации заканчивается конечной точкой вектора электрических параметров Х_K= { х_1K, ...x_mK} и соответствующей ей точкой вектора магнитных (биотропных) параметров Y_K={y_1K,...y_nK}. Эти значения запоминаются в памяти блока адаптации 7, и в следующем магнитотерапевтическом сеансе врач может использовать значения Х_K и Y_K в качестве исходной (начальной) точки.

Если во время любого магнитотерапевтического сеанса значение ПАРС превысит максимально допустимое, например, по P.M. Баевскому H_max|6...8|(h⁺6...7)(|h^-|2...3) [5] , блок адаптации 7 по сигнальному выходу выдает сигнал на отключение магнитного воздействия (на отключающий вход системы из N индукторов) и сигнализирует об этом врачу.

При реализации рассматриваемых способа и устройства для узкого применения (исключительно для целей лечения) вычислительный блок и блок адаптации могут быть выполнены на микропроцессорах, а при использовании способа и устройства для решения научно-исследовательских медико-биологических задач оба эти блока могут быть заменены одной электронно-вычислительной машиной.

Таким образом, предложенный способ и устройство для его осуществления реализуют включение "биотехнической обратной связи" в процедуру лечения магнитным полем, что позволяет системе "пациент - аппарат магнитотерапевтического воздействия" адаптировать магнитное воздействие к конкретному пациенту с целью получения наиболее эффективного лечебного результата.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР 1498504, кл. А 61 N 2/04, 1989г.

2. Авторское свидетельство СССР 1569025, кл. А 61 N 2/00, 1990г.

3. Патент РФ 2090217, кл. А 61 N 2/00, 1997г.

4. Патент РФ 2003361, кл. А 61 N 2/02, 1993г.

5. WO 98/29156 А2.

6. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.М. Математический анализ изменения сердечного ритма при стрессе. - М.: Наука, 1984. С. 62-89.