способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия, основанный на подаче в индуктор в течение заданных промежутков времени t_i, где - номер текущего такта; m - число тактов воздействия в течение одного периода Т, электрического сигнала в виде периодически повторяющейся с периодом _S = kN_S/f₀, где k - постоянный коэффициент; f₀ - опорная частота двоичной импульсной последовательности постоянной длины N_S= р₀+p₁, где р₀ - число промежутков последовательности с нулевым уровнем; p₁ - число промежутков с единичным уровнем, при этом импульсную последовательность в течение каждого интервала t_i повторяют t_i/_S раз, кроме того, в течение каждого временного интервала t_i формируют двухуровневый электрический сигнал, задающий полярность, один из уровней которого соответствует прямому направлению вектора магнитной индукции создаваемого индуктором поля, а другой - обратному направлению, отличающийся тем, что в течение каждого периода _S временного интервала t_i формирование двоичной последовательности осуществляется с частотой f_и= 1/t_и= f₀/N_D, где t_и - период следования импульсов; N_d - переменный коэффициент, задаваемый автоматически или вручную, и длительностью интервалов с единичным уровнем напряжения _p1 = p₁t_и = p₁N_D/f₀, сформированную таким образом двоичную импульсную последовательность преобразуют в электрический сигнал с уровнем тока I_i



где

- среднее значение напряжения двоичной импульсной последовательности за период _S;

U_и - амплитуда напряжения импульсов двоичной импульсной последовательности;

R - сопротивление обмотки индуктора,

причем в случае, когда _p1S (при N_dkN_S/p₁) при завершении двоичной импульсной последовательности в индуктор в течение интервала времени до прихода следующего импульса частоты f_S подают сигнал с нулевым уровнем тока, когда же _p1>_S (при N_D>kN_S/p₁) в момент прихода очередного импульса частоты f_S подачу двоичной импульсной последовательности начинают с первого промежутка независимо от числа оставшихся в текущей последовательности интервалов и их уровней.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длину двоичной импульсной последовательности N_S выбирают с учетом точности задания номинальной (исходной) интенсивности тока, подаваемого в индуктор,

_S = 1/N_S,

где _S - погрешность задания номинальной величины тока в индукторе,

а коэффициент k - с учетом точности оперативной регулировки интенсивности

_D = 1/k,

где _D - погрешность оперативной регулировки интенсивности.

3. Устройство для формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия, содержащее шину опорного напряжения, подключенную к потенциальным входам блоков формирования магнитного воздействия, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, фильтра, переключателя полярности и индуктора (секции индукторов), причем потенциальные входы блоков формирования магнитного воздействия являются потенциальными входами ключей, а также шину данных, подключенную к информационным входам запоминающего устройства двоичных последовательностей, запоминающего устройства полярностей и запоминающего устройства длительностей тактов, генератор опорной частоты, входом соединенный с входом устройства, а выходом подключенный к вычитающему входу счетчика длительности такта, информационные входы которого соединены с выходами запоминающего устройства длительностей тактов, отличающееся тем, что шина данных подключена к входам параллельной записи счетчика двоичной последовательности и счетчика тактов, выходы которого подсоединены к адресным входам запоминающего устройства полярностей, запоминающего устройства длительностей тактов и к адресным входам старших разрядов запоминающего устройства двоичных последовательностей, выходы последнего соединены с одними входами элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам ключей, выходы запоминающего устройства полярностей соединены с управляющими входами переключателей полярности, а выход счетчика длительности такта соединен со счетным входом счетчика тактов, выход генератора опорной частоты подключен к входу неуправляемого делителя частоты, выходом подсоединенного к одному входу триггера и к запрещающему входу счетчика двоичной последовательности, выход переполнения которого подключен к другому входу триггера, а информационные выходы - к адресным входам младших разрядов запоминающего устройства двоичных последовательностей, выход генератора опорной частоты соединен также с тактовым входом управляемого делителя частоты, управляющие входы которого подключены к шине кода делителя частоты, а выход соединен с одним входом схемы совпадений, выходом подключенной к счетному входу счетчика двоичной последовательности, выход триггера подсоединен к другому входу схемы совпадений, а также к другим входам элементов И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано при создании аппаратуры для магнитотерапевтического воздействия, предназначенной для лечебных и восстановительных процедур с управлением уровнем воздействия по текущему состоянию пациента.

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, т. к. 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 является способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления [3], основанные на подаче в систему индукторов электрических сигналов в форме двоичных импульсных последовательностей. Общим недостатком известных способов является невозможность изменения относительной интенсивности воздействия без его остановки и последующего возобновления, что не позволяет адаптировать интенсивность воздействия к состоянию конкретного пациента и его изменениям непосредственно в ходе воздействия.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей магнитотерапевтической аппаратуры и повышение эффективности воздействия за счет управления интенсивностью магнитного поля в соответствии с состоянием и особенностями пациента и их изменениями в ходе лечебного сеанса.

Технический результат, реализуемый в способе формирования сигналов управления магнитотерапевтическим воздействием, достигается тем, что в течение каждого периода _S временного интервала t_i формирование двоичной последовательности осуществляется с частотой f_и=1/t_и=f₀/N_D, где t_и - период следования импульсов; N_D - переменный коэффициент, задаваемый автоматически или вручную, и длительностью интервалов с единичным уровнем напряжения _p1 = p₁t_и = p₁N_D/f₀.

Сформированную таким образом двоичную импульсную последовательность преобразуют в электрический сигнал с уровнем тока I_i:



где - среднее значение напряжения двоичной импульсной последовательности за период _S; U_и - амплитуда напряжения импульсов двоичной импульсной последовательности; R - сопротивление обмотки индуктора. В случае, когда _p1S (при N_DkN_s/p₁), при завершении двоичной импульсной последовательности в индуктор в течение интервала времени до прихода следующего импульса частоты f_s подают сигнал с нулевым уровнем тока. Когда же _p1>_S (при N_D>kN_s/p₁), в момент прихода очередного импульса частоты is подачу двоичной импульсной последовательности начинают с первого промежутка, независимо от числа оставшихся в текущей последовательности интервалов и их уровней.

Устройство для формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия содержит шину опорного напряжения, подключенную к потенциальным входам блоков формирования магнитного воздействия, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, фильтра, переключателя полярности и индуктора (секции индукторов). При этом потенциальные входы блоков формирования магнитного воздействия являются потенциальными входами ключей. Кроме того, устройство содержит шину данных, подключенную к информационным входам запоминающего устройства двоичных последовательностей, запоминающего устройства полярностей и запоминающего устройства длительностей тактов. В состав устройства входит генератор опорной частоты, входом соединенный с входом устройства, а выходом подключенный к вычитающему входу счетчика длительности такта, информационные входы которого соединены с выходами запоминающего устройства длительностей тактов. При этом шина данных подключена к входам параллельной записи счетчика двоичной последовательности и счетчика тактов, выходы которого подсоединены к адресным входам запоминающего устройства полярностей, запоминающего устройства длительностей тактов и к адресным входам старших разрядов запоминающего устройства двоичных последовательностей. Выходы последнего соединены с одними входами элементов "И", выходы которых подключены к управляющим входам ключей. Выходы запоминающего устройства полярностей соединены с управляющими входами переключателей полярности, а выход счетчика длительности такта соединен со счетным входом счетчика тактов. Выход генератора опорной частоты подключен к входу неуправляемого делителя частоты, выходом подсоединенного к одному входу триггера и к запрещающему входу счетчика двоичной последовательности, выход переполнения которого подключен к другому входу триггера, а информационные выходы - к адресным входам младших разрядов запоминающего устройства двоичных последовательностей. Выход генератора опорной частоты соединен также с тактовым входом управляемого делителя частоты, управляющие входы которого подключены к шине кода делителя частоты, а выход соединен с одним входом схемы совпадений, выходом подключенной к счетному входу счетчика двоичной последовательности. Выход триггера подсоединен к другому входу схемы совпадений, а также к другим входам элементов "И".

На фиг.1 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие способ.

Сущность способа формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия заключается в следующем.

В индуктор подают электрический сигнал в виде тока, параметры которого определяют величину напряженности и направление вектора индукции магнитного поля в индукторе, а также формируют интервалы времени t_i, в течение которых удерживается заданная величина напряженности. Для пояснения способа на фиг. 1, е представлен один из вариантов диаграммы тока, изменяющегося в течение заданного отрезка времени (периода) Т (на диаграмме показан начальный участок периода Т с двумя интервалами времени t₁ и t₂). Значение модуля индукции магнитного поля, создаваемого в индукторе, пропорционально величине тока. При этом положительным значениям тока соответствует прямое направление вектора магнитной индукции (например, "север-юг"), а отрицательным - противоположное ("юг-север"). Таким образом, основными параметрами диаграммы тока, подаваемого в индуктор, являются: значение тока I_i, полярность P_i и длительность t_i воздействия, где - номер трущего такта; m - число тактов воздействия в течение одного периода Т.

Для реализации произвольной диаграммы с периодом Т формируют последовательность временных интервалов {t₁,t₂,...t_i,...t_m}. Каждому временному интервалу t_i ставится в соответствие номинальная (исходная) величина тока I_i и направление вектора магнитной индукции, определяемое полярностью тока P_i, которая задается управляющим напряжением U_упр (единичный потенциал U_упр соответствует положительной полярности тока в индукторе и соответственно прямому направлению вектора магнитной индукции, нулевой потенциал - отрицательной полярности), как это показано на фиг.1,д и 1,е. В течение каждого временного интервала t_i формируется электрический сигнал в виде периодически повторяющейся с периодом _S = kN_S/f₀ (фиг.1, б), где k - постоянный коэффициент; f₀ - опорная частота (фиг.1,а) двоичной импульсной последовательности постоянной длины N_s=p₀+p₁, где р₀ - число промежутков последовательности с нулевым уровнем; p₁ - число промежутков с единичным уровнем. Импульсную последовательность в течение каждого интервала t_i повторяют t_i/_S раз. При этом отношение p₁/N_s задает номинальное (исходное) значение силы тока, протекающего через индуктор, вводимое в магнитотерапевтический аппарат при формировании методики лечения (статическая составляющая). Эта составляющая тока не изменяется от начала до окончания сеанса лечения.

В течение каждого периода _S (фиг.1,б) временного интервала t_i осуществляется формирование двоичной импульсной последовательности с частотой f_i= 1/t_и=f₀/N_D, где t_i - период следования импульсов; N_D - переменный коэффициент, задаваемый автоматически или вручную (фиг.1,в) и длительностью интервалов с единичным уровнем напряжения _p1 = p₁t_и = p₁N_D/f₀ (фиг.1,г). На диаграммах в качестве примера показано: на временном интервале t₁ (фиг.1,е) размещены периоды _S с номерами 1, 2, 3, 4, 5 (фиг.1,б), которым соответствуют значения N_D, равные 2, 1, 1, 3, 2. На фиг.1,в обозначены периоды следования импульсов t_и(2) ⁽¹⁾ и t_и(4) ⁽²⁾, где верхний индекс представляет собой номер временного интервала t_i, а нижний - номер периода _S в соответствующем временном интервале. На фиг.1,г показан элемент двоичной импульсной последовательности с длительностью интервала, имеющего единичный уровень напряжения ⁽¹⁾_p1(3), где индексы определены аналогично.

В результате среднее значение напряжения полученной двоичной импульсной последовательности за период _S связано с величиной _p1 отношением:



где U_и - амплитуда напряжения импульсов двоичной импульсной последовательности.

Сформированную таким образом двоичную импульсную последовательность преобразуют в электрический сигнал с уровнем тока I_i (фиг.1,е):



где R - сопротивление обмотки индуктора.

Следовательно, отношение N_D/k определяет составляющую тока в индукторе, которую можно оперативно изменять непосредственно во врeмя сеанса лечения путем изменения коэффициента N_D.

В случае, когда _p1S (при N_DkN_s/p₁) при завершении двоичной импульсной последовательности в индуктор в течение интервала времени до прихода следующего импульса частоты f_S подают сигнал с нулевым уровнем тока. Когда же _p1>_S/ (при N_DkN_s/p₁) в момент прихода очередного импульса частоты f_S подачу двоичной импульсной последовательности начинают с первого промежутка, независимо от числа оставшихся в текущей последовательности интервалов и их уровней.

Таким образом, величина протекающего через индуктор тока зависит не только от значения p₁/N_s, задаваемого при формировании методики лечебного воздействия, но и от величины коэффициента N_D, который может изменяться вручную или автоматически непосредственно в ходе лечебного воздействия.

Длина двоичной импульсной последовательности N_s выбирается с учетом точности задания номинальной (исходной) интенсивности тока, подаваемого в индуктор:

_S = 1/N_S, (3)

где _S - погрешность задания номинальной величины тока в индукторе, а коэффициент k - с учетом точности оперативной регулировки интенсивности:

_D = 1/k, (4)

где _D - погрешность оперативной регулировки интенсивности.

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

В состав устройства входят: 1 - генератор опорной частоты; 2 - управляемый делитель частоты; 3 - схема совпадении; 4 - счетчик двоичной последовательности; 5 - запоминающее устройство двоичных последовательностей; 6 -элементы "И"; 7 - ключ; 8 - фильтр; 9 - переключатель полярности; 10 - индуктор (секция индукторов); 11 - неуправляемый делитель частоты; 12 - триггер; 13 - запоминающее устройство полярностей; 14 - счетчик длительности такта; 15 - счетчик тактов; 16 - запоминающее устройство длительностей тактов; 17 - вход устройства; 18 - шина кода делителя частоты; 19 - шина данных; 20 - шина опорного напряжения; 21 - блок формирования магнитного воздействия.

Устройство для формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия содержит шину опорного напряжения 20, подключенную к потенциальным входам блоков формирования магнитного воздействия 21, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа 7, фильтра 8, переключателя полярности 9 и индуктора (секции индукторов) 10. При этом потенциальные входы блоков формирования магнитного воздействия 21 являются потенциальными входами ключей 7. Кроме того, устройство содержит шину данных 19, подключенную к информационным входам запоминающего устройства 5 двоичных последовательностей, запоминающего устройства 13 полярностей и запоминающего устройства 16 длительностей тактов. В состав устройства входит генератор опорной частоты 1, входом соединенный с входом 17 устройства, а выходом подключенный к вычитающему входу счетчика длительности такта 14, информационные входы которого соединены с выходами запоминающего устройства 16 длительностей тактов. При этом шина данных 19 подключена к входам параллельной записи счетчика двоичной последовательности 4 и счетчика тактов 15, выходы которого подсоединены к адресным входам запоминающего устройства 13 полярностей, запоминающего устройства 16 длительностей тактов и к адресным входам старших разрядов запоминающего устройства 5 двоичных последовательностей. Выходы последнего соединены с одними входами элементов "И" 6, выходы которых подключены к управляющим входам ключей 7. Выходы запоминающего устройства 13 полярностей соединены с управляющими входами переключателей полярности 9, а выход счетчика длительности такта 14 соединен со счетным входом счетчика тактов 15. Выход генератора опорной частоты 1 подключен к входу неуправляемого делителя частоты 11, выходом подсоединенного к одному входу триггера 12 и к запрещающему входу счетчика двоичной последовательности 4, выход переполнения которого подключен к другому входу триггера 12, а информационные выходы - к адресным входам младших разрядов запоминающего устройства 5 двоичных последовательностей. Выход генератора опорной частоты 1 соединен также с тактовым входом управляемого делителя частоты 2, управляющие входы которого подключены к шине 18 кода делителя частоты, а выход соединен с одним входом схемы совпадений 3, выходом подключенной к счетному входу счетчика двоичной последовательности 4. Выход триггера 12 подсоединен к другому входу схемы совпадений 3, а также к другим входам элементов "И" 6.

Устройство функционирует следующим образом. В запоминающее устройство (ЗУ) 5 двоичных последовательностей предварительно записывается по шине данных 19 последовательность числоимпульсных кодов (K₁,..., К_m), задающих номинальные (исходные) величины токов I_j в индукторе (секции индукторов) 10 в соответствующие интервалы времени t_i. Каждому коду K_i, определяющему величину тока I_i, ставятся в соответствие двоичный параллельный код длительности временного интервала t_i и код полярности тока P_i, определяющий направление вектора магнитной индукции путем записи этих кодов по шине данных 19 в ЗУ 16 длительностей временных интервалов (тактов) и ЗУ 13 полярностей векторов магнитной индукции соответственно. Таким образом, устанавливается взаимное однозначное соответствие параметров: t_i_ Ki, Pi. В результате в счетчик 14 длительности такта через ЗУ 16 длительностей временных интервалов (тактов) записывается код длительности первого временного интервала, т.е. t_i = t₁.

Функционирование устройства начинается с подачи разрешающего сигнала "Пуск" по входу устройства 17, который, включая генератор опорной частоты 1, разрешает генерацию импульсов опорной частоты f₀, служащих основой для задания длительностей временных интервалов. Импульсы опорной частоты поступают на входы управляемого делителя частоты 2, неуправляемого делителя частоты 11 и счетчика 14 длительности такта. Управляемый делитель частоты 2 формирует на выходе импульсы считывания двоичной импульсной последовательности, следующие с периодом, определяемым опорной частотой f₀ и коэффициентом деления опорной частоты N_D, подаваемым в виде кода на информационные входы управляемого делителя частоты 2 по шине 18 кода делителя частоты. Период импульсов считывания при этом равен N_D/f₀. Импульсы с выхода неуправляемого делителя частоты 11, следующие с периодом kN_s/f₀, поступают на S вход RS триггера 12, устанавливая его выход в единичное состояние и тем самым разрешая прохождение импульсов считывания двоичной последовательности с выхода управляемого делителя частоты 2 через схему совпадений 3 на счетчик двоичной последовательности 4. На выходах счетчика двоичной последовательности 4 сменяются кодовые комбинации, которые поступают на младшие адресные входы ЗУ 5 двоичных последовательностей. Тем самым обеспечивается считывание и прохождение двоичных последовательностей с выходов ЗУ 5 двоичных последовательностей через элементы "И" 6 соответствующих каналов формирования воздействия. Если прохождение двоичных импульсных последовательностей через элементы "И" 6 разрешено, логические уровни последовательностей (0 или 1) вызывают подключение или отключение опорного напряжения, поступающего по шине опорного напряжения 20 к потенциальным входам блоков 21 формирования магнитного воздействия, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа 7, фильтра 8, переключателя 9 полярности и индуктора (секции индукторов) 10. Переключатели 9 полярности управляются кодами от ЗУ 13 полярностей. При переполнении счетчика последовательности 4, коэффициент пересчета которого равен N_s, на его выходе переполнения появляется импульс, поступающий на R вход RS триггера 12. В результате на выходе триггера 12 формируется сигнал с нулевым уровнем, запрещающий прохождение импульсов считывания двоичной импульсной последовательности на счетчик последовательности 4 и, соответственно, прохождение двоичных последовательностей в каналы формирования магнитного воздействия.

Таким образом, на каждый индуктор подаются импульсы опорного напряжения с длительностью интервалов с единичным уровнем напряжения _p1 = p₁N_D/f₀ и периодом _S = kN_S/f₀, которые за счет свойств индуктора преобразуются в ток величиной I_i = (U_и/R)(p_i/N_s)(N_D/k), где U_и - амплитуда напряжения импульсов двоичной импульсной последовательности; R - сопротивление обмотки индуктора. При этом величина p_i/N_s соответствует отношению числа интервалов с единичным логическим уровнем к длине последовательности и определяет исходное значение интенсивности воздействия, а отношение N_D/k задает относительное значение интенсивности, которое может изменяться вручную или автоматически в зависимости от текущего состояния пациента.

По завершении очередного такта воздействия счетчик 14 длительности такта обнуляется и формирует на выходе переполнения импульс, поступающий на суммирующий вход счетчика тактов 15. Номер очередного такта с выходов счетчика тактов 15 поступает на адресные входы ЗУ 13 полярностей и ЗУ 16 длительностей тактов, а также ЗУ 5 двоичных последовательностей. Код длительности очередного такта с выхода ЗУ 16 длительностей тактов поступает на входы счетчика 14 длительности тактов, который начинает отсчет длительности очередного временного интервала (такта), т.е. t₂. Значения интенсивностей управляющих токов и их полярностей считываются из соответствующих ячеек ЗУ 5 двоичных последовательностей и ЗУ 13 полярностей. Такты воздействия циклически повторяются, пока активен сигнал "Пуск" на входе 17 устройства и могут быть синхронизированы с биоритмами пациента при помощи данного сигнала. Число m временных интервалов, формируемых за весь период воздействия Т, определяется коэффициентом пересчета счетчика 15.

Таким образом, предложенный способ и устройство для его осуществления обеспечивают задание интенсивности формируемого магнитотерапевтическим аппаратом магнитного поля как на этапе подготовки и ввода программы воздействия в магнитотерапевтический аппарат, так и непосредственно в ходе воздействия, вручную или автоматически, в соответствии с состоянием пациента и его изменениями, что позволяет добиться более высокого лечебного результата.

Литература

1. АС СССР 1498504, кл. А 61 N 2/04, 1989.

2. Патент РФ 2007198. кл. А 61 N 2/02, 1994.

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