CZ286095B6 - Zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny - Google Patents

Abstract

Zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny, přičemž toto zařízení zahrnuje napájecí zdroj (1) proudu pracující se spínacím režimem a opatřený elektronickým spínacím prvkem, v jehož uzavřeném stavu je ovládán přívod proudu do induktoru (L.sub. 1.n.) vybíjejícího se při otevření uvedeného spínacího prvku do kondenzátoru (C.sub. 1.n.), na jehož vývodech je výstupní napětí uvedeného zařízení. Zařízení zahrnuje paměť pro ukládání řady po sobě jdoucích čísel, která jsou obrazem po sobě následujících segmentů předem stanoveného tvaru vlny, hodinově řízený čítač pro periodické řízení uzavírání uvedeného spínacího prvku po předem stanovený časový interval a prostředek pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel představujícího mezní hodnotu počítání prováděného uvedeným čítačem, do uvedeného čítače.ŕ

Description

Zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny, obsahujícího napájecí zdroj proudu pracující se spínacím režimem a opatřeným elektronickým spínacím členem, zejména transistorem, v jehož uzavřeném stavuje ovládán přívod proudu do induktoru vybíjejícího se při otevření spínacího členu do kondenzátoru, na jehož vývodech je výstupní napětí. Toto zařízení, které zejména součástí iontoforézového přístroje pro transdermální aplikaci léčebných látek a elektrického stimulátoru.

Dosavadní stav techniky

Přístroje pro aplikaci lékařských přípravků iontoforézou jsou již známy a jsou určeny pro vyvolání aktivního pohybu ionizovaných molekul látek, které budou v dalším popisu nazývány lékařskými nebo farmaceutickými přípravky, popřípadě léky, a pro pronikání těchto látek pokožkou pacienta, přičemž pohyb ionizovaných molekul je vyvoláván potenciálním rozdílem mezi dvěma sousedními oblastmi pokožky pacienta. Přístroje tohoto druhu jsou popsány například v WO-A-88/08729 a FR-PA 2 656 223.

Množství lékařských přípravků, takto absorbovaných kůží pacienta za jednotku času, je čistě závislé na elektrickém proudu, který je vytvořen aplikovaným potenciálním rozdílem a kteiý prochází pokožkou pacienta z jedné oblasti do druhé. Četné studie ukazují na výhody plynoucí z přesné kontroly síly tohoto proudu, který může být zaváděn nebo přerušován v předem stanovených časových intervalech nebo u kterého může být amplituda modulována podle impulzů se sinusoidním, trojúhelníkovým, pilovitým nebo obdélníkovým tvarem vlny v závislosti na různých programech pro aplikaci lékařských přípravků, které jsou přizpůsobeny příslušnému léčebnému postupu, druhu molekul a podobně. Podrobnější informace v tomto směru jsou uvedeny v článku Pikala a Shaha „Studie mechanismů podporujících proudění bezsrstou pokožkou myši při impulzní stejnosměrné iontoforéze“, publikovaném v časopisu Pharmaceutical Research, sv. 8, č. 3, 1991 str. 365 až 369, a v článku Chiena a kolektivu „Usnadněné transdermální podávání terapeutických peptidů a proteinů iontoforézními dávkovacími zařízeními“, publikovaném v časopisu „Joumal of Controlled Release“, 13, 1990, str. 263 až 278. Jak je vysvětleno v těchto publikovaných článcích, prodloužené působení stejnosměrného napětí na kůži vyvolává její elektrochemickou polarizaci zejména v důsledku kapacitního efektu pozorovaného zejména ve zrohovatělé vrstvě pokožky, přičemž tato polarizace vyvolává zmenšení elektrického proudu spojené s iontoforézní dopravou ionizovaných molekul obsažených v lékařském přípravku a tím také snížení množství lékařských přípravků, která jsou podávána za jednotku času, oproti požadovaným dávkovaným množstvím. Známé řešení tohoto problému spočívá v použití impulzního stejnosměrného napětí zajišťujícího časové intervaly pro depolarizaci zrohovatělé vrstvy pokožky.

Pro transdermické podávání léčebných přípravků, podporovaném iontoforézou, jsou v současné době vyhledávána řešení dávkovačích přístrojů a zařízení, která by byla vytvořena ve formě lehkých a kompaktních náramků, které by mohly být upevněny pohodlně a bez vyvolávání nepříjemných pocitů na ruku pacienta například po dobu několika hodin. Tento náramek by měl obsahovat zásobu léčebného přípravku, který má být aplikován, a prostředky pro generování elektrického napětí vhodného pro iontoforetické napomáhání pronikání ionizovaných molekul, tvořících léčebný přípravek, pokožkou pacienta. Zásoba léčebného přípravku může být tvořena hydrogelem plněným ionizovanou formou léčebného přípravku a umístěným mezi pokožkou pacienta a nejméně jednu ze dvou elektrod, mezi nimiž je elektrické napětí s předem stanoveným tvarem vlny, Prostředky pro generování takového napětí by měly být schopny v ideálním

- 1 CZ 286095 B6 případě, jak bylo uvedeno v předchozí části popisu, dodávat elektrické napětí s velmi proměnným tvarem vln, proměnným kmitočtem a proměnnou amplitudou podle zadaného programu, aby bylo možno zařízení používat velmi variabilně. Napájení přístroje elektrickým proudem musí být zajištěno především z baterií, aby byla dosažena nezávislost pacienta na zdroji energie, přičemž při tomto napájení je třeba brát v úvahu životnost napájecích baterií a je třeba zajistit příslušná ústrojí pro zvýšení hodnot napětí dodávaného bateriemi, protože transdermální a iontoforetická aplikace léčebného přípravku vyžaduje běžně okamžité napětí kolem 10 V a více. Tyto požadavky způsobují v kombinaci s požadavky na kompaktnost přístroje a jeho malou hmotnost, že návrh takového zařízení je velmi obtížný.

Pro vytvoření ústrojí generujícího napětí s programovatelným tvarem vln je možno použít číslicově analogového převodníku, jehož číslicový vstup je napájen řídicím ústrojím, například mikroprocesorem, který následně zajišťuje pro převodník digitální hodnoty odpovídající amplitudě po sobě následujících segmentů s jakýmkoliv tvarem vlny. Toto řešení však bohužel vede k použití převodníku jen v některých případech kvůli nutnosti vysokého výstupního napětí, což zvyšuje cenu a velikost přístroje. Kromě toho je číslicově analogový převodník srovnatelný se zesilovačem třídy B, to znamená se zesilovačem působícím v jedné polovině periody vlny a majícím tedy účinnost podstatně menší než 100 %.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit konstrukci zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny, které by bylo využitelné v přístrojích pracujících s iontoforetickými účinky a určených pro transdermální aplikaci léčebného přípravku, které by nemělo nevýhody dosud známých a v předchozí části popisu popsaných zařízení a které by bylo poměrně lehké, kompaktní a napájené elektrickými bateriemi, aby tak bylo zcela nezávislé na stacionárním zdroji napětí a aby mohlo být nošeno pacientem po dlouhou dobu bez vyvolávání nepříjemných pocitů.

Úkolem vynálezu je také vyřešit takové zařízení pro aplikační přístroj, které by umožnilo úplné naprogramování tvaru vlny působícího napětí a programu vydávání léčebného přípravku a které by bylo velmi variabilní při svém použití.

Dalším úkolem vynálezu je vyřešit takové zařízení a takový přístroj, které by dovolovaly generování impulzů s tvarem vlny odpovídajícím střídavému proudu, aby se zejména zajistila migrace léčebného přípravku ve dvou směrech takto generovaného proudu.

Ještě jiným úkolem vynálezu je vyřešit zařízení, které by umožnilo regulování působícího proudu nebo napětí pro kompenzaci časových změn vyvolaných změnami v hodnotách elektrického odporu pokožky pacienta, pozorovaných u přístroje mezi dvěma elektrodami pro přívod generovaného elektrického napětí.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je zařízení pro generováni elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny, přičemž toto zařízení zahrnuje napájecí zdroj proudu pracující se spínacím režimem a opatřeným elektronickým spínacím prvkem, v jehož uzavřeném stavuje ovládán přívod proudu do induktoru vybíjejícího se při otevření uvedeného spínacího prvku do kondenzátoru, na jehož vývodech je výstupní napětí uvedeného zařízení, přičemž podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že dále zahrnuje paměť pro ukládání řady po sobě jdoucích čísel, která jsou obrazem po sobě následujících segmentů předem stanoveného tvaru vlny, hodinově řízený čítač pro periodické řízení uzavírání uvedeného spínacího prvku po předem stanovený časový interval a prostředek pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel představujícího mezní hodnotu počítání prováděného uvedený čítačem, do uvedeného čítače.

-2CZ 286095 B6

Výhodně uvedený čítač je tvořen sestupným čítačem pro počítání vzad od zavedeného čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, přičemž tento sestupný čítač je opatřen výstupem detekce nuly pro řízení uzavírání uvedeného spínacího prvku po předem stanovený časový interval, přičemž uvedený spínací prvek je tvořen tranzistorem.

Výhodně uvedený výstup detekce nuly uvedeného čítače je připojen v uzavřené smyčce zpět k otvíracímu vstupu uvedeného čítače pro spuštění nového počítání vzad od zavedeného čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel.

Prostředkem pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel do uvedeného čítače je výhodně mikroprocesor.

Uvedená paměť je výhodně tvořena programovatelnou pamětí pro ukládání různých řad po sobě jdoucích čísel, odpovídajících předem stanoveným a zřetelně rozlišitelným tvarům vln.

Uvedená paměť je výhodně součástí uvedeného mikroprocesoru.

Výhodně zařízení dále zahrnuje prostředek pro stabilizaci výstupního proudu uvedeného zařízení uspořádaný mezi uvedeným kondenzátorem a vnějším zatěžovacím obvodem připojeným k výstupním vývodům uvedeného zařízení.

Výhodně uvedený prostředek pro stabilizaci proudu zahrnuje tranzistor, jehož báze je připojena k střednímu bodu napěťového děliče, tvořeného odpory, spojeného s vývody kondenzátoru uvedeného napájecího zdroje a s jedním vývodem odporu pro omezení proudu dodávaného tímto tranzistorem do uvedeného vnějšího zatěžovacího obvodu, přičemž druhý vývod odporu pro omezení proudu je připojen k emitoru uvedeného tranzistoru.

Výhodně zařízení zahrnuje prostředek pro obrácení směru výstupního proudu uvedeného zařízení dodávaného do uvedeného vnějšího zatěžovacího obvodu, přičemž tento prostředek je připojen k prostředku pro detekci čísel, z uvedeného řady po sobě jdoucích čísel, odpovídajících průchodu tvaru vlny nulovou hodnotou, přičemž tento prostředek je připojen k prostředku pro detekci čísel, z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, odpovídajících průchodu tvaru vlny nulovou hodnotou, přičemž tento prostředek pro detekci čísel je zahrnut v uvedeném prostředku pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel.

Výhodně prostředek pro obrácení výstupního proudu uvedeného zařízení je tvořen můstkem, sestaveným ze čtyř tranzistorů, pro napájení vnějšího zatěžovacího obvodu připojeného k diagonále tohoto můstku, přičemž báze dvou tranzistorů prvního typu jsou spojeny s kolektory druhých dvou tranzistorů druhého typu, jejichž báze jsou připojeny k uvedenému prostředku pro detekci čísel, z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, odpovídajících průchodu tvaru vlny nulovou hodnotou.

Výhodně uvedený prostředek pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel zahrnuje prostředek pro změnu frekvence zavádění čísel z uvedené řady po sobě jdoucích čísel do uvedeného čítače a tudíž pro změnu frekvence výstupního napětí uvedeného zařízení.

Výhodně uvedený mikroprocesor zahrnuje prostředek pro regulaci, v uzavřené smyčce, napětí nebo intenzity výstupního proudu uvedeného zařízení, přičemž tento prostředek je spojen s uvedeným prostředkem pro obracení směru výstupního proudu uvedeného zařízení.

-3 CZ 286095 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, zde znázorňují obr. 1 schéma zapojení pro generování napětí, obr. 2 schéma příkladného provedení zapojení mezi mikroprocesorem a čítačem tvořícím část zařízení podle vynálezu, obr. 3 v detailu část zařízení podle vynálezu, ovládaného výstupem detektoru nuly u čítače z obr. 2 pro napájení elektrod ionotoforézového přístroje pro transdermální aplikace lékařských přípravků podle vynálezu, a obr. 4 příkladný průběh generace sinusoidálního napětí přístroje podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Z obr. 1 je zřejmé, že zařízení podle vynálezu v podstatě obsahuje napájecí zdroj 1 se spínacím režime, ovládaný čítačem 2, kteiý je zase připojen prostředek pro zavádění a ukládání čísel, tvořenému například mikroprocesorem 3. Napájecí zdroj 1 se spínacím režimem je tvořen podobně jako u známých zařízení induktorem L, zapojeným v sérii se spínacím prvkem tvořeným v příkladném provedení transistorem T_b který má strukturu MOS s vodivostí typu P a je zapojen mezi referenční zdroj V_Cc napětí a uzemňovací vedení 4. Dioda Di polarizovaná v přímém směru je zapojena na jedné straně mezi bod společný induktoru Li a kolektoru tranzistoru Ti a na druhé straně k vývodu kondenzátoru Cj, který je zapojen mezi diodou Di a uzemňovacím vedením 4. Funkce tohoto napájecího zdroje 1 se spínacím režimem je konvenční. Napětí v induktoru L, se zvyšuje, když je tranzistor T| propustný, přičemž strmost zvyšování napětí je určena hodnotou indukčnosti a hodnotou referenčního zdroje V_cc. Jestliže tranzistor T_t přestane být propustný, energie uchovaná v magnetickém poli induktoru Li se přenese do kondenzátoru Ci přes diodu Di. Při každém přenesení se napětí mezi svorkami 5, 6 kondenzátoru Ci zvyšuje inkrementálně a může, pokud není mezi těmito svorkami 5, 6 žádné zatížení, dosáhnout velmi vysokých hodnot napětí.

U zařízení podle vynálezu je napájecí zdroj 1 se spínacím režimem ovládán výstupem 18 detekce nuly čítače 2, kteiým může být například devítistupňový sestupný čítač. Kdykoliv prochází tento čítač 2 nulou, objeví se na tomto výstupku impulzy s určenou dobou trvání, které uvedou tranzistor T| do propustného stavu, který umožňuje další zvyšování proudu v induktoru L_b

Čítač 2 je naplňován čísly nebo „vektory“ definovanými například osmi bity. Vektor je přiváděn na paralelní datový vstup 7 čítače 2, aby tak byla do něj přivedena horní mez pro zpětné načítáním prováděné čítačem 2. Časový interval oddělující výskyt dvou po sobě následujících impulzů na výstupu 18 detekce nuly je závislý na hodnotě tohoto čísla nebo vektoru. Při přivedení těchto impulzů blíže k sobě v průběhu času se intenzita nabíjení u kondenzátoru Ci zvyšuje, zatímco při zvětšování vzdálenosti mezi impulzy se intenzita nabíjení snižuje. Je možné předpokládat, že svorky 5, 6, které jsou spojeny s neznázoměným vnějším zatěžovacím obvodem, budou napájeny napětím s libovolným tvarem vlny definovaným sledem hodnot „vektorů“, přičemž tyto hodnoty jsou zaváděny postupně do čítače 2, aby se tak mohly měnit časové intervaly oddělující dva po sobě následující impulzy pro přivedení tranzistoru T] do propustného stavu.

Sled hodnot vektoru, odpovídající danému tvaru vlny, například sinusoidovému, trojúhelníkovému, obdélníkovému nebo pilovitému tvaru vlny, který může být nebo také nemusí být souměrný,

-4CZ 286095 B6 tak tvoří sled čísel, z nichž každé je „obrazem“ jednoho z po sobě následujících segmentů, do kterých může být vlna rozdělena. Tento sled čísel je uložen v paměti, která může být například součástí mikroprocesoru 3. Mikroprocesor 3 je náležitě programován, aby se nastavila rychlost zavádění těchto hodnot do čítače 2, který se konstantně „natáčí“ mezi maximální zátěžovou hodnotou a nulovou hodnotou, přičemž počítání pokračuje bezprostředně po každém průchodu nulou kvůli zpětnému připojení výstupu 18 detekce nuly na otvírací vstup 19 datového vstupu 7. Jak je patrno z výkresu, čítač 2 je spojen s hodinami 8 a je zapojen mezi referenční zdroj Vcc napětí a uzemňovací vedení 4.

Jak je patrno z příkladu na obr. 4, sled hodnot vektoru, které mohou být použity pro získání sinusoidního tvaru vlny, vždy předpokládá, že zdroj proudu je připojen k pevnému vnějšímu zatěžovacímu obvodu. Vysoká hodnota vektoru, například 110, se projevuje nastavením dlouhé počítací periody a v důsledku toho nízké budicí frekvence napájecího zdroje £ se spínacím režimem, což má za následek nízkou hodnotu výstupního napětí. Vektor s nižší hodnotou zajišťuje kratší počítací periodu, vyšší budicí frekvenci napájecího zdroje 1 se spínacím režimem a tím také zvýšené výstupní napětí. Rychlým periodickým měněním hodnoty vektoru je možno generovat jakýkoliv tvar vlny včetně konstantních úrovní, trojúhelníkových nebo obdélníkových impulzů a pilovitých nebo sinusoidních tvarů vln. Pro generování souměrných a sinusoidních střídavých tvarů vln, zobrazených v příkladu na obr. 4, je možno generovat druhou půlvlnu z původního tvaru vlny jednoduchým obrácením směru průchodu proudu ve vnějším zatěžovacím obvodu, přičemž obrácení směru proudu je dosaženo pomocí prostředků, které budou popsány v další části, a sled hodnot vektoru (110, 060, 044 atd.) pro pouze jednu půlvlnu se uloží do paměti.

Podle výhodných charakteristických znaků zařízení podle vynálezu obsahuje toto zařízení zejména jednoduché prostředky pro změnu frekvence nastaveného tvaru vlny. Ktomu je postačující regulovat rychlost, sjakou mikroprocesor 3 naplňuje čítač 2 sledem po sobě následujícím hodnot vektoru.

Je třeba poznamenat, že doba trvání impulzu pro uvedení tranzistoru Tj do propustného stavu je rovna periodě signálu vysílaného hodinami 8, které nastavují rychlost čítače 2, přičemž tato doba trvání je nastavena velmi přesně. Perioda opakování impulzu je proměnná aje rovna době trvání bázového impulzu násobeného hodnotou vektoru, zvýšené o jednotku. Je třeba dále poznamenat, že napájecí zdroj £ se spínacím režimem je takového druhu, že umožňuje dodávání výstupního napětí většího než je vstupní napětí. To je nezbytné pro aplikace řešení podle vynálezu, popsané v další části popisu a spočívající v iontoforézním přístroji pro transdermální aplikaci lékařských přípravků, který má být napájen malými bateriemi, aby byl vhodný pro nošení například na ruce pacienta bez vyvolávání nepříjemných pocitů. Při tomto praktickém použití řešení podle vynálezu je nutno dosáhnout, jako již bylo řečeno v předchozí části, napětí vyššího než 10 V například dvěma třívoltovými bateriemi, a proto je nutno použít napájecího zdroje se spínacím režimem, zvyšujícího hodnoty napětí.

V další části popisu bude objasněn obr. 2, který znázorňuje podrobněji prostředky používané pro naplňování vektorových hodnot z mikroprocesoru 3 do čítače 2. V tomto příkladném provedení, které není nijak omezujícím příkladem, je čítač 2 tvořen osmistupňovým synchronním sestupným čítačem, který je popsán v katalogu firmy SGS Thompson Company pod označením 74HC40103, přičemž mikroprocesor 3 použitý v tomto příkladu provedení části zařízení podle vynálezu je uveden v katalogu firmy MITSUBISHI Company pod označením M50927E.

V tomto příkladu je znázorněno každé z osmi vedení paralelního datového vstupu 7 čítače 2, přičemž každé z těchto vedení je připojeno přes odpor R? až R₉, podobně jako je tomu u známých provedení. Tato vedení jsou napájena výstupy So až S3 a P_o až £3 mikroprocesoru 3 a jsou připojena k vývodním kolíkům 4 až 13 čítače 2. Krystalové hodiny 8 dodávají hodinové impulzy na čítač 2 prostřednictvím invertoru 9, přičemž mikroprocesor 3 je připojen přímo

-5 CZ 286095 B6 hodinovým výstupem Xin· Znovunastavení mikroprocesoru 3 a čítače může být řízeno terminálem RESET. Zdroj 10 referenčního napětí napájí mikroprocesor 3. U čítače 2 je výstup 18 detekce nuly propojen smyčkou zpět na otvírací vstup EN₇, jak je to patrno také ze schématu na obr. 1.

Obr. 2 dále zobrazuje dvě vedení můstek A, můstek B, která jsou spojena s výstupy D3, D₄, mikroprocesoru 3, a dvě vedení ADC1, ADC2, která jsou spojena se vstupy KO. K1 mikroprocesoru 3, vybavenými integrovanými analogově číslicovými převodníky. Funkce těchto vedení ADC1, ADC2 a vstupů KO, K1 budou vysvětleny v souvislosti s objasňováním zapojení zobrazeného na obr. 3.

Na tomto obr. 3 jsou čárkovanými čarami ohraničeny tři jednotky, odpovídající jednak napájecímu zdroji 1 se spínacím režimem, prostředku 11 pro stabilizaci proudu a prostředku 12 pro obracení směru proudu ve vnějším zatěžovacím obvodu. Báze tranzistoru T] napájecího zdroje 1 se spínacím režimem je spojena s výstupem 18 detekce nuly čítače 2 přes invertor 17.

Dvě již zmíněná vedení ADC1, ADC2 tvoří část uzavřeného smyčkového ústrojí pro řízení proudu napětí nebo napětí působícího na vnější zatěžovací obvod, které je zapojeno mezi elektrody 13, 14, tvořící v praktické aplikaci řešení podle vynálezu část iontoforézního přístroje pro transdermální aplikaci léčebných přípravků.

Takový přístroj je opatřen zařízením pro generování elektrického napětí podle vynálezu, upraveným pro uložení v pouzdru takového tvaru, který je vhodný pro upevnění pomocí náramku na ruce pacienta, a nejméně jednou malou baterií, zejména lithiovou baterií pro napájení zařízení podle vynálezu elektrickým napětím. Elektrody 13, 14 jsou připojeny pokud možno nezávisle na sobě k výstupnímu terminálu obvodu z obr. 3. Nejméně jedna z těchto elektrod 13, 14 ie opatřena zásobníkem na léčebné přípravky, které mají být aplikovány, například na hydrogel smíchaný s ionizovanou formou léčebného přípravku, přičemž tento hydrogel má být přiveden do styku s pokožkou léčeného pacienta. Dvě elektrody 13, 14 jsou tak obráceny ke dvěma sousedním oblastem pacientovy pokožky a napětí generované zařízením podle vynálezu napomáhá při své správné orientaci migraci ionizovaných molekul léčebného přípravku pokožkou pacienta, přičemž pronikání léčebného přípravku je podporováno elektrickým polem vytvořeným mezi dvěma elektrodami 13, 14 a zasahujícím až do těla pacienta pod jeho pokožku.

Řešení podle vynálezu bylo dosud popisováno především s ohledem na iontoforetickou migraci léčebných přípravků. Je zřejmé, že do rozsahu vynálezu spadá každá transdermální aplikace léčebných přípravků a léků, vpravovaných elektrickým proudem pokožkou do těla pacienta, například iontoforetickým nebo elektroosmotickým působením, popřípadě kombinací obou těchto účinků.

Obvod zobrazený v příkladném provedení na obr. 3 je určen k provádění různých funkcí. Zejména využitelných v aplikacích popsaných v předchozím odstavci.

Tento obvod zahrnuje prostředek 11 pro stabilizaci proudu přiváděného do pacienta, obsahující druhý transistor T2, jehož báze je připojena ke střednímu bodu napěťového děliče, tvořeného odpory R₁₀, Ru, spojeného s vývody kondenzátoru Ci a odporu R12 upraveného na emitoru druhého tranzistoru T-> omezujícího proud oddávaný tímto druhým tranzistorem T₇ do vnějšího zatěžovacího obvodu. Báze tohoto druhého tranzistoru T-> je udržována na napětí proporcionálním k napětí na první svorce 5 kondenzátoru C] působením napěťového děliče tvořeného odpory R10, Rn- Napětí na vývodech emitorového odporu R12 jsou potom proporcionální k napětí na první svorce 5 s odečtením konstantní hodnoty určené napětím na emitoru/bázi tranzistoru T2. Napětí na vývodech emitorového odporu R12 naopak určuje emitorový proud a tím také proud v kolektoru tranzistoru Tj. Tento proud je v podstatě nezávislý na kolektorovém odporu, který je zejména určen odporem v pokožce pacienta, který se projevuje

-6CZ 286095 B6 mezi elektrodami 13, 14. Popsaný prostředek 11 pro stabilizaci proudu vytváří intenzitu proudu proudícího do pacienta a tím také intenzitu dopravy léčebného přípravku v podstatě nezávislou na odporu pacientova těla, který se může u jednotlivých jedinců měnit. Obvod je dále opatřen druhým kondenzátorem C?. který je zapojen paralelně s odporem Rio, přičemž kombinace těchto prvků vytváří filtr, který vyrovnává výstup napájecího zdroje 1 se spínacím režimem.

Jak je patrno z předchozího popisu, zařízení podle vynálezu také obsahuje prostředek 12 pro obracení směru proudu ve vnějším zatěžovacím obvodu, tvořeném v podstatě pokožkou pacienta, mezi dvěma elektrodami 13, 14, přičemž tento prostředek umožňuje generovat střídavé tvary vln sestávajících ze souměrných půlvln, s přidáním zásoby vektorových veličin odpovídajících pouze jedné půlvlně. Obr. 3 zobrazuje, že tento prostředek 12 pro obracení směru proudu je zapojen mezi tranzistor T> a elektrody 13. 14. Prostředek 12 pro obracení směru proudu je tvořen můstkem zahrnujícím čtyři tranzistory T3, T₄, T₅, T₆ pro napájení vnějšího zatěžovacího obvodu připojeného k diagonále tohoto můstku, přičemž báze dvou tranzistorů T3, T5 prvního (pnp) typu jsou spojeny s kolektory druhých dvou tranzistorů T₄, T₆ druhého (npn) typu, jejichž propustný stav se mění v závislosti na detekci čísla odpovídajícího stavu, ve kterém průběh vlny prochází nulovou hodnotou, přičemž tato detekce je provedena prostředkem pro zavádění a ukládání čísel.

Tranzistorový můstek může být ovšem použit také pro generování tvarů vln majících asymetrické půlvlny, přičemž v tomto případě je třeba ukládat do paměti celý tvar vlny.

Báze tranzistorů T3, T5 jsou spojeny s příslušnými kolektory druhých dvou tranzistorů T₄, T₆ přes příslušné odpory R₁₄, R₁₅. Báze tranzistorů T₄, T₆ jsou ovládány signály přenášenými mikroprocesorem 3 skrze vedení můstek A a vedení můstek B, jak je to patrno z obr. 2. Elektrody 13, 14 jsou spojeny s kolektory tranzistorů T₃, T5 podél „diagonály“ můstku. Ve znázorněném příkladném provedení je paměť a prostředek pro zavádění hodnot vektorů kombinovány v mikroprocesoru 3, přičemž prostředek pro zavádění hodnot vektoru je dále vybaven prostředkem pro detekci hodnot vektoru, které odpovídají průchodu průběhu vlny nulovou hodnotou, přičemž tento prostředek spouští přenos signálů vedených vedeními můstek A, můstek B. Je zřejmé, že je-li tranzistor T₄ uveden do propustného stavu přenosem signálu po vedení můstek A. potom propustný stav tranzistoru T₄ uvede do propustného stavu transistoru T₅ a proud opouštějící kolektor tranzistoru T? prochází do pacienta z druhé elektrody 14 ve směru k první elektrodě 13. Proud prochází v jiném směru, jestliže mikroprocesor 3 zajistí propustnost transistorů T3, T₆.

Při použití tohoto zařízení pro iontoforetickou migraci léčebných přípravků je výhodná dvousměmá migrace, kterou je možno dosáhnout při použití dvou elektrod, z nichž každá je opatřena zásobníkem léčebného přípravku, což v porovnání s přístrojem obsahujícím jediný zásobník spojený s jednou elektrodou umožňuje zdvojnásobení průtoku léčebného přípravku. To má za následek, že pro dosažení stejné intenzity vpravování přípravku do pokožky je možno vpravovat léčebný přípravek ve dvou samostatných oblastech pacientovy pokožky s poloviční intenzitou, takže je možno dosáhnout snížení dráždění pokožky transdermálním působením.

Podle výhodného provedení zařízení podle vynálezu může být zařízení opatřeno prostředkem pro regulaci, v uzavřené smyčce, napětí nebo intenzity proudu přiváděného do těla pacienta připojeného ke svorkám 13, 14. Odpor těla a pokožky pacienta se může v průběhu doby léčby měnit, zejména v důsledku polarizace zrohovatělé vrstvy pokožky navzdory depolarizačnímu účinku aplikace impulzového napětí, které omezuje polarizaci. Změny hodnot elektrického odporu mohou vést ke změnám hodnot napětí nebo proudu působícího na pacienta, které se dostanou mimo předem stanovené oblasti, za kterými již léčba neprobíhá správně.

U zařízení podle vynálezu jsou tyto změny elektrického odporu zjišťovány pomocí napětí Vj, V₂ snímaného ve směru a proti směru proudu u tranzistorového můstku vytvořeného z tranzistorů T3, T₄, T₅, T₆, přičemž tato napětí jsou snímána vedeními ADC1, ADC2 v bodech 15,16.

-7CZ 286095 B6

Napětí V] snímané ve středním bodu 15 dělicího můstku R₁₆, Rn zapojeného mezi kolektory transistoru Tj, T5 a uzemnění je přivedeno ke vstupu KO mikroprocesoru 3, zatímco napětí V₂ na emitoru tranzistorů T₄, T₆ je přiváděno na vstup K1 mikroprocesoru 3, který je přeměňuje na digitální hodnoty.

Napětí V] umožňuje mikroprocesoru 3 vypočítat napětí na vstupní elektrodě pro přívod proudu do těla pacienta, zatímco druhé napětí V₂ přivedené na odpor R,₃ umístěný mezi emitory tranzistorů T₄, T₆ a uzemnění umožňuje vypočtení hodnoty proudu i = V₂/Ri₃, procházejícího do těla pacienta. Mikroprocesor 3 potom vypočte elektrický odpor R u pacienta z následující rovnice:

R = (kV) - V₂)/i, kde k je konstanta.

Podle zněn odporu R těla pacienta, které mohou být takto snímány, mikroprocesor 3 reguluje v uzavřené smyčce napětí a proud působící na tělo pacienta zvyšováním nebo snižováním hodnoty vektoru, který je přiváděn do čítače 2 tak, aby se udržela požadovaná hodnota napětí nebo intenzity proudu. Takto vytvořená zpětná vazba umožňuje zachovat stejnou stimulaci nebo zajistit modifikací stimulace pacienta, která je nutná v případě nadměrné nebo nedostatečné hodnoty napětí, intenzity nebo odporu, měřeného na těle pacienta.

Iontoforetický přístroj pro transdermální aplikaci léků a léčebných přípravků je opatřen zařízením pro generování napětí podle vynálezu. Toto zařízení, napájené dvěma lithiovými bateriemi typu 2430, umožňuje dodávat do těla pacienta proud, který může být regulován mezi 0 a 1 mA plynule nebo podle libovolných střídavých impulzů, přičemž tento proud může být bipolámí a mít frekvenci do 80 Hz pro sinusoidální nebo trojúhelníkový tvar vlny a do 2 kHz pro obdélníkový tvar vlny; získaný proud má svou intenzitu nastavenu s větší přesností než 0,05 mA pro elektrický odpor pokožky do 20 kQ.

Těchto výsledků je možno dosáhnout účinkem znaků a výhod zařízení podle vynálezu, objasněných v předchozí části popisu, zejména působením techniky pro zavádění sledu hodnot „vektoru“ do čítače, což umožňuje velmi široké obměňování tvarů vln. Regulace v uzavřené smyčce využívá programového vybavení uloženého v mikroprocesoru a přesného měření odporu pokožky pacienta, takže je možno regulovat velmi přesně proud přiváděný do pacienta a přitom kompenzovat případné ztráty v obvodu. Použitý napájecí zdroj se spínacím režimem a zvyšováním napětí, který je řízen čítačem, může být vybaven malým zdrojem elektrického napětí. Použitím bipolámího tvaru vlny v kombinací s elektrodami, z nichž každá je opatřena zásobníkem naplněným hydrogelem nasyceným léčebnými přípravky, které mají být dopraveny do těla pacienta, zajišťuje dopravu těchto přípravků v obou směrech průtoku proudu dvěma různými oblasti pokožky pacienta, takže tato technika zvyšuje toleranci pacienta vůči iontoforetickému proudu.

Vynález pochopitelně není omezen jen na popsaná příkladná provedení, která jsou jen vhodnými objasňujícími příklady. Je například možné nahradit sestupný čítač jakýmkoliv jiným čítačem s úpravou, která je odborníkům v tomto oboru zřejmá.

Zařízení podle vynálezu je možno použít v přístrojích pro transdermální aplikaci léčebných přípravků, založených na jiných jevech než na ionotoforéze, například na elektroosmóze. Kromě toho může být zařízení podle vynálezu pro generování elektrického napětí součástí přístrojů a zařízení pro elektrickou stimulaci pokožky nebo orgánů lidského těla, například nervů nebo svalů pro terapeutické účely, například při tišení bolesti transkutanální neurostimulací nebo aktivací hojivých procesů stimulací poraněné pokožky, popřípadě dokonce pro svalová cvičení nebo rehabilitaci svalů jejich transkutanální elektrostimulací.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro generování elektrického napětí s předem stanoveným tvarem vlny, přičemž toto zařízení zahrnuje napájecí zdroj (1) proudu pracující se spínacím režimem a opatřený elektronickým spínacím prvkem, v jehož uzavřeném stavuje ovládán přívod proudu do induktoru (Li) vybíjejícího se při otevření uvedeného spínacího prvku do kondenzátoru (Ci), na jehož vývodech je výstupní napětí uvedeného zařízení, vyznačené tím, že dále zahrnuje paměť pro ukládání řady po sobě jdoucích čísel, která jsou obrazem po sobě následujících segmentů předem stanoveného tvaru vlny, hodinově řízený čítač pro periodické řízení uzavírání uvedeného spínacího prvku po předem stanovený časový interval a prostředek pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel představujícího mezní hodnotu počítání prováděného uvedený čítačem, do uvedeného čítače.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že uvedený čítač je tvořen sestupným čítačem (2) pro počítání vzad od zavedeného čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, přičemž tento sestupný čítač (2) je opatřen výstupem (18) detekce nuly pro řízení uzavírání uvedeného spínacího prvku po předem stanovený časový interval, přičemž uvedený spínací prvek je tvořen tranzistorem (Ti).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačené tím, že výstup (18) detekce nuly čítače (2) je připojen v uzavřené smyčce zpět k otvíracímu vstupu (19) čítače (2) pro spuštění nového počítání vzad od zavedeného čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel.
4. 4. Zařízení podle některého z nároků laž3, vyznačené tím, že prostředkem pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel do čítače (2) je mikroprocesor (3).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že uvedená paměť je tvořena programovatelnou pamětí pro ukládání různých řad po sobě jdoucích čísel, odpovídajících předem stanoveným a zřetelně rozlišitelným tvarům vln.
6. 6. Zařízení podle nároků 1 a 4, vyznačené tím, že uvedená paměť je součástí mikroprocesoru (3).
7. 7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředek (11) pro stabilizaci výstupního proudu uvedeného zařízení uspořádaný mezi kondenzátorem (Cj) a vnějším zatěžovacím obvodem připojeným k výstupním vývodům uvedeného zařízení.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačené tím, že prostředek (11) pro stabilizaci proudu zahrnuje tranzistor (T₂), jehož báze je připojena k střednímu bodu napěťového děliče, tvořeného odpory (Rio, Rn), spojeného s vývody kondenzátoru (Cj) napájecího zdroje (1) a s jedním vývodem odporu (Ri₂) pro omezení proudu dodávaného tranzistorem (T₂) do uvedeného vnějšího zatěžovacího obvodu, přičemž druhý vývod odporu (Ri₂) je připojen k emitoru tranzistoru (T₂).
9. 9. Zařízení podle některého z nároků 1 až 8, vyznačené tím, že dále zahrnuje prostředek (12) pro obracení směru výstupního proudu uvedeného zařízení dodávaného do uvedeného vnějšího zatěžovacího obvodu, přičemž tento prostředek (12) je připojen k prostředku pro detekci čísel, z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, odpovídajících průchodu tvaru vlny

   -9CZ 286095 B6 nulovou hodnotou, přičemž tento prostředek pro detekci čísel je zahrnut v uvedeném prostředku pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel.
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačené tím, že prostředek (12) pro obrácení výstupního proudu uvedeného zařízení je tvořen můstkem, sestaveným ze čtyř tranzistorů (T₃, T₄, T₅, T₆), pro napájení vnějšího zatěžovacího obvodu připojeného k diagonále tohoto můstku, přičemž báze dvou tranzistorů (T₃, T₅) prvního typu jsou spojeny s kolektory druhých dvou tranzistorů (T₄, T₆) druhého typu, jejichž báze jsou připojeny k uvedenému prostředku pro detekci čísel, z uvedené řady po sobě jdoucích čísel, odpovídajících průchodu tvaru vlny nulovou hodnotou.
11. 11. Zařízení podle některého z nároků lažlO, vyznačené tím, že uvedený prostředek pro postupné zavádění každého čísla z uvedené řady po sobě jdoucích čísel zahrnuje prostředek pro změnu frekvence zavádění čísel z uvedené řady po sobě jdoucích čísel do čítače (2) a tudíž pro změnu frekvence výstupního napětí uvedeného zařízení.
12. 12. Zařízení podle některého z nároků 4 až 11, vyznačené tím, že mikroprocesor (3) zahrnuje prostředek pro regulaci, v uzavřené smyčce, napětí nebo intenzity výstupního proudu uvedeného zařízení, přičemž tento prostředek je vedením (ADC1, ADC2) spojen s prostředkem (12) pro obracení směru výstupního proudu uvedeného zařízeni.