PL77972B2 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 20.09.1971 (P. 150 581) Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 30.05.1975 77972 KI. 21g,24/01 MKP A61n 1/36 Twórcawynalazku: Roman Pasniczek Uprawniony z patentu tymczasowego: Akademia Medyczna, Warszawa (Polska) Stymulator nerwów do wspomagania ruchu konczyn Przedmiotem wynalazku jest stymulator nerwów sluzacy do wywolania lub wspomagania ruchów konczyn.Stymulatorem wedlug wynalazku stymuluje sie nerwy zaopatrujace miesnie lub grupy miesniowe odpowiedzial¬ ne za ruchy w okreslonym stawie.Znane jest stosowanie elektronicznego aparatu ortopedycznego stymulujacego dla uzyskania zgiecia grzbietowego i unoszenia zewnetrznego brzegu stopy, przy czym nerw strzalkowy stymuluje sie impulsami elektrycznymi wytworzonymi w ukladzie z dlawikiem. W ukladzie tym impuls o wartosci amplitudy rzedu kilku woltów przychodzacy na wejscie przetwarza sie do wartosci kilkudziesieciu woltów na wyjsciu. Wykorzystuje sie w nim zjawisko gromadzenia sie energii w rdzeniu i uzwojeniu dlawika, oraz powstawania na nim przepiecia w momencie zaniku przeplywu pradu uprzednio przezen plynacego.Elementem kluczujacym przeplyw pradu przez dlawik jest tranzystor polaczony w obwodzie szeregowo z dlawikiem, opornikiem regulowanym i zródlem zasilania. Tranzystor kluczujacy sterowany jest w obwodzie bazy z typowego generatora impulsów prostokatnych, pracujacego w ukladzie multiwibratora astabilnego.Multiwibrator generujacy serie impulsów w czasie odpowiadajacym i równym okresowi wymaganego zgiecia stopy. W pozostalym odcinku cyklu chodu multiwibrator nie pracuje na skutek odlaczenia go od zródla zasilania. Zalaczanie i odlaczanie napiecia zasilania od multiwibratora astabilnego sterowane jest przez multiwi¬ brator monostabilny uruchamiany impulsem z ukladu wyzwalajacego.Uklad wyzwalania dostarcza impulsów w momencie zwarcia sie styków mikrowylacznika umieszczonego w obcasie buta porazonej nogi chorego w chwili oderwania przez niego piety od podloza. Impulsy uzyskane na wyjsciu aparatu podawane sa w okolice nerwu strzalkowego poprzez elektrody powierzchniowe, które ustalone sa na nodze za pomoca elastycznej opaski. Opornik regulowany, polaczony szeregowo z dlawikiem w obwodzie jego zasilania sluzy do regulacji wartosci amplitudy impulsu stymulujacego.W znanych dotychczas stymulatorach wystepuje wiele niedogodnosci. Uklad wyjsciowyjest nieekonomicz¬ ny pod wzgledem poboru pradu, co powoduje koniecznosc /czestego ladowania baterii. Wynika tó stad, ze wartosc pradu plynacego przez uzwojenie dlawika w chwili jego zaniku w uzwojeniu okresla wielkosc energii zgromadzonej w dlawiku, oraz równoczesnie limituje wielkosc napiecia przepiecia wystepujacego na nim, a wiec2 77972 musi byc stosunkowo duza, by zapewnic wymagana moc i wartosc napiecia w impulsie. Poniewaz prad plynie przez dlawik w okresie calej przerwy miedzy impulsami, co nie jest konieczne dla prawidlowej pracy ukladu, wiec srednia wartosc pradu pobieranego ze zródla zasilania przez ten ukladjest zawyzona.Element kluczujacy przeplyw pradu przez uzwojenie dlawika musi spelniac ostre wymagania na wytrzymalosc na przebicie, gdyz wystepuje na nim pelna wartosc napiecia przepiecia. Napiecie to z chwila zwiekszenia sie opornosci obciazenia, przed czym nie jestesmy w stanie zabezpieczyc sie, ze wzgledu na wysychanie elektrod lub rozwarcie sie obwodu obciazenia, znacznie przekracza maksymalna wielkosc napiecia bodzca. Dlatego zastosowano element ograniczajacy w postaci diody Zenera. Tak wiec uklad kluczowania wymaga stosowania specjalnego tranzystora o bardzo wysokich napieciach przebicia Uceo * Ucbo oraz jednej wysokonapieciowej diody Zenera, lub kilku polaczonych szeregowo.Z kolei dlawik wytwarzajacy wysokonapieciowe impulsy stymulujace wymaga stosowania takich materia¬ lów ferromagnetycznych na rdzen, by przy wymaganych dla urzadzen noszonych przez chorych niewielkich rozmiarach i malym ciezarze oraz przy stosunkowo nieduzej wielkosci pradu przeplywajacego przez uzwojenie, kumulowal energie zapewniajaca wymagana moc i wielkosci napiecia w czasie trwania impulsu stymulujacego.W stosowanym dotychczas stymulatorze nie mozna uzyskac bodzców stymulujacych o czasie trwania rzedu kilku milisekund, co konieczne jest niekiedy dla uzyskania prawidlowego efektu stymulacji. Regulacji amplitudy impulsu stymulujacego polegajaca w dotychczas stosowanym rozwiazaniu na regulacji wartosci pradu przeplywajacego przez dlawik, za pomoca opornika regulowanego jest sluszna dla konkretnego obciazenia.W wypadku opornosci obciazenia napiecia impulsu wyjsciowego zmienia sie. Po pewnym czasie nastepuje zwiekszanie opornosci obciazajacej na skutek wysychania i zwiekszania sie opornosci elektrodr wiec wartosc napiecia impulsu wyjsciowego rosnie.W przypadku znacznego wzrostu wartosci opornosci powoduje to wystepowanie zjawiska, które chory odczpwa jako bolesne pieczenie lub szczypanie w miejscu przylozenia elektrod, przy jednoczesnym zmniejszaniu sie lub braku efektu stymulacji.Uklad wyzwalania multiwibratora monostabilnego zadajacego czas trwania serii impulsów stymulujacych wymaga uzycia mikrowylacznika o bardzo malych wymiarach. Zastosowanie mikrowylacznika pociaga za soba koniecznosc wykonania odpowiedniej konstrukcji mechanicznej mocujacej mikrowylacznik, zapewniajacej prawidlowa jego prace i zabezpieczajacej go przed uszkodzeniem To znacznie podraza koszt aparatu, a równo- czesnie obniza niezawodnosc calosci urzadzenia. Ponadto ze wzgledu na rozmiary konstrukcja ta wymaga adaptacji obuwia chorego, poniewaz musi byc umieszczona pod pieta porazonej nogi chorego, na przyklad w obcasie buta, tak by nie byla przyczyna dolegliwosci. Pociaga to za soba uszkodzenie obuwia, gdyz po wyjeciu jej, obuwie to nadaje sie do uzytku dopiero po ponownej adaptacji.Wszystki omówione wyzej rozwiazania konstrukcyjne podnosza znacznie koszt urzadzenia i zmniejszaja w pewnym stopniu jego niezawodnosc, a niektóre z nich wrecz zniechecaja chorego do uzywania aparatu.Celem wynalazku jest usuwanie tych niedogodnosci, czyli znaczne obnizenie kosztu i zwiekszenie niezawodnosci urzadzenia, wyeliminowanie koniecznosci adaptacji obuwia chorego dla zamontowania w nim elementu wyzwalajacego oraz zabezpieczenie chorego przed mozliwoscia wystapienia niepozadanego efektu jakim jest ból w czasie stymulacji.Aby osiagnac ten cel wytyczono sobie zadanie opracowania stymulatora pozwalajacego na zastosowanie elementów ogólnie dostepnych, prostych i niezawodnych. Stymulator powinien nadawac sie do zastosowania bez koniecznosci zaopatrywania konczyny w uklad adaptacyjny.Zgodnie z wytyczonym zadaniem zewnetrzne stymulowanie nerwów uzyskuje, sie wedlug wynalazku dzieki temu, ze indywidualny stymulator sklada sie z ukladu wyjsciowego z autotransformatorem, polaczonego z obcinaczem diodowym, który jest sprzezony z ukladem zadajacym czas trwania bodzców oraz generatorem impulsów.Uklad zadajacy czas trwania stymulacji polaczony jest z ukladem wyzwalania zawierajacym plaski zestyk dociskowy.Uklad wyjsciowy podwyzszajacy amplityde impulsów zawiera wtórnik emiterowy wykonany na tranzysto¬ rze i autotransformatorze podwyzszajacym napiecie. Niskonapieciowa czesc uzwojenia autotransformatora umieszczona jest w obwodzie emiterowym tranzystora. Uklad wyjsciowy zawiera na wejsciu potencjometr regulujacy amplitude bodzca stymulacyjnego. Obcinacz diodowy ksztaltujacy wielkosci amplitud kolejno po sobie nastepujacych bodzców stymulacyjnych sprzezony jest z ukladem zadajacym czas trwania serii bodzców.Uklad wyzwalania serii bodzców sklada sie ze zwieranego zestyku dociskowego polaczonego z rozladowy¬ wanym kondensatorem w zespole oporników i separujacej diody.Stymulator nerwów wedlug wynalazku nomada zalety wynikajace, przede wszystkim, z zastosowania ukladu wtórnika z autotransformatoiem do przetwarzania amplitudy impulsu, regulacji wielkosci bodzca77972 3 potencjometrem na wejsciu wtórnika, oraz ukladu wyzwalania dajacego impuls wyzwalajacy w chwili rozwarcia sie kontaktów zestyku i samej konstrukcji zestyku pozwalajacej na umieszczenie go bezposrednio pod pieta, lub zamontowania we wkladce do buta.Uklad wyjsciowy aparatu jest bardzo ekonomiczny pod wzgledem poboru pradu ze zródla zasilania, a to z dwu powodów. Po pierwsze odtykany jest tylko w czasie trwania impulsu, w pozostalym okresie, to znaczy w czasie przerwy miedzy impulsami, jest zatkany. Prad pobierany w czasie odetkania jest niewiele wiekszy od wymaganej wartosci pradu wynikajacej z wielkosci mocy wydzielajacej sie na obciazeniu. Zwiekszenie pradu wynika jedynie ze strat mocy na autotransformatorze i pradu magnesujacego rdzen. Po drugie w wypadku zmniejszenia sie obciazenia maleje równiez wartosc pobieranego pradu i osiaga wartosc pradu jalowego w chwili rozwarcia sie obwodów obciazenia. Stymulator nie wymaga stosowania elementów specjalnych, bowiem mozliwy jest do zrealizowania na elementach o przecietnydi parametrach elektrycznych. Materialy ferromagnetyczne stosowane na rdzen autotransformatora w przeciwienstwie do dlawika posiadaja prostokatna i waska petle histerezy. Zapewniaja w zwiazku z tym niskie straty mocy na autotransformatorze, a ze wzgledu na niewielka kumulacje energii powoduja mniejsze przepiecia w chwili zaniku przeplywu pradu i dzieki temu mozna je bardzo latwo zlikwidowac blokujac uzwojenie niskonapieciowe dioda, kondensatorem lub nawet opornikiem.Zastosowanie wtórnika z autotransformatorem na wyjsciu powoduje mala zaleznosc napiecia stymulujace¬ go od charakteru obciazenia ze wzgledu na niska opornosc wyjsciowa, jednoznacznosc regulacji wielkosci amplitudy impulsu wyjsciowego zarówno dla ukladu z obciazeniem znamionowym jak i bez obciazenia oraz mozliwosc przetransformowania impulsu o czasie trwania kliku milisekund.Zaleta ukladu wyzwalania jest to, ze daje mozliwosc zastosowania prostego zestyku dociskowego w miejsce mikrowylacznika jako elementu wyzwalajacego, sluzacego do samoczynnego zalacznika stymulacji w czasie chodu. Z kolei zesty, ze wzgledu na jego minimalna grubosc, pozwala na umieszczenie bezposrednio pod pieta lub we wkladce do buta. Towyklucza koniecznosc dokonywania adaptacji obuwia chorego przy zaaparatowaniu.Ponadto uklad obcinacza diodowego uzyty w rozwiazaniu wedlug wynalazku do ksztaltowania wielkosci amplitud bodzców nie powoduje zmian ich czasu trwania i czestotliwosci powtarzania w chwili zalaczenia i wylaczenia stymulacji, poniewaz generator impulsów pracuje ciagle. Impulsy z generatora przycinane sa amplitudowo w ukladzie obcinacza do poziomu, który moze byc dowolnie uformowany w odcinku czasu odpowiadajacym okresowi stymulacji. Oprócz tego nie powoduje zmniejszania maksymalnej wartosci amplitudy, co ma miejsce w wypadku zastosowania tranzystora szeregowego. Wykorzystanie stymulatora szczególnie w przypadkach porazen polowicznych, czyli hemiplegii, do stymulacji nerwu strzalkowego i promieniowego daje zhaczna poprawe funkcji chodu i funkcji chwytnej reki. Stymulujac nerw strzalkowy hemiplegika powoduje sie zgiecie grzbietowe i unoszenie zewnetrznego brzegu stopy w fazie przenoszenia konczyny porazonej, a tym samym ulatwia sie jego samodzielnosci lokomocyjna oraz poprawia estetyke chodu. W przypadkach zastosowa¬ nia aparatu bezposrednio po porazeniu i systematycznym jego uzywaniu porazona funkcja stopniowo i stosunko¬ wo szybko ulega poprawie.Urzadzenie do stosowania wedlug wynalazku jest dokladnie wyjasnione na podstawie jego przykladu wykonania.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat elektryczny stymulatora.Jak uwidoczniono na fig. 1 uklad wyjsciowy 1 polaczony jest z obcinaczem diodowym 2, generatorem impulsów 3, ukladem zadajacym czas serii bodzców 4 i ukladem wyzwalania 5 z plaskim zestykiem dociskowym 6 oraz elektrodami stymulujacymi7. , Jak juz wspomiano, stymulator uruchamiany jest w przypadku dostarczania bodzców do stymulacji nerwu strzalkowego, plaskim podstopowym zestykiem dociskowym umieszczonym pod pieta porazonej nogi chorego.W ukladzie wyjsciowym 1 przetwarza sie amplitudy impulsów od wartosci pojedynczych woltów do kilkudziesieciu woltów na elektrodach. Uklad 1 wykonany jest na tranzystorze pracujacym jako wtórnik emiterowy i autotransformatorze podwyzszajacym napiecie, którego niskonapieciowa czesc uzwojenia umiesz¬ czono w obwodzie emiterowym tranzystora. Masa ukladu i koniec wysokonapieciowej czesci uzwojenia polaczo¬ ne sa przewodami elektrycznymi z powierzchniowymi elektrodami stymulacyjnymi 7, które przyklada sie w okolicy nerwu strzalkowego i ustala sie na nodze za pomoca opaski elastycznej.Wtórnik ukladu wyjsciowego steruje sie napieciem z suwaka potencjometru bedacego obciazeniem poprzedniego stopnia, na który przychodza impulsy generatora impulsów 3 o amplitudzie formowanej w ukla¬ dzie obcinacza diodowego 2. Potencjometrem reguluje sie amplitude impulsów przychodzacych na wejscie wtórnika. Zmiany amplitudy na wejsciu powtarzane sa na wyjsciu wtórnika, czyli na odczepie niskonapieciowym autotransformatora, a zwielokrotnione przez jego przekladnice przenosza sie na elektrody. W efekcie regulujac potencjometrem napiecie na wejsciu ukladu przetwarzajacego uzyskuje sie proporcjonalne zmiany napiecia4 77 972 bodzca stymulujacego. Warunki pracy wtórnika sa tak dobrane by w okresie przerwy miedzy impulsami byl on zatkany, czyli nie przewodzil i nie pobieral pradu ze zródla zasilania. W momencie przyjscia impulsu na jego wejscie nastepuje odetkanie tranzystora i wytworzenie bodzca o wartosci odpowiadajacej ustawieniu na potencjo¬ metrze. Energia skumulowana w rdzeniu i uzwojeniu autotransformatora w czasie przeplywu pradu w impulsie, która jest przyczyna powstania przepiec na uzwojeniu w chwili zaniku pradu podczas opadania impulsu wytraca sie na diodzie przylaczonej równolegle do czesci niskonapieciowej uzwojenia.Obcinacz diodowy 2 wykonany jest na jednej diodzie, sluzy do ksztaltowania narastania i opadania wielkosci bodzców kolejno po sobie nastepujacych w czasie trwania stymulacji oraz calkowitego ich wycinania w pozostalym odcinku cyklu chodu. Amplitude napiecia generatora impulsów 3 ogranicza sie w ukladzie obcinacza do wartosci napiecia uzyskiwanego na ladujacym i rozladowywujacym sie .z okreslonymi stalymi czasowymi kondensatorze. Kondensator zasilany jest z ukladu zadajacego czas trwania serii bodzców 4. Generator impulsów 3 pracuje w ukladzie typowego multiwibratora astabilnego i dostarcza impulsów prostokatnych o takim czasie trwania i czestotliwosci powtarzania, przy których uzyskuje sie najbardziej prawidlowy efekt stymulacyjny.Uklad zadajacy czas trwania serii bodzców 4 podobnie jak poprzedni jest typowym multiwibratorem monostabilnym. Uruchamiany jest z ukladu wyzwalania 5 i sluzy do wyznaczania czasu trwania stymulacji.Uklad wyzwalania 5, zawierajacy plaski zestyk dociskowy 6, daje impuls wyzwalajacy w momencie rozwarcia sie kontaktów zestyku, który umieszczonyjest pod pieta porazonej nogi chorego.Plaski zestyk dociskowy 6 wykonano z dwu sprezystych metalowych blaszek odizolowanych od siebie za pomoca przekladki nieprzewodzacej. Przekladke wykonuje sie z materialu zmieniajacego swoja*grubosc pod naciskiem, wówczas blaszki sa sztywne i zamocowane na stale do przekladki. W przypadku uzycia sztywnej przekladki — sprezystosc blaszek oraz ich ksztalt i powiazania z przekladka musza byc dostosowane tak, by dawaly zwarcie obwodu elektrycznego w chwili postawienia i obciazenia stopy ciezarem ciala chorego, a rozwieraly sie z chwila odciazenia. Kontakry zestyku polaczone sa przewodami elektrycznymi z ukladem wyzwalania. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Stymulator nerwów do wspomagania ruchu konczyn , znamienny tym, ze sklada sie z ukladu wyjsciowego (1) zautotransformatorem, którego wejscie polaczone jest z wyjsciem obcinacza diodowego (2), sprzezonego z ukladem zadajacym czas trwania serii bodzców (4) oraz generatorem impulsów (3), przy czym uklad zadajacy (4) polaczony jest z ukladem wyzwalania (5) zawierajacym plaski zestyk dociskowy (6).

2. Stymulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uklad wyjsciowy podwyzszajacy amplitude impulsów zawiera wtórnik emiterowy wykonany na tranzystorze i autotransformatorze podwyzszajacym napiecie, którego niskonapieciowa czesc uzwojenia umieszczona jest w obwodzie emiterowym tranzystora.

3. Stymulator wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze uklad wyjsciowy zawiera na wejsciu po¬ tencjometr regulujacy amplitude bodzca stymulujacego.

4. Stymulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uklad wyzwalania serii bodzców sklada sie ze zwieranego zestyku dociskowego polaczonega z rozladowywanym kondensatorem w zespole oporników i sepa¬ rujacej diody.

5. Stymulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plaski zestyk dociskowy sklada sie z elastycznej lub twardej przekladki nieprzewodzacej oraz sprzezystych odpowiednio uformowanyh .przewodzacych plytek stykowych.KI. 21g,24/01 77972 MKP A61n 1/36 PL PL