SU1181671A1 - Многоканальный стимул тор - Google Patents

Abstract

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТИМУЛЯТОР, содержащий генератор импульсов, сдвигающий регистр, последовательно соединенные коммутатор и контактное устройство, а,также р д каналов, включающих последовательно соединенные генератор сигналов заполнени  и амплитудньй модул тор,формирователь закона амплитудной модул ции, подключенный к выходу сдвигающего регистра и входу амплитудного модул тора , а также усилитель, соединеннигй с коммутатором,. отличающийс  тем, что, с целью снижени  утомлени  мьщ1ц, он снабжен регул тором тока и в каждом канале последовательно соединенными полосовым усилителем, пороговым амплитудокодовым формирователем блоком управлени , преобразователем кода и кодоимпульсным модул тором,- подключ енньм к входу усилител  и выходу амплитудного модул тора, причем блок управлени  соединен с пороговым амплитудокодовым формирователем , формирователем закона амплитудной модул ции, полосовым усилителем и регул тором тока, вход которого соединен с контактным устройством , а выход - с усилител ми, пороговьй амплитудокодовый формирователь подключен к преобразователю кода, а генератор импульсов со (О единен со сдвигающим регистром. (Л 2. Стимул тор по п. 1, отл и- чающийс  тем, что регул тор тока содержит источник опорного напр жени , индикатор предельного тока и последовательно соединенные блок эмиттерных повторителей, ком мутатор , амплитудный детектор, преСХ ) образователь ток-напр жение, схему сравнени  и регулирующий элемент, причем амплитудный детектор соединен с индикатором предельного тока, а источник опорного напр жени  подклю чен к схеме сравнени .

Description

Изобретение относитс  к медицине, а именно к многоканальным стимул торам . Цель изобретени  - снижение утомдени  мышц. На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства; на фиг.2 - структурна  схема полосового усилител ; н фиг. 3 - структурна  схема регул тор тока; на фиг. - структурна  схема порогового амплитудокодового формировател ; на фиг. 5 - структурна  схема блокауправлени ; на фиг,6 .диаграммы миографической активности. Устройство содержит генератор 1 импульсов, сдвигающий регистр 2, в каждом канале формирователь 3 закона амплитудной модул ции и амплитудный модул тор 4, генератор 5 сигналов заполнени , полосовой усилитель 6, пороговый амплитудокодовый формирова тель 7, преобразователь кода 8, кодо импульсный модул тор 9, усилитель мощности 10, а также регул тор 11 то ка, коммутатор 12, контактное уст- ройство 13 и блок 14 управлени . Полосовой усилитель содержит дифференциал ьньй усилитель 15, ключ 16 и блок частотно-избирательных фильтров 17. Регул тор содержит блок 18 эмиттерных повторителей, коммутатор 19 сигналов, амплитудный детектор 20, индикатор 21 предельного тока, преобразователь 22 ток - напр жение, схему 23 сравнени , источник 24 опор ного напр жени  и регулирующий элемент 25. Пороговый амплитудокодовьй формирователь содержит задатчик 26 порога блок 27 управл ющих триггеров, схему 28 вьу5;й ени  абсолютной величины сигнала, компараторы 29 - 32, счетчи ки 33, 34 и 35. Bjioi: /правлени  содержит задатчик 36 чисел, схему 37 сравнени  чисел, повторители 38 и 39, блок 40 кнопок управлени , генератор 41 опорной час тоты, делитель 42 частоты, коммутатор 43 временного интервала и регистр 44 сдвига. Устройство работает следующим образом . Перед началом работы производитс  установка цифровых блоков: регистров счетчиков и триггеров в начальное со сто ние, и вводитс  от блока 14 управлени  опорное напр жение в пороговый амплитудокодовый формирователь 7 (в задатчик 26 порога), набор чисел в блоке 14 управлени  в задатчик 36 чисел, соответствующих кодовым комбинаци м , а также формируетс  сигнал управлени  к пороговому усилит-елю 6, определ киций период изменени  миоэлектрической активности. Затем на мьшце оператора укрепл ют электроды схема биопотенциалов и электроды миостимул  ции . Задающий генератор 1, настроенньй предварительно на определенную частоту, формирует пр моугольные импульсы, которые поступают на вход реверсивного сдвигающего регистра 2 и преобразуютс  последним в импульсные последовательности по числу каналов, смещенные друг относительно друга на некоторьй временной интервал в зависимости от выбранной последовательности воздействи  на различные нервно-мьшечные структуры. Сигналы с выхода сдвигающего регистра 2 постзшают в каждом канале на вход формировател  3 закона амплитудной модул ции , который формирует модулирукщие импульсы колокольной формы. Выбор формы модулирующей кривой обусловлен рациональностью колокольной формы с точки зрени  приближени  к нормальной физиологической функции, формируемой в перехвате Ранвье нервного волокна. Сигнал с выхода формировател  3 закона амплитудной модул ции поступает на управл к ций вход амплитудного модул тора 4, в котором обеспечиваетс  амплитудна  модул ци  синусоидальных сигналов частотой 101 ,5 кГц, поступающих от генератора 5 сигналов заполнени . Таким образом, на выходе амплитудного мрдул тора 4 формируетс  синусоидальный сигнал, модулированньй по амплитуде импульсами колокольной формы. Сигналы миоэлектрической активности , снимаемые с оператора и усиленные и отфильтрованные в полосовом усилителе 6, поступают в пороговьй амплитудокодовьй формирователь 7, на выходе крторого формируетс  число в двоичном коде, определ ющее вариабельность амплитуды, число пересечений сигналом заданйЬк уровней электромиографического сигнала за выбранный период измерени . Код, характеризующий нервно-мышечное состо ние оператора, с выхода порогового амплитудокодового формировател  поступает в преобразователь кода 8, с выхода которого сигнал поступает . на управл ющий вход кодоимпульсного модул тора 9. На информационный вход кодоимпульсного модул тора 9 поступает амплитудомодулированньй сигнал с выхода амплитудного модул тора 4/ На выходе кодоимпульсного модул тора 9 формируетс  стимулирующее воздействие в виде непериодической импульсной последовательности, параметры которой определ ютс  поступающим от оператора электромиографическим ( амплитуда) показателем неврно-мышечного тонуса. При изменении информатив ного параметра, поступающего с выхода порогового амплитудокодового формировател  7 канала обратной св зи на вход преобразовател  8 кода, каждый предьщущий код автоматически стираетс  и по команде от блока 14 управлени  на выходе преобразовател  8 iкода по вл етс  новый, соответствующий измененному нервно-мьппечному состо нию оператора. С выхода кодоимпульсного модул тора 9 последовательность стимулирующих импульсов поступает на информационный вход усилител  10, где усиливаетс  до уровн , определ емого сигналом общего дл  всех каналов регул тора 11 тока. С выхода усилителей 10 пакеты стимулирующих Импульсов поступают на входы коммутатора 12 и далее через контактное устройство 13 к оператору. Принцип работы полосового усилител  6 (фиг. 2) заключаетс  в следующем Биоэлектрические сигналы, полученные посредством съема, усиливаютс  дифференциальным усилителем 15 ичерез аналоговый ключ 16 поступают в блок 17 частотно-избирательных фильтров , позвол ющих выделить электромиографический сигнал из шумового фона. Сигналы с выходов каждого фильтра поступают на вход порогового амплитудокодового формировател  7 (блок 27 управл ющих триггеров). Управление ключем 16 осуществл етс  от блока 12 управлени , который определ ет период измерени  электромиографического сигнала .

Регул тор тока (фиг. 3) работает следующим образом.55

Сигнал по току от стимулирующих электродов контактного устройства 13 поступает через блок 18 эмиттерных

вующие этим операци м. Импульсы поступают в первьш счетчик 33 пересчетных положительных уравнений 33 (или отрицательных 34) и далее в третий счетчик 35 полного числа пересчетных уровней. Счетчики 33 и 34 снабжены регистраторами, фиксирующими измер емые значени . повторителей в коммутатор сигналов 19, каждый канал которого управл етс  соответствующим сигналом от блока 14, управлени . Таким образом, сигналы по току подключаютс  поочередно к амплитудному детектору 20, сигнал с выхода которого поступает на индикатор предельного тока 21, отображающий визуально пороговые перегрузки по току , и на вход преобразоватеп  22 ток - напр жение. Напр жение с выхода преобразовател  ток - напр жение 22 подаетс  на вход схемы 23. сравнени , где сравниваетс  с эталонным сигналом , задаваемым источником 24 опорного напр жени . Сигнал с выхода схемы 23 сравнени  через регулирующий ,элемент 25 воздействует на усилитель 10 и управл ет изменением плотности стимулирующего тока j, завис щей от мощности импульса Р, удельного сопротивлени  подконтактной области К и изменени  эффективной площади контакта S 30303 по формуле 1 ГР Принцип работы порогового амплитудокодового формировател  7 заключаетс  в следующем. При поступлении на его вход измер емого сигнала на выходе блока 27 управл ющих триггеров в зависимости от знака сигнала формируетс  импульс , поступающий на входы начальной установки счетчиков 33, 34 и 35 и к схеме 28 выделени  абсолютной величины, на выходе которой формируетс  абсолютна  величина входного сигнала, поступающего на информационные входы компараторов 29 - 32. На. эталонные входы компараторов под- йтс  пороговые сигналы от задатчика 26 порога. Блок 19. управлени  формир, импульсы опроса компараторов. ЕСЛИ, например, три компаратора отмечают превосходство измер емого сигнала над уровнем 1, 2 и 3 в положительной (отрицательной) полуплоскости, то формируютс  три импульса, соответстБлок 14 управлени  (фиг, 5) работает следующим образом. Переключателем блока 40 кнопок . управлени  .устанавливаетс  требуемый временной интервал измерени  сигналов миоэлектрической активности оператора . По команде Вкл,ГИ запускаетс  генератор 41 опорной частоты, на выходе которого формируетс  сигнал, поступающий к делителю 42 частоты и далее с первого выхода делител  42 частоты на коммутатор 43 задани  временного интервала, уйравл ющего ключом 16 полосового усилител  6 (запирающего ключ 16 после отсчета количества импульсов, соответствующих заданному интервалу измерени ), На втором выходе делител  42 частоты формируетс  сигнал опроса, которьй через регистр сдвига 44 передаетс  к компараторам 29 - 32, Одновременно с генератором 41 опорной частоты сигнал от блока 40 кнопок управлени  поступает к задатчику порога полосового усилител  7, По командам Per,тока и Задание чисел включаютс  регул тор 11 тока и задатчик 36 чисел, соответствующий кодовым комбинаци м стимулов в норме, при гиподинамии, при гиперкинезе . Набор чисел с выхода задатчика 36 чисел сравниваетс  в схеме 37 сравнени  чисел с числом пересеченных уровней, поступающим от третьего счет чика 35. Сигнал с выхода схемы 37срав- ,нени  чисел через повторители 38 и 39 поступает к регул тору 11 тока и преобразователю 8 кода. Услови  АКИМ дл  системы с обратно электромиографической св зью может быть записано в виде u;(t) Up i дчи/ - uj, L - М AU(t) sin(cOot+% t;; E. ь вузы где Ug, ы. амплитуда, частота и начальна  фаза носител  соответственно; коэффициент глубины модул ции U(t) информационна  компонента; импульс длительности стимупирующего импульса и паузы соответстве JL - мера количества информации , определ ема  как I nlogm, поскольку отношение длительности стимулирующего импульса к длительности паузы определ ета  количеством информации в электромиографическом сообй ении о состо нии нервно-мьшечного аппарата , поступающей по каналу обратной св зи и зависит от длины сообщени  (длительности неизменного состо ни  п и разнообрази  элементов m в сообщении о состо нии. Дл  кодировани  управл ющего воздействи  использован двоичный четырехзначный код с числом возможных комбинаций N 16, Каждому электромиографическому сообщению соответствует комбинаци , задаваема  кодовой таблицей: 0000, 1000, 0100, 1100,,.. 1111, На фиг. 6 показаны диаграммы миоэлектрической активности оператора в норме (Йм1), после трех суток гиподинамии (Им2), при гиперкинезе (ИмЗ) и соответствующие им последовательности стимулирующих импульсов Uc1,Uc2, Uc3, Дл  стимул ции НМЛ в норме использована сравнительно нечаста  (код 1010) импульсаци  амплитудной порога и числом посыпок не более 10-12, чтобы не вызвать утомлени  мьшзц. Цель стимул ции в норме - предотвращение снижени  НМТ у операторов , наход щихс  в услови х пониженной физической нагрузки. При гиподинамии, характеризующейс  в начальной стадии снижением амплитуды при несущественном изменении частоты миоэлектрической активности, необходимо интенсифицировать воздействие и использовать стимул цию (код 1101) с амплитудой А2 А1, А2 (1,5-2) и порога в зависимости от степени снижени  нервно-мьщгечного тонуса , В процессах восстановлени  нервно-мьшечного тонуса возможно нарастание амплитуды А2 до (3:6-4) U порога с последующим приближением к амплитуде стимул ции в норме, рав-, ной А1, При гиперкинезе стимулирующа  импульсаци  уреженна  код 0100) с амплитудой A3 А1, A3 (3-3,6) U порога, приближающейс  в процессе восстановлени  нервно-мьшечного тонуса к А1. Таким образом, выходной

сигнал электромиостимул тор а представл ет собой непериодическую импульсную последовательность, параметры которой определены поступающей от оператора электромиографической информацией.

Количество информации, заключенное в последовательности из М двоичных элементов импульсации, определ етс  по формуле

I .T fT logfT, -н (1 - fT,) + 4Ц.(1 if TO) logd - Т„)0 ,

где f - средн   частота импульсации;

TQ- длительность элементов кода; Т - врем  передачи сообщени .

Основным техническим преимуществом предлагаемого стимул тора по сравнению с базовым устройством  вл етс  наличие электромиографической обратной св зи, осуществл емой при помощи блока преобразовани  элек ромиографйческого сигнала, амплитудного анализатора и блока управлени  с их св з ми, что расщир ет функциональные возможности и обеспечивает поиск оптимальной структуры стимули- рующего сигнала.

От оператора -

/ 5лонд 7

От o/70f a /4 Фиг. 2

QtTT /4- на на/гo81,2 ... /7

От(

/ J CОт SjTff a /42A

J

Сигнал ffopaaoBbfx

- rrepeгрдзоК

/ fO

25

Фие. 3

Сигналы пороговых nepe3p j3Of

KSnOHgl

Сигналы пороговых пере ер да он

К HOMMymafTto yfd 5ло(а //

К 8

ч.

о

Claims (2)

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТИМУЛЯТОР, содержащий генератор импульсов, сдвигающий регистр, последовательно соединенные коммутатор’ и контактное устройство, а.также ряд каналов, включающих последовательно соединенные генератор сигналов заполнения и амплитудный модулятор,' формирователь закона амплитудной модуляции, подключенный к выходу сдвигающего регистра и входу амплитудного модулятора, а также усилитель, соединенный с коммутатором,.отличающийся тем, что, с целью снижения утомления мышц, он снабжен регулятором тока и в каждом канале последовательно соединенными полосовым усилителем, пороговым амплитудокодовым формирователем» блоком управления, преобразователем кода и кодоимпульсным модулятором,· подключенным к входу усилителя и выходу амплитудного модулятора, причем блок управления соединен с пороговым амплитудокодовым формирователем, формирователем закона амплитудной модуляции, полосовым усилителем и регулятором тока, вход которого соединен с контактным устройством, а выход - с усилителями, пороговый амплитудокодовый формирователь подключен к преобразователю кода, а генератор импульсов со- § единен со сдвигающим регистром.
2. 2. Стимулятор поп. 1, отличающийся тем, что регулятор тока содержит источник опорного напряжения, индикатор предельного тока и последовательно соединенные блок эмиттерных повторителей, ком.мутатор, амплитудный детектор, преобразователь ток-напряжение, схему сравнения и регулирующий элемент, причем амплитудный детектор соединен с индикатором предельного тока, а источник опорного напряжения подклкто чен к схеме сравнения.

   149181 Г OS

   1 1181