62503 (695055), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рассмотрим структурную реализацию алгоритмов автоматической установки параметров стимулов в БТС противоболевой электронейро­стимуляции.

Автоматическое управление частотой заполнения стимула при чрескожном воздействии можно осуществить на основе предварительного измерения частотных свойств биологических тканей в зоне стимуляции, определения значения граничной частоты адекватного диапазона спект­ральных составляющих стимула и формирования несущей частоты сти­мула в этом диапазоне. Определение граничных частот спектра стимула можно провести с помощью измерения сдвига фаз между стимулирую­щим током и напряжением. Фазовая характеристика биологических тка­ней, имеет экстре­мум, приходящийся на минимум активных потерь тока в тканях, т.е. находящийся в диапазоне адекватных частот спектра стимула.

Структурная схема управления частотой заполнения стимула, осно­ванная на анализе фазовой характеристики тканей, показана на рис. 3. Тактовый генератор 1 вырабатывает короткие импульсы U₁, за­пускающие генератор пилообразного напряжения 2. Линейно возрастаю­щее напряжение U₂ вызывает плановое изменение частоты генератора 3, сигнал с которого поступает на формирователь стимула 4, вырабаты­вающий импульсное напряжение U₃. Через усилитель стимула 5 и из­меритель тока стимуляции 6 воздействие прикладывается к электродам 7, расположенным на коже пациента. Фазометр 8 осу­ществляет формирование на­пряжения U₄, пропорциональ­ного сдвигу фаз между напря­жением и током стимуляции в течение действия стимула. В момент, когда напряжение U₄ проходит через максимум, схема выделения максимума 9 генерирует короткий импульс напряжения U₅. Этот сигнал воздействует на генератор пи­лообразного напряжения 2, вызывая остановку изменения напряжения на его выходе и запоминание этого напряже­ния до следующего такта ра­боты.

Рисунок 3 – Структурная схема (а) и временные диаграммы (б) автоматического управления частотой заполнения стимула.

Процесс изменения частоты генератора заполнения 3 прекращается, поскольку фазовый сдвиг достигает максимального зна­чения, соответствующего области адекватных частот заполнения. Поиск частоты генератора заполнения будет производиться в начале каждого такта работы, длительность которого определяется периодом напряжения U₁. При изменении параметров биологической ткани будет изменяться фазовое соотношение между стимулирующим током и напряжением и устанавливаться новая частота заполнения, соответствующая области адекватных частот.

Определение граничной частоты спектра стимула и формирование адекватного сигнала стимуляции можно произвести методом избиратель­ной фильтрации. Структурная схема, реализующая данный метод, показана на рис4.

Рисунок 4 – Структурная схема реализации метода избирательной фильтрации

Формирование адекватного стимула осуществляется путем пропуска­ния широкополосного сигнала генератора 1, имеющего равномерный спектр в области возможных несущих, частот стимула, через перестраивае­мый избирательный фильтр 2. Колоколообразная частотная характеристика фильтра обеспечивает на выходе формирование амплитудно-модулированного сигнала. Несущая частота этого колебания определяется частотой настройки фильтра 2, а импульсная периодичность — периодичностью сигналов генератора 1. Полученный на выходе фильтра 2 сигнал через коммутатор 3, усилитель 4 и измерительную схему 5 прикладывается к электродам 6, расположенным на коже пациента. Частота настройки фильтра 2 устанавливается следующим образом. Тактовый генератор 7 с определенной периодичностью переводит схему в режим управления. При этом коммутатор 3 подключает к цепи электродов широкополосный сигнал от генератора 1. Отклик биологической ткани на широкополосный сигнал через измерительную схему 5 подается на вход узкополосного фильтра 10. С помощью тактового генератора 7 осуществляется периодическое скани­рование частоты его настройки. Напряжение на выходе фильтра 10 уси­ливается с помощью усилителя 9 и поступает на формирователь управля­ющего напряжения 8, который запоминает значение напряжения скани­рования фильтра 10 в момент максимального значения производной напряжения на выходе усилителя 9. Запомненное напряжение с выхода формирователя 8 подается на управляющий вход фильтра 2 и определяет частоту его настройки и, тем самым, несущую частоту стимула. Таким образом, несущая частота стимула оказывается связанной с участком наибольшей крутизны частотной характеристики биологической ткани, определяющей положение граничной частоты спектра адекватного сти­мула. Алгоритм установки длительности стимулов основан на зависи­мости длительности адекватного стимула от величины времени релак­сации тока в тканях, окружающих электроды.

Формирование адекватной длительности стимулов, при которой до­стигается минимизация пороговой энергии стимуляции и поддержание этих условий в процессе длительного воздействия, требует контроля ве­личины времени релаксации тока в зоне расположения электродов и вве­дения управления в формирователь длительности стимулов. Структурная схема, реализующая данный принцип управления длитель­ностью стимула, показана на рис. 5. Задающий генератор I определяет частоту следования стимулов, длительность которых задается в управля­емом формирователе 2, связанном через коммутатор 3 и усилитель 4 с электродами 5, расположенными на участке биологической ткани. Сиг­нал тактового генератора 6, синхронизированный с импульсами стиму­ляции, переводит устройство в режим управления. В этом режиме на электроды 5 подается сигнал с формирователя измерительного импульса 7, представляющий собой импульс с прямоугольной огибающей. Возникаю­щее на электродах под действием измерительного импульса экспоненци­ально возрастающее напряжение поступает на измеритель переходного про­цесса 8, который формирует временной интервал, соответствующий вре­мени нарастания входного напряжения, т.е. контролируемой величине времени релаксации тока. Для сохранения измеренного значения на весь период управления служит запоминающее устройство 9, сбрасываемое в начале каждого такта управления сигналом тактового генератора 6. Выход запоминающего устройства 9 через устройство управления 10 связан с управляющим входом формирователя длительности стимула 2. Таким об­разом, длительность стимулов в режиме стимуляции устанавливается в соответствии с измеренным значением времени релаксации тока в тканях в предыдущем периоде управления. Период управления выбирается до­статочно большим по сравнению с длительностью измерительного импульса и периода стимуляции. Для отслеживания изменений релаксационных свойств ткани в процессе стимуляции достаточно выбрать период управле­ния равным 2...4 с, а дли­тельность измерительного импульса 1,5...2,0 мс. До­стоинством данной схемы является использование одной пары электродов для стимуляции и кон­троля параметров, что уп­рощает построение тех­нического звена БТС.

Рисунок 5 – Структурная схема автоматического уп­равления длительностью стимула

Рассмотренные алгоритмы автоматического управления параметра­ми противоболевой электронейростимуляции позволяют сохранить аде­кватность воздействия в условиях изменения свойств биологических тка­ней, окружающих электроды. Следовательно, БТС, функционирующая по данным алгоритмам, приобретает свойство адаптивности, позволяю­щее сохранить эффективность воздействия при длительной стимуляции. В то же время автоматическая установка параметров стимула предотвра­щает адаптацию возбуждаемых нервных структур за счет периодического изменения параметров стимула, обусловленного изменением импедансных свойств тканей, в зоне расположения электродов. Преодоление адаптации возбуждаемых структур позволяет добиться стойкого анальгетического эффекта при длительном обезболивании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с. 2000

2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.. 2003

3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с. 2001

4. Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина - Мн.: Медицина 2002. - 140с. 2002

Характеристики

Список файлов реферата