Электростимулятор желудочно-кишечного тракта

Электростимулятор желудочно-кишечного тракта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к области биомедицинской инженерии, точнее, электростимулирующим устройствам для диагностики и лечения органов и тканей, а еще точнее, к усовершенствованию автономного электростимулятора желудочно-кишечного тракта (ЖКТ).

Известен электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус, образованный двумя изолированными друг от друга электродами и диэлектрической втулкой, в котором установлены генератор стимулирующих импульсов и источник питания для него [А.С. №936931 СССР, МКИ А 61 N 1/36 / Электростимулятор желудочно-кишечного тракта / Пекарский В.В., Агафонников В.Ф., Дамбаев Г.Ц., Кобозев В.И. и Попов О.С. - Опубл. 23.06.82, Бюлл. №23].

Данный электростимулятор взят нами за прототип.

Недостатком электростимулятора-прототипа является следующее. Известно, что токовый порог возбудимости различных отделов ЖКТ различен. Так А.А.Вишневский и А.В.Лившиц [Вишневский А.А., Лившиц А.В., Вилянский М.П. Электростимуляция желудочно-кишечного тракта. - М.: Медицина, 1978. - 184 с.] считают, что этот ток должен находиться в пределах 2-15 мА. В этот диапазон попадают и данные М.М.Орешенкова [Орешенков М.М. Электростимуляция желудочно-кишечного тракта и ее применение при послеоперационных парезах у больных раком прямой кишки: Автореф. дис... канд. мед. наук: 14.00.27. - М., 1969. - 29 с.], который изучал влияние различных параметров электрического тока на двигательную активность кишечника и определил оптимальные силы тока для различных его отделов. При этом минимальная пороговая возбудимость кардиальной части желудка составила 6,7 мА, фундальной части - 4,2 мА, пилорической части - 3,5 мА. Наиболее низким порогом возбудимости обладает двенадцатиперстная кишка, именно, область выхода желчного и панкреатического протоков и несколько дистальнее их на 2-3 см. В этих участках средняя сила тока соответствовала 3,2 мА. Наиболее высоким порогом возбудимости обладает толстая кишка. Так при раздражении сигмовидной кишки требовалась сила тока до 15 мА.

Известно также [Гальперин С.И. Физиология человека и животных. - М.: Высшая школа, 1970. - 656 с.], что при чрезмерно большой силе раздражения сила сокращения мышцы резко снижается или мышца не сокращается.

Генератор стимулирующих импульсов электростимулятора-прототипа вырабатывает электрические импульсы с постоянной (причем, максимальной) амплитудой, что приводит, с одной стороны, к значительному уменьшению эффективности электростимуляции [Гальперин С.И. Физиология человека и животных. - М.: Высшая школа, 1970. - 656 с.], а, с другой - к быстрому расходованию энергии применяемого в электростимуляторе источника питания, т.е., в конечном итоге, к уменьшению ресурса работы электростимулятора.

Задачей настоящего изобретения является создание электростимулятора с повышенной эффективностью электроимпульсного воздействия и с увеличенным ресурсом его работы.

Эта задача достигается тем, что в электростимуляторе желудочно-кишечного тракта, содержащим корпус, образованный двумя изолированными друг от друга электродами и диэлектрической втулкой, в котором установлены генератор стимулирующих импульсов и источник питания для него, генератор стимулирующих импульсов соединен с входом информационным блока ограничения напряжения и с блоком измерения импеданса, выход которого через усилитель соединен с входом тактовым блока ограничения напряжения, выход которого подключен к электродам, являющимися также измерительными электродами блока измерения импеданса, а второй выход генератора стимулирующих импульсов соединен с входом сброса блока ограничения напряжения.

Использование сигнала низкочастотного генератора стимулирующих импульсов в качестве измерительного связано с тем, что электрический импеданс тканей ЖКТ находится в зависимости от степени сокращения мышц кишечника, причем ток низкой частоты (сотни герц - единицы килогерц) проходит преимущественно через межклеточные промежутки и сопротивление этому току будет определяться размерами межклеточников [Хачатрян А.П. Клинико-патофизиологические аспекты электроимпедансометрии: дис... док. мед. наук: 14.00.16, 14.00.27. - Томск, 1992. - 52 с.]. При сокращении размеры межклеточников уменьшаются - сопротивление растет. Получив электрический сигнал, пропорциональный этому изменению, можно использовать его для управления блоком ограничения напряжения.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - функциональная схема электростимулятора;

фиг.2 - принципиальная электрическая схема блока ограничения напряжения (один из вариантов исполнения);

фиг.3 - Типичные эпюры напряжений стимулирующих серий импульсов и управляющих сигналов.

Выход генератора стимулирующих импульсов - 1 соединен с входом информационным - D0 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2, и с блоком измерения импеданса - 3, выход которого соединен с входом усилителя - 4. Выход усилителя - 4 соединен с входом тактовым - С1 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2, выход которого соединен с электродами электростимулятора - 5 и 6. Второй выход - «Вых.2» генератора стимулирующих импульсов - 1 соединен с входом сброса - R1 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2. Источник питания - 7 соединен со всеми блоками.

Работает электростимулятор следующим образом.

При попадании электростимулятора в проводящую среду желудочно-кишечного тракта, генератор стимулирующих импульсов - 1 начинает генерировать серии стимулирующих импульсов с максимальной амплитудой - V_CT1 (см. фиг.3а). Согласно [Попов О.С. Автономная электрическая стимуляция желудочно-кишечного тракта в хирургии: дис... канд. мед. наук. - Томск. - 1988. - 242 с.] амплитуда тока при этом составляет 8-12 мА, а М.М.Орешенков [Орешенков М.М. Электростимуляция желудочно-кишечного тракта и ее применение при послеоперационных парезах у больных раком прямой кишки: Автореф. дис.... канд. мед. наук: 14.00.27. - М., 1969. - 29 с.] считает, что ток в импульсе может достигать 15 мА. Одновременно с генератором стимулирующих импульсов - 1 включается блок измерения импеданса - 3 и происходит измерение импеданса ткани кишечника в месте нахождения электростимулятора на частоте генератора стимулирующих импульсов - 1. При этом амплитуда измерительного сигнала, чтобы не вызывать стимуляцию ткани, значительно меньше (более чем на 2 порядка) амплитуды стимулирующего сигнала (Схемным решением блока измерения импеданса амплитуду сигнала от генератора стимулирующих импульсов - 1 можно уменьшить в любое число раз, например, ограничить амплитуду измерительного сигнала обычным резистором). Измерительными электродами блока измерения импеданса - 3 служат электроды электростимулятора - 5 и 6. В то же время сигнал с выхода генератора стимулирующих импульсов - 1 поступает на вход информационный - D0 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2, формирующего серию импульсов с линейно возрастающей амплитудой - V_СТ2 (см. фиг.3б) на выходе электронного ключа на транзисторе V_T1 (см. фиг.2), которая поступает на электроды - 5, 6 электростимулятора. При достижении значения импульса в этой серии величины порога возбуждения кишечника, происходит их сокращение, блок измерения импеданса - 3 регистрирует всплеск увеличения сопротивления (при сокращении мышц на кишечнике в месте нахождения электродов (между ними) появляются глубокие перетяжки [Физиология человека, в 4 т. - М.: Мир, 1986, т.4. Обмен веществ. Пищеварение. Выделение. Эндокринная регуляция. - 312 с.]. Расстояние между межклеточными промежутками мышцы кишечника уменьшается, а сопротивление - увеличивается). От блока - 3 сигнал поступает на блок усилителя - 4, в котором также формируется сигнал - V_УП (см. фиг.3в) для управления блоком ограничения напряжения - 2. Этот сигнал поступает на вход тактовый - С1 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2, и запрещает дальнейшее формирование стимулирующих импульсов - V_CT3 (см. фиг.3г). При этом на входе сброса - R1 (см. фиг.2) блока ограничения напряжения - 2 отсутствует сигнал со второго выхода - «Вых.2» генератора стимулирующих импульсов - 1. В момент окончания формирования серии стимулирующих импульсов - V_CT1 (см. фиг.3а) на выходе генератора стимулирующих импульсов - 1, на втором выходе - «Вых.2» генератора стимулирующих импульсов - 1 появляется сигнал - V_ОБ (см. фиг.3д) длительностью, равной длительности паузы между сериями стимулирующих импульсов на выходе генератора стимулирующих импульсов - 1. При этом блок ограничения напряжения - 2 переходит в стадию готовности формирования новой серии стимулирующих импульсов с линейно возрастающей амплитудой с приходом с выхода генератора стимулирующих импульсов - 1 очередной серии стимулирующих импульсов (см. фиг.3б). Кишечник на электрическую стимуляцию отвечает перистальтической волной, которая продвигает электростимулятор в дистальные отделы кишечника и весь процесс повторяется.

На фиг.2 представлен пример принципиальной электрической схемы блока ограничения напряжения.

Схема блока ограничения напряжения состоит (фиг.2) из D-триггера, четырехразрядного двоичного счетчика, резистивной матрицы R-2R [В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь. - 1989. - 240 с.] и электронного ключа. Схема собрана на элементной базе серии КР1533.

Здесь Т - микросхема КР1533ТМ2, СТ - микросхема КР1533 ИЕ5, R1 - вход сброса; С1 - вход тактовый; D1 - вход; S1 - вход установки; D0 - вход информационный; R-2R - резисторы резистивной матрицы; Q0-Q3 - выходы с первого по четвертый разряд счетчика; 0V, U - выводы по питанию; R_б - ограничительный резистор тока базы транзистора - VT1, выполняющего роль электронного ключа. Работа принципиальной схемы рассмотрена при работе электростимулятора.

Можно использовать цифро-аналоговый преобразователь (например, К572ПА2 [В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь. - 1989. - 240 с.] вместо резистивной матрицы R-2R. Это, с одной стороны, упрощает технологию изготовления блока ограничения напряжения (в том числе, и в точности подбора резисторов матрицы), а, с другой стороны, позволяет изготовить блок ограничения напряжения полностью в интегральном исполнении.

Генератор стимулирующих импульсов можно реализовать на микросхеме И106А [ТУ КЛГЯ.431238.600 ТУ. Микросхема И 106А. - 1991. - 22 с.] с использованием в качестве второго выхода генератора стимулирующих импульсов 13-вывод схемы.

Таким образом, введение в электростимулятор желудочно-кишечного тракта новых отличительных признаков позволили добиться нового положительного результата - повышение лечебного эффекта и увеличение ресурса работы электростимулятора.

Электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий корпус, образованный двумя изолированными друг от друга электродами и диэлектрической втулкой, в котором установлены генератор стимулирующих импульсов и источник питания для него, отличающийся тем, что генератор стимулирующих импульсов соединен с входом информационного блока ограничения напряжения и с блоком измерения импеданса, выход которого через усилитель соединен с входом тактового блока ограничения напряжения, выход которого подключен к электродам, являющимся также измерительными электродами блока измерения импеданса, а второй выход генератора стимулирующих импульсов соединен с входом сброса блока ограничения напряжения.