*** URZAD PATENTOWY PRL Patent tymczasowy dodatkowy do patentunr Zgloszono: 82 10 19 (P.238668) Pierwszenstwo Int. Cl.3 A61N 1/36 Zgloszenie ogloszono: 83 08 29 Opis patentowy opublikowano: 1986 10 31 Twórcywynalazku: Roman Pasniczek, Pawel Sobczak Uprawniony z patentu tymczasowego: Roman Pasniczek, Pawel Sobczak, Warszawa (Polska) Uklad polaczen elektrycznych stymulatora chodu Przedmiot wynalazku jest uklad polaczen elektrycznego stymulatora chodu do pobudzania w czasie chodu miesni konczyn dolnych, a w szczególnosci stymulatora nerwu strzalkowego do wawolywania zgiecia grzbietowego i unoszenia zewnetrznego brzegu stopy u osób z porazeniem polowicznym oraz w przypadkach porazen mózgowych dzieciecych. Znanyjest stymulator, sklada¬ jacy sie z generatora impulsów stymulacyjnych, regulatora czasu trwania serii impulsów i ukladu wyzwalajacego uruchamianego mikrowylacznikiem umieszczonym pod stopa.Znane jest stosowanie stymulatora nerwu strzalkowego do wspomagania funkcji chodu hemiplegików, pracujacego w ukladzie z trasformatorem podwyzszajacym napiecie impusów wyjsciowych lub wykorzystujacych dlawik nasycony do wytworzenia na nim przepiecia w chwili przerwania przeplywu pradu wjego uzwojeniu. W ukladach tych niskonapieciowy impuls sterujacy o parametrach elektrycznych odpowiadajacych impulsowi stymulacji jest przetwarzany do wiel¬ kosci amplitudy napiecia rzedu kilkudziesieciu, a nawet kilkuset woltów na wyjsciu stymulatora i elektrodach. Znane jest równiez stosowanie przetwornic tranzystorowych do podwyzszenia napie¬ cia stalego w ukladach stymulatorów posiadajacych stabilizacje amplitudy pradu impulsów dostar¬ czanych do elektrod.Elementem sterujacym chwila zalaczenia serii impulsów stymulacyjnych w znanych ukladach jest wylacznik umieszczony we wkladce do buta, który wyzwala stymulacje w momencie rozwarcia kontaktów wlacznika, nastepujacym w chwili oderwania piety od podloza. Mikrowylacznik lub inny element sterujacy, jak np. plaski zestyk dociskowy, jest polaczony bezposrednio za pomoca odrebnych przewodów z ukladem stymulatora. Elektrody stymulacyjne we wszystkich stosowa¬ nych rozwiazaniach stymulatorów chodu sa izolowane od ukladu wyzwalajacego.W znanych dotychczas stymulatorach z ukladami trasformujacymi wielkosc amplitudy napie¬ cia wystepuje wiele niedogodnosci, z których zasadnicza jest to, ze nie zapewniaja one stalosci efektu stymulacji w funkcji czasu, gdyz nie gwarantuja stalosci amplitudy pradu impulsów wyjsciowych.Podczas stosowania dlugotrwalej stymulacji nastepuje zmiana rezystencji elektrodowej, glów¬ nie na skutek wahan rezystywnosci na granicy tkanka-elektroda,jak równiez samych elektrod. W kladach z transformatorami podwyzszajacymi lub dlawnikiem kazda zmiana rezystencji obciaze-! i 2 134 325 nia powoduje wahania pradu stymulacji, co wplywa na wielkosc sily skurczu miesni, obnizajac lub zwiekszajac znacznie zamierzony efekty stymulacyjny.Ponadto uklady te sa bardzo wrazliwe na zmiany wielkosci napiecia zasilajacego. W zwiazku z tym wymagaja czesto wymiany baterii zasilajacej, wzglednie doladowywania akumulatorów.W ukladu stymulatorów z przetwornicami tranzystorowymi oraz stabilizacja amplitudy pradu impulsów wyjsciowych glówna niedogodnoscia jest to, ze sa one nieekonomiczne pod wzgedem poboru pradu z baterii zasilajacej. Posiadajaca wiec niska sprawnosc energetyczna, szczególnie dla malych wartosci pradu stymulacji i rezystencji obciazenia. Celem zapewnienia stalosci amplitudy pradu impulsów wyjsciowych dla duzych wartosci pradu i rezystencji obciazenia napiecie wyjs¬ ciowe przetwornicy musi osiagac wielkosc ponad 100, a nawet 150 V. Wówczas dla malych wartsci rezystencji i pradu tylko niewielka czesc mocy pobieranej ze zródla jest wydzielana na obciazeniu.Wiekszosc energii wytraca sie na elemencie stabilizacyjnym. Dlatego efektywna sprawnosc tego typu stymulatorów jest mala. Ponadto znane tego typu uklady stymulatorów posiadaja jedynie stabilizacje od strony wyjscia, natomiast kazda zmiana napiecia zasilajacego oddzialywuje bezpos¬ rednio na wiekosc pradu wyjsciowego — nie ma stabilizacji od strony zasilania i ukladów sterujacych.W stosowanych dotychczas stymulatorach z ukladami transformujacymi wielkosc amplitudy napiecia, jak równiez z przetwornicami podwyzszajacymi napiecie stale, mikrowylacznik sterujacy i elektrody sa polaczone z ukladem elektronicznym za pomoca odrebnych dwu par przewodów elektrycznych, które musza spelniac wysokie wymagania pod wzgledem elastycznosci i wytrzyma¬ losci na zerwanie. Konieczne jest wiec uzycie dwóch, oczywiscie róznych, miniaturowych par gniazdo-wtyk, do polaczenia osprzetu ze stymulatorem. Ponadto przewody laczace mikrowyla¬ cznik pietowy ze stymulatorem sa wyposazone w miniaturowe zlacze posrednie, umozliwiajace i ulatwiajace zakladanie osprzetu (elementów wyposazenia stymulatora) na porazona konczyne.Przewody te ulegaja bardzo czestym uszkodzeniom w poblizu zlacz i wymagaja wymiany na nowe.Wszystkie omawiane wyzej rozwiazania konstrukcyjne stymulatorów chodu nie zapewniaja stalosci efektu stymulacji w dlugim czasie, wzglednie sa malo ekonomiczne z uwagi na stosunkowo niska efektywna sprawnosc energetyczna transformowania energii dostarczanej ze zródla zasilania — najczesciej baterii 9 V napiecia stalego. Czesta wymiana baterii zasilajacej i przewodów lacza¬ cych elementy wyposazenia ze stymulatorem podnosi koszt eksploatacji urzadzenia, a koniecznosc stosowania specjalnych miniaturowych zlacz zatopionych na przewodach — koszt jego wytworzenia.Zmniejszenie ilosci przewodów ulatwia choremu stosowanie stymulatora oraz zwieksza jego niezawodnosc — urzadzenia, które chory otrzymuje jako trwale zaopatrzenie ortopedyczne. Ta ostatnia wada, w polaczeniu z niestaloscia efektu stymulacji w czasie, jest najczestsza przyczyna powodujaca zaniechanie korzystania ze stymulatora przez chorego.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogodnosci, czyli zwiekszenie sprawnosci przetwarza¬ nia energii dostarczanej ze zródla zasilania i niezawodnosc stymulatora, wyeliminowanie konie¬ cznosci stosowania specjalnych, miniaturowych zlacz zatopionych na przewodach, ograniczenie liczby przewodów laczacych elementy wyposazenia ze stymulatora do minimum oraz obnizenie kosztów eksploatacji urzadzenia.Aby ten cel osiagnac wytyczono sobie zadanie opracowania stymulatora zapewniajacego stalosc efektu stymulacji w czasie, niezaleznie od zmian impedancji elektrodowej oraz wahan napiecia zasilajacego i przypadkowych fluktuacji w ukladzie sterowania. Pobór pradu ze zródla zasilajacego powinien miec miejsce tylko w okresie trwania stymulacji, a wielkosc napiecia zasilaja¬ cego stopien wyjsciowy — automatycznie dostosowywana do wielkosci pradu stymulacji i utrzy¬ mywana na granicy niezbednego minimum, zapewniajacego nastawiona wartosc pradu w istniejacych warunkach stymulacji. Liczba przewodów laczacych elementy wyposazenia ze stymu¬ latorem powinna byc zmniejszona do jednej pary, a przewody od wkladki przylaczane bezposred¬ nio do elektrod.Zgodnie z wytyczonym zadaniem stymulator do pobudzania miesni porazonych konczyn dolnych, wedlug wynalazku, jest wyposazony w uklad stabilizacji amplitudy napiecia impulsów sterujacych stopien wyjsciowy oraz uklad sprzezenia zwrotnego zapewniajacego stalosc amplitudy pradu impulsów stymulacyjnych i regulujacego wielkosc napiecia wysokiego zasilajacego ten stopien. Ponadto stymulator zawiera uklad pozwalajacy na przylaczenie mikrowylacznika umie-134 325 .3 szczonego we wkladce do buta, sterujacego czasem zalaczenia stymulacji równolegle do elektrod stymulacyjnych.Stymulator chodu, wedlug wynalazku, posiada zalety wynikajace przede wszystkim z zastoso¬ wania ukladu sprezenia zwrotnego i ukladu stabilizacji amplitudy napiecia impulsów sterujacych.Dzieki zastosowaniu ukladu stabilizacji amplitudy napiecia impulsów sterujacych, uklad wyjs¬ ciowy stymulatora uzyskuje sie niezaleznosc pradu impulsów wyjsciowych od zmian napiecia zasilania oraz przypadkowych fluktuacji amplitudy napiecia impulsów dostarczanych z genera¬ tora. Wlaczenie ukladu sprzezenia zwrotnego sterowanego z obwodu pacjenta do regulacji napiecia wyjsciowego przetwornicy daje niezaleznosc sprawnosci energetycznej stymulatora od wielkosci pradu stymulacji. W wyniku oddzialywania ukladu sprzezenia zwrotnego nastepuje ograniczenie napiecia wyjsciowego przetwornicy do wartosci minimalnej, dostosowanej do aktualnych parame¬ trów stymulacji. To poprawia znacznie sprawnosc energetyczna stymulatora, szczególnie dla malych wielkosci pradu.Polaczenie mikrowylacznika pietowego równolegle do wyjscia stymulatora eliminuje konie¬ cznosc stosowania dwu par przewodów oraz miniaturowego zlacza na przewodach od wkladki do buta, poniewaz w tym rozwiazaniu mikrowylacznik przylacza sie do elektrod.Uklad polaczen elektrycznych stymulatora, wedlug wynalazku, jest dokladnie wyjasniony na podstawie jego przykladu wykonania.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przed¬ stawia schemat blokowy stymulatora.Jak uwidoczniono na rysunku stopien wyjsciowy 3 jest polaczony z ukladem stabilizacji napiecia impulsów sterujacych 2, przetwornica napiecia stalego 9/150 V 4 i ukladem sprzezenia zwrotnego 5. Generator impulsów 1 zbudowany na tranzystorach przeciwstawnego typu przewo¬ dzenia, dla zmniejszenia poboru pradu, dostarcza impulsów prostokatnych o czasie trwania i czestotliwosci powtarzania odpowiadajacych impulsom stymulacji. Impulsy z generatora 1 dostar¬ czane sa do ukladu stabilizacji napiecia impulsów 2, wykonanego na diodzie swiecacej. Dioda ta sluzy jednoczesnie jako sygnalizator pracy stymulatora. Ponadto na podstawie kontroli jakosci swiecenia diody uzytkownik moze ocenic stan rozladowania baterii zasilajacej.Przyciete amplitudowo w ukladzie 2 impulsy z generatora wchodza na potencjometr, a ze slizgacza potencjometru na wejscie stopnia wyjsciowego 3.Stopien wyjsciowy 3jest zbudowany na dwu wysokonapieciowych tranzystorach przeciwstaw¬ nego typu. Zapewnia to mozliwosc uziemnienia jednego bieguna wyjsciowego stymulatora. Silne pradowe sprzezenie zwrotne wyjscia z wejscia stopnia 3 poprzez uklad 5 zapewnia stalosc ampli¬ tudy pradu impulsów wyjsciowych dostarczanych do elektrod, od impedancji obciezenia 9. Poten¬ cjometr umieszczony na wejsciu stopnia wyjsciowego daje mozliwosc plynnej regulacji amplitudy pradu impulsów stymulacyjnych.Przetwornica napiecia stalego 9/150 V 4jest zródlem wysokiego napiecia do zasilania wyjscio¬ wego 3.Zbudowana w ukladzie generatora samodlawnego wykorzystuje przepiecia na uzwojeniu kolektorowym w chwili przerwania przeplywu pradu przez tranzystor. Przetwornica pracuje tylko w czasie trwania stymulacji, w pozostalym okresie jest zablokowana przez uklad regulatora czasu trwania serii impulsów 7.Wielkosc napiecia wyjsciowego przetwornicyjest sterowana przez uklad sprzezenia zwrotnego 5 i ustalana na poziomie odpowiadajacym wielkosci pradu stymulacji.Uklad regulacji czasu trwania 7 pracuje na zasadzie ladowania kondensatora ze zródla zasilania z okreslona stala czasowa w okresie przerwy, a nastepnie rozladowania w chwili zadziala¬ nia mikrowylacznika 6 umieszczonegp we wkladce do buta. Czas trwania stymulacji, czyli wyzwo¬ lenia serii impulsów jest wyznaczany przes czas rozladowania kondensatora i moze byc ustalony na okreslonej wartosci dostosowywanej indywidualnie w zaleznosci od sprawnosci funkcjonalnej chorego, wzglednie regulowany automatycznie odpowiednio do szybkosci chodu. W przypadku automatycznej regulacji czasu trwania stymulacji dlugosc serii impulsów jest proporcjonalna do czasu trwania fazy podporowej cyklu chodu.Wyzwolenie ukladu regulacji czasu trwania serii 7 nastepuje z ukladu wyzwalania regulatora czasu 8, którego wejscie jest podlaczone równolegle do obciazenia stymulatora 9. Polaczenie wejscia ukladu wyzwalajacego 8 z wyjsciem stymulatora 9 umozliwia odpowiednia konstrukcja stopnia wyjsciowego 3. Dzieki temu mikrowylacznik 6 umieszczony we wkladce do buta moze byc4 134 325 przylaczany do elektrod stymulacyjnych. Mikrowylacznik 6 steruje praca ukladu wyzwalajacego 8 i wyznacza moment zalaczenia stymulacji. W przypadku zwarcia kontaktów mikrowylacznika uklad wyzwalajacy jest zablokowany — rozwarcie kontaktów powoduje wyzwolenie serii impul¬ sów. Mozliwe jest takze, przy pomocy opisanego ukladu polaczen, wyzwalanie stymulacji faza podporowa nogi zdrowej w przypadku uzycia mikrowylacznika 6 o przeciwnym dzialaniu (normal¬ nie zwarty).Zastrzezenia patentowe 1. Uklad polaczen elektrycznego stymulatora chodu do pobudzenia podczas chodu miesni porazonych konczyn dolnych, zawierajacy generator impulsów stymulacyjnych z regulowanym czasem trwania serii impulsów, regulator czasu serii uruchamiany mikrowylacznikiem umieszczo¬ nym we wkladce do buta, uklad wyzwalajacy i przetwornice napiecia stalego, znamienny tym, ze mikrowylacznik (6) jest przylaczony równolegle do wyjscia stymulatora (3) i ukladu wyzwalajacego (8), a uklad wyzwalajacy (8) posiada konstrukcje zapewniajaca wyzwolenie serii impulsów stymula¬ cyjnych w chwili rozwarcia mikrowylacznika, nastepujacego bezposrednio po jego przejsciu do stanu przeciwnego, przy czym konstrukcja ukladu wyjsciowego (3) zapewnia stalosc amplitudy pradu impulsów stymulacyjnych zarówno od zmian napiecia baterii zasilajacej jak i obciazenia. 2 .Uklad polaczen wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wielkosc napiecia wyjsciowego przet¬ wornicy (4) jest sterowana przez podlaczony do niego uklad sprzezenia zwrotnego (5) który jest podlaczony z drugiej strony do obciazenia stymulatora (9). 1 A 1 1 1 r^~ ^ —\ 2 U 1 A \ 1 | "* | 1 7 h —1 3 i r —1 8 lP» 5 1^ * $ =/ Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL