CH710651B1 - Dispositivo di elettroterapia comprendente un sistema di controllo. - Google Patents

Dispositivo di elettroterapia comprendente un sistema di controllo. Download PDF

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Abstract

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di elettroterapia comprendente un sistema di controllo di un dispositivo di elettroterapia comprendente un alimentatore (1), un generatore (2) di un segnale elettrico in radio frequenza (RF), un elettrodo neutro (3) ed un elettrodo capacitivo (4) e/o resistivo (5) collegati al generatore (2) e destinati ad applicare il segnale elettrico per contatto al corpo di un paziente. Il sistema comprende un modulo di controllo software (6) collegato al generatore (2), atto a trasmettere un comando di abilitazione o disabilitazione del segnale elettrico (RF), ed un circuito di rilevamento e controllo hardware (7), atto a rilevare un valore anomalo di detto segnale elettrico ed a trasmettere un comando di spegnimento del generatore (2) in presenza di detto valore anomalo, dove il circuito di rilevamento e controllo hardware (7) forma un secondo anello di controllo, ed un primo (µ 1 ) ed un secondo (µ 2 ) microprocessore del modulo di controllo software (6) formano un primo anello di controllo digitale, il secondo anello di controllo analogico è collegato al secondo microprocessore (µ 2 ) del primo anello di controllo digitale.

Description

Descrizione
Campo di applicazione [0001] La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dei sistemi di controllo dei dispositivi di elettroterapia, ed in particolare di quei sistemi di elettroterapia comprendenti un alimentatore di rete ed un generatore di un segnale elettrico in radio frequenza (RF) destinato ad essere applicato al corpo di un paziente tramite un elettrodo neutro ed un elettrodo capacitivo o resistivo.
Arte nota [0002] Come noto, un dispositivo di elettroterapia è un’apparecchiatura in grado di generare forme d’onda di tensione o corrente a frequenza controllabile, nella banda della radiofrequenza, destinate ad essere applicate al corpo umano allo scopo di produrre un effetto diatermico.
[0003] Il dispositivo è utilizzato per trattamenti terapeutici o non terapeutici, ad esempio per trattamenti estetici, ed induce un calore in zone localizzate del corpo umano, a diverse profondità. La trasmissione di calore è transcutanea e sostanzialmente aiuta a mettere in moto le cariche elettriche presenti nel tessuto biologico, stimolandone il metabolismo cellulare, tramite un aumento ed una riattivazione della circolazione micro capillare, ed aumenta l’ossigenazione dei tessuti.
[0004] I trattamenti elettroterapici consentono di riattivare i naturali processi riparativi e anti infiammatori, senza utilizzare energia radiante dall’esterno o impiegare metodi di riscaldamento per contatto, che agiscono in superficie ma sono poco adatti a produrre calore in profondità.
[0005] Il dispositivo elettroterapico consiste tipicamente in un generatore elettrico e due elettrodi: un elettrodo attivo, azionato manualmente da un operatore in corrispondenza della zona da trattare, ed un elettrodo neutro di ritorno, fissato sul paziente per creare un circuito elettrico.
[0006] A seconda delle caratteristiche degli elettrodi attivi applicati sul corpo del paziente si possono ottenere diversi tipi trattamento, cosiddetti capacitivo o resistivo. Il trattamento capacitivo svolge la sua azione sui tessuti molli ad alto contenuto d’acqua, quali i muscoli, il sistema venoso e linfatico e la cartilagine. Il trattamento resistivo agisce su tutti quei tessuti a basso contenuto d’acqua, come le ossa, le capsule, i legamenti, i tendini e le fasce muscolari.
[0007] I dispositivi elettroterapici sopra citati possono anche funzionare con potenze piuttosto elevate, ad esempio 300 W, e producono forme d’onda di tensioni elettriche a radiofrequenza con valori esterni agli intervalli di frequenza tipici della radiodiffusione.
[0008] In considerazione della potenza e tensione utilizzate, è necessario che il funzionamento del dispositivo sia accuratamente controllato, consentano di effettuare il trattamento in totale sicurezza sul paziente, senza alcun rischio ed evitando che un malfunzionamento o imprevisto provochi una scarica elettrica nel corpo del paziente. In particolare, l’uso di potenze elevate impone un sistema di sicurezza in grado di gestire situazioni critiche che possano derivare sia da fattori esterni che da fattori intrinseci all’apparecchiatura.
[0009] Per la sicurezza nei trattamenti è importante anche che le tensioni del segnale in radiofrequenza applicato agli elettrodi isolati non superi valori predeterminati, ad esempio di 600 Vrms, onde evitare rischi di innesco di archi elettrici che possono perforare la barriera isolante costituita dal rivestimento sugli elettrodi, dimensionata e testata per operare in sicurezza alle tensioni nominali massime previste.
[0010] Allo stesso tempo, per garantire un trattamento elettroterapico efficace, è necessario poter controllare con notevole accuratezza le forme d’onda del segnale elettrico generato.
[0011] In particolare, nei dispositivi per diatermia con trasmissione transcutanea sopra citati, nelle due modalità capacitiva e resistiva, è necessario produrre una tensione elettrica variabile a valore medio nullo, la qual cosa deve considerare svariati fattori tra cui limitare la presenza di componenti a frequenze diverse da quella nominale, al fine di ottenere elevati livelli di rendimento nelle varie situazioni di carico ed evitare così rilevanti perdite per il riscaldamento della circuiteria impiegata nella generazione del segnale elettrico.
[0012] I dispostivi di elettroterapia noti impiegano soluzioni tecniche che non sono soddisfacenti e che non garantiscono un’elevata affidabilità, in termini di sicurezza, né una precisa regolazione delle tensioni del segnale elettrico, e quindi un efficiente adattamento del dispositivo alle diverse situazioni di carico.
[0013] Il problema tecnico alla base della presente invenzione è quindi quello di escogitare un sistema di controllo di un dispositivo di elettroterapia che sia in grado di risolvere tutte le limitazioni sopra evidenziate, garantendo quindi una totale affidabilità dell’apparecchiatura, che sia cioè in grado di rilevare immediatamente segnali elettrici anomali e di sospenderne la generazione, ma anche di regolare ed adattare efficacemente il segnale elettrico alle diverse condizioni di carico, per ottenere un trattamento ottimale sul paziente.
CH 710 651 B1
Sommario dell’invenzione [0014] L’idea di soluzione alla base della presente invenzione è quella di controllare il segnale elettrico in radio frequenza (RF) generato da un dispositivo di elettroterapia, tramite un sistema comprendente un primo anello di controllo digitale, un secondo anello di controllo analogico e le ulteriori caratteristiche della rivendicazione 1, sfruttando così la velocità del secondo anello di controllo analogico per ridurre il tempo di rilevazione di eventuali anomalie nel segnale elettrico ed al contempo la flessibilità del primo anello di controllo digitale per sofisticare i controlli sul segnale, programmando detti controlli per individuare malfunzionamenti intrinseci del dispositivo di elettroterapia o malfunzionamenti causati da fattori esterni, come ad esempio un’errata impostazione dell’apparato da parte dell’operatore o un’anomalia nella rete di alimentazione, e facendo in modo che il primo anello di controllo digitale ed il secondo anello di controllo analogico in sinergia impediscano la generazione o propagazione di archi elettrici in grado di perforare il rivestimento isolante degli elettrodi, causando quindi pericolo per il paziente e l’utilizzatore del dispositivo di elettroterapia.
[0015] Il primo anello di controllo digitale ed il secondo anello di controllo analogico comprendono componenti integrate che aumentano la sicurezza del dispositivo di elettroterapia ed allo stesso tempo migliorano la generazione di una tensione/corrente opportuna per il trattamento diatermico.
[0016] Sulla base dell’idea di soluzione sopra esposta, il problema tecnico è risolto da un dispositivo di elettroterapia secondo le rivendicazioni allegate.
[0017] Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo di elettroterapia secondo la presente invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione che segue, data a solo scopo esemplificativo e non limitativo dell’ambito di protezione dell’invenzione.
Breve descrizione dei disegni allegati [0018] La figura è uno schema a blocchi del sistema di controllo del dispositivo di elettroterapia della presente invenzione.
Descrizione dettagliata [0019] Con riferimento alla fig. 1 è rappresentato uno schema a blocchi di un dispositivo di elettroterapia comprendente un sistema di controllo secondo la presente invenzione.
[0020] Il dispositivo di elettroterapia comprende un alimentatore 1 collegabile alla rete di alimentazione della corrente elettrica, un generatore 2 di un segnale elettrico in radio frequenza RF, ed almeno una coppia di elettrodi destinati ad applicare il segnale elettrico per contatto al corpo di un paziente.
[0021] In particolare, il dispositivo elettroterapico è dotato di un elettrodo neutro 3, di un elettrico resistivo 5 e/o di un elettrodo capacitivo 4, collegati al generatore 2 per il tramite di un circuito di un circuito di filtro e di adattamento resistivo (elettrodo resistivo 5) e di un circuito elevatore capacitivo 11 (elettrodo capacitivo). L’elettrodo capacitivo 4 è utilizzato insieme all’elettrodo neutro 3 per applicazioni capacitive, destinate cioè a trattare i tessuti molli e le zone superficiali del corpo, e l’elettrodo resistivo è utilizzato, sempre in accoppiamento esclusivo con l’elettrodo neutro 3, per trattamenti di tessuti situati più in profondità o di più elevata resistenza, quali la struttura ossea e cartilaginea.
[0022] Secondo la presente invenzione, il sistema di controllo comprende un modulo di controllo software 6, collegato al generatore 2, destinato a trasmettere un comando di abilitazione o disabilitazione del segnale elettrico (RF), ed un circuito di rilevamento e controllo hardware (7), destinato a rilevare eventuali valori anomali del segnale elettrico ed a trasmettere un comando di spegnimento del generatore 2, in presenza di valori anomali.
[0023] Il modulo di controllo software 6 ed il circuito di rilevamento e controllo hardware sono attivi contemporaneamente e realizzano un primo anello di controllo digitale ed un secondo anello di controllo analogico, atti a monitorare contemporaneamente il dispositivo di elettroterapia ed a modificarne i parametri di funzionamento, interrompendo il generatore 2 e quindi l’erogazione del segnale elettrico, nel caso di valori anomali del segnale elettrico, oppure regolando in tempo reale il generatore, per variare il segnale elettrico in funzione alle condizioni rilevate, ad esempio al carico costituito dal paziente, producendo quindi una forma d’onda ideale per il trattamento del paziente.
[0024] In particolare, il modulo di controllo software 6 comprende un primo microprocessore μΊ ed un secondo microprocessore μ2, collegati ad un blocco AND logico che riceve in input i segnali di controllo del primo μΊ e del secondo microprocessore μ2 e genera in output il comando di abilitazione del segnale elettrico RF, se i segnali di controllo del primo μΊ e del secondo microprocessore μ2 sono positivi, oppure genera in output il comando di disabilitazione del segnale elettrico RF, se almeno uno dei segnali di controllo del primo μΊ e del secondo microprocessore μ2 è negativo. Il blocco AND logico è preferibilmente di tipo hardware.
[0025] Il primo μΊ microprocessore è collegato ad un circuito di comando 8 del dispositivo di elettroterapia, regolabile manualmente dall’operatore del dispositivo elettroterapico, e riceve in input i comandi dal circuito di comando 8 e genera segnale di controllo negativo in caso di comandi non previsti. In altre parole, il primo microprocessore è in grado di interrompere il generatore 2 indipendentemente dal secondo microprocessore, ad esempio nel caso di identificazione di parametri impostati dall’operatore che sono incompatibili con il trattamento che si intende effettuare. Il primo microprocessore ed il secondo microprocessore sono dotati di una memoria comprendente un set di comandi accettati dal circuito di
CH 710 651 B1 comando (primo microprocessore), e relative frequenze del segnale elettrico da erogare nei rispettivi elettrodi (secondo microprocessore), a seconda del trattamento selezionato (capacitivo o resistivo).
[0026] Il primo μΊ microprocessore, in caso di rilevazione di detti comandi non previsti, genera anche un segnale di spegnimento (shut-down) del secondo microprocessore μ2. A questo proposito, il primo μΊ microprocessore ed il secondo microprocessore μ2 sono collegati tramite un BUS di comunicazione bidirezionale, ed il secondo microprocessore μ2 riceve in input dal primo microprocessore μΊ comandi di aumento o diminuzione della tensione del segnale elettrico RF.
[0027] Il sistema di controllo comprende anche un protocollo di individuazione della frequenza di errore nella comunicazione tra il primo ed il secondo microcontrollore e genera un segnale di allarme nel caso in cui la frequenza di errore supera un valore limite predefinito e memorizzato nel modulo di controllo software 6. Un’elevata frequenza di errore corrisponderebbe ad un’anomalia della comunicazione tra i microcontrollori, causata dal malfunzionamento di uno o di entrambi microprocessori o dal BUS di comunicazione, ed impossibilità di applicare il controllo con ridondanza del dispositivo di elettroterapia.
[0028] Il secondo microprocessore riceve anche dal circuito di rilevamento e controllo hardware 7 i valori di tensione effettiva misurata alle uscite degli elettrodi, e produce in output il segnale di controllo negativo, in caso di una differenza tra la tensione impostata con il comando di aumento o diminuzione della tensione e la tensione misurata alle uscite degli elettrodi superiore ad un valore di soglia prefissato.
[0029] I valori di tensione misurata alle uscite degli elettrodi non sono usati solo per implementare una funzione di protezione tramite il circuito di rilevamento e controllo hardware 7 ma anche per realizzare un’accurata regolazione del segnale elettrico tramite il secondo microprocessore, il quale riceve in ingresso i valori di tensione dell’elettrodo neutro, capacitivo e/o resistivo, e pilota il generatore 2.
[0030] Quest’ultimo comprende un circuito di predriver ed un convertitore push-pull a Mosfet, ed opera ad esempio ad una frequenza di 447 KHz.
[0031] Una scheda di regolazione dell’alimentazione 9 è collegata al circuito di rilevamento e controllo hardware 7, e riceve in input dal circuito 7 il valore di tensione misurata sull’elettrodo capacitivo e fornisce in output al circuito di generazione delle tensioni un comando di spegnimento (shut-down) in caso di sovratensioni all’uscita, realizzando quindi un circuito di protezione.
[0032] La scheda di regolazione dell’alimentazione 9 è ad esempio una scheda ricevente in input una tensione continua, ad esempio 50 VDC (alimentatore) ed è dotata di una sezione di generazione delle tensioni ausiliarie e di una sezione di regolazione della tensione in continua ad esempio tra 0 e 50 VDC che alimenta e regola lo stadio di generazione della tensione RF.
[0033] La scheda di alimentazione 1 è collegata alla rete elettrica AC ed è in grado di erogare ad esempio fino a 336 W. A questo proposito, vale la pena notare che i valori di tensione, di corrente o di potenza sono dati a titolo esemplificativo, con riferimento ad un dispositivo elettromedicale effettivamente implementato dal richiedente ma sono soggetti a variazioni, nei limiti del campo applicativo in questione che, come è detto, è specificatamente riferito ai trattamenti di tipo elettromedicale.
[0034] La scheda di regolazione dell’alimentazione 9 comprende anche una sezione di regolazione della potenza RF, avente ad esempio un alimentatore step-down variabile e collegata in uscita al generatore 2, così come la sezione di generazione delle tensioni ausiliarie.
[0035] Il generatore 2 riceve in input i segnali di controllo digitale del secondo microcontrollore ed il segnale di abilitazione o disabilitazione dal blocco AND dei segnali di uscita del primo e del secondo microprocessore.
[0036] Il generatore 2 è collegato ad un circuito di filtro e adattamento resistivo 10, ricevente in input il segnale del generatore 2 e dotato di un trasformatore elevatore e di un filtro risonante serie, che eleva il segnale elettrico effettivamente destinato agli elettrodi 5, 4. Più in particolare, il segnale destinato all’elettrodo capacitivo 4 è ulteriormente elevato tramite un circuito elevatore capacitivo 11, dotato di un circuito risonante. L’uscita capacitiva è ad esempio attestata a 600 VAc· Sia il segnale capacitivo, cioè il segnale in uscita dal circuito 11, sia il segnale resistivo, cioè quello in uscita dal circuito 10, sia il segnale del generatore 2, sono dati in input al circuito di rilevamento e controllo hardware 7, che è collegato alle piastre (elettrodi neutro, capacitivo e/o resistivo) applicabili al paziente.
[0037] Sostanzialmente, secondo la presente invenzione, il controllo e la regolazione del segnale elettrico del generatore 2 e del segnale in uscita dal circuito di adattamento resistivo 10 e/o capacitivo 11 sono monitorati con ridondanza tramite il circuito di rilevamento e controllo hardware 7, che forma il secondo anello di controllo analogico, ed i microprocessori del modulo di controllo software 6, che formano un primo anello di controllo digitale, il secondo anello di controllo analogico essendo collegato al secondo microprocessore del primo anello di controllo digitale al quale comunica i valori di tensione misurati alle uscite degli elettrodi.
[0038] Un’ulteriore fase di controllo è prevista per verificare che il dispositivo di elettroterapia eroghi energia (il segnale elettrico) unicamente dall’uscita impostata tramite il circuito di comando 8, evitando quindi che siano alimentati contemporaneamente sia l’elettrodo capacitivo, sia l’elettrodo resistivo, anche solo per brevi periodi transitori. Il firmware del modulo di controllo 8 è programmato debitamente per effettuare il controllo di esclusione di uno degli elettrodi attivi 4, 5. Tuttavia, come controllo di sicurezza ridondante, è ulteriormente previsto un circuito realizzato in hardware ed indicato in figura con
CH 710 651 B1 un blocco ExOR che impedisce l’erogazione del segnale elettrico ad uno degli elettrodi attivi 4, 5, nel caso in cui il primo microprocessore abbia già comandato l’erogazione del segnale all’altro elettrodo attivo 5, 4.
[0039] Vantaggiosamente, tutti i valori di tensione sono misurati dal circuito di rilevamento e controllo hardware 7, il quale ha un’elevata velocità di reazione, e sono poi regolabili nel modulo di controllo software 6, che offre una notevole flessibilità di programmazione. Il modulo di controllo software è preferibilmente realizzato in firmware.
[0040] Secondo la presente invenzione, un dispositivo elettroterapico comprendente un alimentatore 1, un generatore 2 di un segnale elettrico in radio frequenza RF, un elettrodo neutro 3 ed un elettrodo capacitivo 4 e/o resistivo 5 collegati al generatore 2 e destinati ad applicare il segnale elettrico per contatto al corpo di un paziente, è vantaggiosamente controllabile tramite un metodo di controllo caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi:
- controllare il generatore 2 tramite un modulo di controllo software 6 ad esso collegato e trasmettere un comando di abilitazione o disabilitazione del segnale elettrico (RF) dal modulo di controllo software 6 al generatore 1, e
- controllare ulteriormente il generatore 2 tramite un circuito di rilevamento e controllo hardware 7, e trasmettere un comando di spegnimento del generatore in presenza di un valore anomalo del segnale elettrico rilevato dal circuito di rilevamento e controllo hardware.
[0041] Le fasi di controllo software sono in ridondanza alle fasi di controllo hardware. Tali fasi formano un primo anello di controllo digitale ed un secondo anello di controllo analogico, rispettivamente, realizzando un metodo di controllo avanzato in cui la flessibilità e programmabilità delle componenti digitali e software implementate dal primo e dal secondo microprocessore è fornita in ridondanza alla velocità di reazione delle componenti hardware implementate nel circuito di rilevamento e controllo.
[0042] Vantaggiosamente, tramite il sistema di controllo così realizzato, il dispositivo di diatermia o elettroterapico può essere accuratamente controllato, sospendendo immediatamente l’erogazione di un segnale elettrico anomalo, prima cioè che tale segnale sia erogato al paziente o possa danneggiare il rivestimento isolante degli elettrodi, ed anche regolando con precisione la forma d’onda del segnale elettrico, indipendentemente dal paziente sottoposto a terapia e quindi al carico che di volta in volta è introdotto nell’apparato elettroterapico, migliorando di conseguenza gli effetti benefici del trattamento.
Rivendicazioni

Claims (8)

1. Dispositivo di elettroterapia comprendente un sistema di controllo comprendente un alimentatore (1), un generatore (2) di un segnale elettrico in radio frequenza, un elettrodo neutro (3) ed un elettrodo capacitivo (4) e/o resistivo (5) collegati al generatore (2) e destinati ad applicare il segnale elettrico per contatto al corpo di un paziente, caratterizzato dal fatto di comprendere un modulo di controllo software (6) collegato al generatore (2), atto a trasmettere un comando di abilitazione o disabilitazione del segnale elettrico, ed un circuito di rilevamento e controllo hardware (7), atto a rilevare un valore anomalo di detto segnale elettrico ed a trasmettere un comando di spegnimento del generatore (2) in presenza di detto valore anomalo, dove il circuito di rilevamento e controllo hardware (7) forma un secondo anello di controllo analogico, ed un primo (μΊ) ed un secondo (μ2) microprocessore del modulo di controllo software (6) formano un primo anello di controllo digitale, il secondo anello di controllo analogico è collegato al secondo microprocessore (μ2) del primo anello di controllo digitale.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto modulo di controllo software (6) comprende ulteriormente un blocco AND logico adatto a ricevere in input i segnali di controllo del primo (μΊ) e del secondo microprocessore (μ2) e a generare in output il comando di abilitazione del segnale elettrico, se i segnali di controllo del primo (μ-ι) e del secondo microprocessore (μ2) sono positivi, oppure a generare in output il comando di disabilitazione del segnale elettrico, se almeno uno dei segnali di controllo del primo (μΊ) e del secondo microprocessore (μ2) è negativo.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo microprocessore è collegato ad un circuito di comando (8) del dispositivo di elettroterapia, ed è configurato per ricevere in input i comandi dal circuito di comando (8) e per generare il comando di disabilitazione del segnale elettrico se i comandi in input dal circuito di comando (8) sono incompatibili con il trattamento di elettroterapia.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto primo (μ-ι) microprocessore è configurato per generare un segnale di spegnimento del secondo microprocessore (μ2) in caso di rilevazione di detti comandi incompatibili con il trattamento di elettroterapia.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto primo (μΊ) microprocessore è collegato al secondo microprocessore (μ2) tramite un BUS di comunicazione bidirezionale, detto secondo microprocessore (μ2) è configurato per ricevere in input dal primo microprocessore (μ-ι) comandi di aumento o diminuzione della tensione del segnale elettrico, per ricevere in input dal circuito di rilevamento e controllo hardware (7) i valori di tensione effettiva misurata alle uscite degli elettrodi, e per produrre in output il comando di disabilitazione del segnale elettrico in caso di una differenza tra la tensione impostata con detti comandi di aumento o diminuzione della tensione e la tensione misurata alle uscite degli elettrodi superiore ad un valore di soglia prefissato.
CH 710 651 B1
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto sistema di controllo comprende una scheda di regolazione dell’alimentazione (9) collegata al circuito di rilevamento e controllo hardware (7) adatta a ricevere in input il valore di tensione misurata sull’uscita che collega l’elettrodo capacitivo e a fornire in output al circuito di generazione (2) delle tensioni un comando di spegnimento in caso di sovratensioni all’uscita.
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema di controllo comprende un circuito di filtro e di adattamento resistivo (10) collegato all’uscita del generatore (2).
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto sistema di controllo comprende un circuito elevatore capacitivo (11) connesso tra l’uscita del circuito di filtro e di adattamento resistivo e l’elettrodo capacitivo.
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