DD200308B1

DD200308B1 - Impulsgenerator mit veraenderbarem impulsprogramm

Info

Publication number: DD200308B1
Application number: DD81231464A
Authority: DD
Inventors: Gerald Igel; Bruno Wenig
Original assignee: Tur H Matern Veb
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1985-12-18
Also published as: DE3213978C2; DD200308A1; DE3213978A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator zur Erzeugung von in weiten Grenzen variierbaren Impulskennwerten und Impulsprogrammen, der vorzugsweise für die externe elektrische Stimulation von Organen und Geweben des menschlichen Körpers Anwendung finden kann.

Charakeristik der bekannten technischen Lösungen

Die an den Anfängen der Reizstromtherapie gebräuchlichen Impulsformen mit vorgegebenen Zeitwerten (Sonderdruck „Elektromedizin" Bd. 5,1960, Nr. 2) sind entsprechend dem medizinischen Erkenntnisstand der Zusammenhänge zwischen Nerv- und Muskelsystem zu komplizierten elektrischen Stimulationsprozessen der komplexen physiologischen Funktionen entwickelt worden. Es ist bekannt (DD-PS 24825), bei einem Reizstromgerät fürTherapie und/oder Diagnostik die Impulsströme in ihrer Dauer, der Anstiegs- und Abfallzeit, ihrem Scheitelwert, der Frequenz und damit dem Tastverhältnis variabel zu gestalten. Dabei soll die Einschaltung so vorgenommen werden, daß die zu wählenden Werte unabhängig voneinander eingestellt werden können. Das trifft gleichermaßen bei der Anwendung der Elektrostimulation für die Prophylaxe und Therapie von Erkrankungen der Skelettmuskulatur, z. B. die gezielte Steuerung von Bewegungsabläufen sowie des Bewegungsapparates, z. B. die elektrische Steuerung der unterschiedlichen Organfunktionen und auch für diagnostische Untersuchungen der Funktion des Nerv-Muskelsystems mittels elektrischer Ströme zu, also z. B. zur Messung der Reobase, Chronaxie und Refraktärzeit und bei der Aufnahme von Reizzeitintensitätskurven.

Aus der Breite des genannten Anwendungsgebietes resultiert die Forderung, daß mit modernen Universalstimulatoren eine Vielzahl von verschiedenen Impulsprogrammen mit in weiten Grenzen einstellbaren Zeitparametern realisierbar sein muß. Das Spektrum der Impulsprogramme reicht dabei von der zeitlich definierten Applikation von Einzelimpulsen bis zur Erzeugung von mehreren, in der zeitlichen Reihenfolge definiert gestaffelten Impulsgruppen mit unterschiedlichen Impulskennwerten bei der Anwendung der mehrkanaligen Elektrostimulation. Diese Forderung kann durch die bekannten Geräte nicht in vollem Umfang gelöst werden. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Impulsabläufen für die Elektrostimulation ist in der Regel ein Zeitgenerator zur fortlaufenden Erzeugung der Impulsperiodendauer vorhanden. Durch die von dieser Stufe erzeugten Triggerimpulse wird eine monostabile Kippstufe zur Erzeugung der Impulsdauer angesteuert. Zur Erzeugung von definierten Anstiegs- und Abfallzeiten wird diese gewonnene Rechteckimpulsfolge mit eingestellter Impulsdauer und Impulsperiodendauer den Integrationsstufen mit einstellbarer Integrationsdauer zur Verformung der Impulsflanken zugeführt. Für die Erzeugung der Gruppenperioden- und Gruppendauer wird meist ein zweiter, unabhängiger, nach dem gleichen Prinzip arbeitender Zeitgenerator eingesetzt. Die Verknüpfung dieser beiden Impulserzeuger muß zur Erzeugung von Impulsgruppen mit entsprechendem Impulsinhalt über eine geeignete Torstufe erfolgen, die der Reizausgangsstufe des Gerätes vorgeschaltet ist. Bei derartigen Geräten müssen entsprechende Blockierungseinrichtungen vorgesehen werden, damit die Einstellung physikalisch sinnwidriger Werte, z. B. die Einstellung einer kleinereren Impulsperiodendauer als die Impulsdauer, verhindert wird. In solchen Fällen tritt nämlich eine Gefährdung des Patienten ein, da der Generator Undefinierte Impulse erzeugt. Die bei diesen Geräten verwendeten Blockierungseinrichtungen sind um so mechanisch komplizierter, je mehr einstellbare

Zeitparameter damit überwacht werden. Auch die Masse der Geräte nimmt unerwünscht zu.

Für Forschungsaufgaben auf dem Gebiet der Elektro-Physiologie ist auch bereits eine Anordnung zur Erzeugung von Reizstromimpulsen bekannt, bei der mehrere Impulse mit veränderbaren Pausenzeiten und Intensitäten durch verschiedene Generatoren, die nacheinanderfolgend Triggerimpulse enthalten, auf einen Arbeitswiderstand gegeben werden können (DD-PS 24660). Dazu sind außer kompletten Reizstromgeneratoren, deren Anzahl sich nach der Zahl der Impulse richtet, auch ein Steuergenerator notwendig. Die Nachteile liegen durch den technischen Aufwand auf der Hand.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, mit Hilfe einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung von Impulsprogrammen die geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und gleichzeitig den Anforderungen an die Variationsbreite der Impulsprogramme und der dazugehörenden Zeitbereiche durch die modernen Verfahren der Elektrostimulation gerecht zu werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Impulsgenerator anzugeben, der vorzugsweise für die Elektrotherapie und Diagnostik des Reizleitungssystems des menschlichen Organismus Anwendung finden soll. Dabei soll mit einem Gerät oder Gerätesystem eine allen Sicherheitsanforderungen entsprechende Realisierung moderner Elektrostimulationsverfahren möglich sein. Die einzelnen Zeitkennwerte für die erforderlichen Impulse oder Impulsprogramme, die zwischen den Grenzen 100με und einigen 1000s liegen, müssen leicht einstellbar sein und sich in geringen Toleranzgrenzen von wenigen % bewegen. Dabei ist es weiterhin Aufgabe, unter Vermeidung der o.g. Nachteile die Einstellbarkeit der Implulskennwerte bzw. Impulsprogrammkennwerte, wie Impulsdauer, Impulsperiodendauer bzw. Impulspause, Impulsanstiegszeit und -abfallzeit, Verzögerungszeit von Einzelimpulsen oder Impulsgruppen, Impulsgruppendauer, Impulsgruppenperiodendauer in den o.g. Grenzen zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird bei einem Impulsgenerator mit veränderbarem Impulsprogramm, wobei die Kennwerte mit Hilfe eines Impulsprogrammwählers einstellbar sind, erfindungsgemäß nach den im Erfindungsanspruch dargestellten Merkmalen gelöst.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: ein Blockschaltbild des Impulsgenerators

Fig. 2: ein Prinzipschaltbild eines monostabilen Multivibrators der Fig. 1 Fig.3: Kurvenverläufe.

Zunächst soll die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung bei der Erzeugung einer unverzögerten Rechteckimpulsfolge dargelegt werden.

Durch einen extern oder von Hand ausgelösten Startimpuls, der am Starteingang 1 anliegt und der die Form eines kurzen Rechteckimpulses hat, wird über eine Steuerelektronik 2 ein monostabiler Multivibrator 3 angesteuert. Innerhalb der Steuerelektronik 2 durchläuft der Startimpuls zunächst zwei logische ODER-Schaltungen 4 und 5, danach eine logische UND-Schaltung 6. Diese UND-Schaltung 6 stellt eine Torschaltung dar, die ihrerseits mit einem Impulsprogrammwähler 7 in Verbindung steht. Entsprechend des im Impulsprogrammwähler 7 gewählten Programmes für Rechteckimpulse, der dafür einen Ausgang R besitzt, ist die Torschaltung geöffnet. Nach dem Passieren der UND-Schaltung 6 gelangt der Startimpuls an eine logische ODER-Schaltung 8, die mit dem Multivibrator 3 verbunden ist. Der Multivibrator 3 springt nunmehr in seinen instabilen Zustand, wodurch an allen seinen Steuerausgängen 9 z. B. ein logischer Η-Pegel anliegt, welcher Stromquellen 10 steuert. Am Ausgang der Stromquellen 10 kann damit entsprechend der Dauer des anliegenden Η-Pegels ein Rechteckimpuls abgenommen werden, dessen Ausgangssignalverlauf ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers dem gewünschten Impulsverlauf zur Stimulation entsprechen kann. Zur Einstellung der Intensität der Ausgangsspannung ist den Stromquellen 10 ein in der Figur nicht gezeigter Ausgangssingnalverstärker nachgeschaltet. Die Dauer des instabilen Zustandesdes Multivibrators 3 ist damit maßgebend für die Länge der Impulsdauer und ist entsprechend den medizinischen Forderungen im Bereich von 0,1 ms... 10s einstellbar. Nach Ablauf der aktiven Phase des Multivibrators 3 liegt am Triggerausgang 11 ein kurzer Rechteckimpuls an, der über die Steuerelektronik 2 zu einem monostabilen Multivibrator 12 geführt wird. Innerhalb der Steuerelektronik 2 passiert dieser Rechteckimpuls eine logische UND-Schaltung 13, sowie eine logische ODER-Schaltung 14 und eine logische UND-Schaltung 15. Der am Multivibrator 12 anliegende Rechteckimpuls bringt diesen in seine instabile Lage, deren einstellbare Dauer im Bereich von ebenfalls 0,1 ms... 10s liegt und die Impulspause charakterisiert. Während dieser Zeit liegt an seinen Steuerungsausgängen 16 ein logischer L-Pegel, in deren Zeitspanne auch die Stromquellen 10 abgeschaltet sind. Nach Ablauf der gewählten Impulspausenzeit kippt der Multivibrator 12 in seine Ausgangslage zurück, am Triggerausgang 17 liegt ein kurzer Rechteckimpuls, der über die ODER-Schaltung 5, die UND-Schaltung 6 und die ODER-Schaltung 8, den Multivibrator 3 ansteuert. Damit ist die erste Impulsperiode abgeschlossen und die weitere gegenseitige Ansteuerung erfolgt wie bereits beschrieben. Dieser Vorgang geht solange bis ein STOP-Impuls über den STOP-Eingang 18 von au.Oen zugeführt wird und damit die Muitivibratoren3und 12 gleichzeitig rücksetzt, ohne daß an den Triggerausgängen 11 und 17 ein Rechteckimpuls entsteht. Dazu ist eine besondere Rücksetzleitung 19 vorhanden.

Bei der Stellung des Impulsprogrammwählers 7 auf Einzelimpuls nimmt der Ausgang IF (Impulsfolge) L-Pegel an und verhindert damit durch Sperrung der UND-Schaltung 15 ein Ansteuern des Multivibrators 12. Damit wird die Impulsabgabe abgeschlossen. Im folgenden soll die Wirkungsweise bei der Erzeugung einer verzögerten Impulsgruppe aus Trapezimpulsen beschrieben werden.

Dazu liegt am Starteingang 20 ein Rechteckimpuls aus einer in der Figur nicht dargestellten Start-Stop-Schaltung, der über eine logische ODER-Schaltung 21, die Bestandteil der Steuerelektronik 2 ist, an den Triggereingang eines monostabilen Multivibrators 22 geführt ist. Dieser repräsentiert mit der Zeitdauer seiner instabilen Lage, die im Bereich von 1 ms bis 1 000 s liegt, die Verzögerungszeit, während der noch kein Ausgangssingnal erzeugt wird bzw. während der Zeit die Impulserzeugung unterbrochen ist. Nach Ablauf dieser Zeit wird an seinem Triggerausgang ein kurzer Rechteckimpuls zur ODER-Schaltung 4 abgegeben, der einerseits über eine logische UND-Schaltung 23 an einem monostabilen Multivibrator 24 und andererseits über die ODER-Schaltung 5, eine logische UND-Schaltung 25 an einen monostabiien Multivibrator 26 weitergeleitet wird. Die UND-Schaltung 23 ist gleichfalls mit dem Ausgang G (Impulsgruppe) des Impulsprogrammwählers 7 verbunden. Der Ausgangsimpuls

der logischen UND-Schaltung 23 bewirkt, daß der monostabile Multivibrator 24 in seine instabile Lage kippt. Die UND-Schaltung 25 ist mit dem Ausgang T (Trapezimpuls) des Impulsprogrammwählers 7 verbunden. Der Multivibrator 26 bewirkt während seiner Arbeitsphase in Verbindung mit den Stromquellen 10 ein Ansteigen des Ausgangssignalverlaufes von einem Minimal-bis zu einem Maximalwert.

Das Blockschaltbild des monostabilen Multivibrators 26 ist in der Figur 2 gezeigt. Ein am Triggereingang 100 anliegender negativer Rechteckimpuls bewirkt ein Umkippen einer bistabilen Kippstufe 101. Des weiteren beinhaltet der Multivibrator 26 einen veränderbaren Frequenzgenerator 102, dessen Ausgang und der Ausgang der Kippstufe 101 an zwei Eingänge einer UND-Schaltung 103 geführt ist. Diese ist mit einem 8bit-Binärzähler 104 verbunden. Die entsprechend der gewählten Frequenz anliegende Impulsfolge wird gezählt. Die Ausgänge des Binärzählers 104 sind einerseits mit den Stromquellen 10 (in Fig. 1) und einer logischen UND-Schaltung 105 verbunden. Sobald alle Ausgänge des Binärzählers 104 den logischen Pegel H haben, entsteht am Ausgang der UND-Schaltung 105 ein L-H-Sprung, dereinem Impulsverkürzer 106 zugeführt wird. Der nunmehr von dort abgegebene kurze negative Rechteckimpuls setzt die bistabile Kippstufe 101 in ihre Ausgangslage zurück und wird über die logische ODER-Schaltung 8 (Fig. 1), die zur Steuerelektronik 2 gehört, an den Triggereingang des Multivibrators 3 gelegt. Nach Ablauf der eingestellten Impulsdauer, die durch den Multivibrator 3 repräsentiert wird, startet der Rechteckimpuls am Triggerausgang 11 über eine logische UND-Schaltung 27 einen monostabilen Multivibrator 28, der den Impulsabfall in umgekehrter Wirkungsweise wie der Multivibrator 26 bewerkstelligt. Der Ausgangsimpuls des Multivibrators 28 wird über die ODER-Schaltung 14, die UND-Schaltung 15 an den Triggereingang des Multivibrators 12 geführt. In diesem wird in bereits dargelegter Weise die Impulspause realisiert. Nach Ablauf der Pausenzeit ist die erste Impulsperiode beendet. Der Rechteckimpuls am Triggerausgang 17 startet über die ODER-Schaltung 5 und die UND-Schaltung 25 wiederum den Multivibrator 26. Der Vorgang wiederholt sich solange, bis entweder am Eingang 18 ein STOP-Impuls anliegt oder die Arbeitsphase des monostabilen Multivibrators 24 abgeschlossen ist. Sein Impuls am Triggerausgang 29 bewirkt einerseits ein Zurücksetzen der Multivibratoren 3,12,26 und 28 in ihre Ausgangslagen, ohne daß Triggerausgangsimpulse abgegeben werden und wird andererseits an die logische UND-Schaltung 30 geführt. Aufgrund der Einstellung „Einzelgruppe" am Impulsprogrammwähler 7 liegt am Ausgang GF (Gruppenfolge) ein L-Pegel und der Triggerausgangsimpuls wird nicht an die ODER-Schaltung 21 weitergeleitet. Damit ist die Impulsabgabe abgeschlossen.

In der Figur 3 ist der Impulsverlauf an den mit den Buchstaben a...n gekennzeichneten Punkten des Blockschaltbildes zur Verdeutlichung der Wirkungsweise dargestellt.

Die Impulsverläufe i... m sind als D/A-gewandelte Signale dargestellt. Die Impulsverläufe beim Impulsanstieg und -abfall sind an sich treppenförmig, der Vereinfachung halber in der Figur jedoch linear dargestellt.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Impulsgenerator mit veränderbarem Impulsprogramm, unter Verwendung von getriggerten Multivibratoren, vorzugsweise für elektromedizinische Reizstromgeräte, bei dem Kennwerte der Impulse oder Impulsprogramme mit Hilfe eines Impulsprogrammwählers einstellbar sind, gekennzeichnet dadurch, daß

a) in Abhängigkeit von der Anzahl der zu verändernden Kennwerte, Impulsdauer, -pause, -anstiegszeit, -abfallzeit, -gruppendauer und -gruppenpausenzeit diesen jeweils ein monostabiler Multivibrator (26; 3; 28; 12; 22; 24) zugeordnet ist,

b) Stromquellen (10) vorhanden sind, die mit Steuerausgängen (9; 16) der Multivibratoren (26; 3; 28; 12; 22; 24) verbunden sind, deren Ausgangssingnalverlauf dem gesamten Impulsverlauf proportional ist,

c) jeder Multivibrator (26; 3; 28; 12; 22; 24) über einen Triggerausgang (11; 17; 29) verfügt, der mit dem Triggereingang des ihm jeweils nachgeordneten Multivibrators (22; 26; 3; 28; 12; 24) über eine Steuerelektronik (2) verbunden ist, und der Triggereingang des ersten Multivibrators (22 bzw. 26) über die Steuerelektronik (2) zusätzlich mit einem Starteingang (20 bzw. 1) zum Anlegen eines verzögerten bzw. unverzögerten Startsignals verbindbar ist,

d) die Steuerelektronik (2) entsprechend der Stellung des Impulsprogrammwählers (7)

— „Rechteckimpulse" bzw. „Trapezimpulse"

die Multivibratoren (26; 3; 28; 12), welche die Impulsperiode durch Impulsanstiegszeit,-dauer,-abfallzeit und Impulspause charakterisieren, über die Ansteuerung von logischen UND- und ODER-Schaltungen (4; 5; 6 bzw. 25; 8; 13 bzw. 27; 14; 15) miteinander derart verbindet, daß entsprechend den Kennwerten des geforderten Impulsverlaufes lediglich die diesem Impulsverlauf zugeordneten Multivibratoren (26; 3; 28; 17) hintereinander liegen,

— „Impulsgruppe"

zu den hintereinander liegenden, die Impulsperiode charkterisierenden Multivibratoren (26; 3; 28; 12) den die Impulsgruppendauer charakterisierenden Multivibrator (24) parallel zuordnet, indem an dessen Triggereingang durch Ansteuerung einer logischen UND-Schaltung (23) der Steuerelektronik (2) gleichzeitig das Startsignal anlegbar ist und dessen Triggerausgang mit jedem der in Reihe geschalteten Multivibratoren (26; 3; 28; 12) über eine Rücksetzleitung (19) derart verbunden ist, daß die Multivibratoren (26; 3; 28; 12) nach Beendigung der Arbeitsphase des Multivibrators (24) in ihre Ausgangslage zurücksetzbar sind.

— „Impulsgruppenfolge"

vor die hintereinander geschalteten Multivibratoren (26; 3; 28; 12) den zur Verzögerung von Einzelimpulsen, Impulsgruppen oder zur Verzögerung zwischen den Impulsgruppen dienenden Multivibrator (22) legt und dieser ebenfalls mit der Rücksetzleitung (19) verbunden ist.
2. Impulsgenerator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Multivibrator mit einem Rücksetzeingang versehen ist, an den ein STOP-Impuls parallel anschaltbar ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen