DE3213978A1 - Impulsgenerator mit veraenderbarem impulsprogramm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, wie er im Gattungsbegriff des Patentanspruches näher definiert ist; er findet bevorzugt für die externe Stimulation von Organen und Geweben des menschlichen Körpers Anwendung.

Die anfänglich in 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 bei einem Reizstromgerät für Therapie und/oder Diagnostik bekannt, die Impulsströme in ihrer Dauer, der Anstiegs- und Abfallzeit, ihrem Scheitelwert, der Frequenz und damit dem Tastverhältnis variabel zu gestalten (DD-PS 24 825). 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. der gezielten Steuerung von Bewegungsabläufen sowie bei Behandlung des Bewegungsapparates durch die elektrische Steuerung der unterschiedlichen Organfunktionen als auch für diagnostische Untersuchungen der Funktion des Nerv-Muskelsystems mittels elektrischer Ströme zu, also z.B. zur Messung der Rheobase, Chronaxie und Refraktärzeit als auch 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 kleineren 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 erhalten, auf einen Arbeitswiderstand gegeben werden können (DD-PS 24 660). 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. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Gleichzeitig soll erreicht werden, den Anforderungen an die Variationsbreite der Impulsprogramme und der dazugehörenden Zeitbereiche, die durch die modernen Verfahren der Elektrostimulation gestellt werden, zu entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgenerator gemäß dem Gattungsbegriff weiterzubilden, derart, daß ein allen Sicherheitsanforderungen entsprechendes Gerät bzw. Gerätesystem entsteht, wo die einzelnen Zeitkennwerte für die erforderlichen Impulse oder Impulsprogramme leicht einstellbar sind und geringe Toleranzen aufweisen. Darüber hinaus soll die Einstellbarkeit anderer Impulskennwerte bzw. Impulsprogrammkennwerte, wie Impulsdauer, Impulsperiodendauer, Impulsanstiegszeit, Impulsabfallzeit, Verzögerungszeit von Einzelimpulsen oder Impulsgruppen, Impulsgruppendauer und Impulsgruppenperiodendauer ebenfalls mit geringen Toleranzgrenzen möglich sein.

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

Mittels eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend erläutert.

In der vorangestellten Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Impulsgenerators

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines monostabilen Multivibrators gemäß 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 H-Pegel anliegt, welcher Stromquellen 10 steuert. Am Ausgang der Stromquellen 10 kann damit entsprechend der Dauer des anliegenden H-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 Ausgangssignalverstärker nachgeschaltet. Die Dauer des instabilen Zustandes des Multivibrators 3 ist damit maßge- bend für die Länge der Impulsdauer und ist entsprechend den medizinischen Forderungen im Bereich von 0,1 ms 10 s 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 10 s 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 außen zugeführt wird und damit die Multivibratoren 3 und 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 Einzelimpulse 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 1000 s liegt, die Verzögerungszeit, während der noch kein Ausgangssignal 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 monostabilen 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 bit-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, der einem 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.

Leerseite

Claims (4)

1. Impulsgenerator mit veränderbarem Impulsprogramm, insbesondere für elektromedizinische Reizstromgeräte, bei dem die Kennwerte der Impulse oder Impulsprogramme mit Hilfe eines Impulsprogrammwählers einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in Abhängigkeit von der Anzahl der zu verändernden Kennwerte diesen entsprechend viele monostabile Multivibratoren (26; 3; 28; 12; 22; 24) zugeordnet sind, die Steuerausgänge (9; 16) besitzen zur Ansteuerung von Stromquellen (10), deren Ausgangssignalverlauf dem Impulsverlauf proportional ist,

b) jeder Multivibrator (26; 3; 28; 12; 22; 24) über einen Triggerausgang (11; 17; 29) verfügt, der mit dem Triggereingang des ihm jeweils zugeordneten 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,

c) die Steuerelektronik (2) entsprechend der Stellung des Impulsprogrammwählers (7) die Multivibratoren (26; 3; 28; 12), welche die Impulsperiode charakterisieren, durch 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 jeweiligen Impulsverlaufes die diesem zugeordneten Multivibratoren (26; 3, 28; 17) hintereinander liegen.

2. Impulsgenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (2) entsprechend der Stellung des Impulsprogrammwählers (7) zu den hintereinander liegenden, die Impulsperiode charakterisierenden 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.

3. Impulsgenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (2) entsprechend der Stellung des Impulsprogrammwählers (7) 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.

4. Impulsgenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Multivibrator mit einem Rücksetzeingang versehen ist, an den ein STOP-Impuls parallel anschaltbar ist.