CC BY
37
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА
Результаты численного моделирования вибратора и рамочной антенны показывают, что с увеличением номера итерации преобразования фрактальной кривой уменьшается резонансная частота антенны при неизменной форме ДН.
Данные моделирования представленных структур сведены в таблицу, в которой 1 соответствует резонансной длине волны антенны, а периметр равен полной длине фрактальной кривой на данном шаге трансформации.
Из результатов моделирования также следует, что по мере возрастания степени изрезанности структуры уменьшаются амплитуды реактивных токов в линейных сегментах, составляющих фрактальную кривую.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана система автоматизированного моделирования фракталоподобных антенн, отличающаяся универсальностью, простотой освоения и удобством в эксплуатации. Система имеет дружественный интерфейс, широкий набор сервисных функций как для построения
геометрии антенны, так и для анализа результатов расчета.
Проведено исследование рамочной и вибраторной антенн на основе фрактальных кривых Минковского и фон Кох. Отмечено уменьшение резонансных частот антенн с увеличением степени трансформации кривой при сохранении формы ДН.
Дальнейшее изучение свойств фрактальных излучающих структур с помощью разработанной автоматизированной системы предполагает детальное исследование распределений токов и резонансных характеристик таких объектов.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Falconer K. J., The Geometry of Fractal Sets. Cambridge University Press, Cambridge, 1985. - 287 p.
2. Мандельброт Б. Фракталы в физике / Пер. с англ. под ред. Синая Я.Г. и Халатникова И.М. - М.: Мир, - 1988. - 544с.
3. Федер Е. Фракталы. - М.: Мир, 1991. - 478с.
4. Engheta N. On Fractional Calculus and Fractional Multipoles in Electromagnetism, IEEE Trans. On Antenna and Prop., vol. 44, No.4. - 1996. - pp. 554-566.
5. Онуфр1енко В.М. Взаемод1я плоско!' електромагштноТ хвил1 з метал1зованою фрактальною поверхнею // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - Т4, №2. - 1999. - С.19-22.
6. Gianvittorio John P., Yahya Rahmat-Samii, Fractal Antennas: A Novel Antenna Miniaturization Technique and Applications, IEEE Antennas and Propagat., vol. 44, No.1, February, 2002. - pp. 20-36.
7. Computer techniques for electromagnetics. Edited by R. Mitra. Oxford, New York, Toronto, Sydney, Braunschweig: Per-gamon press, 1973. - 488 p.
8. Tsai L., A numerical solution for the near and far fields of an annular ring of magnetic current, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-20, May, 1972. - pp. 569-576.
9. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К., Машинные методы математических вычислений. - М.: Мир, 1980. -280 с.
Таблица 1
Фрактальная размерность Номер итерации Отношение периметр/ 1 вибратора Отношение периметр/1 рамки
1,0000 0 0,450 1,364
1,2619 1 0,546 1,272
1,2619 2 0,437 0,712
1,2619 3 0,513 0,770
УДК 681.32:007
ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР ГЛАЗНЫХ МЫШЦ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫМИ МОДУЛИРОВАННЫМИ ИМПУЛЬСАМИ
Е.Я.Швец, Л.Л.Веревкин, О.Н.Поправка, А.П.Посунько
Розглядаються питания розробки i використання мгтатюрних iMn-ульсних элeктростимyляторiв очних M^3ie для офтальмологИ. Розроблено прилад, що являе собою генератор iмnyльсiв i3 несучою середньою частотою 5000 Гц, фронти яких змiнюються по експоненщальному закот. Перiод повторення iмnyльсiв регулюеться в межах eid 5 до 100 Гц. Прилад виготовлений за технологieю гiбридних мiкрозбiрок, що дозволило значно зменшити його габаритш розмiри i зручтсть для використання в офтальмологи.
Рассматриваются вопросы разработки и использования миниатюрных импульсных электростимуляторов глазных мышц для офтальмологии. Разработан прибор, который представляет собой генератор импульсов с несущей средней частотой 5000 Гц, фронты которых изменяются по экспоненциальному закону. Период повторения импульсов регу-
лируется в пределах от 5 до 100 Гц. Прибор изготовлен по технологии гибридных микросборок, что позволило значительно уменьшить его габаритные размеры и удобство для использования в офтальмологии.
The questions of development and use of tiny pulse electro stimulators of eye muscles for ophthalmology are considered. There is a device developed, which represents the generator of pulses with bearing average frequency 5000 Hz, the fronts of which change by exponential rule. The period of recurrence of pulses is adjusted in limits from 5 up to 100 Hz. The device is made us-ing technology of hybrid micro assembly, that has allowed to reduce its overall dimensions and convenience to use in ophthalmology.
24
ISSN 1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 1, 2003
Е.Я.Швец, Л.Л.Веревкин, О.Н.Поправка, А.П.Посунько: ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯГОР ГЛАЗНЫХ МЫШЦ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫМИ МОДУЛИРОВАННЫМИ ИМПУЛЬСАМИ
ВВЕДЕНИЕ
Косоглазие не только косметический дефект, но и тяжелый функциональный недостаток, выражающийся в отсутствии бинокулярного зрения и снижении центрального зрения косящего глаза. Неполноценность зрительных восприятий влияет также на физическое и умственное развитие ребенка, что ограничивает выбор профессии. Предупреждение и устранения косоглазия с одновременным восстановлением утраченных функций - важная задача научной и практической офтальмологии [1].
Для лечения косоглазия без оперативных вмешательств применяются специальные оптические устройства и электронные стимулирующие аппараты. Использование электрических импульсов для стимуляции работы глазодвигательных мышц позволяет восстановить ослабленные сократительные функции мышц и получить положительный терапевтический эффект.
Под влиянием раздражения импульсным током волна возбуждения распространяется по мышечным волокнам, происходит пассивное сокращение мышц, наблюдается постепен-ное восстановление ослабленной сократительной функции глазодвигательной системы. Одновременно появляется присущее однонаправленному току сосудорасширяющее действие и улучшение кровоснабжения мышечной ткани, активизация обменных окислительно-восстановительных процессов. Происходит восстановление трофики и чувствительности нервно-мышечных структур [2].
В офтальмологии для электростимуляции применяют импульсные токи различной формы: прямоугольной, синусоидальной, экспоненциальной и др. В зависимости от характе-ра и степени поражения нервно-мышечного аппарата глаза определяется выбор того или иного вида импульсного тока. При выборе формы электрических импульсов учитывают адаптацию мышцы или нерва к импульсному раздражению. Чем ниже способность мышцы к аккомодации, тем более физиологичными для нее будут импульсы, которые медленно нарастают и сравнительно быстро спадают. В качестве таких импульсов применяются импульсы с экспоненциальными фронтами [3].
Порог раздражения такими импульсами значительно ниже, чем для прямоугольных импульсов, а их действие менее болезненно и не вызывает истощение мышцы. При электро-стимуляции импульсные посылки чередуются с паузами, так как длительное сокращение ведет к нарушению питания мышцы, ее истощению и усилению атрофии. Частота модуляций и длительность импульсов, как и вид тока, определяются функциональным состоянием нервно-мышечного аппарата. Чем глубже нарушение иннервации, тем меньше выбираемая частота модуляций и более длительные импульсы.
В настоящее время для электростимуляции применяются приборы типа "Ампли-пульс", "Тонус" и др. При достаточно широком наборе формируемых ими сигналов
модулированные импульсы с высокочастотной несущей и плавно изменяющимися фронтами отсутствуют. Кроме того, они имеют достаточно большие габариты, что не всегда удобно в офтальмологии.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Целью настоящей работы является разработка малогабаритного устройства для электростимуляции глазных мышц специальными импульсными токами.
МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
Для решения поставленной задачи был разработан прибор, структурная схема которого приведена на рис.1. Он представляет собой генератор импульсов с несущей средней частотой 5000 Гц, фронты которых изменяются по экспоненциальному закону. Период повторения импульсов регулируется в пределах от 5 до 100 Гц. Прибор изготовлен по технологии гибридных микросборок, что позволило значительно уменьшить габаритные размеры по сравнению с аналогами ("Амплипульс", "Тонус").
Генератор вырабатывает синусоидальное напряжение с частотой 5 кГц, стабильной амплитуды, которое поступает на один из входов смесителя. На второй вход смесителя пода-ется напряжение экспоненциальной формы с генератора, частота которого изменяется в пределах от 5 до 100 Гц.
Рисунок 1 - Структурная схема электростимулятора
На выходе смесителя формируется высокочастотный сигнал 5 кГц с низкочастотной огибающей, которая повторят экспоненциальную форму сигнала с генератора 5... 100 Гц. Сформированный сигнал поступает на ключ. На управляющий вход ключа подключен формирователь скважности "импульс-пауза". На выходе ключа формируются пачки импульсов со скважностью "1:1", "1:2", "1:3", которые поступают на вход усилителя и усиливаются до необходимого уровня (рис. 2).
РАД1ОЕЛЕКТРОН1КА
а) Скважность импульса 1:1
б) Скважность импульса 1:2
в) Скважность импульса 1:3
Рисунок 2 - Выходное напряжение, вырабатываемое электростимулятором
В отличие от низкочастотных токов, вызывающих сильное раздражение (ощущение жжения под электродом) и поэтому плохо переносимое больными, особенно с вегетативно-сосудистыми нарушениями, ток высокой частоты не встречает значительного сопротивления со стороны эпидермиса кожи, свободно проникает в глубину тканей, не вызывает заметного раздражения кожных рецепторов. Он хорошо переносится больными, оказывает возбуждающее действие на глубоко расположенные ткани.
Экспоненциальная форма импульса занимает промежуточное положение по эффективности между прямоугольной и синусоидальной формой. Токи, изменяющиеся по экспоненциальному закону, действуют более плавно, чем прямоугольные, но в то же время обладают большим стимулирующим действием, чем синусоидальные. В электростимуляторе "Амплипульс" синусоидальные низкочастотные импульсы модулируются синусоидальными токами более высокой частоты. Такая модуляция снижает раздражающий побочный эффект. Существуют приборы, генерирующие экспоненциальные токи без высокочастотной модуляции. Такие токи имеют хорошее миостимулирующее действие, но плохо переносятся детьми.
ВЫВОДЫ
Разработанный прибор позволяет применить импульсы с нарастающими и спадающими фронтами экспоненциальной формы с регулируемой частотой заполнения для миостимуляции. Применение технологии гибридных микросборок позволило существенно снизить габариты и вес прибора, обеспечив удобство при использовании в офтальмологии. Для расширения функциональных возможностей прибора необходимо ввести регулирование параметров модулирующего сигнала и выполнить дальнейшее уменьшение габаритов для серийного производства.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Сосин И.Н., Буявых А.Г. Физическая терапия глазных болезней. - Симферополь: Таврия, - 1998. - 248 с.
2. Рухлова С.А. Основы офтальмологии. - М.: Медицинская книга, Н. Новгород: Изд-во НГМА, - 2001. - 252 с.
3. Ремезов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: Высшая школа, 1999. - 616 с.
26
1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 1, 2003
