BR102022014697A2 - Aparelho reeducador abdominal para uso fisioterapêutico e método de operação - Google Patents

Abstract

aparelho reeducador abdominal para uso fisioterapêutico e método de operação. a presente invenção pertence ao setor de equipamentos para fisioterapia, estúdios de pilates, academias e outros ambientes de reabilitação, e se refere, mais especificamente, a um aparelho reeducador abdominal capaz de identificar os momentos de inspiração e expiração de seu usuário, gerando assim um estímulo elétrico na região abdominal, durante o processo de expiração, para que ocorra de maneira correta a contração do abdômen durante a respiração. o aparelho é composto por uma cinta, fixada na região do abdômen, adaptada para que possa comportar todos os componentes necessários para identificar os sinais respiratórios do indivíduo e para gerar os estímulos elétricos, além de uma máscara, acoplada diretamente à caixa plástica que suporta os componentes na cinta e utilizada pelo usuário na região oronasal (região entre a boca e o nariz), para que possa ser comportado os sensores responsáveis por identificar os sinais respiratórios. o aparelho é capaz de identificar os sinais respiratórios, gerando os estímulos da forma correta tanto em situações de repouso e fora dele, ainda assim sendo o menos invasivo possível e confortável para quem o estiver utilizando. e também permite que seja possível realizar ajustes nos parâmetros do circuito responsável pelo estímulo, podendo modificar a intensidade da corrente elétrica e a frequência de modo que o estímulo seja o mais confortável possível para o usuário. a cinta também possui os devidos ajustes, para que indivíduos de diferentes tamanhos possam utilizá-la.

Description

Setor tecnológico da invenção

[001] A presente invenção pertence ao setor de equipamentos para fisioterapia, estúdios de pilates, academias e outros ambientes de reabilitação, e se refere, mais especificamente, a um aparelho reeducador abdominal capaz de identificar os momentos de inspiração e expiração de seu usuário, gerando assim um estímulo elétrico na região abdominal, durante o processo de expiração, para que ocorra de maneira correta a contração do abdômen durante a respiração.

Estado da técnica

[002] A partir de inúmeras avaliações postural e cinesiológica funcional, de homens e mulheres entre 25 e 75 anos, avaliando a força muscular de membros inferiores, superiores, paravertebrais e abdominais, bem como, mobilidade e estabilidade articular de todas as articulações envolvidas em um determinado movimento para através dessa avaliação criteriosa, verificar as alterações posturais e funcionais e chegar a um diagnóstico fisioterapêutico, observou-se que a maioria, praticamente 95% das pessoas, apresentam as mesmas alterações posturais, como abdômen protuso.

[003] Assim como na avaliação funcional, 90% das pessoas também apresentam fraqueza abdominal e na anamnese essas mesmas pessoas relatavam dor na coluna lombar. Para isso, elabora-se um protocolo de tratamento com exercícios posturais dando ênfase na região abdominal.

[004] Nesse contexto, durante atendimentos de fisioterapia e pilates, foi possível constatar a dificuldade da contração abdominal no momento certo da respiração, ou seja, durante a fase expiratória onde os músculos abdominais se contraem.

[005] Percebeu-se também que grande parte dos pacientes, principalmente as mulheres, queixam-se da famosa “pochete” (abdômen protuso) pela dificuldade em contrair o abdômen de forma correta e eficaz, ocasionando ainda mais fraqueza dessa musculatura e consequentemente mais dor lombar.

[006] A dificuldade é nítida dos praticantes de pilates em contrair o abdômen durante a fase expiratória, pois é nessa fase que os músculos abdominais se contraem e fortalecem a região do core. Treinar de forma correta o core proporciona potência, força e estabilização. Afinal, os músculos centrais criam uma base sólida para o corpo, permitindo estabilidade corpórea. Ao treinar o core, se estabiliza a coluna, o que melhora o controle da postura, prevenindo lesões músculo-articulares da coluna vertebral.

[007] Quando se compara a invenção que será melhor detalhada adiante em relação as cintas elétricas já existentes, essas apenas fazem contração contínua, sem haver a contração no momento correto da respiração. Essa associação entre a máscara na região oronasal com os eletrodos faz um trabalho muito mais eficaz, pois durante a expiração com contração abdominal, ativa-se toda a musculatura profunda do core promovendo ainda mais estabilização da coluna e força do abdômen. Logo, abre-se uma lacuna para apresentação de um reeducador abdominal que vise realizar o monitoramento do processo respiratório de um indivíduo, seja em estado de repouso ou durante algum exercício físico, gerando um estímulo elétrico na região do abdômen durante o momento de expiração para que o indivíduo realize a contração da região do abdômen, necessitando ser de caráter portátil, com autonomia por baterias e não invasivo.

Novidades e objetivos da invenção

[008] Dessa forma, o aparelho é composto por uma cinta, fixada na região do abdômen, adaptada para que possa comportar todos os componentes necessários para identificar os sinais respiratórios do indivíduo e para gerar os estímulos elétricos, além de uma máscara, acoplada diretamente à caixa plástica que suporta os componentes na cinta e utilizada pelo usuário na região oronasal (região entre a boca e o nariz), para que possa ser comportado os sensores responsáveis por identificar os sinais respiratórios.

[009] O aparelho é capaz de identificar os sinais respiratórios, gerando os estímulos da forma correta tanto em situações de repouso e fora dele, ainda assim sendo o menos invasivo possível e confortável para quem o estiver utilizando. E também permite que seja possível realizar ajustes nos parâmetros do circuito responsável pelo estímulo, podendo modificar a intensidade da corrente elétrica e a frequência de modo que o estímulo seja o mais confortável possível para o usuário. A cinta também possui os devidos ajustes, para que indivíduos de diferentes tamanhos possam utilizá-la.

[010] A partir de informações de entrada referentes à respiração, gerará estímulos no abdômen, disciplinando o usuário a contrair a região quando estiver expirando, seja durante atividades físicas ou cotidianas, tendo como características: • Estímulo por eletrochoque; • Autonomia com alimentação por bateria; • Não invasivo e sem obstrução da respiração do paciente; • Portátil e para uso cotidiano; e • Adequação conforme parâmetros para cada tipo de usuário.

Descrição dos desenhos anexos

[011] A fim de que o presente invento seja plenamente compreendido e levado à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, este será descrito de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base os desenhos anexos, que o ilustram e subsidiam abaixo listados: Figura 1 representa um esquema do reeducador abdominal composto máscara com sensor de temperatura, cinta com caixa plástica e par de eletrodos; Figura 2 representa um diagrama de blocos do ciclo de funcionamento do reeducador abdominal; Figura 3 representa o fluxograma da lógica de funcionamento do reeducador abdominal.

Descrição detalhada da invenção

[012] A presente invenção, conforme ilustra a Figura 1, abrange uma máscara (1) com ao menos um sensor de temperatura que é conectado por cabos que conduzem o sinal a cinta com caixa plástica (2) que possui interligação por cabo ao par de eletrodos (3).

Máscara com sensores

[013] A máscara é de material plástico, com orifícios para permitir o fluxo de ar e que cobre a região do nariz e da boca, similar a uma máscara de nebulização. Dentro dela estão comportados um ou mais sensores de temperatura do tipo termistor de tamanho pequeno, para monitorar a temperatura dentro da máscara. Os sensores são sensíveis o suficiente para detectar as variações de temperatura dentro da máscara causados pelo ar inspirado e expirado no ciclo de respiração do usuário. E a resistência do cabo que conduz o sinal dos sensores é desprezível dentro da aplicação, para não interferir nas leituras.

Cinta

[014] É composta por tecido elástico, para permitir o ajuste na cintura do usuário. Ela também comporta uma caixa plástica com botões e pinos de ajustes de intensidade do estímulo, frequência dos pulsos e de interpulsos que comporta três sistemas eletrônicos: de condicionamento de sinal, microcontrolador ou microprocessador e de eletroestimulação.

Sistema de condicionamento de sinal

[015] Condiciona e refina o sinal proporcional à variação de temperatura para grandezas adequadas para a leitura desse sinal, analógico (tensão ou corrente) ou digital, pelo microcontrolador ou microprocessador. Podendo aplicar um filtro analógico passa-baixa com frequência de corte na faixa de 0 a 5Hz.

Sistema microcontrolador ou microprocessador

[016] Recebe os sinais, interpreta de acordo com o algoritmo a fim de identificar os instantes de inspiração e expiração. Captando a variação de sinal referente ao aumento de temperatura e a variação de sinal referente à diminuição da temperatura. Com essa identificação, o aumento de temperatura é classificado como expiração e a diminuição da temperatura como inspiração, e quando não houver variação de temperatura, é mantido o estado anterior. Assim, na expiração, é acionada a eletroestimulação e na inspiração ela é desligada.

Sistema de eletroestimulação

[017] Responsável por gerar pulsos com onda CA de aproximadamente 8 a 5000Hz de frequência, com intensidade de corrente máxima RMS na faixa de 1mA a 60mA e com intervalo interburst de aproximadamente entre 0 e 90ms. Gera a eletroestimulação capaz de contrair o abdômen quando acionado pelo sistema microcontrolador/microprocessador.

Eletrodos

[018] Responsável pela aplicação da eletroestimulação no usuário, onde é utilizado o cabo para eletrodos de dois terminais, que conduz o estímulo elétrico até os dois eletrodos adesivos localizados na região do abdômen.

[019] O monitoramento de temperatura na região da boca e narinas é realizado durante as atividades cotidianas e físicas para que o produto possa reconhecer a atividade respiratória. A captação é realizada pelo conjunto da máscara com sensores (1) e esses são ligados ao sistema de condicionamento de sinal por meio de cabos. O condicionamento de sinais torna o sinal adequado para o microprocessador/microcontrolador, que por sua vez, recebe os dados, os processa e aciona o sistema de eletroestimulação. Esse sistema aplica um pulso elétrico modulado com intensidade e frequências ajustáveis e características que visam gerar a contração da região abdominal. A aplicação dos pulsos é realizada por meio dos cabos para eletrodos e eletrodos fixados em contato com a pele da região do abdômen por baixo da cinta. Assim se dá a aplicação do estímulo para contração do abdômen nos momentos reconhecidos como de expiração.

[020] Os componentes de condicionamento de sinais, microcontrolador/ microprocessador e gerador do estímulo elétrico são comportados na caixa plástica com conectores à mostra para os cabos que conduzem o sinal dos sensores da máscara, para os cabos dos eletrodos e botões ou pinos giratórios para ajuste da intensidade da corrente, da frequência dos pulsos e dos intervalos de interburts.

Funcionamento do aparelho

[021] O diagrama da Figura 2 demonstra a função da invenção. O microcontrolador do projeto, o circuito eletrônico com os componentes e o circuito é parte constituinte do aparelho que viabiliza o desempenho correto e funcional do mesmo. A partir das "Entradas" e do controle do operador, o circuito eletrônico se encarrega de gerar as "Saídas"pela lógica de funcionamento definida.

[022] O fluxograma da Figura 3 apresenta as etapas seguidas e executadas por todo o sistema de controle do aparelho, este foi elaborado para que fosse possível ter uma melhor visualização das etapas de funcionamento do aparelho num todo. Tal estrutura lógica é a base para toda a programação do microcontrolador, além de servir como material de referência para execução das outras partes do projeto.

[023] Funciona da seguinte forma: No início o aparelho está desligado; a. Se a chave está acionada, inicia o tempo de estabilização dos sensores; b. Ocorre a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores; c. Ocorre a filtragem e amplificação dos sinais obtidos; d. Ocorre o processamento dos sinais; i. Se os sinais de expiração forem identificados, aciona o circuito de eletroestimulação; - Ocorre o desligamento do circuito de eletroestimulação e retorna a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores; ii. Se os sinais de expiração não forem identificados, retorna a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores da etapa b); - Se então os sinais de inspiração forem identificados, ocorre o desligamento do circuito de eletroestimulação e retorna a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores.

Dos componentes eletrônicos

[024] Com relação ao projeto eletrônico do aparelho, foram projetados 3 circuitos que, unidos, compõem todo o funcionamento do aparelho reeducador abdominal, sendo eles: o circuito de entrada, controle e saída.

Circuito elétrico

[025] O primeiro circuito fica responsável por comportar os sensores de temperatura, além de realizar a amplificação e filtragem do sinal obtido através das leituras do sensor. Este circuito é responsável pela entrada dos dados que serão necessários para que o aparelho perceba os momentos de expiração e atue com o estímulo no momento ideal.

[026] Para que fosse possível captar os sinais de temperatura foram utilizados como sensores três termistores NTC 5mm 10kQ, através deles foi possível medir as diferenças de temperatura, nas regiões oral e nasal, existente entre o momento de inspiração e expiração do indivíduo. Após a leitura dos termistores, o circuito realiza a amplificação do sinal através de um CI (Circuito Integrado) de um amplificador operacional LM741 e a filtragem deste mesmo sinal é realizada logo na saída deste amplificador por um capacitor eletrolítico de 10μF e um resistor de 30kQ.

Circuito de controle

[027] O segundo circuito do projeto eletrônico é o circuito de controle, esse é responsável por receber os sinais do circuito de entrada, processá-los de acordo com a programação do projeto e, por fim, enviar o sinal para o circuito de saída (circuito de eletroestimulação).

[028] O principal componente deste circuito é o microcontrolador, este circuito integrado permite que os sinais sejam recebidos e, através de um algoritmo específico estruturado e inserido no microcontrolador, processados da melhor forma possível para que possa ser realizado o controle de todo o sistema do aparelho. Esse microcontrolador permite que, através dos dados e do processamento, o estímulo de corrente elétrica seja ativado e desativado nos momentos corretos.

Circuito de saída

[029] O último circuito que compõe todo o projeto eletrônico do aparelho é o circuito de saída, sendo chamado de circuito de eletroestimulação, ele é responsável por captar os sinais de acionamento do circuito de controle e a partir deles acionar o estímulo elétrico no abdômen do indivíduo.

[030] Neste circuito durante a operação é possível ajustar os valores da frequência elétrica, isso é realizado através de dois potenciômetros de 1MQ, um para a frequência dos pulsos e outro para a frequência de interrupção dos pulsos, também é possível ajustar a intensidade da corrente elétrica na saída do circuito por meio de um terceiro potenciômetro de 10kQ.

[031] O circuito é acionado através de uma chave que está ligada diretamente com a fonte de tensão 9V e por meio de um transistor que, ao receber um sinal do microcontrolador, fica saturado e permite a passagem do sinal de acionamento do circuito lógico. O sinal digital proveniente do microcontrolador pode ser alto (5V) ou baixo (0V).

[032] A parte lógica do circuito funciona através de um circuito integrado de portas lógicas, que possui internamente quatro portas lógicas que, ao receberem sinais digitais em suas entradas, geram um sinal digital de nível alto (5V) ou baixo (0V) em sua saída de acordo com sua tabela verdade. As duas primeiras portas lógicas deste são responsáveis por gerar os osciladores capazes de realizar os pulsos de corrente elétrica, enquanto as outras duas portas estão encarregadas por fazer o acionamento lógico por meio do transistor de acordo com o modo de funcionamento que estiver selecionado no circuito.

[033] Esse transistor têm a função de amplificar digitalmente o sinal recebido pelas portas lógicas em sua base e, a partir do momento que estiver saturado, fechar o circuito, permitindo a passagem de corrente para a bobina de baixa tensão de um transformador 9V - 110/220V - 250mA. Após o transformador receber a corrente em sua entrada de baixa tensão, ele realiza a conversão da tensão elétrica do circuito para a saída de sua outra bobina, convertendo a tensão de 9V DC (Direct Current) para 220V AC (Alternating Current). Dessa forma a tensão na saída do circuito, após ser transformada para 220V AC, passa por um potenciômetro de 10kQ e por fim chega aos eletrodos adesivos que são fixados no abdômen do indivíduo.

Programação

[034] Para que o microcontrolador, contido no circuito de controle do aparelho, pudesse realizar o processamento dos sinais de entrada e saída da forma correta, foi desenvolvido um algoritmo de programação específico para o projeto.

[035] Dessa forma, através desse código, o circuito de controle recebe os sinais do circuito de entrada, aplica um processo de filtragem chamado de filtro média móvel com o objetivo de melhorar a qualidade do sinal obtido e, em seguida, realiza o processamento deste sinal, gerando os comandos de acionamento do circuito de eletroestimulação nos momentos corretos. Além disso, o algoritmo estruturado também é responsável por identificar o sinal da chave geral do aparelho, ligada diretamente ao circuito de controle, e, através dele, realizar o acionamento do circuito de entrada para que seja iniciada a leitura do processo respiratório.

[036] Para comportar os sensores de temperatura é utilizada uma máscara de material plástico comumente destinada para nebulização. Esses sensores são ligados ao sistema de condicionamento do sinal por meio de condutores isolados.

[037] Uma caixa plástica (2) é projetada para comportar todos os circuitos eletrônicos e conectores de entrada e saída. Essa é sustentada por uma cinta que é fixada na cintura do usuário.

[038] A aplicação da saída do estímulo é realizada por meio de um cabo para eletrodos (3) e um par de eletrodos adesivos colocados na região abdominal do usuário. O cabo para eletrodos (3) é conectado ao circuito que gera o estímulo pelos conectores à mostra na caixa (2).

[039] E o ajuste do estímulo e acionamento inicial do circuito é realizado por botões e pinos giratórios que se encontram à mostra na caixa plástica (2).

[040] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.

Claims (10)

1- APARELHO REEDUCADOR ABDOMINAL PARA USO FISIOTERAPÊUTICO caracterizado por uma máscara (1) com ao menos um sensor de temperatura que é conectado por cabos que conduzem o sinal a cinta com caixa plástica (2) que possui interligação por cabo ao par de eletrodos (3); sendo que os sensores de temperatura são preferencialmente do tipo termistor para monitorar as variações de temperatura dentro da máscara (1) causados pelo ar inspirado e expirado no ciclo de respiração; a cinta (2) é composta por tecido elástico e comporta uma caixa plástica com botões e pinos giratórios de ajustes de intensidade do estímulo, frequência dos pulsos e de interpulsos que comporta três sistemas eletrônicos: de condicionamento de sinal, microcontrolador ou microprocessador e de eletroestimulação; dispõe de cabo para eletrodos (3) de dois terminais, que conduz o estímulo elétrico até os dois eletrodos adesivos localizados na região do abdômen; tendo ainda um circuito de entrada que comporta os sensores de temperatura, amplifica e filtra o sinal obtido através das leituras do sensor; circuito de controle que recebe os sinais do circuito de entrada, processa e envia o sinal para o circuito de saída; e o referido circuito de saída, de eletroestimulação, capta os sinais de acionamento do circuito de controle e aciona o estímulo elétrico no abdômen.

2- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo sistema de condicionamento de sinal condicionar e refinar o sinal proporcional à variação de temperatura para grandezas adequadas para a leitura desse sinal, analógico (tensão ou corrente) ou digital, pelo microcontrolador ou microprocessador; podendo se aplicar um filtro analógico passa-baixa com frequência de corte na faixa de 0 a 5Hz.

3- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo sistema microcontrolador ou microprocessador receber os sinais e interpretar de acordo com o algoritmo a fim de identificar os instantes de inspiração e expiração, e captar a variação de sinal referente ao aumento de temperatura e a variação de sinal referente à diminuição da temperatura, e a partir da identificação, o aumento de temperatura ser classificado como expiração e a diminuição da temperatura como inspiração, e quando não houver variação de temperatura, ser mantido o estado anterior; e na expiração ser acionada a eletroestimulação, e na inspiração ela ser desligada.

4- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo sistema de eletroestimulação gerar pulsos com onda CA (corrente alternada) de aproximadamente 8 a 5000Hz de frequência, com intensidade de corrente máxima RMS na faixa de 1mA a 60mA e com intervalo interburst de aproximadamente entre 0 e 90ms.

5- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo circuito de entrada captar sinais de temperatura por meio de preferencialmente três termistores NTC 5mm 10kQ; e após a leitura dos termistores, o circuito realizar a amplificação do sinal através de um circuito integrado de um amplificador operacional e a filtragem deste mesmo sinal ser realizada na saída deste amplificador por um capacitor eletrolítico de 10μF e um resistor de 30kQ.

6- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo circuito de controle possuir um microcontrolador, que permite que os sinais sejam recebidos e, através de um algoritmo e inserido no microcontrolador, permitir que, através dos dados e do processamento, o estímulo de corrente elétrica ser ativado e desativado nos momentos corretos.

7- APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado pelo circuito de saída ajustar os valores da frequência elétrica através de dois potenciômetros de 1MQ: um para a frequência dos pulsos e outro para a frequência de interrupção dos pulsos, e ajustar a intensidade da corrente elétrica na saída do circuito por meio de um terceiro potenciômetro de 10kQ; e ainda, ser acionado através de uma chave que está ligada diretamente com a fonte de tensão 9V e por meio de um transistor que, ao receber um sinal do microcontrolador, fica saturado e permite a passagem do sinal de acionamento do circuito lógico; sendo o sinal digital proveniente do microcontrolador que pode ser alto (5V) ou baixo (0V).

8- APARELHO, de acordo com a reivindicação 7, e caracterizado pelo circuito de saída funcionar através de um circuito integrado de portas lógicas, que possui internamente quatro portas lógicas que, ao receberem sinais digitais em suas entradas, geram um sinal digital de nível alto (5V) ou baixo (0V) em sua saída de acordo com sua tabela verdade; sendo as duas primeiras portas lógicas responsáveis por gerar os osciladores capazes de realizar os pulsos de corrente elétrica, enquanto as outras duas portas estão encarregadas por fazer o acionamento lógico por meio do transistor.

9- APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, e caracterizado pelo transistor amplificar digitalmente o sinal recebido pelas portas lógicas em sua base e, a partir do momento que estiver saturado, fechar o circuito, permitindo a passagem de corrente para a bobina de baixa tensão de um transformador 9V - 110/220V - 250mA; e após o transformador receber a corrente em sua entrada de baixa tensão, realizar a conversão da tensão elétrica do circuito para a saída de sua outra bobina, convertendo a tensão de 9V DC (Direct Current) para 220V AC (Alternating Current); e a tensão na saída do circuito, após ser transformada para 220V AC, passar por um potenciômetro de 10kQ e chegar aos eletrodos adesivos que são fixados no abdômen.

10- MÉTODO DE OPERAÇÃO, aplicado ao aparelho descrito nas reivindicações anteriores, e caracterizado por funcionar da seguinte forma: No início o aparelho estar desligado; a. Se a chave estar acionada, iniciar o tempo de estabilização dos sensores; b. Ocorrer a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores; c. Ocorrer a filtragem e amplificação dos sinais obtidos; d. Ocorrer o processamento dos sinais; i. Se os sinais de expiração forem identificados, acionar o circuito de eletroestimulação;- Ocorrer o desligamento do circuito de eletroestimulação e retornar a leitura dos sinais respiratórios por meios dos termistores; ii. Se os sinais de expiração não forem identificados, retornar a leitura dos sinais respiratórios por meio dos termistores da etapa b); - Se então os sinais de inspiração forem identificados, ocorrer o desligamento do circuito de eletroestimulação e retornar a leitura dos sinais respiratórios por meios dos termistores.