CN102917753A - 训练/医学低频电肌刺激服装 - Google Patents

Abstract

根据本发明的训练/医学电肌刺激设备以由人（PE）穿着的服装的形式来实现；其包括适于以低脉冲频率产生电肌刺激信号的至少一个电肌刺激信号发生设备（EMS-LF-1、EMS-LF-2）；所述设备或者每个设备（EMS-LF-1、EMS-LF-2）在由人正常使用期间被放置在服装中。

Description

训练/医学低频电肌刺激服装

发明领域

本发明申请的领域是航天员在持续时间不同的外空航行期间使用的训练/医学设备或者受肌肉虚弱和/或工作能力低下困扰的患者的康复治疗使用的训练/医学设备。

现有技术

从根据现有技术例如RU2254272、US4051848、RU2007146197已知了用于解决人类缓解和适应失重的问题的航天员服装的不同结构。

但是这些结构没有任何一种能令人完全满意。

根据例如，E.Vizleb在书“人体生理学（Human physiology）”1996,V.2,Ch.20,p.498-565中的“血管系统的功能（Functions of vascular system）”已知了要在外空航行中使用的补偿性的服装。

但是这些服装不提供对源于失重的航天员身体的代偿失调（decompensation）的足够快的适应和长期保护。

目前使用的一种预防失重对人体的负面影响的方法，其包括在身体的下部应用负压力和通过电刺激脉冲装置进行下肢的用药牵引（dosedtractions）。

该方法的缺点是刺激事实上仅作为保持在疼痛临界值以下的张力的状态的过程来执行。因此，本解决方案提出精细调整肌刺激应用。

通过本申请可以发现提供下肢和背部肌肉的独立电肌刺激（electromyostimulate）是有利的。

发明概述

本发明的主要目的是开发为有效地对人体肌肉进行电肌刺激而设计的训练/医学设备。

通过具有在所附权利要求中阐明的技术特性的设备来达到该目的。

本发明背后的第一个设想是以由人穿着的服装的形式来实现该设备。

本发明背后的第二个设想是使用通常在从1Hz到150Hz范围内的低频。

本发明背后的第三个设想是提供独立的肌肉刺激，特别是对背部肌肉和下肢肌肉、和/或右侧肌肉和左侧肌肉、和/或单一肌肉或者肌肉群进行肌肉刺激。

本发明背后的第四个设想是使用两个电肌刺激器，即电肌刺激信号发生设备。

本发明背后的第五个设想是为人体提供带有所述发生设备或者每个发生设备的集成式固定系统的服装。

本发明背后的第六个设想是提供带有用于将电肌刺激信号应用到人体的集成式电触点的服装。

有益地，所有的这些设想在根据本发明的设备中被实现；不排斥其它设想和技术特征。

穿着根据本发明的服装的人将受到电肌刺激治疗；每次治疗由关于某个时间量将电肌刺激信号循环应用到人体组成；这些信号可以在治疗期间变化（例如，第一信号将被应用到右肢下部肌肉，而随后被应用到左肢下部肌肉）；在例如一个小时、或者一个白天、或者一个星期、或者一个月期间可以进行一次或者多次治疗；通常来说由医生来决定对人的治疗。

附图简述

根据以下连同附图一起考虑的详细描述，连同本发明的技术特性和优势一起，本发明可以被更好地理解，其中：

图1是本发明的实施方式的方框图，

图2是示出将图1的实施方式的电肌刺激器与个人计算机相连接的可能性的方框图，以及

图3以前视图（左侧图像）和后视图（右侧图像）示意性地示出到身体的可能的电连接。

以下描述并不被认为是限制的，这特别是因为其仅涉及到本发明的特定的（即使有利的）实施方式。

发明详述

根据本发明，服装形式的训练/医学低频电肌刺激设备包括至少一个但是优选为两个的电肌刺激信号发生设备-在下文中，它们中的每一个还将被称为“电肌刺激器”或者“EMS-LF”；电肌刺激器可以并行工作，即同时工作，并且它们被放入服装固定系统的保持元件中，因此使得它们可以位于人体右侧和左侧（通常地且有益地，一个在右侧，一个在左侧）；电肌刺激器直接连接到引向服装电极的服装的电缆，因此使得电肌刺激信号可以从电肌刺激器开始通过电缆和结束在位于一些肌肉或者多组肌肉上的并且与这些肌肉接触的电极；将产生电肌刺激信号进行同步；通常地，为了这类同步性在接通后将两个电肌刺激器连接；通常地，主电肌刺激器位于身体右侧；存在至少调整电肌刺激信号幅度的可能性；另外地且有益地，存在通过例如，串行通讯接口例如RS-232接口，将多种信息从一个或者任意一个或者两个电肌刺激器传输和存储到PC[个人计算机]的可能性；要传输的信息可以由用户来选择，例如由航天员、或者由患者、或者更通常地由医生来选择，所述信息可以对应于人的治疗的电肌刺激信号的参数值（例如，幅度），和/或对应于人的治疗的日期和时间，和/或对应于接受治疗的人的个人信息。

根据本发明的服装有益地配有可以被放置在电肌刺激器内部的、由供电电池制成的自主电源，以这种方式，治疗可以在任意地方和任意时间实现。另外地且更有益地，提供了为这些电池充电的智能充电器。

因为其提供的最大治疗/使用时段的持续时间是6个小时，则服装相应地在结构上被设计；例如，电肌刺激器在6个小时的操作后自动地关掉，选择电肌刺激器的电池以使得其能够持续6个小时（或者更多），选择电肌刺激器内部的数据存储容量以使得其能够存储对应于6个小时（或者更多）治疗/使用时段的信息（在这之后，所有信息可以被传输到PC，从而使得被释放的存储容量将被用于进一步的存储）。

根据本发明的服装允许实现背部肌肉和下肢肌肉、右侧肌肉和左侧肌肉的独立的刺激；有益地，其提供单一肌肉或者肌肉群的独立的刺激；以这种方式，治疗可以根据任意个人的需要来定制。

根据本发明的服装有益地配有用于润湿电肌刺激电极的润湿设备；以这种方式，即使在两个连续的治疗之间经过了很长时间，和/或如果接受治疗的人不在治疗环境（例如诊所）内而是可能在住宅或者办公室中的任意地方，在电极和身体之间的电接触仍然总是非常好的。

本发明的一个非常重要的方面是电肌刺激系统采用服装的样式，其可以由患者携带；即使在诊所外和在白天或者夜晚的任意时间，治疗仍可以根据最好的治疗策略，避免任意其它限制进行重复；考虑到这一点，身体上的固定系统、薄织物式的电极、长持续时间电池、用于电极的润湿设备扮演非常重要的角色。

本发明的另一个重要的方面是治疗的启动可以是自动的，即通过其内部电路和/或外部探测器的装置由刺激器来触发、或者通过用户来触发、或者通过两者的组合来触发。因为明确的是，治疗，即在治疗时段期间信号的生成，受到刺激器的完全控制。

在下文中，提供包括低频电肌刺激器或者EMS-LF的服装及其部件的特定的实施例的详细描述；将具体参考到图1、图2、图3。

图1的方框图示出服装的两个电肌刺激信号发生设备EMS-LF-1和EMS-LF-2；它们中任意一个在图2中都被标注为EMS-LF。设备EMS-LF-1和EMS-LF-2被放置在服装的固定系统FIX的保持元件HE中，因此使得它们可以位于人体PE的右侧和左侧（参见图3）。设备EMS-LF-1和EMS-LF-2被直接连接到引向服装的电极EPS的服装的电缆；提供成对的电极是为了让在这些电极之间的电流流动通过人的身体，特别是肌肉。在图3中，提供了按从EP-01到EP-11来标记的十一对电极：电极EP-01用于刺激左腿的上半部分的前部肌肉、电极EP-02用于刺激左腿的下半部分的前部肌肉、电极EP-03用于刺激右腿的上半部分的前部肌肉、电极EP-04用于刺激右腿的下半部分的前部肌肉、电极EP-05用于刺激右腿的上半部分（右侧大腿）的后部肌肉、电极EP-06用于刺激右腿的下半部分（右侧小腿）的后部肌肉、电极EP-07用于刺激左腿的上半部分（左侧大腿）的后部肌肉、电极EP-08用于刺激左腿的下半部分（左侧小腿）的后部肌肉、电极EP-09用于刺激右侧肩胛的肌肉、电极EP-10用于刺激左侧肩胛的肌肉、电极EP-11用于刺激腰部肌肉。在这些图的实施例中，设备EMS-LF-1驱动一个在下肢上的电极EP-01、EP-02、EP-07、EP-08，而设备EMS-LF-2驱动在其它下肢上的电极EP-03、EP-04、EP-05、EP-06、以及那些在背部上的电极EP-09、EP-10、EP-11。

图2示出了将图1的设备EMS-LF-1和EMS-LF-2中的任意一个连接到个人计算机PC用于将数据从通常标记为EMS-LF的设备传输到个人计算机PC的可能性；在传输之前，这些数据被储存在设备EMS-LF的闪存（FLASH）存储器中；在传输后，这些数据被储存在计算机PC的硬盘中。在该实施例中，通过串行通信装置（即设备EMS-LF和计算机PC中的RS-232电缆和恰当的接口）来实现传输。

启动EMS-LF的时间不大于一分钟。

EMS-LF的最大连续操作的持续时间（即，验证刺激信号）不小于6个小时。

EMS-LF满足（俄罗斯）国家标准Р50267.0-92（IEC 601-1），以及（俄罗斯）国家标准Р50267.10-93（IEC 601-2-10）的电气安全的要求，并且属于：

-（就电击保护而言）带有II级内部电源的产品/部件；

-（就保护水平而言）BF类型的产品/部件。

EMS-LF元件的整体尺寸和质量的最大值是：

-在本例中（没有服装）的整体尺寸：不大于410×300×70mm；

-在本例中服装的整体尺寸：不大于400×320×95mm；

-在本例中（没有服装）EMS-LF的质量：3.8±0.1kg；

-在本例中带有电极的服装的质量：2.3±0.1kg。

电肌刺激信号通过位于服装中的电缆到达位于肌肉或者肌肉群上的并且和肌肉或者肌肉群接触的电极。

在服装中还存在将两个EMS-LF彼此连接到一起的电缆，并且提供在接通后两个EMS-LF的组合操作的同步性。

EMS-LF被放置在服装的固定系统的保持元件内，并且它们严格按照服装/EMS-LF连接器上的标记地被直接连接到服装的（引向服装的电极的）电缆。每个EMS-LF具有六个带有以下特性的电肌刺激通道：

-操作模式：循环；

-最大的刺激持续时间：6个小时；

-刺激：1±0.1秒（脉冲突发（pulses burst）的持续时间）；

-暂停：2±0.1秒（脉冲突发之间的时间间隔的持续时间）；

-信号类型：双极对称矩形脉冲；

-脉冲持续时间：1±0.05ms；

-脉冲频率：25±1赫兹；

-突发期间的电流频率：1-10KHz；

-负载电阻为500欧姆的电肌刺激信号的幅度：不大于45V；

-电肌刺激信号的幅度设定的误差：不大于±10%（在不考虑控制信号的装置的误差的情况下）。

其它服装（这种服装的替换物）中的刺激器可能具有不同的特性或者更广的可调节的特性；例如，刺激的可能的和有利的值从0.5秒到2秒、暂停的可能的和有利的值从0.5秒到5秒、脉冲的持续时间的可能的和有利的值从0.2ms到2.0ms、脉冲的频率的可能的和有利的值从10Hz到50Hz。

在EMS-LF中提供了为每个通道分别调节电肌刺激信号的幅度的可能性；在调节一个通道期间，电肌刺激的其它通道被关掉。

EMS-LF为一个6个小时的治疗/使用时段提供了信息的存储器。

EMS-LF具有分辨率为128×64像素的板载图形液晶显示器（LCD）；在LCD上显示的信息包括：

-关于EMS-LF的持续治疗的信息：电肌刺激信号的幅度（带有其值的图形和数字的指示）和刺激持续时间（小时、分钟、秒）；

-关于治疗的启动时间和结束时间的信息。

显示装置上所有的说明文字使用两种语言，即俄语（制造商语言）和英语（用户语言）。

EMS-LF的供电来自自主电源：额定电压为10.8V且容量为1.7Ah的充电电池（SB）NiMH。

EMS-LF的结构排除了进入任意开口以及偶然接触到内部元件的可能性。

EMS-LF的整体尺寸不大于212×111×45mm。

带有SB的EMS-LF的质量是1.25±0.1kg。

EMS-LF由印刷电路板（即子单元或者子系统）组成：

-开关设备；

-控制器

-功率放大器；

-整流器。

开关设备旨在形成到达控制器的、携带关于EMS-LF操作的输入信息；选择电肌刺激的通道号；增大或减小电肌刺激信号的幅度。

控制器旨在控制所有EMS-LF的操作，并且提供：

-电肌刺激信号的形成；

-在功率放大器中电肌刺激信号的幅度的调节；

-要在LCD上显示的信息的形成；

-将以下信息记录和存储到FLASH存储器里：电肌刺激的启动和结束的日期和时间、每个通道的电肌刺激信号的初始选定的幅度的值、在任意通道的电肌刺激信号的幅度的改变时间以及该幅度的新值；

-通过标准RS-232接口，将储存在FLASH存储器中的信息传输到PC；

-整流器操作的控制。

功率放大器由控制器所控制，并且旨在形成电肌刺激信号、调节电肌刺激信号的幅度和提供输出电肌刺激通道电路的电流去耦合。

功率放大器由带有两个隔离变压器的、用于信号放大的两个通道组成。

EMS-LF包括旨在同时为两个SB充电的充电器（CH）。

CH上的电源电压来自电压为28V的外部电源。

CH是“智能的”，并且在充电期间不需要人为控制：充电自动停止，从而保证了保护SB避免过度充电。在CH的操作期间，提供了其所有功能的LED指示。

训练-医学低频电肌刺激服装可额外配有用于润湿电肌刺激电极的润湿设备。

EMS-LF包括与可由用户（例如，航天员、或者患者、或者医生）选择的治疗程序不同的治疗程序；在本实施例中提供了以下程序：

-程序1：右侧下肢的刺激，

-程序2：左侧下肢的刺激，

-程序3：右侧下肢和左侧下肢的同时刺激，

-程序4：背部的刺激。

对于程序3，使用两个EMS-LF。

清楚的是，更加复杂的程序可以由医生或者技术员提供或者编程。

数据传输模式

在电肌刺激期间，以下信息被记录在EMS-LF的FLASH存储器中：

-电肌刺激的日期；

-每个通道的电肌刺激信号的初始选定的幅度的值；

-电肌刺激的启动和结束的时间；

-在任意通道的电肌刺激信号的幅度的改变时间以及该幅度新值。

EMS-F提供该信息的存储器（一个6个小时的治疗/使用时段）。

为了将信息传输到PC里，EMS-LF应该被接通，并且根据其被包含在合适的指导器（guide）中的安装指令，软件（STIMUL-01）应该被安装在PC中。

根据指导器的指令，开始STIMUL-01软件，两个EMS-LF依次根据指导器的指令被连接到PC。

这时，储存在EMS-LF的FLASH存储器中的信息被传输到PC，并且被储存到其硬盘里以用于进一步的使用；其后，EMS-LF的FLASH存储器被清理。

EMS-LF旨在形成电肌刺激信号并且还旨在记录信息，存储到FLASH存储器里并且将关于被执行的电肌刺激治疗的信息传输到PC。

对于其预期目的的EMS-LF的使用：

EMS-LF具有以下使用的模式：

-电肌刺激模式；

-SB充电模式；

-通过接口RS-232将信息从EMS-LF读出到PC的模式；

-SB的训练模式（充电放电）。

Claims (20)

1.一种以由人穿着的服装的形式实现的训练/医学电肌刺激设备，其包括适合以低脉冲频率产生电肌刺激信号的至少一个电肌刺激信号发生设备，其中所述设备或者每个设备在由人正常使用期间被放置在所述服装中。

2.如权利要求1所述的服装，包括两个电肌刺激信号发生设备，所述两个电肌刺激信号发生设备在由人正常使用期间被放置在所述服装中。

3.如权利要求2所述的服装，其中所述两个设备适合同时工作，并且被电连接从而彼此同步。

4.如权利要求1或者2或者3所述的服装，还包括将所述设备或者每个设备固定到人体、特别地是固定到人体的右侧和/或左侧的集成式系统。

5.如前述权利要求中任一项所述的服装，还包括用于将电肌刺激信号从所述设备或者每个设备传输到电极的集成式电缆，所述电极适于将所述电肌刺激信号应用到人体上。

6.如前述权利要求中任一项所述的服装，还包括用于将所产生的电肌刺激信号应用到人体的集成式电极。

7.如权利要求5或者6所述的服装，还包括用于润湿所述电极的润湿设备。

8.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备包括供电电池。

9.如权利要求8所述的服装，还包括用于为所述设备或者每个设备的电池充电的充电器，特别是智能电池充电器。

10.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备还包括用于存储关于所执行的治疗的信息的装置和用于将所储存的信息传输到计算机的装置。

11.如权利要求10所述的服装，其中要储存的信息和/或要传输的信息是由用户选择的。

12.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备控制被周期产生的电肌刺激信号的以下参数：

刺激的持续时间；

暂停的持续时间；

脉冲的持续时间；

脉冲的频率；

在突发期间的电流的频率；

信号的幅度。

13.如权利要求12所述的服装，其中所述参数中的一个或者多个，特别是信号的幅度是由用户可调整的。

14.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备具有用于电肌刺激信号的多个独立的通道。

15.如权利要求14所述的服装，其中每个通道可以被单独地调整。

16.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备适于最大持续时间为六个小时的低频电肌刺激。

17.如前述权利要求中任一项所述的服装，其适于单独刺激，特别是对背部肌肉和下肢肌肉、和/或右侧肌肉和左侧肌肉、和/或单一肌肉或者肌肉群的单独刺激。

18.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中所述设备或者每个设备具有预储存的治疗程序。

19.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中治疗的启动由所述设备或者每个设备借助其内部电路和/或外部探测器来触发。

20.如前述权利要求中任一项所述的服装，其中治疗的启动由用户触发。

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