CN1642595A - 铸模固定的肢体上的肌肉刺激 - Google Patents

Abstract

一种在铸模支承的肢体(15)上电刺激肌肉以便防止肌肉萎缩的方法，该方法包括步骤：(a)提供系统，该系统包括：(i)至少两个电极；(ii)可操作地连接到所述电极的信号发生器；以及(iii)用于将功率送到所述信号发生器的电源；(b)在铸模支承肢体上设置与组织接触的所述电极；(c)通过在所述电极之间建立多个外部双极电压波，利用在外部感应的通过所述组织在所述电极之间经皮流动的电流，刺激肌肉，所述多个双极电压波确定一个治疗周期；以及(d)在24小时的周期内，至少进行12个不同治疗周期。

Description

铸模固定的肢体上的肌肉刺激

技术领域

本发明涉及利用电脉冲进行肌肉刺激，本发明尤其涉及一种作为防止肌肉萎缩的方法，在铸模固定的肢体上刺激肌肉的方法。

背景技术

对于不同类型的骨折，传统医学疗法包括固定靠近受伤部位的部分身体。这通常是利用铸模实现的，这是保护受伤部位的最简单、最简陋的方法。铸模几乎根本不允许运动，而且被广泛用于防止再受伤。在修复和/或接合骨折时，减小运动尤其重要。

不幸的是，防止受伤的这种方法不能提供锻炼靠近受伤部位的身体部分的足够手段。例如，通常，铸模的强度不够，不附加进行再加强，不允许进行提高肌张力的锻炼。

众所周知，为了防止肌肉萎缩，而保持肌张力，应该锻炼肌肉和骨骼。当某人伤害伤及骨骼、肌肉组织、结缔组织等的身体受伤部位时，通常非常希望在受控方式下在特定参数内使受伤部位附近的肌肉得到锻炼，其中受伤骨骼和/或组织保持稳定。然而，不幸的是，关于特定病人进行规定的锻炼的方式，医生通常不能获得的足够信息，或者说没有把握。医生不知道病人可以自愿使用或者将自愿使用多大的力，而且不知道病人多么满意地坚持重复锻炼身体的日程。没有监督的锻炼很可能对受伤组织有不利影响，因此延长了康复时间，而且有时引起无法恢复的损伤。此外，在大多数病例中，与铸模的刚度有关的受伤部位的严重性使得不能锻炼其下面的肌肉。

一种有前途的方向是利用点刺激激活受影响的肌肉。用于对位于铸模下面的受伤组织进行电刺激的装置有几种。授予Talish等人的、标题为“Portable Non-Invasive Electromagnetic Therapy Equipment”的第4,574,809号美国专利讲述了一种可嵌入铸模的线圈结构，它包括一个连接器配件，用于使完成的铸模暴露在外面，并用于可拆卸地安装到并电连接到重量轻的自含式可充电便携式信号发生器单元上。仅在治疗性处理期间，将信号发生器单元安装到铸模上，并以治疗性处理周期之间的间隔，可拆卸地安装到不便携的充电单元上。

授予Griffith的标题为“Portable Electro-Therapy System”的第4,998,532号美国专利讲述了一种病人容易穿戴或携带、用于电治疗性刺激组织或骨折的便携式非侵入式设备，它可以与适当信号传感器合作产生足够能量的信号从而实现便携性并刺激组织和骨骼康复。上述应用的内容主要涉及刺激骨骼康复。

授予Kronberg的标题为“Pulsed Signal Generator ForBioelectric Stimulation And Healing Accelerstion”的第6,321,119号美国专利讲述了一种用于生物医学应用的脉冲信号发生器，它包括电刺激骨折康复、治疗骨质疏松、在拆除了铸模或其它固定装置后加强新愈合的骨骼以及离子电渗疗法。该发生器包括非对称双振荡器和有关电路系统，以通过要治疗的区域有效传送信号。选择该发生器的部件，以产生要求的任何输出信号，包括固定振幅和可变振幅、固定、可变以及扫掠频率信号，并进行DC偏置。

尽管第6,321,119号美国专利的内容主要直接涉及骨骼康复和减轻疼痛(与TENS相同)，但是请注意，电刺激可以在其它身体系统中产生大量响应，信号波形的频率和定时表现出与更被影响的身体系统有关。

还请注意：

“看来正确设计的波形可能可以证明刺激肌肉有效，例如，骨折和固定的肢体中刺激肌肉，或者暂时瘫痪的人的肌肉刺激，从而有助于防止萎缩并保持肌肉结实。其它应用还包括刺激内分泌腺和免疫系统。例如，容易局部化诸如关节炎的自体免疫状况，生物电免疫抑制，而不从整体上影响身体的能力，从而治好感染。为了在康复过程中和治疗疾病过程中，评估这种影响的潜在问题，以确定每个应用的最佳波形。”

因此，尽管从授予Kronberg的第6,321,119号美国专利可以看出，要求正确设计用于刺激肌肉的波形，没有关于波形的特定性质的实际指令，而且没有关于治疗过程的，实际指令。

授予Da Silva等人的标题为“Integrated Cast And MuscleStimulation System”的第20020016618号美国专利申请描述了一种对铸模覆盖的解剖位置进行电刺激。施加该电极，以实现要求的获得生理响应(例如，骨骼生长)、处理疼痛或者防止肌肉萎缩。

它进一步公开：

“在正常使用时，头几天仅连续使用电极模块，以阻止或减小疼痛。此后，一天中仅10-20分钟，施加几次电极模块，以刺激肌肉并减少肌肉萎缩。首先，为了防止对骨折部分施加太大的压力，肌肉刺激的强度低。随着骨折的康复，增加刺激，以确保在1至3个月的康复期内保持肌肉结实。可以对电刺激单元事先编程，以在整个康复期内传送医生规定的强度图形。”

与授予Kronberg的第6,321,119号美国专利类似，Da Silva等人的第20020016618号美国专利申请未提供关于有效刺激铸模固定的肌肉的特定波形、图形和强度的实际指令。关于治疗过程，一般地说，为了减小肌肉萎缩，一天中可以10-20分钟对受伤肌肉组织进行电感刺激。

如果没有关于有效刺激铸模限制或铸模固定的肌肉的实际指导，具有一种利用电刺激防止这种肌肉发生肌肉萎缩的方法非常有利。这种方法的另外一个好处是无痛而且便于施加。最后，具有一种病人可以以安全、可靠和有效方式施加，以致基本上不要求职业监视，而且可以自动起作用，而无需对病人的身体部位特别注意的方法非常有利。

发明内容

本发明是一种在铸模固定的肢体上刺激肌肉以防止肌肉萎缩的安全、高效而且可靠的方法。

根据本发明的内容，提供了一种在铸模支承的肢体上电刺激肌肉以便防止肌肉萎缩的方法，该方法包括步骤：(a)提供系统，该系统包括：(i)至少两个电极；(ii)可操作地连接到各电极的信号发生器；以及(iii)用于将功率送到信号发生器的电源；(b)在铸模支承肢体上设置与组织接触的所述电极；(c)通过在电极之间建立多个外部双极电压波，利用在外部感应的通过组织在各电极之间经皮流动的电流，多个双极电压波确定一个治疗周期，以及(d)在24小时的周期内，至少进行12个不同治疗周期。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，在24小时周期中的至少10小时期间，更优选在24小时周期中的至少16小时期间，最优选基本上在24小时周期中的24小时期间，管理所述治疗周期。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，在所述电极之间施加0电压的休息周期使所述治疗周期分离，而且其中每个休息周期不到12小时。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，每个休息周期不到6小时，而最优选小于1小时。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，双极电压波的频率小于20Hz，优选小于5H。双极电压波的频率最优选在0.5-2.5的范围内。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，治疗周期的时长不到300秒。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，治疗周期的时长不到180秒。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，治疗周期的时长在30-120秒的范围内。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，每小时进行4-20次治疗周期。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，每小时进行8-16次所述治疗周期。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，双极电压波具有变化的频率。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，双极电压波的频率在0.5-2.5Hz之间变化。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，双极电压波的频率以1.2-4.0倍变化。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，双极电压波的频率以1.5-2.5倍变化。

根据所描述的优选实施例的进一步特征，治疗周期的长度除以所述休息周期之一的长度确定的比值小于0.5，优选小于0.3，最优选在0.1-0.25的范围内。

附图说明

在此将参考附图，仅利用例子详细说明本发明。现在，具体详细参考附图，要强调的是，所示的人作为例子而且仅用于说明所讨论的本发明的优选实施例，为了提供被认为最有用而且容易理解本发明的原理和概念的方式示出所示的人。在这方面，仅试图示出基本理解本发明所需的本发明的详细结构，结合附图所做的描述使本技术领域内的熟练技术人员明白，实际上如何实现本发明的几种形式。

附图包括：

图1示出其上的铸模具有集成肌肉刺激系统的腿，例如Da Silva等人的第20020016618号美国专利申请；

图2示出用于记录TENS(经皮电神经刺激)疗法的电信号的典型流程图；

图3a是示出图3a中提供的峰值电压与时间的关系的电治疗方法的典型坐标图。在该坐标图所示的头几分钟，对阻止的受伤区域施加电。该刺激期间之后，使肌肉休息；

图3b示出根据本发明优选实施例的变频信号的电压与时间的多个原理曲线图；以及

图4示出根据本发明优选实施例的变频信号的电压与时间的多个原理曲线图。

具体实施方式

本发明是一种在铸模限制或铸模固定的肢体上电刺激肌肉的安全、有效、可靠的方法，以防止肌肉萎缩。

参考附图和所附的说明可以更好地理解根据本发明电刺激方法的原理和操作。

在详细说明本发明的至少一个实施例之前，应该明白，本发明并不局限于应用于下面的说明描述的和附图所示的该部件的结构和排列细节。本发明可以具有其它实施例，或者以各种方式实现本发明。此外，应该明白，在此使用的术语和专门术语仅为了说明本发明，不应该理解为限制。

利用各种已知的装置可以应用本发明方法。图1示出Da Silva等人的第20020016618号美国专利申请描述的一种典型装置。图1示出集成铸模和肌肉刺激装置的关键部件，它可以用于小腿骨折。围绕小腿15模制铸模10，以固定骨折部位。在支配围绕骨折部位的肌肉组织的外部神经的表皮位置，定位可替换电极20。通过埋置电导体(未示出)，电刺激单元30对各电极施加电压脉冲。

上述电刺激单元与第4,398,545号美国专利公开的刺激单元类似，为了说明问题，在此引用该专利供参考，就如同在此进行说明。

图2示出用于TENS(经皮电神经刺激)疗法的典型电信号。单极波形的频率是50Hz，峰值电压约为18伏。在肌肉恢复过程中，这种电压形式通常用于使疼痛抑制到更低的程度。

明显不同，本发明的治疗方法不直接针对疼痛抑制，也不直接针对肌肉恢复。通过在(围绕)受伤的区域内保持肌肉功能，本发明基本上可以减少或者消除对肌肉恢复的需要。不是象第20020016618号美国专利申请建议的那样，一天中10-20分钟施加几次电极模块并减少肌肉萎缩，本发明人发现，短时长、频繁刺激受伤的肌肉，更有效。

在本发明的治疗方法中，每小时至少对受伤肌肉进行两次电治疗。非常希望在肢体限制或固定期间，每天24小时间歇进行电治疗。

该电治疗方法更优选每小时进行4-20次，最优选进行8-16次。以一天为基础，至少执行40次该方法，更优选执行100-500次，而且最优选执行200-400次。

每次执行的时长优选在15-180秒，更优选在30-120秒。图3a提供了示出峰值电压与时间的关系的、电治疗方法的典型坐标图。在该坐标图的第一分钟，对组织的受伤区域加电。该刺激期间之后，使肌肉休息满5分钟。在肢体固定的全部时间内，基本上，每天24小时重复该6分钟的周期(1分钟刺激，和后面的5分钟休息)，直到拆下铸模。

即使在睡眠期间，健康人仍极频繁地对肢体肌肉进行自动收缩和放松。当利用铸模等固定肢体时，在固定期间，受伤区域上的肌肉基本上不能动，导致学流减少，肌肉萎缩而且降低柔性。在本发明的方法中，利用电压波形以较频繁方式人为进行肌肉收缩，以致肌肉基本保持正常活动程度。这样，在拆下铸模后，不需要进行身体治疗，以及用于恢复肌肉组织的已知电刺激过程。

在上述刺激过程中(在图3a所示的例子中为1分钟)，优选以低于20Hz的频率，更优选以0.25-5Hz范围内的频率，最优选以在0.5-2.5Hz范围内的频率进行电刺激。频率值指包括双极波形的周期。图3b示出频率为1Hz的刺激周期的典型电压波图形。

尽管已经发现固定频率有效，但是发现通过以特定方式改变每个刺激周期内的频率，可以显著提高治疗效率。图4是示出其中频率随时间变化的信号的多个电压与时间的坐标图。在阶段1，双极波的频率为1/X。经过一段时间，如阶段2-4所示，双极波形的频率使阶段4降低到1/(2X)的最小值。因此，双极波形的频率升高，在阶段7，返回1/X的初始频率。在治疗周期期间，优选至少重复两次该图形(即，图3a所示的例子中为1分钟)。

不希望受到理论方面的限制，本发明人发现，相对于具有固定频率的波形的刺激治疗，为了激活非常宽区域的肌肉组织，而改变频率刺激治疗。

尽管结合特定实施例，对本发明进行了描述，但是显然，对于本技术领域内的熟练技术人员，许多替换、修改和变更是显而易见的。因此，意在包括落入所附权利要求所述本发明实质范围内的所有这种替换、修改和变更。在此引用本说明书中提及的所有公开、专利以及专利申请的全部内容供参考，如同作为参考在本说明书中具体、单独指出的每个相应公开、专利或专利申请。此外，不应该将该专利申请中的引用和标注的任何参考文献理解为承认将这些参考文献看作本发明的现有技术。

Claims (20)

1、一种在铸模支承的肢体上电刺激肌肉以便防止肌肉萎缩的方法，该方法包括步骤：

(a)提供一个系统，该系统包括：

(i)至少两个电极；

(ii)可操作地连接到所述电极的信号发生器；以及

(iii)用于将功率送到所述信号发生器的电源；

(b)在铸模支承肢体上设置所述电极与组织接触；

(c)通过在所述电极之间建立多个外部双极电压波，利用外部感应通过所述组织在所述电极之间经皮流动的电流，刺激肌肉，所述多个双极电压波确定单个治疗周期，以及

(d)在24小时的周期内，至少进行12个不同治疗周期。

2、根据权利要求1所述的方法，其中在24小时周期中的至少10小时期间，管理所述治疗周期。

3、根据权利要求1所述的方法，其中在24小时周期中的至少16小时期间，管理所述治疗周期。

4、根据权利要求1所述的方法，其中基本上在24小时周期中的24小时期间，管理所述治疗周期。

5、根据权利要求1所述的方法，其中在所述电极之间施加0电压的休息周期使所述治疗周期分离，而且其中每个所述休息周期短于12小时。

6、根据权利要求5所述的方法，其中每个所述休息周期不到6小时。

7、根据权利要求5所述的方法，其中每个所述休息周期不到1小时。

8、根据权利要求1所述的方法，其中所述双极电压波的频率小于20Hz。

9、根据权利要求1所述的方法，其中所述双极电压波的频率小于5Hz。

10、根据权利要求1所述的方法，其中所述双极电压波的频率在0.5-2.5Hz的范围内。

11、根据权利要求1所述的方法，其中所述治疗周期的时长不到300秒。

12、根据权利要求1所述的方法，其中所述治疗周期的时长不到180秒。

13、根据权利要求1所述的方法，其中所述治疗周期的时长在30-120秒的范围内。

14、根据权利要求1所述的方法，其中每小时进行4-20次所述治疗周期。

15、根据权利要求1所述的方法，其中每小时进行8-16次所述治疗周期。

16、根据权利要求1所述的方法，其中所述双极电压波具有变化的频率。

17、根据权利要求16所述的方法，其中所述双极电压波的频率在0.5-2.5Hz之间变化。

18、根据权利要求16所述的方法，其中所述双极电压波的频率以1.2-4.0倍变化。

19、根据权利要求18所述的方法，其中所述双极电压波的频率以1.5-2.5倍变化。

20、根据权利要求18所述的方法，其中所述治疗周期的长度除以所述休息周期之一的长度确定的比值小于0.2。

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