RU2241500C1 - Устройство для лечения поражений опорно-двигательного аппарата - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и невропатологии, и может использоваться для электростимуляции мышц в целях лечения и реабилитации после травм, поражений и заболеваний опорно-двигательного аппарата. Технический результат заключается в упрощении настройки устройства и повышении эффективности лечения за счет снижения нарушения фазовой коррекции движения. Устройство содержит вычислительный блок, подключенный через первый интерфейс обмена информации к кабельной линии связи, и средство электростимуляции. Средство включает соединенные между собой второй интерфейс обмена информации, микропроцессор, блок памяти, блок ручной регулировки параметров импульсов, гониометрический датчик, N-формирователей импульсов и электроды. Датчик выполнен в виде блока измерения магнитного поля на основе эффекта Холла и размещен в экранированном корпусе, в котором установлен магнит с возможностью его пространственного перемещения. В процессе мышечного сокращения на всем протяжении произвольного движения обеспечивается точное воспроизведение последовательности, длительности и силы мышечной активности. 1 ил.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и невропатологии, и может использоваться для электростимуляции мышц в целях лечения и реабилитации после травм, поражений и заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Известен многоканальный электростимулятор (RU 2128529) для электростимуляции мышц, содержащий блок питания, блок выбора режимов, блок регуляторов силы тока в цепи пациента, блок цифровой обработки, выходной формирователь импульсов, множество электродов. Блок цифровой обработки позволяет анализировать значение амплитуды импульсов тока при помощи программных числовых алгоритмов, устранить нежелательные их изменения, а затем позволяет необходимым значениям поступить на выходные формирователи импульсов для непосредственного формирования выходного сигнала.

Однако известный электростимулятор мышц применяется только для пациентов во время покоя и не имеет возможности автоматической корректировки программы стимуляции в зависимости от фазы шагового цикла во время движения пациента.

Известно устройство для электростимуляции мышц при ходьбе (RU 2126276) для лечения поражений опорно-двигательного аппарата, содержащее стационарный блок электростимулятора, включающий в себя микропроцессорную систему, стационарный дешифратор, стационарный шифратор и стационарный приемопередатчик, а также носимый блок электростимулятора, включающий в себя носимый шифратор, носимый дешифратор, синхронизатор, блок обработки сигналов датчиков углов, кварцевый генератор, перестраиваемый генератор, распределитель импульсов, схему совпадений, регистр включения каналов, формирователь стимулирующих импульсов с программируемым таймером, цифроаналоговый преобразователь, выходной каскад и электроды.

Недостатком известного устройства для электростимуляции является то, что датчики углов представляют собой переменные резисторы, на которые подано постоянное напряжение и которые укреплены на одном сегменте конечности пациента. При угловом перемещении конечности происходит изменение сопротивления резистора и, следовательно, изменение напряжения, снимаемого с датчика угла. К сожалению, переменные резисторы являются контактным устройством и имеют низкую степень надежности в результате износа контактной поверхности, возникающего в процессе нормальной эксплуатации. В случае же возникновения подобного явления может происходить нарушение фазовой коррекции движения и снижение эффективности лечения. Кроме того, в известном устройстве для электростимуляции амплитуда стимулирующих импульсов регулируется только с клавиатуры отдельно для каждого канала. Однако во время процедуры имеет место эффект привыкание пациента к стимулирующим импульсами и, вследствие, этого, необходимость увеличения амплитуды стимулирующих импульсов по всем каналам. В этом случае оператору необходимо постоянно контролировать возникновение подобного эффекта и с клавиатуры производить увеличение амплитуды отдельно по каждому каналу.

Технический результат заключается в повышении надежности устройства для лечения поражений опорно-двигательного аппарата, в повышении эффективности лечения, упрощении настройки и использования устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для лечения поражений опорно-двигательного аппарата, содержащем стационарный вычислительный блок, подключенный через первый интерфейс обмена информации к кабельной линии связи, портативное средство электростимуляции, включающее в себя блок цифровой обработки сигналов, N - формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим электродам, гониометрический датчик выполнен в виде блока измерения магнитного поля на основе эффекта Холла и размещен в экранированном корпусе, в котором установлен магнит с возможностью его пространственного перемещения, блок цифровой обработки сигналов состоит из микропроцессора, соединенного с блоком памяти, второго интерфейса обмена информации, подключенного к микропроцессору и блоку памяти, и блока ручной регулировки параметров импульсов, при этом блок ручной регулировки параметров импульсов и гониометрический датчик подключены к микропроцессору, который через блок сопряжения соединен с входами N - формирователей импульсов, цепи управления которых подключены к микропроцессору, вход второго интерфейса обмена информации является входом для подключения кабельной линии связи.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для лечения поражений опорно-двигательного аппарата.

Устройство для лечения поражений опорно-двигательного аппарата содержит стационарный вычислительный блок 1, подключенный через первый интерфейс 2 обмена информации к кабельной линии 3 связи, портативное средство электростимуляции, включающее в себя второй интерфейс 4 обмена информации. подключенный к микропроцессору 5 и блоку 6 памяти, соединенному с микропроцессором 5, к которому подключены блок 7 ручной регулировки параметров импульсов и гониометрический датчик 8, выполненный в виде блока измерения магнитного поля на основе эффекта Холла и размещенный в экранированном корпусе, в котором установлен магнит с возможностью его пространственного перемещения (на чертеже не показано), микропроцессор 5 через блок сопряжения 9 соединен с входами N - формирователей 10 импульсов, цепи управления которых подключены к микропроцессору 5, выходы формирователей 10 импульсов подключены к соответствующим электродам 11, вход второго интерфейса 4 обмена информации является входом портативного средства электростимуляции и служит для подключения кабельной линии 3 связи.

Первый интерфейс 2 обмена информации дополнительно обеспечивает гальваническую развязку портативного средства электростимуляции от питающей сети и от стационарного вычислительного блока 1 для соблюдения требований электробезопасности медицинской техники. Используемые для этой цели трансформаторы (на чертеже не показаны) представляют собой развязывающие трансформаторы на 7 кВ, которые обеспечивают гальваническую развязку и питание блоков интерфейса. Первый интерфейс 2 обмена информации предназначен для обеспечения связи портативного средства электростимуляции со стационарным вычислительным блоком 1 по стандартному интерфейсу RS-232 и преобразования информации в вид, доступный для передачи/приема по кабельной линии 3 связи в портативное средство электростимуляции.

Портативное средство электростимуляции в зависимости от полученной с вычислительного блока 1 программы стимуляции и показаний гониометрического датчика 8 генерирует посылки стимулирующих импульсов тока по каждому из каналов с определенной силой и в определенный момент времени.

Второй интерфейс 4 обмена информации преобразует информацию, принятую/переданную из первого интерфейса 2 обмена информации, в вид, доступный для работы, в блоке цифровой обработки сигналов, который в соответствии с программой стимуляции формирует сигналы для генерирования импульсов тока формирователями 10 импульсов по каждому каналу.

Блок 7 ручной регулировки параметров импульсов позволяет задавать амплитуду стимулирующих импульсов тока по каждому каналу, используя в качестве исходных данных не только значения установленного уровня для данного канала со стационарного вычислительного блока 1, но и значение множителя, общего для всех каналов, задаваемого со стационарного вычислительного блока 1 или в портативном средстве электростимуляции. Это позволяет удобно, легко и быстро пропорционально изменять силу тока по всем каналам одновременно. Изменения множителя (коэффициента) общего усиления может производить оператор на клавиатуре стационарного вычислительного блока 1 или сам пациент кнопками в портативном средстве электростимуляции.

Выходные формирователи 10 импульсов обеспечивают непосредственное формирование выходного импульса тока по соответствующему каналу.

Гониометрический датчик 8 выполнен в виде блока измерения магнитного поля на основе эффекта Холла и размещен в экранированном корпусе, в котором установлен магнит с возможностью его пространственного перемещения в соответствие с суставным углом, поскольку установка гониометрического датчика 8 осуществляется закреплением магнита на суставе пациента (т.е. обеспечивается взаимосвязь пространственного перемещения сустава и магнита). Гониометрический датчик 8 является бесконтактным и высоконадежным.

Электроды 11 выполнены из специальных токопроводящих синтетических тканей. Перед началом сеанса они смачиваются водой и фиксируются специальными манжетами на теле пациента в соответствие с назначением врача.

Устройство для лечения поражений опорно-двигательного аппарата работает следующим образом.

Перед началом процедуры производят смачивание водой электродов, размещают их на теле пациента и фиксируют манжетами по назначению врача.

После включения устройства для лечения поражений опорно-двигательного аппарата в сеть первый интерфейс 2 обмена информации при помощи развязывающих трансформаторов вырабатывает питающее напряжение для всех блоков и осуществляет связь вычислительного блока 1 с портативным средством электростимуляции через первый интерфейс 2 обмена информации. В вычислительном блоке 1 оператором устанавливается по назначению врача программа стимуляции, которая задает по каждому каналу амплитуду стимулирующих импульсов и коэффициент общего усиления, частоту импульсов, а также моменты начала и окончания посылок импульсов в периоде цикла ходьбы в зависимости от начала шагового цикла. Программа стимуляции через первый интерфейс 2 обмена информации, кабельную линию 3 связи и второй интерфейс 4 обмена информации поступает в блок цифровой обработки информации портативного средства электростимуляции. Программа стимуляции записывается в блок 6 памяти портативного средства электростимуляции, после чего портативное средство электростимуляции может работать автономно без связи с вычислительным блоком 1 и первым интерфейсом 2 обмена информации. В этом случае кабельная линии 3 связи отсоединяется, и пациент с закрепленными портативным средством электростимуляции, гониометрическим датчиком 8 и электродами 11 может свободно перемещаться на любое расстояние.

Портативное средство электростимуляции питается от аккумулятора через блок питания и заряда аккумулятора. Во время движения пациента с гониометрическим датчиком 8 информация о величине суставного угла поступает из этого датчика в блок цифровой обработки сигналов. Блок цифровой обработки сигналов по величине суставного угла выделяет начало шагового цикла пациента и на основании программы стимуляции, записанной с вычислительного блока 1 и определяющей начало и конец посылок импульсов в зависимости от начала шагового цикла по каждому каналу, формирует по каждому каналу сигналы для генерирования посылок стимулирующих импульсов тока выходными формирователями 10 импульсов. Амплитуда импульсов тока по каждому каналу определяется программой стимуляции, полученной с вычислительного блока 1 и записанной в блоке 6 памяти блока цифровой обработки сигналов, и коэффициентом общего усиления, который устанавливается с помощью блока 7 ручной регулировки параметров импульсов.

Выходные формирователи 10 импульсов, имеющие гальваническую развязку по каждому каналу, в зависимости от сигналов, поступающих из блока цифровой обработки сигналов, генерируют посылки импульсов тока необходимой амплитуды в требуемое время в зависимости от фазы шагового цикла и передают их на электроды 11, предварительно установленные на мышцы пациента. Амплитуда стимулирующих импульсов тока составляет от 0 до 100 мА с длительностью от 50 до 250 мкс и частотой от 50 до 85 Гц.

Под действием низкочастотного импульсного тока от портативного средства электростимуляции в организме усиливается кровообращение, восстанавливаются двигательные функции, чувствительность, снижается болевой синдром, улучшаются все виды обмена (жировой, углеводный, белковый), нормализуются тканевое дыхание, в целом повышаются скоростно-силовые реакции, сопротивляемость и выносливость организма. Устройство для лечения поражений опорно-двигательного аппарата можно применять для высокоэффективного метода коррекции патологического двигательного стереотипа и закрепления физиологических паттернов движений. Результаты восстановительного лечения достигаются благодаря использованию патогенетически целесообразного принципа потенциации произвольного мышечного усилия в естественном спектре движений (шаг и другие локомоторные акты - бег, прыжки).

Применяемая в медицинской практике традиционная стимуляционная техника при воздействии на нервно-мышечную систему базируется исключительно на принципе использования силовых характеристик электрического тока. Восстановительное лечение при помощи портативного средства электростимуляции моделирует выработанную в эволюции пространственно-временную организацию мышечной активности.

В процессе адекватной электрической потенциации естественного мышечного сокращения на всем протяжении произвольного движения обеспечивается точное воспроизведение последовательности, длительности и силы мышечной активности, характеризующей данное движение. В результате благоприятного проприоцептивного сенсорного притока, который поддерживается исключительно за счет строгого моделирования пространственно-временного паттерна (так называемого "профиля") мышечной активности, происходят позитивные перестройки деятельности головного и спинного мозга по управлению движениями. Указанные нейродинамические перестройки позволят в дальнейшем осуществлять приближенное к норме формирование произвольных движений уже без участия внешнего "пейсмеккерного" устройства, в роли которого временно выступает портативное средство электростимуляции.

Claims (1)

1. Устройство для лечения поражений опорно-двигательного аппарата, содержащее стационарный вычислительный блок, подключенный через первый интерфейс обмена информации к кабельной линии связи, портативное средство электростимуляции, включающее в себя блок цифровой обработки сигналов, N-формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим электродам, и гониометрический датчик, отличающееся тем, что гониометрический датчик выполнен в виде блока измерения магнитного поля на основе эффекта Холла и размещен в экранированном корпусе, в котором установлен магнит с возможностью его пространственного перемещения, блок цифровой обработки сигналов состоит из микропроцессора, соединенного с блоком памяти, второго интерфейса обмена информации, подключенного к микропроцессору и блоку памяти, и блока ручной регулировки параметров импульсов, при этом блок ручной регулировки параметров импульсов и гониометрический датчик подключены к микропроцессору, который через блок сопряжения соединен со входами N-формирователей импульсов, цепи управления которых подключены к микропроцессору, вход второго интерфейса обмена информации является входом для подключения кабельной линии связи.