WO2013100776A1 - Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same - Google Patents
Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013100776A1 WO2013100776A1 PCT/RU2011/001031 RU2011001031W WO2013100776A1 WO 2013100776 A1 WO2013100776 A1 WO 2013100776A1 RU 2011001031 W RU2011001031 W RU 2011001031W WO 2013100776 A1 WO2013100776 A1 WO 2013100776A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- sensors
- channel
- stimulation
- patient
- synchronization
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36003—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of motor muscles, e.g. for walking assistance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
- A61N1/3603—Control systems
- A61N1/36031—Control systems using physiological parameters for adjustment
Definitions
- the invention relates to medicine, in particular, traumatology, orthopedics and neuropathology, prosthetics, angiology, rehabilitation and can be
- radio channel (RF patent N2 2126276, 1999).
- the use of the radio channel makes the patient autonomous, but on the other hand, independent movement of the patient can lead to the fact that he will be outside the coverage of the transceiver.
- This device has the ability to select the installation
- the technical design does not allow the stimulator unit to be carried out in one housing adapted to be worn by the patient, therefore, the unit was divided into stationary and wearable.
- This device is designed for electrical stimulation of muscles when walking, has eight channels muscle stimulation and a goniometric sensor for the knee joint and is a stand-alone device that is connected to a computer only to download the stimulation program.
- Autonomous operation of the device is one of
- This device has rough settings for stimulation modes and the most important drawback is the inaccurate setting of the temporary stimulation program.
- the step cycle in the program of this device is divided into only 16 parts. Therefore, the maximum, theoretically possible installation accuracy
- the temporary work program of the muscle is much lower than the permissible level.
- a significant disadvantage of this device is that it allows synchronization from only one knee motion sensor, i.e. both sides (right and left) are synchronized from the sensor located on one of the sides.
- the indicated design feature significantly limits the possibility of using this device, which can only be used for almost periodic walking, provided that the knee joint is intact.
- the device itself consists of a battery-worn unit on the belt, stimulating electrodes and a motion sensor in the knee joint.
- the closest solution selected for the prototype is a method and device for programmed electrical stimulation of muscles (RF Patent N2 2265461).
- the device allows for accurate, metered electrical stimulation with the possibility of preliminary biomechanical diagnostics and stimulation control in real time. This is the most perfect complex of analogues. However, in it communication with the patient is carried out by cable, which significantly limits his freedom.
- the traditional biomechanical sensors and electrodes used require the installation of a significant number of squeezing limbs or the body of elastic cuffs. Each electrode or
- a synchronizing biomechanical sensor is connected to the stimulating unit by cable, so that the maximum number of cables on a patient can reach up to 20 pieces.
- any of the above devices has common features for the claimed device: the presence in the design of the actual stimulator block, electrodes mounted on the muscles, synchronizing biomechanical sensors, a computer with a control program, trunks, and accessories.
- Each sensor requires the use of a special mount on the patient's body and the presence of a long cable connecting it to the stimulation unit. Mounts of goniometric sensors compress the limb and interfere with its normal blood supply. The long cable of the synchronizing biomechanical sensor also requires special laying on the body in order to allow the limbs to move freely and not to touch outside obstacles. 3. The inability to use for synchronization of biomechanical events associated with the movement of various segments of the body.
- Each electrode has its own cable, which must be mounted on the patient so that it does not interfere with movement and cannot be touched and pulled out of the socket.
- the number of stimulating channels is fixed and is determined by the design of the stimulating block (usually not more than 8), so their number cannot be changed.
- the technical result of the present invention is the ability to provide accurate programmable electrical stimulation of muscles and movement correction in various periodic locomotions and conducting locomotor-oriented stimulation for immobilized patients, both in a medical institution and outside it by the patient himself.
- Figure 1 shows the principle of operation of the device for electrical stimulation of muscles, where 1 is the patient’s muscle, 2 is the channel of electrical stimulation in a separate building, 3 is the control computer, 4 is a wireless communication device.
- Figure 2 shows the structural device of the electrostimulation channel (a - block diagram of the internal device, b - bottom view, c - side view), where 5 is the power source, 6 are synchronization sensors, 7 is the registration channel of the electromyogram, 8 is a two-way channel data transmission (wireless device), 9 - control processor, 10 - electrical contacts on the housing, 11 - adhesive electrodes.
- periodic locomotion other than walking including locomotion of the upper limbs and trunk, made autonomous in one building (2) with a power source (5), a control processor (9), inertia-type synchronization sensors (6) (accelerometers and gyroscopes), a recording channel electromyograms (7), a two-way channel (8) for transmitting data via radio and control from a software package over a radio channel from a control computer (3) through a wireless device (4) connected to it.
- the number of simultaneously used autonomous channels can increase arbitrarily.
- the method of programmed muscle electrical stimulation during periodic patient locomotion which consists in the fact that muscle electrical stimulation is performed
- stimulating pulses from electrodes mounted on predefined muscle groups stimulating pulses are synchronized with
- biomechanical inertial sensors characterized in that the moment
- synchronization is determined by the phase and amplitude of each type of biomechanical inertial sensors, and three-component accelerometers and gyroscopes are used as biomechanical sensors, and adhesive electrodes connected to the housing of the stimulating device, in which
- the moment of synchronization is determined by the phase and amplitude of movement, rotation, tilt. Quantity at the same time
- the setting of stimulation modes is carried out taking into account the result of the registration of an electromyogram.
- the stimulation channel is built into the body of the stimulating device, which is equipped with its own power supply, a control processor and built-in synchronization sensors, and the mode of its operation is set by the doctor.
- the control of the stimulation procedure and the necessary correction of its parameters is carried out by means of communication via the radio channel of the device with
- a device for autonomous programmable electrical stimulation of a patient’s muscles comprising a unit including a stimulation channel, a recording channel
- electromyograms inertial biomechanical sensors, two-way radio communication channel, power supply, electrodes mounted on the patient’s muscles, a computer with a control program and a wireless device,
- the device is arranged to independent synchronization from own sensors or from similar sensors of another of the same device with the implementation of data transmission over the air, the device is placed in a separate compact housing and is configured to be attached to the patient’s body by means of adhesive electrodes located on the outside of the housing.
- the stimulating channel can be made in one housing with synchronizing sensors, a power source and a control processor.
- the device as an option contains inertial sensors three-component gyroscopes and accelerometers, the function of which is synchronization.
- the sequence of the stimulation procedure consists of:
- the inertial sensors proposed in this device respond to the movement of this body segment independently of other segments. This is most important for the operation of the autonomous channel, since in normal mode it is necessary to use to synchronize the movement of the same segment of the body where this device is located.
- a smooth installation of the intensity of the stimulating impulse from the control software package is provided. If it is necessary to change the intensity of stimulation by the patient himself, this can be done using the control buttons on the device itself or via a radio channel.
- the device can conduct rhythmic stimulation in accordance with the established time program.
- radio channel stimulation for example, in walking mode or other rhythmic movements.
- the proposed complex is a diagnostic device and programmable electrical stimulation of muscles and consists of equipment installed on the patient and equipment mounted separately.
- An autonomous device (2) is fixed directly on the patient’s muscle (1) by means of two adhesive electrodes (11).
- an electrical stimulation session is carried out, as a rule, daily, lasting 20-60 minutes.
- the total number of procedures is up to 10 or more to achieve the desired effect.
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
The invention relates to the field of medicine, in particular to traumatology, orthopaedics and neuropathology, prosthetics, angiology and rehabilitation, and can be used for the remedial treatment of patients with various diseases of the locomotor, nervous and vascular systems, such as osteochondrosis, peripheral and central paralyses and pareses, extremity defects and spinal pathology, and for the treatment of children with cerebral palsy and other associated pathology. The technical result of the present invention consists in the possibility of ensuring accurate programmable electrical muscle stimulation and correction of movement in various periodic locomotions and conducting locomotor-oriented stimulation for immobilized patients both under conditions in a medical institution and outside such a medical institution independently by the patient himself. This problem is solved by virtue of the fact that, in the present invention, a channel for electrical muscle stimulation during walking and during various periodic locomotions other than walking, including locomotions of the upper extremities and the torso, is in fact formed autonomously in one housing with a power supply source, a control processor, synchronizing inertial sensors (accelerometers and gyroscopes), an electromyogram recording channel, a bidirectional channel for radio data transmission and control from a software package over a radio channel from a control computer via a wireless communication device which is connected thereto.
Description
СПОСОБ АВТОНОМНОЙ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ МЫШЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ METHOD OF AUTONOMOUS PROGRAMMABLE ELECTRIC STIMULATION OF MUSCLES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Изобретение относится к области медицины, в частности, травматологии, ортопедии и невропатологии, протезированию, ангиологии, реабилитации и может быть The invention relates to medicine, in particular, traumatology, orthopedics and neuropathology, prosthetics, angiology, rehabilitation and can be
использовано для восстановительного лечения больных с различными заболеваниями опорно-двигательной, нервной и сосудистой систем, такими как остеохондрозы, периферические и центральные параличи и парезы, дефекты конечностей, спинальная патология, для лечения детей с церебральным параличом и другой сочетанной патологией. used for reconstructive treatment of patients with various diseases of the musculoskeletal, nervous and vascular systems, such as osteochondrosis, peripheral and central paralysis and paresis, limb defects, spinal pathology, for the treatment of children with cerebral palsy and other combined pathologies.
В России и за рубежом в последние десятилетия были разработаны различные типы функциональных электростимуляторов. In Russia and abroad, in recent decades, various types of functional electrical stimulators have been developed.
В последующих подобных разработках все необходимые регулировки были возложены на управляющую компьютерную программу, что не только намного удобнее, но и позволяет гибко изменять программу стимуляции (патент РФ N2 2082452, 1997г.). Для того чтобы избежать применения длинного кабеля, соединяющего пациента и управляющий компьютер, было разработано устройство, где кабель заменен In subsequent similar developments, all the necessary adjustments were assigned to the control computer program, which is not only much more convenient, but also allows you to flexibly change the stimulation program (RF patent N2 2082452, 1997). In order to avoid the use of a long cable connecting the patient and the control computer, a device was developed where the cable is replaced
радиоканалом (патент РФ N2 2126276, 1999г.). Применение радиоканала делает пациента автономным, но с другой стороны, самостоятельные передвижения пациента могут привести к тому, что он окажется вне зоны действия приемо-передающего устройства. В данном устройстве имеется возможность выбора установки radio channel (RF patent N2 2126276, 1999). The use of the radio channel makes the patient autonomous, but on the other hand, independent movement of the patient can lead to the fact that he will be outside the coverage of the transceiver. This device has the ability to select the installation
гониометрических датчиков на коленный или тазобедренный сустав, однако goniometric sensors on the knee or hip joint, however
использовать датчики на обоих суставах одновременно не представляется возможным. Кроме этого техническое исполнение не позволяет выполнять блок стимулятора в одном корпусе, приспособленном для ношения его пациентом, поэтому блок был разделен на стационарный и носимый. using sensors on both joints at the same time is not possible. In addition, the technical design does not allow the stimulator unit to be carried out in one housing adapted to be worn by the patient, therefore, the unit was divided into stationary and wearable.
Фирмой «Огонек», Москва, разработан прибор "Мультимиостим - АКорД-08". Этот прибор предназначен для электростимуляции мышц при ходьбе, имеет восемь каналов
стимуляции мышц и гониометрический датчик для коленного сустава и является автономным устройством, которое подключают к компьютеру только для загрузки программы стимуляции. Автономная работа прибора является одним из The Ogonyok company, Moscow, developed the Multimiostim - AKorD-08 device. This device is designed for electrical stimulation of muscles when walking, has eight channels muscle stimulation and a goniometric sensor for the knee joint and is a stand-alone device that is connected to a computer only to download the stimulation program. Autonomous operation of the device is one of
привлекательных его качеств. Данный прибор имеет грубые настройки режимов стимуляции и самый главный недостаток - это неточная установка временной программы стимуляции. Цикл шага в программе данного прибора делится только на 16 частей. Поэтому максимальная, теоретически возможная точность установки its attractive qualities. This device has rough settings for stimulation modes and the most important drawback is the inaccurate setting of the temporary stimulation program. The step cycle in the program of this device is divided into only 16 parts. Therefore, the maximum, theoretically possible installation accuracy
временной программы работы мышцы оказывается значительно ниже допустимого уровня. Существенным недостатком данного прибора является то, что он позволяет проводить синхронизацию только от одного датчика движений коленного сустава, т.е. обе стороны (правая и левая) синхронизируются от датчика, находящегося на одной из сторон. Указанная конструктивная особенность значительно ограничивает возможность использования данного прибора, который может быть использован только для практически периодической ходьбы при условии сохранного коленного сустава. the temporary work program of the muscle is much lower than the permissible level. A significant disadvantage of this device is that it allows synchronization from only one knee motion sensor, i.e. both sides (right and left) are synchronized from the sensor located on one of the sides. The indicated design feature significantly limits the possibility of using this device, which can only be used for almost periodic walking, provided that the knee joint is intact.
Собственно прибор состоит из носимого на поясе блока с аккумуляторной батареей, стимулирующих электродов и датчика движений в коленном суставе. The device itself consists of a battery-worn unit on the belt, stimulating electrodes and a motion sensor in the knee joint.
Наиболее близким решением, выбранным за прототип, является способ и устройство для программируемой электростимуляции мышц (Патент РФ N2 2265461). Устройство позволяет проводить точную, дозированную электростимуляцию с возможностью проведения предварительной биомеханической диагностики и контроля стимуляции в режиме реального масштаба времени. Это наиболее совершенный комплекс из аналогов. Однако, в нём связь с пациентом осуществляется по кабелю, что существенно ограничивает его свободу. Кроме этого, применяемые традиционные биомеханические датчики и электроды требуют установки значительного количества сдавливающих конечности или туловище эластичных манжет. Каждый электрод или The closest solution selected for the prototype is a method and device for programmed electrical stimulation of muscles (RF Patent N2 2265461). The device allows for accurate, metered electrical stimulation with the possibility of preliminary biomechanical diagnostics and stimulation control in real time. This is the most perfect complex of analogues. However, in it communication with the patient is carried out by cable, which significantly limits his freedom. In addition, the traditional biomechanical sensors and electrodes used require the installation of a significant number of squeezing limbs or the body of elastic cuffs. Each electrode or
синхронизирующий биомеханический датчик имеет связь со стимулирующим блоком по кабелю, так, что максимальное количество кабелей на пациенте может доходить до 20 штук. a synchronizing biomechanical sensor is connected to the stimulating unit by cable, so that the maximum number of cables on a patient can reach up to 20 pieces.
Любое из рассмотренных выше устройств имеет общие для заявляемого устройства признаки: наличие в конструкции собственно блока стимулятора, электродов, устанавливаемых на мышцы, синхронизирующих биомеханических датчиков,
компьютера с управляющей программой, соединительных линий и дополнительных приспособлений. Any of the above devices has common features for the claimed device: the presence in the design of the actual stimulator block, electrodes mounted on the muscles, synchronizing biomechanical sensors, a computer with a control program, trunks, and accessories.
Перечисленные аналоги, кроме этого имеют ряд общих перечисленных ниже ограничений, которые существенно влияют на возможность использования метода функциональной электростимуляции для различных категорий больных. The listed analogues, in addition, have a number of common limitations listed below, which significantly affect the possibility of using the method of functional electrical stimulation for various categories of patients.
Ограничения следующие: The limitations are as follows:
1. Невозможность использования программируемой стимуляции вне стен лечебного учреждения, что связано с несколькими факторами: 1. The inability to use programmed stimulation outside the walls of the hospital, which is associated with several factors:
A) Сложностью установки электродов, синхронизирующих датчиков, которая требует соответствующих навыков и квалификации и в ряде случаев вообще не может быть выполнена самим пациентом в силу анатомических особенностей строения тела человека. A) The complexity of installing electrodes, synchronizing sensors, which requires appropriate skills and qualifications and in some cases cannot be performed by the patient himself due to the anatomical features of the structure of the human body.
Б) Передача управляющих сигналов и получение информации с синхронизирующих датчиков идёт по кабелю. В тех системах, где происходит отсоединение от кабеля, процесс стимуляции продолжается автоматически без передачи информации о работе стимулирующих каналов и синхронизирующих датчиков по беспроводной связи. B) The transmission of control signals and the receipt of information from synchronizing sensors is via cable. In those systems where disconnection from the cable occurs, the stimulation process continues automatically without transmitting information about the operation of stimulating channels and synchronizing sensors wirelessly.
B) Метод программируемой стимуляции предполагает ежедневные процедуры длительностью до 1 часа, курсом по 10-15 процедур. Данное обстоятельство так же существенно ограничивает пропускную способность в условиях лечебного учреждения и имеет экономические ограничения, связанные с возможностью задействовать квалифицированный медицинский персонал. B) The method of programmed stimulation involves daily procedures lasting up to 1 hour, a course of 10-15 procedures. This circumstance also significantly limits the throughput in a hospital setting and has economic limitations associated with the ability to engage qualified medical personnel.
2. Невозможность использования синхронизирующих биомеханических датчиков в виде отдельных устройств (гониометров движений в суставах и опорных датчиков для стопы) без помощи квалифицированного медицинского персонала. Сложность их установки на теле пациента. 2. The inability to use synchronizing biomechanical sensors in the form of separate devices (goniometers of movements in the joints and support sensors for the foot) without the help of qualified medical personnel. The complexity of their installation on the patient’s body.
Каждый датчик требует применения специального крепления на теле пациента и наличие длинного кабеля, соединяющего его с блоком стимуляции. Крепления гониометрических датчиков сдавливают конечность и препятствуют её нормальному кровоснабжению. Длинный кабель синхронизирующего биомеханического датчика так же требует специальной укладки на теле, чтобы позволять конечности свободно двигаться и не задевать за внешние препятствия.
3. Невозможность использования для синхронизации биомеханических событий, связанных с перемещением различных сегментов тела. Each sensor requires the use of a special mount on the patient's body and the presence of a long cable connecting it to the stimulation unit. Mounts of goniometric sensors compress the limb and interfere with its normal blood supply. The long cable of the synchronizing biomechanical sensor also requires special laying on the body in order to allow the limbs to move freely and not to touch outside obstacles. 3. The inability to use for synchronization of biomechanical events associated with the movement of various segments of the body.
Применение в качестве синхронизирующих только датчиков угла движений в суставе и опорных датчиков требует постоянного наблюдения за процессом лечения и The use as synchronizing sensors of the angle of motion in the joint and support sensors only requires constant monitoring of the treatment process and
соответственно работы высококвалифицированных медицинских кадров, поскольку характеристики, регистрируемые ими подвержены изменению, в том числе, в результате самой программируемой стимуляции, утомления пациента, ослабления крепежа гониометрических датчиков, смещения опорных датчиков. Кроме этого, данные виды синхронизирующих датчиков не всегда могут быть использованы, например, при нарушении периодичности движений в суставах или наступании стопы на опору. accordingly, the work of highly qualified medical personnel, since the characteristics recorded by them are subject to change, including as a result of the programmable stimulation itself, patient fatigue, weakening of the fastening of goniometric sensors, and displacement of reference sensors. In addition, these types of synchronizing sensors can not always be used, for example, if the frequency of movement in the joints is violated or the foot steps on the support.
4. Невозможность, а для ряда заболеваний - существенные затруднения и в 4. Impossibility, and for a number of diseases - significant difficulties in
использовании имеющихся систем. using existing systems.
Существующие аналоги имеют ряд ограничений при использовании, поскольку они, в значительной степени, ориентированы для работы в режиме ходьбы пациента, что значительно уменьшает возможности программируемой стимуляции для лечения патологии верхних конечностей и позвоночника, где ходьба не является основной локомоцией. Existing analogues have a number of limitations when using, since they are, to a large extent, oriented to work in the patient’s walking mode, which significantly reduces the possibilities of programmed stimulation for the treatment of pathology of the upper limbs and spine, where walking is not the main locomotion.
5. В описанных устройствах реализовано техническое решение с применением одного стимулирующего блока, из которого идут кабели стимулирующих каналов и 5. In the described devices, a technical solution is implemented using one stimulating unit, from which the cables of the stimulating channels and
синхронизирующих датчиков. Это существенно усложняет процедуру установки всего комплекта оборудования. Стимулирующие электроды, как правило, крепятся synchronizing sensors. This greatly complicates the installation procedure for the entire set of equipment. Stimulating electrodes are usually attached
круговыми манжетами, которые затрудняют движение и кровоток в конечности. К каждому электроду подходит собственный кабель, который нужно смонтировать на пациенте таким образом, чтобы он не мешал движению и не мог быть задет и выдернут из гнезда. circular cuffs that impede movement and blood flow in the limb. Each electrode has its own cable, which must be mounted on the patient so that it does not interfere with movement and cannot be touched and pulled out of the socket.
6. Невозможность произвольного наращивания числа стимулирующих каналов. 6. The inability to arbitrarily increase the number of stimulating channels.
В существующих комплексах количество стимулирующих каналов фиксировано и определяется конструкцией стимулирующего блока (обычно не больше 8), поэтому их число не может быть изменено. In existing complexes, the number of stimulating channels is fixed and is determined by the design of the stimulating block (usually not more than 8), so their number cannot be changed.
7. Невозможность проводить диагностическое электромиографическое исследование в
виде функциональной поверхностной электромиограммы в процессе движения. 7. The inability to conduct a diagnostic electromyographic study in in the form of a functional surface electromyogram during movement.
Технология программируемой электрической стимуляции направлена на изменение фазовой биоэлектрической активности мышцы. Однако существующие приборы для её проведения не имеют возможности регистрации собственно функциональной электромиограммы. The technology of programmed electrical stimulation is aimed at changing the phase bioelectric activity of the muscle. However, existing devices for its implementation do not have the ability to register the actual functional electromyogram.
Для преодоления указанных выше ограничений был разработан предлагаемый комплекс диагностики и программируемой стимуляции с изолированными, To overcome the above limitations, the proposed complex of diagnostics and programmed stimulation with isolated
управляемыми по радио каналами. radio-controlled channels.
Техническим результатом настоящего изобретения является возможность обеспечения точной программируемой электростимуляции мышц и коррекции движения в различных периодических локомоциях и проведении локомоторно ориентированной стимуляции для обездвиженных больных, как в условиях лечебного учреждения, так и вне его самостоятельно самим пациентом. The technical result of the present invention is the ability to provide accurate programmable electrical stimulation of muscles and movement correction in various periodic locomotions and conducting locomotor-oriented stimulation for immobilized patients, both in a medical institution and outside it by the patient himself.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На Фиг.1 показан принцип работы устройства электростимуляции мышц, где 1 - мышца пациента, 2 - канал электростимуляции в отдельном корпусе, 3 - управляющий компьютер, 4 - устройство беспроводной связи. Figure 1 shows the principle of operation of the device for electrical stimulation of muscles, where 1 is the patient’s muscle, 2 is the channel of electrical stimulation in a separate building, 3 is the control computer, 4 is a wireless communication device.
На Фиг.2 показано конструктивное устройство канала электростимуляции (а - блок- схема внутреннего устройства, б - вид снизу, в - вид сбоку), где 5 - источник питания, 6 - синхронизирующие датчики, 7 - канал регистрации электромиограммы, 8 - двусторонний канал передачи данных (устройство беспроводной связи), 9 - управляющий процессор, 10 - эле ктр о контакты на корпусе, 11 - клеящиеся электроды. Figure 2 shows the structural device of the electrostimulation channel (a - block diagram of the internal device, b - bottom view, c - side view), where 5 is the power source, 6 are synchronization sensors, 7 is the registration channel of the electromyogram, 8 is a two-way channel data transmission (wireless device), 9 - control processor, 10 - electrical contacts on the housing, 11 - adhesive electrodes.
Указанная задача решается за счет того, что (см. Фиг.1, Фиг. 2) в настоящем изобретении собственно канал электростимуляции мышц при ходьбе и при различных This problem is solved due to the fact that (see Fig. 1, Fig. 2) in the present invention, the actual channel of muscle electrical stimulation when walking and with various
периодических локомоциях, отличных от ходьбы, включая локомоции верхних конечностей и туловища, выполнен автономным в одном корпусе (2) с источником питания (5), управляющим процессором (9), синхронизирующими датчиками (6) инерционного типа (акселерометров и гироскопов), канала регистрации
электромиограммы (7), двусторонним каналом (8) передачи данных по радио и управления из программного пакета по радиоканалу от управляющего компьютера (3) через устройство беспроводной связи (4), подключенное к нему. При этом количество одновременно используемых автономных каналов может наращиваться произвольно. Способ программируемой электростимуляции мышц при периодических локомоциях пациента, заключающийся в том, что электростимуляцию мышц выполняют periodic locomotion other than walking, including locomotion of the upper limbs and trunk, made autonomous in one building (2) with a power source (5), a control processor (9), inertia-type synchronization sensors (6) (accelerometers and gyroscopes), a recording channel electromyograms (7), a two-way channel (8) for transmitting data via radio and control from a software package over a radio channel from a control computer (3) through a wireless device (4) connected to it. Moreover, the number of simultaneously used autonomous channels can increase arbitrarily. The method of programmed muscle electrical stimulation during periodic patient locomotion, which consists in the fact that muscle electrical stimulation is performed
стимулирующими импульсами от электродов, установленных на заранее определённые группы мышц, стимулирующие импульсы синхронизируют при помощи stimulating pulses from electrodes mounted on predefined muscle groups, stimulating pulses are synchronized with
биомеханических инерционных датчиков, отличающийся тем, что момент biomechanical inertial sensors, characterized in that the moment
синхронизации определяют по фазе и амплитуде каждого типа биомеханических инерционных датчиков, а в качестве биомеханических датчиков используются трёхкомпонентные акселерометры и гироскопы, причем используют клеящиеся электроды, соединенные с корпусом стимулирующего устройства, в который synchronization is determined by the phase and amplitude of each type of biomechanical inertial sensors, and three-component accelerometers and gyroscopes are used as biomechanical sensors, and adhesive electrodes connected to the housing of the stimulating device, in which
устанавливают все используемые датчики. Момент синхронизации определяют по фазе и амплитуде перемещения, вращения, наклона. Количество одновременно install all used sensors. The moment of synchronization is determined by the phase and amplitude of movement, rotation, tilt. Quantity at the same time
используемых отдельных устройств наращивают произвольно. Установку режимов стимуляции производят с учётом результата регистрации электромиограммы. used individual devices build up arbitrarily. The setting of stimulation modes is carried out taking into account the result of the registration of an electromyogram.
С целью упрощения методики и возможности её проведения пациентом In order to simplify the technique and the possibility of its implementation by the patient
самостоятельно канал стимуляции встраивают в корпус стимулирующего устройства, которое оснащают собственным источником питания, управляющим процессором и встроенными синхронизирующими датчиками, а режим его работы устанавливают врачом. Контроль проведения процедуры стимуляции и необходимая коррекция её параметров осуществляют посредством связи по радиоканалу устройства со independently, the stimulation channel is built into the body of the stimulating device, which is equipped with its own power supply, a control processor and built-in synchronization sensors, and the mode of its operation is set by the doctor. The control of the stimulation procedure and the necessary correction of its parameters is carried out by means of communication via the radio channel of the device with
стандартными устройствами беспроводной связи, осуществляющими получение и передачу данных в сети Интернет. standard wireless devices that receive and transmit data on the Internet.
Устройство автономной программируемой электростимуляции мышц пациента, содержащее блок, включающий канал стимуляции, канал регистрации A device for autonomous programmable electrical stimulation of a patient’s muscles, comprising a unit including a stimulation channel, a recording channel
электромиограммы, инерционные биомеханические датчики, канал двухсторонней радиосвязи, источник питания, электроды, устанавливаемые на мышцы пациента, компьютер с управляющей программой и устройством беспроводной связи, electromyograms, inertial biomechanical sensors, two-way radio communication channel, power supply, electrodes mounted on the patient’s muscles, a computer with a control program and a wireless device,
отличающиеся тем, что устройство выполнено с возможностью осуществления
независимой синхронизации от собственных датчиков или с аналогичных датчиков другого такого же устройства с осуществлением передачи данных по радиоканалу, причем устройство выполнено помещенным в отдельном компактном корпусе и выполнено с возможностью крепления к телу пациента посредством клеящихся электродов, расположенных на внешней стороне корпуса. Стимулирующий канал может быть выполнен в одном корпусе с синхронизирующими датчиками, источником питания и управляющим процессором. Устройство как вариант содержит инерционные датчики трёхкомпонентные гироскопы и акселерометры, функцией которых является синхронизация. characterized in that the device is arranged to independent synchronization from own sensors or from similar sensors of another of the same device with the implementation of data transmission over the air, the device is placed in a separate compact housing and is configured to be attached to the patient’s body by means of adhesive electrodes located on the outside of the housing. The stimulating channel can be made in one housing with synchronizing sensors, a power source and a control processor. The device as an option contains inertial sensors three-component gyroscopes and accelerometers, the function of which is synchronization.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Последовательность процедуры стимуляции состоит из: The sequence of the stimulation procedure consists of:
установки устройства (2) на стимулируемую мышцу (1) пациента с installation of the device (2) on the stimulated muscle (1) of the patient with
использованием клеящихся электродов (11), устанавливаемые на э ектр о контакты (10) на корпусе устройства (2), которые не вызывают сдавливания конечности и позволяют легко устанавливать устройство на мышцу (1) любого сегмента тела (туловище, конечности); using glued electrodes (11), contacts (10) mounted on the electrical outlet on the device body (2), which do not cause squeezing of the limb and make it easy to install the device on the muscle (1) of any segment of the body (trunk, limbs);
• регистрации данных электромиограммы (7) и инерционных датчиков (6) во время тестовых движений пациента с передачей их по радиоканалу (8) в реальном масштабе времени; • registration of electromyogram data (7) and inertial sensors (6) during test patient movements with their transmission over the air (8) in real time;
• анализа электромиограммы (7) и данных инерционных датчиков (6) в • analysis of an electromyogram (7) and data of inertial sensors (6) in
специализированном программном обеспечении и установки режима стимуляции и синхронизации по фазе и амплитуде с одного или нескольких инерционных датчиков (6), а так же вращения, наклона корпуса (2) устройства; specialized software and setting the mode of stimulation and synchronization in phase and amplitude from one or more inertial sensors (6), as well as rotation, tilt of the body (2) of the device;
• проверки работы стимулирующего канала и синхронизации с его работы с движением пациента в реальном режиме времени. • checking the operation of the stimulating channel and synchronization with its work with the movement of the patient in real time.
Аналогично проводится настройка других устройств по количеству стимулируемых мышц. Последний этап проверки работы может выполняться для всех работающих устройств сразу. После того, как режим работы устройств установлен они могут функционировать самостоятельно без связи с программным пакетом. При этом, если работают одновременно несколько устройств на одном пациенте для синхронизации
могут использоваться не только собственные инерционные датчики данного устройства, но таковые любого из устройств с передачей информации по радиоканалу. Similarly, other devices are tuned in terms of the number of muscles stimulated. The last stage of the operation check can be performed for all working devices at once. Once the operating mode of the devices is set, they can function independently without communication with the software package. Moreover, if several devices are working simultaneously on the same patient for synchronization not only their own inertial sensors of this device can be used, but those of any of the devices with the transmission of information over the air.
В отличие от используемых в аналогичных системах синхронизирующих датчиков в виде гониометров и опорных датчиков для стопы, предлагаемые в данном устройстве инерционные датчики - трёхкомпонентные акселерометры и гироскопы реагируют на перемещение данного сегмента тела независимо от других сегментов. Это наиболее важно для работы автономного канала, поскольку в штатном режиме необходимо использовать для синхронизации движения того же сегмента тела, где находится данное устройство. In contrast to the synchronization sensors used in similar systems in the form of goniometers and reference sensors for the foot, the inertial sensors proposed in this device - three-component accelerometers and gyroscopes respond to the movement of this body segment independently of other segments. This is most important for the operation of the autonomous channel, since in normal mode it is necessary to use to synchronize the movement of the same segment of the body where this device is located.
Для точной адаптации и настройки временной программы стимуляции предусмотрены следующие возможности автономного канала: For accurate adaptation and tuning of the temporary stimulation program, the following features of the autonomous channel are provided:
- определение длительности цикла шага или другого движения данного пациента, - determination of the duration of the step cycle or other movement of the patient,
- постоянный текущий анализ длительности цикла шага или цикла другого движения с настройкой параметров стимуляции по последнему циклу, - continuous current analysis of the duration of the step cycle or cycle of another movement with the adjustment of stimulation parameters for the last cycle,
- определение ритмичности шага или ритмичности другого циклического движения (при изменении ритмичности шага стимуляция прекращается и возобновляется при восстановлении ритмичности движения, в том числе и при изменившемся времени цикла движения). - determination of the rhythm of the step or the rhythm of another cyclic movement (when the rhythm of the step changes, the stimulation stops and resumes when the rhythm of the movement is restored, including when the time of the movement cycle has changed).
Для адаптации стимулирующего импульса к конкретному пациенту предусмотрена плавная установка интенсивности стимулирующего импульса из управляющего программного пакета. При необходимости изменения интенсивности стимуляции самим пациентом это может быть сделано посредством кнопок управления на самом устройстве или по каналу радиосвязи. To adapt the stimulating impulse to a specific patient, a smooth installation of the intensity of the stimulating impulse from the control software package is provided. If it is necessary to change the intensity of stimulation by the patient himself, this can be done using the control buttons on the device itself or via a radio channel.
Если пациент не в состоянии производить движения, то устройство может проводить ритмическую стимуляцию в соответствии с установленной временной программой. При использовании нескольких устройств можно организовать согласованную по If the patient is not able to make movements, then the device can conduct rhythmic stimulation in accordance with the established time program. When using multiple devices, you can arrange
радиоканалу стимуляцию, например, в режиме ходьбы или других ритмических движений. radio channel stimulation, for example, in walking mode or other rhythmic movements.
Предлагаемый комплекс является устройством диагностики и программируемой электростимуляции мышц и состоит из оборудования, устанавливаемого на пациенте, и оборудования, монтируемого отдельно.
Непосредственно на мышце (1) пациента фиксируют автономное устройство (2) посредством двух адгезивных электродов (11). The proposed complex is a diagnostic device and programmable electrical stimulation of muscles and consists of equipment installed on the patient and equipment mounted separately. An autonomous device (2) is fixed directly on the patient’s muscle (1) by means of two adhesive electrodes (11).
Для получения и анализа диагностической информации, а так же установки режимов стимуляции используется программное обеспечение для компьютеров и других устройств, имеющих в своём составе или позволяющих подключить стандартные виды беспроводной связи. To obtain and analyze diagnostic information, as well as set stimulation modes, software is used for computers and other devices that incorporate or allow connecting standard types of wireless communications.
В зависимости от состояния пациента сеанс электростимуляции проводят, как правило, ежедневно, продолжительностью 20-60 мин. Общее количество процедур до 10 и более для достижения необходимого эффекта.
Depending on the condition of the patient, an electrical stimulation session is carried out, as a rule, daily, lasting 20-60 minutes. The total number of procedures is up to 10 or more to achieve the desired effect.
Claims
1. Способ программируемой электростимуляции мышц при периодических локомоциях пациента, заключающийся в том, что электростимуляцию мышц выполняют 1. The method of programmed muscle electrical stimulation during periodic patient locomotion, which consists in the fact that muscle electrical stimulation is performed
стимулирующими импульсами от электродов, установленных на заранее определённые группы мышц, стимулирующие импульсы синхронизируют при помощи stimulating pulses from electrodes mounted on predefined muscle groups, stimulating pulses are synchronized with
биомеханических инерционных датчиков, отличающийся тем, что момент biomechanical inertial sensors, characterized in that the moment
синхронизации определяют по фазе и амплитуде каждого типа биомеханических инерционных датчиков, а в качестве биомеханических датчиков используются трёхкомпонентные акселерометры и гироскопы, причем используют клеящиеся электроды, соединенные с корпусом стимулирующего устройства, в который synchronization is determined by the phase and amplitude of each type of biomechanical inertial sensors, and three-component accelerometers and gyroscopes are used as biomechanical sensors, and adhesive electrodes connected to the housing of the stimulating device, in which
устанавливают все используемые датчики. install all used sensors.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что момент синхронизации определяют по фазе и амплитуде перемещения, вращения, наклона. 2. The method according to p. 1 characterized in that the synchronization moment is determined by the phase and amplitude of movement, rotation, tilt.
3. Способ по п. 1 отличающийся тем, что количество одновременно используемых отдельных устройств наращивают произвольно. 3. The method according to p. 1, characterized in that the number of simultaneously used individual devices is increased arbitrarily.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что установку режимов стимуляции производят с учётом результата регистрации электромиограммы. 4. The method according to claim 1, characterized in that the setting of the stimulation modes is carried out taking into account the result of the registration of the electromyogram.
5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что с целью упрощения методики и возможности её проведения пациентом самостоятельно канал стимуляции встраивают в корпус стимулирующего устройства, которое оснащают собственным источником питания, управляющим процессором и встроенными синхронизирующими датчиками, а режим его работы устанавливают врачом. 5. The method according to claim 1, characterized in that, in order to simplify the methodology and the possibility of its implementation by the patient, the stimulation channel is built into the stimulator device body, which is equipped with its own power supply, control processor and built-in synchronization sensors, and its operation mode is set by the doctor.
6. Способ по п. 1 отличающийся тем, что контроль проведения процедуры стимуляции и необходимая коррекция её параметров осуществляют посредством связи по 6. The method according to p. 1 characterized in that the control of the stimulation procedure and the necessary correction of its parameters is carried out through communication
радиоканалу устройства со стандартными устройствами беспроводной связи, осуществляющими получение и передачу данных в сети Интернет. a device’s radio channel with standard wireless devices that receive and transmit data on the Internet.
7. Устройство автономной программируемой электростимуляции мышц пациента, содержащее блок, включающий канал стимуляции, канал регистрации 7. Device autonomous programmable electrical stimulation of the muscles of the patient, containing a block including a stimulation channel, a registration channel
электромиограммы, инерционные биомеханические датчики, канал двухсторонней радиосвязи, источник питания, электроды, устанавливаемые на мышцы пациента, компьютер с управляющей программой и устройством беспроводной связи, отличающиеся тем, что устройство выполнено с возможностью осуществления независимой синхронизации от собственных датчиков или с аналогичных датчиков другого такого же устройства с осуществлением передачи данных по радиоканалу, причем устройство выполнено помещенным в отдельном компактном корпусе и выполнено с возможностью крепления к телу пациента посредством клеящихся электродов, расположенных на внешней стороне корпуса. electromyograms, inertial biomechanical sensors, two-way radio communication channel, power source, electrodes mounted on the patient’s muscles, a computer with a control program and a wireless communication device, characterized in that the device is capable of independently synchronizing from its own sensors or from similar sensors of another of the same devices by transmitting data via a radio channel, the device being placed in a separate compact housing and configured to fastening to the patient’s body by means of adhesive electrodes located on the outside of the case.
8. Устройство по п.7 отличающееся тем, что стимулирующий канал выполнен в одном корпусе с синхронизирующими датчиками, источником питания и управляющим процессором. 8. The device according to claim 7, characterized in that the stimulating channel is made in one housing with synchronizing sensors, a power source and a control processor.
9. Устройство по п.7 отличающееся тем, что содержит инерционные датчики трёхкомпонентные гироскопы и акселерометры, функцией которых является синхронизация. 9. The device according to claim 7, characterized in that it contains inertial sensors, three-component gyroscopes and accelerometers, the function of which is synchronization.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/001031 WO2013100776A1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/001031 WO2013100776A1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013100776A1 true WO2013100776A1 (en) | 2013-07-04 |
Family
ID=48698073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/001031 WO2013100776A1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2013100776A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6397151B1 (en) * | 1997-06-11 | 2002-05-28 | Casio Computer Co., Ltd. | Impulse force estimating device, impulse force estimating method, and medium storing impulse force estimation program |
RU2265461C1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-12-10 | ООО "Научно-медицинская фирма "МБН" | Method and device for carrying out programmed muscle electrostimulation |
RU2009138322A (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-27 | Дмитрий Вячеславович Ишутин (RU) | METHOD OF AUTONOMOUS PROGRAMMABLE ELECTRIC STIMULATION OF MUSCLES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2011
- 2011-12-28 WO PCT/RU2011/001031 patent/WO2013100776A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6397151B1 (en) * | 1997-06-11 | 2002-05-28 | Casio Computer Co., Ltd. | Impulse force estimating device, impulse force estimating method, and medium storing impulse force estimation program |
RU2265461C1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-12-10 | ООО "Научно-медицинская фирма "МБН" | Method and device for carrying out programmed muscle electrostimulation |
RU2009138322A (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-27 | Дмитрий Вячеславович Ишутин (RU) | METHOD OF AUTONOMOUS PROGRAMMABLE ELECTRIC STIMULATION OF MUSCLES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7410993B2 (en) | Gait adjustment systems and devices and their use | |
Lyons et al. | A review of portable FES-based neural orthoses for the correction of drop foot | |
US9272139B2 (en) | Universal closed-loop electrical stimulation system | |
US10046161B2 (en) | Neuroprosthetic system restoring upper limb function through coordinated electrical stimulation | |
US11672982B2 (en) | Control system for movement reconstruction and/or restoration for a patient | |
US20180110669A1 (en) | Non-invasive mechatronic device providing joint mobility | |
JP7141205B2 (en) | Active closed loop medical system | |
US10271768B1 (en) | Method for determining rehab protocol and behavior shaping target for rehabilitation of neuromuscular disorders | |
US11752342B2 (en) | System for neuromodulation | |
US11524159B2 (en) | Control system for closed-loop neuromodulation | |
ES2927972T3 (en) | Functional electrical stimulation system that offers coordinated and natural movements | |
US20210290482A1 (en) | Wearable Focal Vibration Device and Methods of Use | |
EP3938025B1 (en) | Integrated device for electromyography and electrotherapy | |
US20150335521A1 (en) | System and method for proprioceptive stimulation, movement monitoring and characterisation | |
CN112870011B (en) | Electric stimulation combined exoskeleton auxiliary walking system | |
AU2020428552A1 (en) | Method and system for automated neuromodulation through machine learning | |
RU2437687C2 (en) | Method of independent programmed muscle electrostimulation and device for implementation thereof | |
CA3213013A1 (en) | Artificial intelligence-based shoulder activity monitoring system | |
CN214285770U (en) | Brain injury function training device based on brain-computer interface | |
CN213130701U (en) | Affected limb local sensation triggering type cerebral apoplexy hindhand function rehabilitation therapeutic apparatus | |
RU2645928C1 (en) | Method of rehabilitation of functional diseases of the supporting-motor apparatus | |
RU2265461C1 (en) | Method and device for carrying out programmed muscle electrostimulation | |
CN111803351A (en) | Affected limb local sensation triggering type cerebral apoplexy hindhand function rehabilitation therapeutic apparatus | |
WO2013100776A1 (en) | Method for autonomous programmable electrical muscle stimulation and device for implementing same | |
RU170403U1 (en) | WIRELESS ELECTRON NEUROSTIMULATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11878460 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11878460 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |