ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в аппаратах для коррекции ходьбы, реабилитации и тренировки скелетных мышц человека посредством электрической стимуляции.

Известно устройство для коррекции движения человека при ходьбе, которое содержит задатчик программ электростимуляции, датчик информации и датчик фронтальных колебаний туловища (авторское свидетельство СССР N 933102, кл. A 61 N 1/36, 1980). Однако это устройство имеет только один канал стимуляции и не может обеспечивать при ходьбе электростимуляцию мышц-антагонистов обеих ног, что снижает эффективность реабилитации и тренировки мышц.

Известен корректор движений, содержащий два датчика синхронизации и соответствующие им два канала стимуляции, а также генератор тренировочных импульсов, имеющий один выход (авторское свидетельство СССР N 1466758, кл. A 61 N 1/36, 1987). Это устройство не обеспечивает параллельную электростимуляцию мышц-сгибателей и мышц-разгибателей обеих ног при ходьбе, не позволяет по отдельности стимулировать многие мышцы опорно-двигательного аппарата, что снижает эффективность коррекции движения при ходьбе, реабилитации и тренировки скелетных мышц спортсмена.

На фиг. 1 дана функциональная схема предложенного электростимулятора; на фиг. 2 - электрическая схема датчика синхронизации с двумя выходами.

Электростимулятор содержит источник питания 1, первый датчик синхронизации 2 с первым выходом 3 и с вторым выходом 4, второй датчик синхронизации 5 с первым выходом 6 и с вторым выходом 7, генератор 8 тренировочных импульсов с необходимым диапазоном регулировки их частоты (как вариант), с первым выходом 9 и с вторым выходом 10, а также несколько каналов стимуляции 11, например восемь.

Каждый канал стимуляции 11 содержит последовательно соединенные сдвоенный переключатель 12 первых и вторых выходов (3,6 и 4,7) датчиков синхронизации 2 и 5, блок 14 регулируемой задержки, формирователь 15 пачки стимулирующих импульсов, запитанный генератором 16 стимулирующих импульсов, и выходной блок 17 с двумя разнополярными электродами 18. Источник питания 1 (батарея, преобразователь тока) соединен со всеми элементами электростимулятора, требующими электропитания ( на чертеже эти соединения условно не показаны), а также через выключатель 19 подсоединен к входу 20 блока 14 регулируемой задержки каждого канала стимуляции 11. Выходы 9 и 10 генератора 8 тренировочных импульсов по одному соединены с входами 21 и 22 переключателя 13 датчиков синхронизации. Оптический индикатор 23 стимулирующих импульсов через переключатель 24 соединен с выходом 25 формирователя 15 пачки стимулирующих импульсов. Звуковой индикатор 26 стимулирующих импульсов через выключатель 27 соединен с выходом 25 формирователя 15 пачки стимулирующих импульсов.

Каждый датчик синхронизации 2 и 5 выполнен с двумя выходами (соответственно 3,4 и 6,7) для пусковых импульсов для стимуляции мышц-антагонистов, например, обеих ног при коррекции ходьбы. Каждый датчик синхронизации 2 и 5 содержит угловой датчик, измеряющий угол сгибания в суставе конечности и состоящий из двух шарнирно соединенных бранш, на одной из которых закреплен корпус потенциометра с реостатом R в форме дуги окружности, а на другой - поворотный скользящий контакт ПСК, и двух компараторов К₁ и К₂, связанных с угловым датчиком. Каждый компаратор К₁ и К₂ содержит операционный усилитель А₁ или А₂, интегрирующую цепь R₂C₁ или R₄C₂ и сопротивления R₁ или R₂. Каждый операционный усилитель А₁ и А₂ включен по схеме компаратора, где опорное напряжение создает интегрирующая цепь R₂C₁. За счет тока зарядки и разрядки конденсатора С₁ (С₂) при изменении угла поворота скользящего контакта ПСК опорное напряжение изменяется более инерционно, чем напряжение на другом входе компаратора. В момент изменения направления движения поворотного скользящего контакта ПСК напряжение V становится либо больше, либо меньше опорного напряжения V_оп. Компаратор в этот момент меняет полярность напряжения на выходе и это используется как пусковой импульс. Таким образом, один выход датчика синхронизации 2 и 5 передает пусковой импульс в момент начала сгибания конечности, а другой выход передает пусковой импульс в момент начала разгибания этой же конечности. Каждый датчик 2 и 5 посредством бранш прикрепляется к конечности в области, например, коленного сустава, причем шарнир, соединяющий бранши, должен быть установлен примерно соосно с осью сустава, например коленного.

Электростимулятор может быть использован для реабилитации и тренировки различных скелетных мышц человека, для коррекции ходьбы травмированных пациентов и коррекции других движений. Pаботу электростимулятора рассмотрим на примерах коррекции ходьбы и тренировки отдельных мышц.

При коррекции движений человека при ходьбе, что необходимо при реабилитации мышц после травмирования опорно-двигательного аппарата, датчики 2 и 5 закрепляют соответственно на левой и правой ногах пациента в области коленных суставов с обеспечением свободы сгибания и разгибания. При этом первые выходы 3 и 6 датчиков 2 и 5 выдают пусковые импульсы в моменты начала сгибания соответствующей ноги, а вторые выходы 4 и 7 - пусковые импульсы в моменты начала разгибания соответствующей ноги. Посредством сдвоенного переключателя 12 и переключателя 13 каждый канал стимуляции 11 подсоединяется к одному из четырех выходов 3, 4, 6, 7 датчиков синхронизации 2 и 5.

На фиг. 1 показано, что первый канал стимуляции 11 подключен к датчику синхронизации 2, который закреплен на левой ноге пациента, и соответственно к первому выходу 3, по которому выдается пусковой импульс на разгибание конечности. Следовательно, первый канал стимуляции 11 должен использоваться для электростимуляции мышц-разгибателей левой ноги пациента. Аналогично подключаются остальные каналы стимуляции 11, при этом учитывается необходимое число стимулируемых мышц-антагонистов обеих ног. Пусковой импульс с выхода датчика синхронизации, например с первого выхода 3 датчика 2, через переключатели 12 и 13 подается на вход блока 14 регулируемой задержки, который обеспечивает необходимую задержку срабатывания формирователя 15. Формирователь 15 обеспечивает возможность регулировки длительности пачки стимулирующих импульсов, которые поступают от генератора 16 стимулирующих импульсов. С выхода 25 формирователя 15 сигналы поступают в выходной блок 17, где они усиливаются и регулируются по амплитуде, после чего они поступают к электродам 18, которые прикрепляются к концам стимулируемой мышцы. С выхода 25 формирователя 15 сигналы поступают также в оптический индикатор 23 и в звуковой индикатор 26 через выключатели 24 и 27.

Если в процессе коррекции ходьбы все оптические индикаторы 23 могут работать одновременно по всем каналам 11, то звуковой индикатор может быть включен в одном из каналов 11. Для настройки каждого канала стимуляции 11 в состоянии покоя пациента пусковые импульсы от источника питания 1 через выключатель 19 подают на вход 20 блока 14 регулируемой задержки, что позволяет с учетом состояния мышц и с учетом ощущений пациента отрегулировать величину задержки стимулирующих импульсов, длительность и амплитуду этих импульсов. Настройка каналов 11 производится поочередно. После настройки каналов 11 посредством переключателя 19 прерывается, подача импульсов от источника питания 1 к входу блока 14 каждого канала 11.

В процессе ходьбы пациента происходит автоматическая подача пусковых импульсов с датчиков синхронизации 2 и 5 и выработка стимулирующих воздействий на мышцы-антагонисты. В процессе ходьбы возможна регулировка врачом всех параметров электростимуляции, так как переключатели 12, 13, источник питания 1 и блоки 14-17 выполнены в корпусе, установленном стационарно, а датчики 2, 5 и электроды 18 всех каналов 11 закреплены на пациенте и соединены с корпусом многожильным гибким проводом достаточной длины для ходьбы в ограниченном пространстве, например в спортивном зале.

Для тренировки отдельных мышц в состоянии покоя или при определенных движениях датчики 2 и 5 отключают, а выходы 9, 10 генератора 8 тренировочных импульсов подключают к входам 21 и 22 переключателя 13. Производится аналогичная настройка каналов 11 в части регулировки задержки, длительности пачки и амплитуды стимулирующих импульсов, воздействующих на отдельные мышцы или их группы.

Использование электростимулятора в практике коррекции движения и реабилитации мышц травмированных спортсменов и других пациентов приводит к повышению эффективности и уменьшению срока реабилитационного и тренировочного процессов за счет увеличения числа каналов стимуляции 11 и числа стимулируемых мышц, за счет более точной авторегулировки пусковых импульсов при ходьбе с неравномерным ритмом и с отклонениями от параметров нормальной ходьбы, за счет возможности тренировки отдельных мышц и групп мышц в заданном темпе при выполнении сложных спортивных и трудовых движений. (56) Авторское свидетельство СССР N1466758, кл. A 61 N 1/36, 1987.

Использование: в медицинской технике в аппаратах для коррекции ходьбы, реабилитации и тренировки различных скелетных мышц человека посредством их электрической стимуляции. Сущность: электростимулятор содержит источник питания 1, генератор 16 стимулирующих импульсов, генератор 8 тренировочных импульсов, два датчика синхронизации 2 и 5 каждый с двумя выходами и несколько каналов стимуляции 11. Каждый канал 11 включает последовательно соединенные сдвоенный переключатель 12, переключатель 13 датчиков, блок 14 регулируемой задержки, формирователь 15 пачки стимулирующих импульсов, выходной блок 17 с двумя электродами 18, оптический индикатор 23 и звуковой индикатор 26 наличия стимулирующих импульсов. 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, содержащий два датчика синхронизации, генератор стимулирующих импульсов, сдвоенный переключатель, входами соединенный с датчиками и два канала стимуляции, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок регулируемой задержки, формирователь пачки стимулирующих импульсов и выходной блок, соединенный с двумя электродами, отличающийся тем, что введены дополнительные каналы стимуляции и дополнительные сдвоенные переключатели, по одному в каждый канал стимуляции, при этом в каждый канал стимуляции между сдвоенным переключателем и блоком регулируемой задержки введен переключатель датчиков синхронизации, входы которого соединены с выходами сдвоенного переключателя, а выход - с входом блока регулируемой задержки, при этом источник питания подключен к первому входу каждого канала стимуляции и через ключ соединен с входом блока регулируемой задержки, выходы датчиков синхронизации соединены с группой входов каждого дополнительного канала стимуляции, которые являются входами каждого сдвоенного переключателя, при этом второй вход формирователя пачки стимулирующих импульсов каждого канала является одним из его входов и соединен с выходом генератора стимулирующих импульсов, а выход формирователя пачки стимулирующих импульсов соединен с входом выходного блока, каждый датчик синхронизации выполнен с двумя выходами пусковых импульсов для мышц-антигонистов и содержит угловой датчик из двух шарнирно соединенных бранш, на одной из которых закреплен корпус потенциометра с реостатом в виде дуги, а на другой - поворотный скользящий контакт, и двух компараторов, связанных с угловым датчиком через RC-цепь, при этом выходы компараторов являются выходами датчиков. 2. Электростимулятор по п. 1, отличающийся тем, что в каждый канал стимуляции введен оптический индикатор стимулирующих импульсов, подключенный через ключ к выходу формирователя пачки стимулирующих импульсов. 3. Электростимулятор по п. 1, отличающийся тем, что в каждый канал стимуляции введен звуковой индикатор стимулирующих импульсов, подключенный через ключ к выходу формирователя пачки стимулирующих импульсов.