ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в приборах для реабилитации опорно-двигательного аппарата после лечения травм, переломов нижних конечностей, для коррекции ходьбы и для тренировки отдельных групп мышц спортсменов путем электростимуляции.

Известно устройство для коррекции движений человека при ходьбе, которое содержит задатчик программ электростимуляции, датчик информации и датчик фронтальных колебаний туловища. Это устройство имеет только один канал стимуляции и не может при ходьбе обеспечить электростимуляцию мышц-антагонистов обеих ног, что снижает эффективность лечения и реабилитации.

Известен корректор движений, содержащий два датчика синхронизации и два канала стимуляции. Известное устройство, принятое как прототип, не обеспечивает параллельную электростимуляцию многих мышц опорно-двигательного аппарата одновременно. Устройство-прототип содержит два датчика синхронизации, формирователь управляющих импульсов тренинга, в каждом канале имеет блок регулируемой задержки, формирователь пачки стимулирующих импульсов и выходной каскад с двумя электродами.

К недостаткам устройства-прототипа относится нечеткое определение начала разгибания ноги, низкая надежность датчиков синхронизации, пониженные эксплуатационные качества (отсутствие двухтонального звукового задатчика ритма движений, отсутствие визуального контроля наличия синхронизирующих импульсов), наличие болевых ощущений у пациента в период настройки каналов стимуляции.

На фиг.1 дана блок-схема электростимулятора; на фиг.2 конструкция углового датчика; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2.

Электростимулятор содержит первый датчик синхронизации 1 и второй датчик синхронизации 2, каждый из которых состоит из углового датчика 3 и компаратора 4 с двумя выходами для пусковых импульсов, при этом выходы компараторов 4 являются выходами датчиков синхронизации 1 и 2. Блок стимулирующих импульсов 5 содержит генератор основной частоты 6, генератор модулирующей частоты 7 и формирователь стимулирующих импульсов 8, причем выходы упомянутых генераторов 6 и 7 соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя стимулирующих импульсов 8, а выход последнего является выходом блока стимулирующих импульсов 5. Блок оптической индикации 9 подключен к четырем выходам датчиков синхронизации 1 и 2 и содержит соответственно четыре сигнальные лампочки 10. Формирователь управляющих импульсов тренинга 11 своими первым, вторым, третьим и четвертым выходами соответственно соединен с четырьмя выходами двух датчиков синхронизации 1 и 2, а своим пятым и шестым выходами связан с входами двухтонального звукового генератора 12, снабженного динамиком 13. Электростимулятор также содержит источник питания 14 и несколько каналов стимуляции 15, например, восемь каналов, которые независимы друг от друга.

Каждый канал стимуляции 15 содержит сдвоенный переключатель 16, четыре входа которого соответственно соединены с выходами двух датчиков синхронизации 1 и 2, а два выхода переключателя 16 соединены с первым и вторым входами переключателя датчиков синхронизации 17, третий и четвертый входы которого с пятым и шестым выходами формирователя управляющих импульсов тренинга 11. Первый выход переключателя 17 и источник питания 14 соединены с входом блока регулируемой задержки 18, выход которого соединен с первым входом формирователя пачки стимулирующих импульсов 19. Второй вход этого формирователя 19 соединен с выходом блока стимулирующих импульсов 5, а выход формирователя 19 с выходным каскадом 20, с вторым выходом переключателя 17 и с оптическим индикатором 21. Выходной каскад 20 соединен с источником питания 14 и снабжен парой электродов 22. Угловой датчик 3 каждого датчика синхронизации 1 и 2 выполнен в виде двух бранш 23 и 24, которые расположены коллинеарно и посредством шарнира 25 соединены между собой смежными концами с возможностью взаимного поворота только в одну сторону на угол 130-150 градусов, для чего предусмотрены ограничители, предотвращающие разворот бранш 23 и 24 в обратную сторону и разворот в разрешенную сторону на угол более 150^о. Угловой датчик 3 содержит непрозрачный корпус 26 с продольным отверстием, на одном конце которого закреплен инфракрасный светодиод 27, корпус 26 посредством шарнира 28 закреплен на бранше 23 с возможностью ограниченного поворота. Светонепроницаемая трубка 29 с инфракрасным фотодиодом 30 на конце размещена в продольном отверстии корпуса 26 с возможностью продольного перемещения вдоль этого отверстия. Наружный конец трубки 29 посредством шарнира 31 закреплен на другой бранше 24. При коллинеарном расположении бранш 23, 24 трубка 29 параллельна браншам 23 и 24 и находится на расстоянии 15-20 мм от шарнира 25, а расстояние между светодиодом 27 и фотодиодом 30 минимально и равно 0,5-2,0 мм. Угловой датчик 3 содержит также необходимые контакты и проводники. При повороте бранши 23 по часовой стрелке трубка 29 постепенно выходит из корпуса 26, который также поворачивается на уменьшенный угол по часовой стрелке. При этом расстояние между светодиодом 27 и фотодиодом 30 увеличивается в зависимости от угла поворота бранш 23 и 24, т.е. от величины сгибания ноги в коленном суставе (бранши 23 и 24 закреплены соответственно на голени и на бедре с обеспечением расположения шарнира 25 по оси шарнира колена). Электрический сигнал, преобразуемый инфракрасным светодиодом 27 в световой инфракрасный поток, воспринимается инфракрасным фотодиодом 30 и вновь преобразуется им в электрический сигнал. Поскольку величина принимаемого фотодиодом 30 светового потока обратно пропорциональна квадрату расстояния между светодиодом 27 и фотодиодом 30, то по мере поворота бранши 23 уровень выдаваемого фотодиодом 30 электрического сигнала будет уменьшаться. Поскольку первоначальное расстояние между светодиодом 27 и фотодиодом 30 минимально (0,5-2,0 мм), то угловой датчик 3 особенно чувствителен в начале поворота, те. в начале разгибания ноги. Это очень важно для точности синхронизации электростимулятора.

Каждый угловой датчик 3 подает сигнал на свой компаратор 4, который после усиления сигнала определяет моменты изменения направления поворота бранш 23 и 24 с помощью интегрирующих схем (на фиг. не показаны), а в моменты начала сгибания и начала разгибания ноги выдает пусковые импульсы.

Ключи 32, 33, 34, 35, 36 используются при настройке каждого канала стимуляции 15 и для включения режима принудительного тренинга, когда угловые датчики 3 отключаются, а включается формирователь управляющих импульсов тренинга 11.

Рассмотрим работу электростимулятора на примере коррекции ходьбы человека после лечения травмы опорно-двигательного аппарата. Угловые датчики 3 закрепляют соответственно на левой и правой ногах пациента в области коленных суставов, но с обеспечением свободы сгибания-разгибания. При работе электростимулятора первые выходы датчиков синхронизации 1 и 2 выдают пусковые импульсы в моменты начала разгибания соответствующей ноги, а вторые выходы выдают пусковые импульсы в моменты начала разгибания соответствующей ноги. Каждый канал стимуляции 15 посредством переключателей 16 и 17 соединен с одним из выходов датчиков синхронизации 1 или 2. На фиг.1 показано, что первый канал стимуляции 15 подключен к датчику синхронизации 1, который закреплен на левой ноге, и, соответственно, к первому выходу этого датчика, где выдается импульс в момент начала сгибания ноги. Следовательно, первый канал стимуляции 15 используется для стимуляции мышц-сгибателей левой ноги пациента. Аналогично подключены остальные каналы стимуляции 15. Пусковой импульс от датчика синхронизации 1 или 2 подается в блок регулируемой задержки 18, который обеспечивает необходимую задержку срабатывания формирователя 19. Формирователь 19 обеспечивает возможность регулировки длительности пачки стимулирующих импульсов, которые поступают от блока 5. Затем импульсы поступают в выходной каскад 20, где они усиливаются и поступают на контакты 22, закрепленные на концах мышц.

От формирователя 19 сигналы поступают также на оптический индикатор 21 и на вход двухтонального звукового генератора 12, звук которого зависит от положения переключателя 17. Оптические индикаторы 21 всех каналов стимуляции 15 могут работать одновременно, а звуковой индикатор может работать только в одном канале.

Для настройки каждого канала стимуляции 15 при состоянии покоя пациента пусковые импульсы подают на блок регулируемой задержки 18, посредством которого с учетом ощущений пациента регулируют величину задержки импульсов, длительность и амплитуду импульсов. Настройку всех каналов стимуляции производят поочередно. После настройки всех каналов стимуляции производится процесс лечебного или тренировочного стимулирования мышц в ходьбе пациента. При ходьбе происходит автоматическая подача пусковых импульсов с датчиков синхронизации 1 и 2 и выработка стимулирующих воздействий на мышцы-антагонисты обеих ног. В процессе ходьбы возможна регулировка врачом всех параметров электростимуляции, так как на пациенте закреплены лишь датчики синхронизации 1 и 2 и электроды 22 всех каналов стимуляции 15, а остальные части электростимулятора размещены в корпусе, который установлен стационарно и соединен с элементами на теле пациента многометровым гибким многожильным кабелем, позволяющим пациенту свободно ходить в спортивном зале или на ограниченной площадке.

Для принудительной тренировки отдельных мышц при состоянии покоя пациента или в отдельных движениях пациента датчики 1 и 2 отключают, а включают формирователь управляющих импульсов тренинга 11, который содержит (на фиг. не указано) генератор регулируемой частоты 2-20 Гц, десятичный счетчик, выходы которого соединены с входами переключателя 16. Десятичный счетчик выдает сигналы на сгибание и разгибание левой и правой ног, соответствующие ходьбе нормального человека. Десятичный счетчик также управляет двухтональным звуковым генератором 12, который выдает звуковые сигналы в моменты опоры левой ноги (более высокий звук) и правой ноги (более низкий звук).

Блок стимулирующих импульсов 5 содержит генератор основной частоты 6 (20-60 кГц) и генератор модулирующей частоты 7 (30-100 Гц), которые подают импульсы в формирователь стимулирующих импульсов 8, где они объединяются по схеме "И", усиливаются по амплитуде и подаются на входы формирователя пачек стимулирующих импульсов 19 всех каналов стимуляции 15.

Использование предложенного электростимулятора в практике коррекции движения и реабилитации мышц травмированных спортсменов показало его эффективность, снижение длительности реабилитационного процесса. Более точная авторегулировка пусковых импульсов при ходьбе с разными ритмами и возможность тренировки отдельных групп мышц в заданном темпе обеспечивают выполнение правильных движений пациента. Возможность принудительного тренинга в состоянии покоя пациента и использование звукового лидера повышает эффективность работы врача, а использование двух частот для формирования стимулирующих импульсов позволяет снизить болевые ощущения у пациента при настройке каналов стимуляции.

Использование: в медицинской технике, а именно в приборах для реабилитации опорно-двигательного аппарата после лечения травм и переломов нижних конечностей, для коррекции ходьбы, для тренировки отдельных мышц и групп мышц спортсменов и т.д. Сущность: электростимулятор содержит блок стимулирующих импульсов 5, датчики синхронизации 1 и 2, формирователь управляющих импульсов тренинга 11, несколько каналов стимуляции 15, в каждом из которох имеется блок регулируемой задержки 18, формирователь пачки стимулирующих импульсов 19 и выходной каскад 20 с двумя электродами 22. Каждый датчик синхронизации 1 и 2 содержит угловой датчик 3, в котором для более точного определения момента начала фазы сгибания конечности использованы инфракрасный светодиод и инфракрасный фотодиод, расстояние между которыми изменяется по мере увелечения угла сгибания конечности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, содержащий два датчика синхронизации, состоящий каждый из углового датчика и компаратора, соединенных через ключ, формирователь управляющих импульсов тренинга, блок стимулирующих импульсов, два канала стимуляции, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок регулируемой задержки, формирователь пачки стимулирующих импульсов и выходной каскад с двумя электродами, отличающийся тем, что введены дополнительные каналы стимуляции, введен блок оптической индикации, четыре входа которого соединены соответственно с четырьмя выходами датчиков синхронизации, и двухтональный звуковой генератор, причем первый, второй, третий и четвертый выходы формирователя управляющих импульсов тренинга соединены соответственно с четырьмя выходами датчиков синхронизации, а пятый и шестой выходы с первым и вторым входами двухтонального звукового генератора, блок стимулирующих импульсов выполнен в виде генератора основной частоты, генератора модулирующей частоты и формирователя стимулирующих импульсов, при этом выходы упомянутых генераторов соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя стимулирующих импульсов, выход которого является выходом блока стимулирующих импульсов, в каждый канал стимуляции введен сдвоенный переключатель, четыре входа которого соединены с четырьмя выходами датчиков синхронизации, и введен сдвоенный переключатель датчиков, первый и второй входы которого соединены с двумя выходами сдвоенного переключателя, третий и четвертый входы которого соединены с первым и вторым входами двухтонального звукового генератора, при этом первый выход сдвоенного переключателя датчиков соединен с входом блока регулируемой задержки, второй выход с входом выходного каскада, при этом выход блока стимулирующих импульсов соединен с вторым входом формирователя пачки стимулирующих импульсов. 2. Электростимулятор по п.1, отличающийся тем, что каждый угловой датчик выполнен в виде двух бранш, которые расположены коллинеарно и посредством шарнира соединены смежными концами с возможностью ограниченного взаимного поворота на угол 130 150^o в одну сторону, инфракрасного светодиода и инфракрасного фотодиода, которые размещены в непрозрачном корпусе оппозитно друг другу на расстоянии 0,5 2,0 мм между ними при коллинеарном положении бранш с возможностью увеличения этого расстояния по мере разворота бранш, причем инфракрасный светодиод кинематически связан с одной браншей, а инфракрасный фотодиод с другой браншей.