СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ И НАПРАВЛЕННОЙ ТРЕНИРОВКИ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1998 года по МПК A61B5/22 

Изобретение относится к способам определения функционального состояния нервно-мышечного аппарата (НМА) и направленной тренировки НМА человека путем определения электрической активности мышечных тканей и воздействия на мышцу (или группу мышц) и может быть использовано при прохождении курса лечения в стационарах, амбулаториях, домашних условиях для завершения лечения и реабилитации мышечных тканей.

Известно устройство, в котором реализован способ исследования динамики силовых движений по авт.св. СССР N 1473750, A 61 B 5/22, в котором определяются параметры максимального развиваемого усилия (время двигательной реакции, время нарастания и величина максимального усилия).

Известно устройство по авт. св. СССР N 1600704, A 61 B 5/22, в котором реализован способ исследования силы и статической выносливости мышц кисти рук. Диапазон измеряемых величин: величина усилия, развиваемая пациентом, величина минимально допустимого усилия, величина максимально допустимого усилия.

Известно устройство по авт. св. СССР N 1583093, A 61 B 5/22, в котором реализован способ определения функционального состояния НМА человека. Способ реализуется следующим образом: оценивают напряжение мышцы (т.е. в напряженном или расслабленном состоянии она находится); оценивают степень напряжения мышцы. Динамика напряжения мышцы во времени информирует о состоянии НМА испытуемого. Оценка максимально возможной частоты произвольных напряжений и расслаблений отдельной мышцы или группы мышц, временных интервалов перехода от мышечного расслабления к максимальному напряжению и обратно, максимума произвольного мышечного напряжения и длительности его удержания "до отказа", тонуса отдельной мышцы или группы мышц. Эти параметры определяют в состоянии покоя и после выполнения физических нагрузок, что позволяет одномоментно и объективно оценить уровень функционального состояния НМА и подвижность нервных процессов человека.

Известно устройство по авт. св. СССР N 1507331, A 61 B 5/22, в котором реализован способ исследования силы и статической выносливости мышц кистей рук для оценки функционального состояния двигательного аппарата.

Известен способ измерения интегрированной электрической активности мышц при ходьбе (см.сб. трудов ЦНИИПП, вып.67, 1983г., стр.55), в котором усиливают электрический потенциал мышцы, интегрируют его, преобразуют интегрированную активность мышцы в последовательность импульсов и подсчитывают импульсы за время ходьбы.

Известен способ для определения уровня нейромышечного блока у больного (пат. США N 4387723 - прототип), заключающийся в следующим:
- на электроды, которые крепятся к больному, подают электрические импульсы;
- к большому пальцу кисти больного крепят преобразователь для измерения силы его приведения, возникающего в ответ на стимуляцию;
- формируют электрический сигнал, пропорциональный величине приведения большого пальца;
- сопоставляют величину входного преобразователя с пороговой величиной, уровень которой больше фонового шума и и сигналов, связанных с нестимулированными беспорядочными движениями большого пальца;
- регистрируют значимую реакцию большого пальца на стимуляцию и сигнал преобразователя, уровень которого больше или меньше избранной пороговой величины;
- регистрируют стимулирующий контрольный сигнал, в ответ на который начинается стимуляция больного.

Рассмотренные аналоги и прототип либо обладают низкими функциональными возможностями, либо неудобны в эксплуатации.

Предложенный способ определения функционального состояния НМА человека позволяет расширить функциональные возможности и повысить удобство эксплуатации прибора, в котором реализован способ, а также позволяет повысить лечебный эффект путем введения обратной связи: "способ-пациент-реакция-способ".

С этой целью в способ определения функционального состояния НМА человека путем определения электрической активности мышечных тканей введены следующие новые операции и режимы:
- при электрическом воздействии на мышечную ткань импульсами частоту используют не более 200 Гц;
- выходное напряжение используют не более 120 В; - интегрирование выходного сигнала электрической активности мышцы осуществляют плавно при выборе постоянной времени τ ;
- выходное напряжение и частоту регулируют плавно в пределах соответственно от 0 до 120 В и от 0 до 200 Гц.

На чертеже показана блок-схема для реализации способа.

На чертеже даны датчик 1 температуры, первый усилитель 2, датчик 3 электрической активности мышцы, первый амплитудный детектор 4, интегратор 5, второй усилитель 6, первый коммутатор 7, первый АЦП8, блок 9 питания, делитель 10 напряжения, индикатор (вольтметр) 11, задающий генератор 12, ждущий мультивибратор 13, третий усилитель 14, второй амплитудный детектор 15, частотомер 16, второй коммутатор 17, второй АЦП18, чувствительные элементы 19, первый таймер 20, второй таймер 21. Выход датчика 1 температуры соединен с входом первого усилителя 2, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора 7, датчик 3, амплитудный детектор 4, интегратор 5, второй усилитель 6, первый коммутатор 7, первый АЦП8 и индикатор (вольтметр) 11 последовательно соединены. Задающий генератор 12, ждущий мультивибратор 13, третий усилитель 14, частотомер 16, второй коммутатор 17, второй АЦП 18 и первый таймер 20 последовательно соединены. Выход блока 9 питания соединен с входом делителя 10 напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора 7, первый выход третьего усилителя 14 соединены с входом второго амплитудного детектора 16, выход которого сочинен с четвертым входом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора 17 соединен с вторым таймером. Первый коммутатор 7, второй коммутатор 17, первый таймер 20, второй таймер 21 снабжены управляющими входами от панели управления (на чертеже не показано).

Для определения электрической активности мышечных тканей способ реализуется следующим образом.

Сигнал (электрический потенциал мышцы) с датчика 3, изменяющийся по амплитуде, поступает на амплитудный детектор 4 и далее на интегратор 5. На амплитудном детекторе 4 выделяется огибающая входного сигнала, а постоянная времени τ интегратора 5 выбирается таким образом, чтобы показания индикатора 11 изменялись плавно. Однополярный сигнал с интегратора 5 усиливается усилителем 6 и поступает на третий вход первого коммутатора 7 и далее - на вход АЦП8, а с выхода АЦП8 на индикатор 11. На второй вход первого коммутатора 7 через делитель напряжения 10 поступает сигнал с блока питания 9, который индуцирует выходное напряжение источника питания. На первый вход первого коммутатора 7 через первый усилитель 2 поступает сигнал с датчика 1 температуры.

Для подключения режима электрической стимуляции на четвертый вход первого коммутатора 7 поступает сигнал напряжения стимулятора (по цепочке: задающий генератор 11, ждущий мультивибратор 13, усилитель 14, второй амплитудный детектор 15). АЦП8 преобразует линейный аналоговый сигнал в семисегментный цифровой код, который отражается на индикаторе 11.

Регулировка выходного напряжения стимулятора осуществляется в пределах от 0 до 120 В, частота в пределах от 0 до 200 Гц.

Напряжение переменной частоты от задающего генератора 12 через ждущий мультивибратор 13, усилитель 14, второй амплитудный детектор 15, первый коммутатор 7 поступает на АЦП8 и далее - на индикатор 11. Этот же сигнал через ждущий мультивибратор 13, усилитель 14, частотомер 16 поступает на вход второго коммутатора 17 и затем - на второй АЦП18, а далее - на таймер 20. Это позволяет точно измерять и регулировать напряжение и частоту. Выход стимулятора через усилитель 14 и разъем подключен к чувствительным элементам 19 (электродам).

Функциональное состояние НМА определяется следующим образом. На исследуемой мышце или группе мышц закрепляют электроды 19 и по показаниям вольтметра 11 определяют электрическую активность мышцы. Пациент задает мышце или группе мышц максимальную нагрузку и удерживает эту нагрузку до полной невозможности (пока хватает силы) выполнения заданной статической работы, а таймер 20 контролирует длительность напряженного состояния мышцы.

При определении электрической активности мышечной ткани на мышцу воздействуют импульсами разной частоты и амплитуды для того, чтобы подобрать нужный режим стимулятора для каждой конкретной мышцы или группы мышц. Частоту и амплитуду подбирают до получения четкого ощущения под электродом 19 легкой монотонной вибрации. Затем интенсивность стимуляции можно плавно увеличить до появления болевого ощущения, а затем снизить до предболевого ощущения. Этим достигается оптимальный режим стимулятора.

Постоянная времени интегратора 5 выбирается с возможностью плавного изменения входного сигнала и влияет на определение функционального состояния НМА следующим образом: индикатор 5 должен быть чувствительным к плавным изменениям входного сигнала для того, чтобы было удобно считывать показания индикатора-вольтметра 11 и оптимальным образом настраивать индивидуальный режим стимулятора.

Направленная тренировка НМА человека осуществляется за счет обеспечения возможности задавать необходимые и достаточные режимы стимулятора НМА в каждом конкретном случае в зависимости от функционального состояния мышцы или группы мышц.

На исследуемой мышце или группе мышц закрепляют электроды 19 и по показаниям индикатора (вольтметра) 11 определяют электрическую активность мышцы. Пациент задает мышце или группе мышц максимальную нагрузку и удерживает эту нагрузку до полной невозможности выполнения заданной статической работы, а таймер 20 контролирует длительность напряженного состояния мышцы. Включение устройства осуществляется в два этапа: источник 9 питания включается тумблером, что индицируется свечением красного светодиода (на чертеже не показан). Включением кнопки "ВКЛ" устройство приводится в рабочее состояние, что индицируется свечением зеленого световода. Вольтметр 11 показывает напряжение питания равное 8,4±0,2В.

Режим "Динамометр"
К разъему "ДИНАМ" подключают шнур с датчиком (электродом). Электрод 19 укрепляют на исследуемой мышце, устанавливают при помощи вольтметра 11 значение напряжения, близкое к нулю, и измеряют электрическую активность мышцы, как описано выше. Длительность напряженного состояния мышцы контролируют таймером 20.

Режим стимулятора (тренировки).

Ручки регулировки устанавливают в крайнее левое положение. Не вставляя шнур в разъем, закрепляют электроды 19 на локализованном участке кожи. Вставляют шнур в разъем и включают стимулятор, нажав на кнопку "ВКЛ". Для противоболевой электрической стимуляции оптимальной является частота в пределах 40-100 Гц. Ее устанавливают ручкой регулировки частоты. Амплитуду сигнала подбирают отдельно в каждом случае стимуляции. Для этого, включив прибор ручкой регулировки "АМПЛИТ", постепенно (плавно) повышают амплитуду сигнала до получения четкого ощущения под электродом 19 в виде легкой монотонной вибрации. Затем интенсивность стимуляции можно увеличивать до болевого ощущения, а затем снизить амплитуды сигнала до предболевой интенсивности стимуляции. Для удобства эксплуатации предусмотрена возможность контроля амплитуды напряжения, прикладываемой к электродам 19, и время стимуляции, предварительно переключив индикатор "Таймер" с режима отображения частоты на режим "Таймер", нажатием кнопки "СЕК" и пуском таймера 21.

Режим таймера.

Режим таймера 20 используется для отображения времени работы динамометра, стимулятора, измерителя температуры и для измерения временных интервалов. Запускается таймер 20 следующим образом. Нажатием кнопки "СЕК" индикатор переключается в режим "Таймер", если он был подключен к измерению частоты стимуляторами запускается таймер кнопкой "ПУСК/СТОП", при повторном нажатии счет приостанавливается без сброса значения, для продолжения счета кнопка "ПУСК/СТОП" нажимается еще раз. Кнопка "СБРОС" осуществляет обнуление значения индикатора. При достижении показаний индикатора 99 мин 59 с индикатор сбрасывается, и счет начинается снова.

Режим измерения температуры.

Шнур с датчиком температуры вставляется в разъем "ТЕРМ" и нажимается кнопка "ТЕМПЕР". Датчиком щупа прикасаются к исследуемому объекту. На индикаторе 11 отображается текущее значение температуры. Схема работает следующим образом. Сигнал с датчика 3 электрической активности мышцы, изменяющийся по амплитуде, поступает на амплитудный детектор 4 и далее - на интегратор 5. На амплитудном детекторе 4 выделяется огибающая входного сигнала, а постоянная времени интегратора выбирается таким образом, чтобы, во-первых, отфильтровать помехи, во-вторых, интегратор 5 должен быть чувствительным к плавным изменениям входного сигнала. Такой выбор τ обусловлен тем, что показания индикатора (вольтметр 11) для удобства визуального наблюдения должны изменяться плавно. Однополярный сигнал интегратора 5 усиливается усилителем 6 и поступает на третий вход коммутатора 7 и далее - на вход АЦП8, а с его выхода - на индикатор 11. Коммутатор 7 управляется с лицевой панели. На второй вход коммутатора 7 через измеритель 10 напряжения поступает сигнал с блока 9 питания, который индицирует выходное напряжение источника питания. На первый вход коммутатора 7 через усилитель 2 поступает сигнал с датчика 1 температуры. На четвертый вход коммутатора 7 поступает сигнал напряжения стимулятора (стимулятор включает в себя задающий генератор 12, ждущий мультивибратор 13, усилитель 14 и амплитудный детектор 15). АЦП8 преобразует линейный аналоговый сигнал в семисегментный цифровой код, который отражается на индикаторе 11.

Регулировка выходного напряжения стимулятора осуществляется от 0 до 120 В, а частота - от 0 до 200 Гц. Напряжение переменной частоты от задающего генератора 12 через ждущий мультивибратор 13, усилитель 14, амплитудный детектор 15, коммутатор 7 поступает на АЦП8 и далее - на индикатор 11. Этот же сигнал задающего генератора 12 через ждущий мультивибратор 13, усилитель 14, частотомер 16 поступает на вход коммутатора 17 и затем на АЦП18 и далее - на таймер 20. Таким образом, регулируя выходное напряжение стимулятора, имеется возможность точно измерить и регулировать напряжение и частоту по показаниям таймера 20. Выход стимулятора через разъем подключен к электродам 19.

Изобретение используется в медицине, при определении функционального состояния нервно-мышечного аппарата и его тренировке дм реабилитации мышечных тканей. В способе определения функционального состояния и направленной тренировки нервно-мышечного аппарата человека определяют электрическую активность мышечной ткани. Воздействуют на нее электрическими импульсами с частотой не более 200 Гц и различной амплитуды, используя выходное напряжение неболее 120 В. Контролируют длительность напряженного состояния мышцы. Интегрирование входного сигнала электрической активности мышцы осуществляют плавно при выборе постоянной времени. Выходной сигнал интегрируют и преобразуют в последовательность импульсов. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности прибора для тренировки и повысить лечебный эффект за счет введения обратной связи "способ - пациент - реакция - способ". 1 ил.

Способ определения функционального состояния и направленной тренировки нервно-мышечного аппарата человека путем определения электрической активности мышечной ткани и электрического воздействия на мышечную ткань импульсами различной частоты и амплитуды с использованием выходного напряжения, контроля длительности напряженного состояния мышцы и усиления, интегрирования и преобразования выходного сигнала в последовательность импульсов, отличающийся тем, что при электрическом воздействии на мышечную ткань импульсами импользуют частоту не более 200 Гц, выходное напряжение - не более 120 В, а интегрирование входного сигнала электрической активности мышцы осуществляют плавно при выборе постоянной времени.