БЕСПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОНЕЙРОСТИМУЛЯТОР

Полезная модель относится к медицине, а именно к средствам для восстановительного лечения малоподвижных пациентов с различными заболеваниями опорно-двигательной, нервной и сосудистой систем. Предлагаемое устройство предназначено для реабилитации маломобильных пациентов вне клиники с контролем функционального состояния сердечно-сосудистой и нервно-мышечной систем организма, а также с контролем безопасной установки стимулирующих электродов на теле пациента.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известен электронейромиостимулятор, содержащий блок гальванической развязки, блок управления, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, блок защиты, электроды, при этом он дополнительно содержит блок высокоскоростного управления и контроля, усилитель мощности и блок фиксации выходного напряжения и тока нагрузки, при этом блок управления соединен с блоком высокоскоростного управления и контроля, выход которого соединен с усилителем мощности через цифроаналоговый преобразователь, а вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход блока фиксации выходного напряжения и тока нагрузки соединен с первым выходом усилителя мощности, второй вход соединен со вторым выходом усилителя мощности через электроды, а выход блока фиксации выходного напряжения и тока нагрузки соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (РФ №32697, 27.09.2003).
Известен беспроводной электронейростимулятор, включающий источник тока, выполненный с возможностью генерирования одного или более электрических стимулов, основанных на одном или нескольких выбранных параметрах, связанных с одним или более электрических стимулов, а также блока регистрации электромиографических сигналов (ЭМГ), выполненный с возможностью обрабатывать принятый сигнал ЭМГ. Электронное устройство дополнительно включает в себя переключающий блок, оперативно соединенный с источником тока и блоком обработки ЭМГ. Блок коммутации выполнен с возможностью переключения между режимом работы источника тока и блоком обработки ЭМГ на основе выбранного режима работы (США №2016151626, 02.06.2016).
Наиболее близким аналогом патентуемого технического решения является беспроводной электронейростимулятор, включающий электроды для стимуляции, подключенные к блоку управления, обеспечивающему возможность проводить регистрацию ЭМГ и ЭКГ одновременно со стимулирующими импульсами или между импульсами, блок индикации, такой как дисплей, звуковой выход, а также модуль для беспроводной связи устройства с компьютером для передачи данных для дальнейшей обработки сигналов регистрации ЭМГ и ЭКГ (Китай №102215909, 12.10.2011).
Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в разработке мобильного устройства, позволяющего обеспечивать малоподвижных пациентов, не имеющих возможность получить квалифицированную помощь специалистов в стенах стационара, в части восстановительной медицины, пройти процесс реабилитации дома - стационарозамещающая терапия.
Технический результат, обеспечиваемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении качества восстановления функций опорно-двигательного аппарата, выработки нормального двигательного стереотипа без отрицательных побочных эффектов со стороны сердечно-сосудистой системы и нервно-мышечного аппарата пациента за счет обеспечения оптимального режима стимулирующих воздействий и обеспечения безопасного размещения стимулирующих электродов на теле пациента. Оптимальный режим обеспечивается подбором оптимальной фазы стимулирующих воздействий по регистрируемой информации с локомоторных датчиков, оптимальной амплитуды - по регистрируемой информации ЭМГ, оптимального темпа стимуляции (частота воздействия на пациента стимулирующими импульсами) - по регистрируемой информации ЭКГ.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции беспроводного электронейростимулятора, содержащего блок локомоторных датчиков, включающий подометрические и гониометрические датчики, подключенные к контроллеру, и электроды, подключенные к блоку коммутации и синхронизации, соединенному с блоком формирования импульсов стимуляции и блоком регистрации ЭМГ и ЭКГ сигналов, при этом блок коммутации и синхронизации, блок формирования импульсов стимуляции и блок регистрации ЭМГ и ЭКГ сигналов соединены с контроллером, включающим модуль обработки сигналов локомоторных датчиков и модуль обработки сигналов ЭМГ и ЭКГ сигналов, а также радиомодем, блок ввода и блок вывода информации.
Устройство также включает блок управления питанием и контроля аккумуляторной батареи, соединенный с контроллером.
Возможность регистрации ЭМГ, ЭКГ и локомоторной информации позволяет организовать реабилитационную процедуру методом электростимуляции с максимальной эффективностью, а радиоканал, кроме удобства эксплуатации в режиме двигательной процедуры при стимуляции методом фазовой функциональной стимуляции мышц, позволяет производить дистанционный контроль над реабилитационным процессом.
Регистрация ЭМГ, ЭКГ, контроль локомоторных событий и синхронизация стимулирующего воздействия в соответствии с данными событиями в совокупности обеспечивают повышение качества лечения опорно-двигательного аппарата без отрицательных побочных эффектов со стороны сердечно-сосудистой системы и нервно-мышечного аппарата пациента, за счет выбора оптимальной фазы стимулирующих воздействий (по информации с гонио- и подо-датчиков), а также контроля функционального состояния мышечного аппарата пациента (по регистрируемым электромиографическим (ЭМГ) сигналам), дающее возможность выбора оптимальной амплитуды стимулирующих воздействий на мышечные ткани, а также производить контроль сердечно-сосудистой системы (по регистрируемым электрокардиографическим ЭКГ сигналам).
На основании ЭКГ информации по одному из параметров - ЧСС (частота сердечных сокращений), определяют степень нагрузки, получаемой пациентом во время реабилитационной процедуры, особенно во время проведения фазовой функциональной стимуляции в режиме двигательной реабилитационной процедуры и по данному критерию регулируют степень стимулирующего воздействия (темп стимуляции - частота воздействия на пациента стимулирующими импульсами).
Использование в стимуляторе функции регистрации ЭКГ обеспечивает контроль безопасного размещения стимулирующих электродов на теле пациента. Данная функция особенно важна для пациентов с кардиостимулятором, для которых есть вероятность сбоя сердечного ритма внешним электростимулятором. При размещении электродов в определенных областях тела пациента (например, в районе грудной клетке) данная функция (по амплитуде ЭКГ сигнала) не позволит провести стимуляционную процедуру.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой приведена структурная схема беспроводного электронейростимулятора.
Устройство для электронейростимуляции включает электроды 6, посредством которых осуществляется электростимуляция и с которых снимают ЭКГ и ЭМГ данные непосредственно во время реабилитационной процедуры. Также устройство содержит блок локомоторных датчиков, включающий подометрические датчики 12 и гониометрические 11. Для обеспечения функции синхронизации процессов стимуляции с локомоторной активностью в схеме устройства предусмотрен модуль 10 обработки сигналов локомоторных датчиков.
Для обеспечения контроля функционального состояния мышечного аппарата пациента по ЭМГ сигналам и контроля сердечно-сосудистой системы по ЭКГ сигналам в схему включен блок 5 регистрации ЭМГ и ЭКГ сигналов с усилителем и аналого-цифровым преобразователем, блок 4 коммутации электродов 6 и синхронизации процессов стимуляции и регистрации ЭМГ и ЭКГ, к которому подключен блок 3 формирования импульсов стимуляции. Модуль 2 обработки сигналов ЭМГ и ЭКГ, выполняющий цифровую фильтрацию и диагностику, а также, если необходимо, подготовку и отправку обработанных данных ЭМГ и ЭКГ, параметров стимуляции для дальнейшей обработки и коррекции параметров стимуляции через радиомодем 13 на персональный компьютер.
Устройство представляет собой единый корпус, к которому посредством проводов подключены электроды 6, подометрические датчики 12 и гониометрические датчики 11. На внешней поверхности корпуса расположена клавиатура 8 для ввода информации и блок индикации 7 для вывода информации, причем указанные блоки подключены к контроллеру 1, включающему модуль 2 обработки сигналов ЭКГ и ЭМГ и блок 10 обработки сигналов с подометрических датчиков 12 и гониометрических датчиков 11.
Устройство работает от аккумуляторной батареи и включает блок 9 управления питанием и контроля аккумуляторной батареи, подключенный к контроллеру 1.
Устройство работает следующим образом.
1. Вся информация о состоянии прибора, качестве наложения электродов, подключенных локомоторных датчиках и данных с них, и регистрируемые сигналы ЭКГ/ЭМГ передается через радиомодем с момента включения устройства на персональный компьютер.
2. После наложения электродов и включения устройства с помощью клавиатуры, устройство с помощью блока коммутации и синхронизации подключает блок регистрации ЭМГ/ЭКГ и с помощью программного модуля обработки сигналов ЭМГ/ЭКГ, сначала оценивается межэлектродный импеданс, затем начинается регистрация и анализ ЭКГ сигнала (по амплитуде R-зубца QRS-комплекса) - в случае превышения порогового значения на индикаторе индицируется ошибка по опасному расположению электродов с точки зрения возможного нарушения деятельности сердца предполагаемым стимулирующим воздействием устройства и стимуляция при этом не производится (происходит автоматическая блокировка стимуляции). В случае не соответствия заданному диапазону импеданса на индикаторе индицируется ошибка по не качественной установке электродов (при этом рекомендуется произвести переустановку электродов).
3. Если межэлектродный импеданс в заданных пределах и их расположение, определенное по сигналу ЭКГ, вне опасной зоне - устройство готово к процедуре стимуляции.
4. Программно-аппаратный модуль обработки локомоторных сигналов определяет подключение и работоспособность гониометрических и подометрических датчиков, индицирует их работоспособность в блоке индикации и дает возможность программе контроллера синхронизовать с помощью блока коммутации и синхронизации работу блока формирования импульсов стимуляции с данными ЭМГ/ЭКГ и данными датчиков подо- и гониометрии. Локомоторные датчики могут быть подключены до и после включения прибора. Использование локомоторных датчиков необходимо только во время двигательной реабилитационной процедуры.
5. Дальнейший режим работы устройства определяется программой реабилитационной процедуры. Каждая программа имеет свой набор значений параметров стимуляции и предназначена для определенной нозологии. С помощью клавиатуры устройства возможно оперативное управление стимулирующим воздействием (амплитуда стимуляции). Наличие радиомодема позволяет врачу дистанционно в режиме on-line наблюдать всю информацию, получаемую от устройства (локомоторика, ЭКГ/ЭМГ), формировать сложные синхронизирующие связи и параметры стимуляции в зависимости от сигналов локомоторных датчиков и ЭКГ/ЭМГ, и результаты воздействия стимуляции и, собственно, формировать программу для лечебного и реабилитационного использования устройства.