Многоканальный электростимулятор опорно-двигательного аппарата

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к многоканальным устройствам электрической стимуляции токами низкой частоты, и может быть использована совместно с реабилитационным биомеханическим тренажером при реабилитации и лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата.
Из уровня техники известен электростимулятор, содержащий формирователь сигналов, включающий блок цифровой индикации, блок клавиатуры и контроллер, подключенный многоразрядной шиной ко входу коммутатора каналов устройства, блок питания и блок n выходных каналов с электродами, при этом каждый из выходных каналов содержит амплитудный модулятор и выходной усилитель с выходными клеммами для подключения электродов (RU 214040 С1, 20.05.2000).
Из известных из уровня техники устройств наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является многоканальный аппарат электроимпульсной терапии, содержащий блок выходных формирователей и электроды, микроконтроллер, который под воздействием управляющей программы формирует последовательности биполярных импульсов, с заданной в цифровом виде частотой, амплитудой и продолжительностью (RU 39493 U1, 10.08.2004).
Данные устройства используется для проведения многоканальной электростимуляции пациентов.
Кроме того, для реабилитации пациентов с нарушением опорно-двигательного аппарата помимо стимуляции мышц токами требуются использование вспомогательного оборудования, такого как реабилитационный биомеханический тренажер, который позволяет вертикализировать тело человека и обеспечивает физиологические шаговые движения, активируя мышцы нижних конечностей. При этом стимуляция токами должна быть настроена на одномоментную синхронную работу с реабилитационным биомеханическим тренажером.
Однако, известные из уровня техники технические устройства не обладают данной функциональной возможностью.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании многоканального электростимулятора, эффективно воздействующего на мышцы пациента стимулирующими токами и способного работать синхронно с реабилитационным биомеханическим тренажером, с целью повышения эффективности восстановления двигательных навыков мышц нижних конечностей пациента.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в обеспечении стимуляции синусоидально-модулированными токами всех задействованных при ходьбе мышц нижних конечностей пациента при синхронной работе с реабилитационным биомеханическим тренажером.
Это достигается тем, что многоканальный электростимулятор опорно-двигательного аппарата содержит микроконтроллер, соединенный с жидкокристаллическим индикатором и блоком выходных формирователей, соединенных с электродами, при этом микроконтроллер соединен с преобразователем интерфейса синхронизации, а блок выходных формирователей содержит для каждого электрода формирующий сигналы микроконтроллер, соединенный с входами аналогового формирователя, соединенного с датчиком тока и LC-фильтром, а также повышающим формирователем, выход которого соединен с аналоговым формирователем.
Если возможно описать коротко - почему данная конструкция в отличительной части формулы, обеспечивает указанный тех. результат (одним абзацем).
Вышеуказанная схема заявляемого технического решения обеспечивает возможность формировать сигналы микроконтроллером, запрограммированным на формирование непрерывной последовательности импульсов с меняющейся скважностью, которые поступают на первый вход и через инвертор на второй вход аналогового формирователя, выполненного на транзисторах, управляемых высокоскоростным драйвером, в котором после преобразования и прохождения через LC-фильтр приобретают вид импульсов синусоидальной формы модулированных по частоте, которые поступают на результирующий выход и на датчик тока.
Так же формирующий сигналы микроконтроллер вырабатывает импульсы частотой 100 кГц со скважностью 2, которые поступают на вход повышающего преобразователя, формирующего напряжение питания для аналогового формирователя.
Применение данной полезной модели позволит пациентам с двигательными дефицитами, включая тех, кто не способен даже самостоятельно стоять, помимо физической нагрузки, оказываемой тренажером на опорно-двигательный аппарат, получить возможность сформировать правильный стереотип шага активируя работу соответствующих мышц токами с помощью многоканального электростимулятора.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена блок-схема многоканального электростимулятора.
1 - блок питания;
2 - микроконтроллер;
3 - жидкокристаллический экран;
4 - датчик тока;
5 - формирующий сигналы микроконтроллер;
6 - повышающий преобразователь;
7 - аналоговый формирователь;
8 - соединительные кабели;
9 - электроды;
10 - блок выходных преобразователей;
11 - преобразователь интерфейса синхронизации;
12 - LC-фильтр.
На фиг. 2 представлено расположение электродов на теле пациента посредством фиксирующего устройства в области передней и задней поверхности туловища и конечностей.
Структурная блок-схема многоканального электростимулятора показана на фиг. 1. Она содержит микроконтроллер 2, соединенный с блоком питания 1, жидкокристаллическим индикатором 3, преобразователем интерфейса синхронизации 11 и блоком выходных формирователей 10 (преимущественно в количестве 12 штук), который соединен с электродами 9 (преимущественно в количестве 12 пар) через соединительные кабели 8 (преимущественно в количестве 12 штук). Блок выходных формирователей 10 содержит формирующие сигналы, микроконтроллеры 5, которые соединены с входами аналоговых формирователей 7, соединенных с входами датчиков тока 4 и LC-фильтрами 12 и входами повышающих формирователей 6, выходы которых соединены с аналоговыми формирователями 7.
Многоканальный электростимулятор работает следующим образом.
При поступлении сигнала синхронизации о начале движения на микроконтроллер 2, он начинает посылать команды на формирующие сигналы микроконтроллеры 5, последовательно включая выходные формирователи блока 10 в тот момент времени, когда двигатель реабилитационного биомеханического тренажера находится в определенной фазе шага, активируя соответствующие мышцы токами через электроды 9.
Стимулирующие импульсы представляют собой синусоидально-модулированные токи частотой 5 кГц. Диапазон частоты модуляции от 10 Гц до 150 Гц, глубины модуляции от 25% до 100%.
Конструктивно многоканальный электростимулятор выполнен в пластиковом корпусе, на передней панели которого расположены ручки регулировки для изменения режимов работы и параметров воздействия, жидкокристаллический экран, отображающий режимы работы, амплитуду тока и время сеанса. Блок питания выполнен в виде отдельного блока и подключается к системе с помощью предусмотренного в конструкции разъема. Электроды выполнены из токопроводящей ткани и закрепляются на теле пациента посредством фиксирующего устройства в области передней и задней поверхности туловища и конечностей, в соответствии с фиг. 2.
Управление работой многоканального электростимулятора осуществляется посредством ручек регулировки на передней панели его корпуса. С помощью ручек регулировки задаются режимы стимуляции, и амплитуда тока которые выводятся на жидкокристаллический экран 3. Диапазон регулировки амплитуды тока от 0 мА до 100 мА. В зависимости от заданного режима стимуляции микроконтроллер 2 определяет, какие выходные формирователи блока 10 задействованы в данный момент времени и передает формирующему сигналы микроконтроллеру 5 данные о параметрах стимуляции для каждого из них (род работы, частота и глубина модуляции, длительность).
Формирующий сигналы микроконтроллер 5 запрограммирован на формирование непрерывной последовательности импульсов частотой 160 кГц с меняющейся скважностью, которые поступают на первый вход и через инвертор на второй вход аналогового формирователя 7, выполненного на транзисторах, управляемых высокоскоростным драйвером, в котором после преобразования и прохождения через LC-фильтр 12 приобретают вид импульсов синусоидальной формы модулированных по частоте, которые поступают на результирующий выход и на датчик тока 4. Так же формирующий сигналы микроконтроллер 5 вырабатывает импульсы частотой 100 кГц со скважностью 2, которые поступают на вход повышающего преобразователя 6, формирующего напряжение питания для аналогового формирователя 7.
Многоканальный электростимулятор, выполненный в соответствии с полезной моделью, способен работать одномоментно и синхронно с реабилитационным биомеханическим тренажером и позволяет достигнуть высокой эффективности в реабилитации пациентов с заболеваниями и травмами, приведшими к повреждению нижних конечностей, благодаря дополнительной стимуляции синусоидальными модулированными токами пораженных мышц участвующих в шаговом движении.
Таким образом, конструкцией заявляемой полезной модели обеспечивается стимуляция синусоидально модулированными токами всех задействованных при ходьбе мышц нижних конечностей пациента при синхронной работе с реабилитационным биомеханическим тренажером.