Способ коррекции движений при ходьбе в разном темпе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники. Способ позволяет осуществлять коррекцию движений во время ходьбы. Для этого проводят электростимуляцию ограниченного числа мышц с началом в момент максимального сгибания бедра в тазобедренном суставе и с окончанием ее в конце фазы разгибания бедра. При этом в микропроцессорную систему (ЭВМ) вводят для каждой группы мышц временную программу электростимуляции мышц при ходьбе в диапазоне темпов от 68 до 140 шагов в мин. Устройство для осуществления способа содержит датчики суставных углов, генератор импульсов, выходной каскад, электроды и источник питания, а также электронный ключ, триггер управления ключом, аналого-цифровой преобразователь, программируемый делитель частоты, распределитель импульсов, схему совпадения, регистр включения, цифроаналоговый преобразователь и программируемый таймер. 2 с.п. ф-лы., 6 ил.

Изобретение относится медицине, а именно, к реабилитации больных и инвалидов.

Известен способ коррекции движений при ходьбе в разном темпе, заключающийся в последовательном срабатывании двух угловых датчиков синхронизации, при помощи которых электростимуляцию осуществляют в момент максимального сгибания бедра в тазобедренном суставе, а прекращает ее в конце фазы разгибания бедра в тбс. (1, прототип).

Известно устройство для коррекции движений для ходьбы, содержащее первый датчик фазы движения, пороговый элемент, формирователь длительности пачки импульсов, генератор импульсов, формирователь длительности импульсов, усилитель, преобразователь напряжения, второй датчик фазы движения, инвентор, первый и второй блоки задержки (2, прототип).

Однако, способ и устройство обладают следующими недостатками.

1. Использование электростимуляции коррекции движений при ходьбе в разном темпе возможно только для ограничения числа мышц (только большой и среднеягодичной).

2. Реализация этой программы электростимуляции возможна только при малом изменении амплитуды тазобедренного угла в разных темпах, так как при большом изменении амплитуды угла временные значения начала и конца пачки стимулирующих импульсов смещаются.

3. Необходима точная и довольно трудоемкая установка двух датчиков синхронизации для осуществления электростимуляции движений при ходьбе в разном темпе.

Целью изобретения является автоматизация и повышение точности подготовки и проведения коррекции движений посредством ЭСМ при ходьбе в разном темпе путем микропроцессора (ЭВМ).

Поставленная цель достигается тем, что первоначально накладывают поверхностные электроды на соответствующие мышцы: активный электрод (АЭ) на 3 см дистальнее в верхней трети голени над головкой икроножной мышцы, ИЭ в нижней трети голени над камбаловидной мышцей: АЭ в нижней трети бедра под брюшками четырехглавой мышцы, ЭИ на 6 см проксимальнее, АЭ в нижней трети бедра под брюшками полусухожильной и двуглавой мышцами бедра, ЭИ в средней трети бедра.

На фиг. 1-5 изображены графики распределения электрической активности мышц в течение цикла ходьбы, где М медленный темп (68 шаг/мин), З - замедленный темп (84 шаг/мин), П произвольный (109 шаг/мин), У ускоренный (125 шаг/мин), Б быстрый (138 шаг/мин). М темп. точечный пунктир, Зтемп.- пунктир-точка, Птемп. жирная линия, Утемп. тонкая линия, Бтемп. пунктир; на фиг 6 устройство для осуществления предлагаемого способа.

К электродам подключают ток в виде последовательности прямоугольных импульсов напряжения до 60 В, длительностью от 80 до 120 мкс частотой следования 50 Гц, обеспечивающих коррекцию соответствующих движений: подъем стопы в переносный период, более сильное отталкивание ею от опоры, выправление ноги в коленном суставе в начале опорного периода, более легкий перенос ноги над опорной поверхностью.

Затем укрепляют датчиками коленных углов в области коленных суставов, вводят в микропроцессорную систему (ЭВМ) для контроля группы мышц момент начала и конца работы ЭСМ (фиг.6), наблюдая заданную программу в диапазоне от 68 до 140 шагов в минуту.

При этом исходят из электромиографических данных, полученных при исследовании больных и здоровых пациентов, что основные максимумы электрической активности мышц сохраняют свою фазу в двигательном цикле при разных темпах ходьбы (фиг. 1-5).

В связи с этим для икроножной мышцы фазу стимуляции с началом 40% цикла и концом 85% цикла, для первого максимума передней большеберцовой мышцы 15% и 45% для второго максимума активности этой мышцы 80% и 100% для наружной широкой мышцы бедра 10% и 50% а для полусухожильной бедра 5% и 10% и 50 - 55% соответственно, причем начало цикла принимают экстремальные значения коленного угла в предыдущем цикле, а за конец цикла экстремальные значения угла в текущем цикле.

Электростимуляцию мышц осуществляют последовательно: сперва подключают четырехглавую мышцу бедра, что обеспечивает устойчивость нижней конечности, затем двухглавую (полусухожильную), что обеспечивает перенос ноги, далее икроножную мышцу, обуславливающую усиление отталкивания стопы от опоры и, наконец, переднюю большеберцовую мышцу, улучшающую перенос стопы под опорной поверхностью.

При этом визуально и на основе субъективных ощущений больного оценивают эффект электростимуляции как отметка групп мышц, так и их сочетаний, причем сеансы проводят ежедневно в течение 30-60 минут в зависимости от скорости ходьбы больного, так как прохождение расстояния должно составлять 2 километра при общем количестве сеансов 20, что позволяет не только увеличить мышечную силу, но и выработать более правильную координацию движений в связи с более точным приложением мышечных сил в соответствующие фазы шага; благодаря этому повышается устойчивость больных при ходьбе, облегчается перенос ноги в результате увеличения амплитуды движений в коленном и голеностопном суставах, происходит усилие заднего толчка, способствующее ускорению хотьбы; все это получает адекватную реализацию при помощи предлагаемого устройства.

Фаза электростимуляции в двигательном цикле всегда остается на прежнем месте, поскольку пачка стимулируемых импульсов в соответствии с уменьшением длительности цикла, т.е. при увеличении темпа ходьбы, соответственно сокращается; например увеличение темпа ходьбы с 80 шаг/мин до 100 шаг/мин длительность цикла укорачивается с 1500 до 1200 мс, поэтому пачка импульсов икроножных мышц уменьшается со 675 мс до 540 мс, пачка импульсов передней большеберцовой мышц (1 фаза) с 450 до 360 мс, пачка той же мышцы (П фаза) с 300 до 240 мс, пачка импульсов наружной широкой мышцы бедра с 660 до 480 мс, пачка импульсов полусухожильной мышцы с 600 до 480мс.

Таким образом, осуществляется подстройка программы электростимуляции мышц к разному темпу ходьбы или длительности цикла.

Следовательно, при улучшении состояния опорно-двигательного аппарата у больного появляется возможность получения адекватной электростимуляции мышц при более быстрых темпах ходьбы.

Клинический пример. Больной И-в 42 года поступил 20.05.92г. с диагнозом: состояние после компрессионного перелома первого поясничного позвонка с повреждением спинного мозга, осложненного умеренным парезом нижних конечностей с выраженной слабостью тыльных и подошвенных сгибателей стопы, снижением силы мышц, сгибателей и разгибателей голени. При ходьбе заметное отвисание стоп с ослаблением отталкивания от опоры из-за легкой сгибательной контрактуры нижних конечностей.

Больному проведена коррекция движений посредством ЭВМ сгибателей и разгибателей голеностопного и коленного суставов с помощью корректора с микропроцессором (ЭВМ) в течение 20 дней по предложенному способу с устройством с положительными результатами.

За это время улучшилась сила всех стимулируемых мышц в пределах 2-х баллов по клинической системе, уменьшилось отвисание стоп, устранена сгибательная контрактура нижних конечностей, увеличилось расстояние, проходимое больным с 1 до 2-х км, а темп ходьбы возрос с 65 до 95 шаг/мин.

Формула изобретения

1. Способ коррекции движений при ходьбе в разном темпе путем наложения электродов на мышцы, участвующие в акте ходьбы, датчиков измерения углов в области суставов и стимуляции разных мышц в соответствии с характером их активности в цикле шага, отличающийся тем, что электроды накладывают на икроножную, переднюю большеберцовую, наружную широкую мышцу бедра и полусухожильную мышцу, датчики измерения углов закрепляют в области коленных суставов, определяют время начала и конца максимумов электрической активности каждой мышцы, выражают его в процентах относительно цикла шага, а стимуляцию мышц осуществляют синхронно и пропорционально времени активности каждой мышцы в цикле шага при воздействии импульсами прямоугольного тока напряжением до 60 В, длительностью 80 120 мс, частотой следования 50 Гц в течение 30 60 мин, процедуру повторяют ежедневно в течение 20 дней.

2. Устройство для коррекции движений при ходьбе в разном темпе, содержащее датчики суставных углов, генератор импульсов, выходной блок и соединенные с ним электроды, отличающееся тем, что в него введены блок обработки и формирования управляющих сигналов, последовательно соединенные программируемый делитель частоты, распределитель импульсов, элемент совпадения, триггер, ключ, аналого-цифровой преобразователь, регистр включения каналов, программируемый таймер и цифроаналоговый преобразователь, причем выход генератора импульсов соединен с входом программируемого делителя частоты и первым входом программируемого таймера, второй вход которого соединен с выходом элемента совпадения, выход блока обработки и формирования управляющих импульсов соединен с вторым входом программируемого делителя частоты, с входом триггера, входом-выходом аналого-цифрового преобразователя, с третьим входом программируемого таймера, с входом регистра включения каналов, с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом выходного каскада, второй вход которого соединен с выходом программируемого таймера, выходы датчиков соединены с первыми входами ключа, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6