IT201900003467A1 - Dispositivo integrato per elettromiografia ed elettroterapia - Google Patents

Description

DISPOSITIVO INTEGRATO PER ELETTROMIOGRAFIA ED

ELETTROTERAPIA

DESCRIZIONE

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo integrato, configurato per rilevare parametri elettromiografici indicativi dello stato funzionale della muscolatura di un paziente ed erogare una stimolazione elettrica o un segnale elettroanalgesico in corrispondenza della medesima muscolatura, in funzione dei parametri elettromiografici rilevati.

Background

Per valutare lo stato di salute dei nervi e dei muscoli, è comunemente impiegato un esame diagnostico denominato elettromiografia di superficie (EMG). Tale esame indaga la funzionalità di muscoli e nervi mediante una misurazione dei potenziali elettrici basali che si formano nei punti di inserzione del muscolo durante la sua contrazione volontaria.

La misurazione dei potenziali avviene tramite l’applicazione di elettrodi, in particolare elettrodi di superficie.

I dispositivi tradizionalmente impiegati per l’indagine elettromiografica di superficie sono gli elettromiografi di superficie. Questi dispositivi comprendono degli elettrodi di rilevazione connessi ad un’unità di controllo che implementa un software per l’elaborazione dei dati elettrici rilevati.

Mediante l’elettromiografia, è possibile rilevare uno stato funzionale alterato con riferimento ad uno o più muscoli o gruppi muscolari, ad esempio debolezza muscolare, spasmi, paralisi o dolore, che possono essere conseguenza di un trauma o di una malattia.

Per recuperare la corretta funzionalità muscolare, spesso è prescritta una terapia di stimolazione elettrica del distretto corporeo interessato. In alternativa o in aggiunta, può essere prevista una terapia di elettroanalgesia per calmare temporaneamente lo stato doloroso. Tali terapie prevedono l’impiego di un ulteriore dispositivo, ovvero di un apparato di elettroterapia.

Generalmente, le elettroterapie prevedono l’impiego di elettrodi di erogazione di segnali elettrici, connessi ad un’unità di controllo che implementa un software per il controllo e la regolazione dei parametri dei segnali suddetti.

La terapia consiste nell’erogazione ai muscoli interessati di impulsi elettrici, e/o più generalmente segnali sinusoidali - che risultano meno fastidiosi e più efficaci e tollerabili per il paziente - in accordo a intensità, durata e frequenza variabili a seconda dello stato funzionale del paziente, dello stadio di avanzamento della terapia e dell’effetto desiderato.

Sommario dell’invenzione

Il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione è quello di fornire un dispositivo integrato portatile e/o indossabile, configurato sia per realizzare indagini elettromiografiche sia per l’erogazione di elettroterapia.

Tale dispositivo è definito nella acclusa rivendicazione indipendente 1.

Caratteristiche preferite della presente invenzione sono oggetto delle ulteriori rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione fornisce un dispositivo elettromiografico integrato con funzionalità elettroterapica, configurato per operare secondo una o più modalità di stimolazione elettrica e/o elettroanalgesia.

Vantaggiosamente, il dispositivo consente di ridurre i costi e gli ingombri associati alla presenza delle tradizionali attrezzature per l’implementazione di indagini elettromiografiche e di elettroterapia.

Inoltre, l’invenzione è configurata per operare in accordo ad una modalità automatica, senza necessitare della presenza continua di un operatore durante l’esecuzione del trattamento.

In accordo ad un primo aspetto dell’invenzione, la stimolazione e/o l’elettroanalgesia sono realizzate mediante l’erogazione di segnali elettrici. Nell’ambito di tutta la presente trattazione, con l’espressione “segnali elettrici” si intendono impulsi o stimoli di natura elettrica, anche ad andamento sinusoidale. Le modalità di erogazione di segnali elettrici sono definite in maniera automatica dal dispositivo stesso, in funzione dei dati elettromiografici rilevati.

Secondo un ulteriore aspetto, la modalità di elettrostimolazione/elettroanalgesia è determinata da una selezione operata manualmente da un utente, preferibilmente almeno in via preliminare. Forme di realizzazione preferite dell’invenzione prevedono che il dispositivo sia configurato per erogare almeno tre tipologie elettroterapiche, volte a realizzare: elettroanalgesia per la riduzione del dolore, ginnastica passiva per la mobilizzazione dei muscoli e ginnastica attiva simulata per il potenziamento muscolare.

Inoltre, varianti preferite dell’invenzione prevedono la presenza di un accelerometro per consentire di implementare un programma di erogazione di segnali personalizzato in funzione del singolo paziente, allo scopo di correggerne la postura.

Per ciascuna modalità elettroterapica è prevista una rispettiva sequenza temporale di segnali, che presentano predeterminate intensità e durata.

A tale scopo, il dispositivo si compone sostanzialmente di una pluralità di elettrodi, di un’unità portatile che integra un elettromiografo (EMG) e un modulo di elettroterapia (EMS), e di un’unità centrale di controllo.

L’unità centrale è configurata per elaborare i dati rilevati dall’elettromiografo, regolare i parametri dell’elettroterapia in funzione dei dati elaborati e controllare l’attivazione dell’elettroterapia in accordo a tali parametri.

In accordo a varianti di realizzazione preferite dell’invenzione, l’unità centrale di controllo è anch’essa posizionata nell’apparato portatile.

Secondo ulteriori forme di realizzazione preferite, il dispositivo comprende una pluralità di elettrodi cutanei conduttori connessi all’unità portatile, atti a rilevare un segnale elettromiografico e a trasmetterlo all’EMG. Tale segnale è elaborato da un microprocessore dell’EMG, che invia i corrispondenti dati elaborati all’unità centrale. L’unità centrale a sua volta elabora i dati ricevuti per determinare una corrispondente terapia di elettrostimolazione/elettroanalgesia da erogare mediante i medesimi elettrodi, ed invia un segnale di comando ad un microprocessore dell’EMS.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, l’unità centrale è configurata per implementare in maniera completamente automatica il processo di elaborazione dei dati ricevuti dall’EMG e inviare, sempre in maniera automatica, segnali di comando corrispondenti ai dati elaborati all’apparato di elettroterapia.

Secondo una forma di realizzazione alternativa, è prevista la ulteriore possibilità di operare una selezione manuale dei parametri di erogazione degli segnali elettrici mediante opportuni mezzi di interfaccia, per comandare una terapia elettrica non in funzione dei dati elettromiografici rilevati, in accordo o meno a modalità di erogazione predeterminate.

In accordo ad un ulteriore aspetto dell’invenzione, gli elettrodi, che come anticipato sono configurati per rilevare un segnale elettromiografico, sono ulteriormente configurati per trasmettere il segnale elettrico di stimolazione/elettroanalgesia.

Vantaggiosamente, la configurazione del dispositivo rivendicato è tale che, mediante i medesimi elettrodi con cui si rileva il segnale elettromiografico, l’EMS trasmette segnali elettrici al muscolo del paziente.

Secondo un aspetto particolarmente vantaggioso dell’invenzione, è prevista l’implementazione di un set di tre elettrodi cutanei, che sono configurati sia per la rilevazione di segnali elettrici sia per l’erogazione di segnali elettrici.

Secondo tale modalità di implementazione, le fasi di rilevazione di segnali elettromiografici e di erogazione di segnali elettrostimolatori/elettroanalgesici non sono contemporanee, ma necessariamente avvengono in successione. Per ovviare a tale inconveniente, l’invenzione può prevedere che la lettura dei segnali rilevati sia effettuata in appositi intervalli di tempo tra una stimolazione e l’atra, previsti in accordo ad un programma operativo automatico. Pertanto, il programma operativo prevede, automaticamente, di alternare fasi di erogazione dei segnali elettrici e fasi di non erogazione in cui avviene la rilevazione dei dati elettromiografici, tali fasi presentanti durata predeterminata o variabile in maniera predeterminata, in accordo ai dati elettromiografici di volta in volta rilevati o a selezioni operabili manualmente da parte dell’utente.

Inoltre, forme di realizzazione preferite dell’invenzione prevedono la possibilità di selezionare alcuni elettrodi per deputarli esclusivamente all’attività di rilevazione di parametri elettromiografici, ed ulteriori elettrodi per deputarli esclusivamente all’erogazione di stimoli elettrici.

Secondo forme di realizzazione preferite, l’unità centrale è connessa rispettivamente all’EMG e all’EMS in accordo ad una modalità cablata, in particolare quando è previsto che l’unità centrale sia incorporata nell’unità portatile. In alternativa, l’unità centrale è connessa rispettivamente all’EMG e all’EMS mediante tecnologia wireless, ad esempio tramite Bluetooth o tramite una SIM. In tal modo, i dati in arrivo dall’EMG e i dati in uscita diretti all’EMS sono scambiati con l’unità centrale. Vantaggiosamente, la presenza di mezzi di comunicazione che impiegano cablaggi o segnali wireless consente all’unità centrale di scambiare dati anche con ulteriori dispositivi esterni, ad esempio calcolatori elettronici o smartphone.

In accordo ad un aspetto preferito dell’invenzione, l’unità centrale è dislocata in remoto rispetto all’apparato portatile, e dunque in remoto rispetto al paziente, in maniera tale da non risultare di ingombro per il paziente stesso. Tale implementazione risulta particolarmente vantaggiosa quando l’unità centrale consente di visualizzare una rappresentazione grafica dei dati rilevati.

Una variante costruttiva dell’invenzione fornisce una unità centrale comprensiva di due porzioni reciprocamente connesse in accordo ad una modalità wireless, di cui una prima porzione operativa è integrata o compresa nell’unità portatile (es. gestisce il comando dell’elettrostimolazione), mentre una seconda porzione è programmata esclusivamente per la lettura e la memorizzazione dei dati rilevati in remoto.

Secondo un ulteriore aspetto preferito dell’invenzione, l’unità centrale prevede la possibilità di memorizzare i dati elettromiografici rilevati dal paziente, e reca mezzi di connessione che implementano uno standard USB per consentire l’esportazione dei suddetti dati memorizzati.

In accordo a particolari implementazioni dell’invenzione, l’unità portatile comprende, o è connettibile a, mezzi di alimentazione comprendenti una batteria ricaricabile e/o celle fotovoltaiche, in maniera tale da non necessitare connessione alla rete elettrica. Vantaggiosamente, tale unità portatile non arreca limitazioni alla mobilità del paziente.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

Descrizione breve delle figure

Verrà fatto riferimento alle Figure allegate, in cui:

− la Figura 1 mostra un diagramma di flusso in cui è esemplificata una sequenza di operazioni preliminari (Fase di setup) all’impiego di una forma di realizzazione preferita del sistema in accordo alla presente invenzione;

− la Figura 2 mostra un diagramma di flusso in cui sono schematizzate fasi successive a quelle di Figura 1, per la scelta di una tipologia di elettroterapia;

− la Figura 3 mostra un diagramma di flusso in cui sono schematizzate diverse opzioni di programmi di elettroterapia erogabili mediante una forma di realizzazione preferita del dispositivo in accordo alla presente invenzione;

− la Figura 4 mostra un diagramma di flusso in cui è schematizzata una sequenza di stimolazioni erogate mediante una forma di realizzazione preferita del dispositivo secondo la presente invenzione, in accordo ad un programma di elettrostimolazione di potenziamento;

− la Figura 5 mostra un diagramma di flusso in cui è schematizzata una sequenza di stimolazioni erogate mediante una forma di realizzazione preferita del dispositivo secondo la presente invenzione, in accordo ad un programma di elettrostimolazione di mobilizzazione;

− la Figura 6 mostra un diagramma di flusso in cui è schematizzata la sequenza di stimolazioni erogate mediante una forma di realizzazione preferita del dispositivo secondo la presente invenzione, in accordo ad un programma di elettroanalgesia; e

− la Figura 7 mostra uno schema a blocchi esemplificativo di una forma di realizzazione preferita di un dispositivo in accordo alla presente invenzione.

Le Figure suindicate sono da intendersi esclusivamente a fini esemplificativi e non limitativi.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite

La presente invenzione ha ad oggetto un dispositivo elettromiografico integrato con funzionalità elettroterapica, di cui una forma di realizzazione preferita è denotata complessivamente con 10 in Figura 7.

Il dispositivo 10 è configurato per la rilevazione di parametri elettromiografici da un distretto corporeo di un paziente e per l’erogazione di elettroterapia, in particolare elettrostimolazione e/o elettroanalgesia, al medesimo distretto corporeo del paziente. In particolare, il target dei rilievi dei parametri elettromiografici e dell’erogazione degli segnali è un muscolo o un distretto muscolare specifico.

In sostanza, il dispositivo 10 è configurato per rilevare un segnale elettromiografico in un paziente e, in funzione del segnale rilevato, erogare automaticamente al paziente una determinata elettroterapia quale un’elettrostimolazione/elettroanalgesia.

Il dispositivo 10 comprende innanzitutto almeno due elettrodi, in particolare per applicazione cutanea (nella Figura 7 allegata sono illustrati a titolo esemplificativo tre elettrodi, denotati con i riferimenti numerici 1, 2, 3). Tali almeno due elettrodi presentano una duplice funzionalità, poiché sono configurati in maniera tale da poter sia rilevare un segnale elettrico (di elettroanalgesia) sia erogare un segnale elettrico (elettroterapia o elettrostimolazione). Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il dispositivo 10 comprende due elettrodi 1, 3 configurati sia per rilevare segnali elettrici sia per emettere segnali elettrici, e un terzo elettrodo 2 configurato esclusivamente per rilevare segnali elettrici, con funzione di riferimento o “di zero” per l’elaborazione del segnale rilevato dagli altri elettrodi 1, 3, come verrà meglio specificato a seguire.

Secondo ulteriori forme di realizzazione preferite, è possibile selezionare primi elettrodi per deputarli esclusivamente all’attività di rilevazione di parametri elettromiografici (elettrodi captanti), ed ulteriormente selezionare secondi elettrodi (o un unico secondo elettrodo) per deputarli esclusivamente all’erogazione di stimoli elettrici (elettrodi emittenti). In alternativa, possono essere presenti elettrodi che nell’ambito della presente invenzione esplicano entrambe le funzionalità, definiti quali elettrodi captanti ed emittenti.

Ancora più preferibilmente, un elettrodo 1 captante ed emittente è posizionabile sul punto prossimale del muscolo da stimolare, un elettrodo 2 captante è posizionabile sul punto ventrale del muscolo ed un elettrodo 3 captante/emittente è posizionabile sul punto distale del muscolo.

Il dispositivo 10 ulteriormente comprende un’unità portatile 20, che integra un modulo elettromiografico 50 ed un modulo di elettroterapia 60. Il modulo 60 può essere idoneo in particolare ad erogare impulsi in accordo a terapie di stimolazione o di elettroanalgesia. In particolare, i moduli 50, 60 sono contenuti entro un unico contenitore esterno o ‘case’, che di fatto realizza un’implementazione in un corpo unico dell’unità portatile 20. I moduli 50, 60 sono rispettivamente connessi agli elettrodi 1, 2, 3.

Il modulo elettromiografico 50 comprende un rispettivo microprocessore 5 atto ad elaborare i segnali elettrici rilevati dagli elettrodi 1, 2, 3. Ancora, il dispositivo 10, in particolare l’unità portatile 20, preferibilmente comprende mezzi di condizionamento 4 dei segnali elettrici, che sono interposti tra gli elettrodi e il modulo elettromiografico 50 o tra gli elettrodi e il microprocessore 5. Preferibilmente, i mezzi di condizionamento 4 comprendono un amplificatore differenziale, con protezione in ingresso per la fase di erogazione. In particolare, i segnali di stimolazione e/o di elettroanalgesia presentano intensità che può raggiungere il valore di decine di Volt. Pertanto, preferibilmente l’ingresso dei segnali rilevati dagli elettrodi all’elettromiografo 50 è protetto mediante la predisposizione di un adeguato circuito di protezione per evitarne il danneggiamento.

Ancora più preferibilmente, il modulo elettromiografico 50 è alimentato a batteria ricaricabile, ad esempio con sensibilità massima di un microvolt. Inoltre, il modulo elettromiografico 50 può trasmettere direttamente, tramite un sistema Bluetooth o altra modalità wireless, i dati elettromiografici all’unità centrale 30.

Il modulo di elettroterapia 60 comprende un rispettivo microprocessore 6 atto a generare segnali elettrici e a comandare l’attivazione preferibilmente di due elettrodi 1, 3 per l’erogazione degli segnali stessi. In particolare, i segnali elettrici di stimolazione possono essere segnali sinusoidali. Ad esempio, per realizzare un trattamento di elettroanalgesia o causare la contrazione di uno specifico muscolo, i segnali vengono inviati tramite elettrodi conduttori applicati sui punti prossimale e distale del muscolo stesso.

Preferibilmente, il prelevamento dei segnali elettromiografici mediante gli elettrodi avviene negli intervalli dei segnali di erogazione dell’elettroterapia, su comando dei microprocessori 5 e/o 6.

In accordo ad una ulteriore modalità di implementazione dell’invenzione, i moduli di elettromiografia ed elettroterapia possono costituire unità complete ed autonome, non integrate in un’unità portatile realizzata in corpo unico, e pertanto possono essere applicate sul paziente, simultaneamente, in diverse posizioni. A tale scopo, ciascun modulo di elettromiografia e di elettroterapia può comprendere propri mezzi di connessione al distretto corporeo interessato, come ad esempio cinghie regolabili o fasce elastiche, o indumenti realizzati in materiale elastico, ecc..

In aggiunta, può essere previsto che il dispositivo 10 comprenda una pluralità di moduli di elettromiografia e/o di elettroterapia, ciascuno connesso a rispettivi elettrodi ed applicato in diverse posizioni sul corpo del paziente.

Il dispositivo 10 comprende inoltre un’unità centrale 30 di controllo, configurata in maniera tale da scambiare dati con l’unità portatile 20.

In alternativa, l’unità centrale 30 di controllo è anch’essa ricompresa o integrata nell’unità portatile 20.

In particolare, l’unità centrale 30 comprende mezzi di comunicazione 31 configurati per consentire la ricezione e la trasmissione di dati mediante un sistema di cablaggi o un sistema wireless, ad esempio Bluetooth. Mediante tali mezzi di comunicazione 31, l’unità centrale 30 comunica rispettivamente con il modulo elettromiografico 50 ed il modulo di elettroterapia 60. A tale scopo, anche il modulo elettromiografico 50 ed il modulo di elettroterapia 60 comprendono rispettivi mezzi di comunicazione 31.

I mezzi di comunicazione 31 possono consentire il collegamento in tempo reale con un dispositivo elettronico (ad esempio un pc o uno smartphone) di un operatore fisioterapista o un fisiatra, nonché di memorizzare i dati elettromiografici e/o di stimolazione/elettroanalgesia e compilare automaticamente una cartella clinica virtuale del paziente.

In tal modo, la cartella clinica virtuale può essere condivisa su una piattaforma on-line consultabile ed aggiornabile da medici specialisti.

Inoltre, i mezzi di connessione 31 sono configurati per consentire l’interazione di due o più dispositivi 10 in accordo alla presente invenzione, rispettivamente associati a pazienti diversi, per implementare terapie in base al fabbisogno dei rispettivi pazienti. Ad esempio, il movimento di un soggetto A può provocare dei segnali elettrici che sono rilevati dal dispositivo ad esso associato, ed inviati al dispositivo associato ad un soggetto B, che elabora ed eroga corrispondenti segnali di stimolazione. Il soggetto B reagisce a tali segnali, e i suoi parametri elettromiografici sono inviati al dispositivo associato al soggetto A, per stimolare/potenziare gli stessi muscoli. In accordo a tale implementazione, si può svolgere al contempo la medesima terapia di elettrostimolazione/elettroanalgesia su due o più soggetti.

Inoltre, in tal caso il dispositivo 10 realizza la funzione di una vera e propria interfaccia di controllo condiviso, di ausilio per pazienti con problemi neurologici centrali o periferici. Ad esempio, un soggetto sano può comandare l’attivazione muscolare di un soggetto con deficit muscolare e/o con difetti di postura; in altre parole, i rilevamenti effettuati sul paziente che presenta difetti posturali sono integrati con segnali di correzione rilevati mediante un accelerometro sul paziente sano, o viceversa.

In particolare, l’unità centrale 30 è configurata per ricevere i dati rilevati mediante il modulo elettromiografico 50. I dati sono elaborati dall’unità centrale 30 in maniera tale da ottenere rispettivi dati elettromiografici, e determinare corrispondenti parametri di generazione dei segnali elettrici da parte del modulo di elettrostimolazione/elettroanalgesia 60, preferibilmente in accordo ad una modalità automatica.

Tali parametri di elettroterapia sono, ad esempio, l’intensità di ciascun segnale, la frequenza e la durata degli stessi.

L’unità centrale 30 è ulteriormente configurata per inviare, preferibilmente automaticamente, un segnale di attuazione al modulo di elettrostimolazione/elettroanalgesia 60, con cui è comandata la generazione e l’erogazione di segnali elettrici, che come anticipato possono essere determinati in funzione dei dati elettromiografici rilevati.

Si ribadisce che, preferibilmente, l’invio dei dati rilevati dal modulo elettromiografico 50 all’unità centrale 30 e l’elaborazione di tali dati da parte di quest’ultima, nonché l’invio del risultante segnale di comando al modulo di elettrostimolazione/elettroanalgesia 60, è effettuato secondo una modalità automatica, che non prevede l’intervento umano esterno.

Le relazioni che intercorrono tra i dati elettromiografici rilevati e i parametri dei segnali elettrici erogati, che sono implementate dall’unità centrale per la determinazione dei parametri di elettrostimolazione, sono memorizzate nella stessa unità centrale 30, in particolare in una unità di memoria dedicata, o in alternativa in un’unità di memoria esterna in comunicazione di dati con l’unità centrale 30. In accordo a forme di realizzazione preferite, l’utente può avere accesso a tale unità di memoria o all’unità centrale per la modifica delle suddette relazioni. A titolo esemplificativo, è possibile impiegare dati di stimolazione/analgesia determinati in base a parametri prelevati da un soggetto diverso (anche sano), e memorizzati nella suddetta unità di memoria dedicata.

Secondo una diversa modalità di funzionamento dell’invenzione, il dispositivo 10 comprende mezzi di interfaccia 32 per consentire ad un utente di selezionare programmi di stimolazione/analgesia predeterminati, che prevedono l’erogazione di segnali in accordo a predeterminati valori di intensità, durata e frequenza. Inoltre, i mezzi di interfaccia 32 possono consentire all’utente, preferibilmente previa verifica che sia in possesso di un determinato livello autorizzativo, di modificare le relazioni che intercorrono tra i dati elettromiografici e i parametri degli segnali elettrici, che sono implementate dall’unità centrale 30 per la determinazione dei parametri di elettrostimolazione/elettroanalgesia. I mezzi di interfaccia 32 possono essere compresi nell’unità centrale 30.

In accordo ad implementazioni preferite dell’invenzione, l’unità portatile 20 (o ciascuno dei due moduli 50 e 60 in essa ricompresi) comprende, o è connettibile a, propri mezzi di alimentazione 13, quali una batteria ricaricabile o celle fotovoltaiche. In tal modo, è possibile evitare la connessione dell’unità portatile 20 alla rete elettrica. Anche l’unità centrale 30 può prevedere la possibilità di essere alimentata mediante una batteria ricaricabile o celle fotovoltaiche, affinché il dispositivo 10 sia completamente svincolato dalla presenza di una rete elettrica.

Ciò vantaggiosamente consente di effettuare rilevazioni elettromiografiche ed erogare terapie di elettrostimolazione/elettroanalgesia in qualsiasi ambiente, anche all’esterno, oppure in condizioni di movimento (ad esempio mentre il paziente è su mezzi di trasporto).

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il dispositivo 10 comprende almeno tre elettrodi 1, 2, 3, specificatamente un primo 1, un secondo 2 e un terzo 3 elettrodo, che sono configurati per rilevare parametri elettromiografici del paziente. Tale implementazione vantaggiosamente consente di rilevare segnali elettrici anche molto piccoli, ad esempio dell’ordine di qualche millivolt, senza che siano affetti dai disturbi elettrici ambientali. In accordo a tale implementazione, il modulo elettromiografico 50, o l’unità centrale 30 di controllo, comprende un dispositivo differenziale che elabora i dati rilevati da ciascun elettrodo in maniera tale da eliminare sostanzialmente gli errori di misura causati dalla presenza di disturbi elettrici ambientali, come verrà dettagliatamente spiegato a seguire.

Si considerino tre ingressi al modulo elettromiografico, ciascuno corrispondente ad uno dei tre suddetti elettrodi. Il segnale elettromiografico rilevato tra il primo e il terzo elettrodo si intende essere affetto dai disturbi ambientali. Sempre a titolo esemplificativo, tali disturbi presentano una intensità di valore D, mentre tra il secondo e il terzo elettrodo si intende essere presente un disturbo ambientale con intensità di valore –D. Pertanto, quando il dispositivo differenziale effettuerà la lettura, i disturbi di intensità D e –D si elimineranno a vicenda. Il segnale rilevato tra il primo e il terzo elettrodo dunque non sarà affetto dai disturbi elettrici ambientali, e sarà corrispondente ad un parametro elettromiografico reale.

In sostanza, il dispositivo in accordo alla presente invenzione ha la funzione di prelevare i segnali prodotti da un muscolo del paziente durante l’attività motoria, o in una fase di pausa dall’attività, applicando elettrodi in punti di inserzione predeterminati (ad esempio, nei punti prossimale, distale e ventrale del muscolo). Preferibilmente, il dispositivo comprende mezzi di riduzione del rumore, ad esempio un circuito che elimina i disturbi elettrici ambientali. Il rumore viene ridotto in funzione dei segnali provenienti dall’esterno e in particolare prendendo come zero, cioè come riferimento, il segnale rilevato dall’elettrodo ventrale.

Ancora, l’unità portatile 20 può comprendere mezzi di connessione amovibile 22 ad un distretto corporeo del paziente, ad esempio nella forma di una fascia elastica indossabile, oppure di cinghie, cinturini, o altri elementi di aggancio preferibilmente regolabili e di tipo noto.

Preferibilmente, il dispositivo 10 ulteriormente comprende un connettore 8 che implementa lo standard USB per la connessione con dispositivi esterni di raccolta dati, come ad esempio un elemento di memoria esterna. In accordo a tale implementazione, il microprocessore 6 è configurato per inviare dati relativi ai segnali elettrici generati al connettore USB 8. Inoltre, anche l’unità centrale 30 può essere configurata per inviare dati elettromiografici al connettore USB 8.

Ulteriormente, può essere vantaggiosamente previsto che il dispositivo 10 presenti mezzi di visualizzazione grafica 18 dei dati elettromiografici e/o dei dati relativi ai segnali elettrici generati, comprendenti almeno un display. Ad esempio, tali mezzi di visualizzazione grafica 18 comprendono uno schermo collegato ad un processore tramite il connettore USB 8.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, il dispositivo 10 comprende un sensore 9 di rilevazione dell’accelerazione, configurato per essere applicato al distretto corporeo del paziente oggetto dell’elettrostimolazione. Il sensore 9 è configurato per rilevare l’accelerazione di gravità. Il sensore 9 di rilevazione dell’accelerazione è connesso all’unità centrale 30, in maniera tale da inviare all’unità centrale 30 i dati di accelerazione rilevati. Quest’ultima unità centrale 30 è ulteriormente configurata per la ricezione e l’elaborazione dei dati di accelerazione in maniera tale da determinare automaticamente parametri di generazione degli segnali elettrici anche in funzione dei dati di accelerazione elaborati.

Il sensore 9 in particolare consente di implementare una propriocezione controllata e regolata a sua volta dall’ausilio della funzione dell’elettrostimolatore, per stimolare il muscolo o i muscoli atti a mantenere la stazione eretta del paziente. Ad esempio, nel caso in cui quest’ultimo indossi il dispositivo o più dispositivi 10 per migliorare i movimenti degli arti inferiori e del busto, il dispositivo 10 stesso può implementare una tipologia di elettrostimolazione funzionale ad una vera e propria terapia posturale dinamica e costante nel tempo, grazie alla presenza del sensore 9.

Come anticipato, il dispositivo 10 è configurato per operare secondo una o più modalità di elettrostimolazione, generate in maniera automatica in funzione dei dati elettromiografici rilevati, o in accordo ad una selezione dei parametri di stimolazione operata manualmente. Ancora, l’unità centrale 30 è preferibilmente configurata affinché un operatore medico, o il paziente stesso, possa selezionare un metodo preimpostato di terapia da somministrare al paziente, che gli elettrodi erogano sul/i muscolo/i a cui sono applicati.

Secondo un ulteriore aspetto preferito dell’invenzione, il dispositivo 10 è miniaturizzato ed è costituito da un unico circuito che implementa due funzioni, ovvero l’elaborazione dei dati per indagine di elettroanalgesia e la corrispondente generazione di segnali elettrici di elettroterapia. Il dispositivo può essere posizionato direttamente sulle zone da trattare, agganciandolo su fasce elastiche direttamente con ganci o velcro, ed applicandolo al paziente.

Vantaggiosamente, l’invenzione può prevedere l’impiego di una pluralità di elettrodi collegati ad una pluralità di dispositivi 10, per consentire di effettuare contemporaneamente su un unico paziente anche otto o dieci trattamenti diversi tra loro, ad esempio su due o più distretti corporei in analgesia (anche a diversa intensità) e su altri otto in stimolazione.

Forme realizzative preferite prevedono che il dispositivo 10 comprenda mezzi di connessione amovibile al corpo del paziente nella forma di una tuta integrale, in cui il dispositivo 10 è connesso ad una pluralità di elettrodi - preferibilmente a gruppi comprendenti almeno tre elettrodi 1, 2, 3, in accordo a quanto già descritto - dislocati in diverse porzioni della tuta, in corrispondenza di differenti distretti corporei del paziente (es. gamba, braccio, ecc.). In particolare, può essere prevista una tuta integrale associata ad una pluralità di dispositivi 10 in accordo alla presente invenzione. Preferibilmente, il dispositivo 10 può essere controllato direttamente anche da un segnale derivato da un elettroencefalogramma e trasmesso all’unità centrale.

In accordo alle forme di realizzazione che prevedono alla presenza di una tuta integrale, il dispositivo realizza di fatto un esoscheletro, atto realizzare - anche simultaneamente - una stimolazione o un’azione elettroanalgesica su uno o più distretti muscolari del paziente che lo indossa.

Il dispositivo può essere ulteriormente configurato per sviluppare programmi particolari, da inserire in memoria, grazie ad un software che determina gli schemi motori dei movimenti e le catene muscolari funzionali del paziente interfacciandosi con il sensore di rilevazione dell’accelerazione 9.

Preferibilmente, la stimolazione viene effettuata erogando segnali sinusoidali a frequenza di circa 500 Hz, ad esempio per un intervallo di tempo di 0,3 secondi. La durata può essere aumentata durante le erogazioni successive fino al valore massimo di circa 2 o 3 secondi (tempo di contrazione), in associazione ad un corrispondente aumento della frequenza di stimolazione, che dipende dalle caratteristiche del paziente considerato. Quando l’erogazione è cessata, (condizione di riposo) si effettua il rilevamento dei segnali elettromiografici.

Analogamente, per l’elettroanalgesia il tempo di erogazione del segnale elettrico al valore di frequenza massima può essere ad esempio pari a 15-20 secondi, e nella pausa tra un’erogazione e la successiva si effettua la lettura elettromiografica.

In accordo a quanto sopra illustrato, si descrive a seguire una prima forma di realizzazione preferita di un metodo di stimolazione realizzato mediante un dispositivo in accordo alla presente invenzione.

Il metodo prevede una fase iniziale o preliminare di rilevazione (lettura) e preferibilmente memorizzazione del potenziale basale muscolare a riposo. Tale dato può essere memorizzato nel microprocessore del modulo di elettrostimolazione. Tale passo può essere molto breve, ad esempio della durata di 1 secondo.

In base al valore del potenziale basale rilevato, si determina il valore iniziale dell’intensità del segnale elettroanalgesico o di stimolazione. Tale valore è tipicamente un valore di riferimento standardizzato noto nello stato della tecnica, che un fisiatra o fisioterapista conosce, e che permette di verificare sperimentalmente i parametri iniziali della terapia.

L’utente può selezionare manualmente se la terapia da erogare debba consistere in una elettroanalgesia o in una stimolazione per ginnastica attiva/passiva, ad esempio mediante mezzi di interfaccia. Tali mezzi inviano l’ordine corrispondente alla selezione dell’utente al microprocessore dell’elettroterapia.

In particolare, il microprocessore può essere programmato in maniera tale da selezionare automaticamente un programma di elettrostimolazione o elettroanalgesia, oppure tale selezione può essere effettuata in maniera manuale dall’utente.

In funzione della terapia prescelta, viene erogato un segnale elettrico per un intervallo di tempo predeterminato, ad esempio compreso tra i 5 e i 30 secondi. Segue alla prima stimolazione una nuova fase di lettura del potenziale basale, seguita a sua volta da un confronto con il valore precedentemente rilevato e memorizzato. Se dal confronto si rileva una diminuzione del valore del potenziale basale rispetto alla misurazione precedente, si continua con lo stesso programma di erogazione. Al contrario, se il valore del potenziale basale è aumentato, si diminuisce l’intensità del segnale elettrico erogato.

La pausa tra due stimolazioni successive, in cui è effettuata la lettura del potenziale basale del muscolo o gruppo muscolare stimolato, può presentare una durata molto ridotta rispetto a quella della stimolazione, ad esempio può essere di durata pari ad un secondo.

Si effettua successivamente una nuova fase di lettura del potenziale basale, e si confronta nuovamente il valore letto con quello precedentemente rilevato. Se si rileva una diminuzione del nuovo valore rispetto al precedente, si continua con la stessa modalità di erogazione o si ritorna al valore iniziale del segnale di stimolazione. Se il valore del potenziale basale è aumentato, si procede con una diminuzione del segnale di stimolazione. Tali passi possono essere ripetuti per un numero predeterminato di volte, e per ogni passo può essere preimpostata la durata dell’erogazione.

Con riferimento ai diagrammi di flusso riportati nelle Figure allegate da 1 a 6, verrà ora descritta, a titolo esemplificativo, una ulteriore forma di realizzazione preferita di un metodo di esame elettromiografico e stimolazione elettrica implementabile mediante il dispositivo già descritto, in accordo alla presente invenzione. Tale forma di realizzazione può essere intesa quale una specifica implementazione della forma di realizzazione del metodo appena descritta.

Con riferimento alla Figura 1, dopo aver applicato tre elettrodi al paziente, rispettivamente nei punti prossimale, ventrale e distale del muscolo interessato, si seleziona manualmente la durata del trattamento e si determina il valore iniziale dell’intensità del segnale elettroanalgesico o di stimolazione, in modo che sia avvertibile dal paziente, ma non fastidioso. È verificata l’effettiva contrazione del muscolo mediante l’erogazione di un segnale di test della durata di 5-10 secondi.

Successivamente, si seleziona in modo manuale la modalità di erogazione degli impulsi elettrici da parte del modulo di elettroterapia, ad esempio in accordo ad una terapia di elettrostimolazione o di elettroanalgesia, e si invia l’ordine al microprocessore dell’elettroterapia, che può selezionare automaticamente i relativi programmi di stimolazione, come di seguito descritti.

Il microprocessore del modulo di elettroterapia genera sia la tipologia di segnale di elettroanalgesia da erogare, costituito da un segnale sinusoidale con frequenza 1000 Hz, sia i tempi di erogazione della stessa (rispetto i quali invierà corrispondenti comandi al microprocessore del modulo elettroterapico). Tali tempi possono essere ripartiti tra una pausa di rilevazione o lettura del segnale elettromiografico (preferibilmente della durata 1 secondo) e una fase di erogazione del segnale elettrico (preferibilmente della durata di 15 secondi).

Come anticipato, il trattamento inizia con una fase di lettura e memorizzazione, preferibilmente nel microprocessore del modulo di elettroanalgesia, del potenziale basale muscolare a riposo, per la durata di 1 secondo. Successivamente, per 15 secondi è erogato un segnale di elettroanalgesia. Segue una nuova fase di lettura, della durata di 1 secondo, seguita a sua volta da un confronto con il valore precedentemente rilevato e memorizzato. Se dal confronto si rileva una diminuzione del valore, si continua con lo stesso programma di erogazione, mentre se il valore è aumentato, si aumenta del 5% l’intensità del segnale di elettroanalgesia. Si effettua dunque una nuova fase di lettura della durata di 1 secondo, e si confrontano nuovamente i valori. Se si rileva una diminuzione del nuovo valore rispetto al precedente, si continua con lo stesso programma, mentre se il valore è aumentato, si procede con una diminuzione del segnale del 10%, per poi effettuare una nuova lettura con il relativo confronto. Se il valore rilevato è diminuito, si continua con lo stesso programma, altrimenti si ritorna al valore di elettroanalgesia iniziale.

Si eroga la terapia per una durata complessiva di almeno 15-20 minuti, alternando le fasi di lettura e di erogazione secondo i criteri precedentemente descritti.

Tutti i valori possono essere riportati e memorizzati automaticamente in una cartella clinica virtuale, ad esempio implementata su un dispositivo esterno connesso al dispositivo dell’invenzione tramite l’uscita USB.

Nel caso in cui sia implementata una terapia di stimolazione, il programma di stimolazione prevede preliminarmente di determinare il valore dell’ampiezza del segnale che provoca la contrazione del muscolo oggetto del trattamento. Successivamente, si inseriscono i tempi scelti tra stimolazione (contrazione) e pausa, che nella ginnastica attiva simulata (potenziamento) sono nel rapporto di 2 ad 1. Durante la pausa, avviene la lettura del segnale elettromiografico per valutare l’effetto del trattamento. Nel caso di terapia di stimolazione quale ginnastica passiva per la mobilizzazione, la distribuzione dei tempi è invertita (rapporto di 1 a 2 tra stimolazione e pausa).

Il trattamento terapico, in ogni caso, inizia sempre con una fase di lettura e memorizzazione dei dati del potenziale basale, che serviranno per i confronti successivi volti a saggiare la bontà della terapia in esecuzione. Esaurita questa fase, inizia la fase di stimolazione, secondo i tempi preliminarmente programmati. In generale, se nel confronto tra i dati letti nelle pause dalla stimolazione si verifica un aumento dei potenziali basali misurati, la terapia è intesa come efficace, e quindi si procede con lo stesso programma. Se il potenziale basale non aumenta, si aumenta l’ampiezza del segnale di stimolazione del 5% e si procede ad una nuova verifica mediante il confronto del nuovo valore di potenziale basale con quello precedentemente rilevato. Si può procedere per aumenti di ampiezza del segnale di stimolazione del 5%, fino al massimo del 15%, rispetto all’ampiezza precedente. In ogni caso, anche se il potenziale basale non aumenta, si può continuare con l’ultimo programma selezionato, salvo controllare i valori nelle sedute successive. I valori sono preferibilmente riportati e memorizzati, in automatico, in una cartella clinica virtuale in accordo a quanto già descritto.

Durante il trattamento, se il dispositivo comprende un accelerometro, i dati rilevati mediante quest’ultimo possono essere elaborati dall’unità centrale per la verifica della postura. In accordo ai dati suddetti, l’unità centrale manda un segnale al microprocessore che comanda l’elettroterapia, affinché l’elettrostimolatore generi segnali di stimolazione per la correzione della postura del paziente. In particolare, viene stimolata la contrazione di uno o più muscoli in maniera tale che il segnale dell’accelerometro indichi una posizione verticale in corrispondenza della forza di gravità. Ad esempio, una donna in stato di gravidanza tende a piegarsi in avanti, in associazione a questo movimento i muscoli della schiena vengono stimolati in modo che la loro contrazione porti la schiena a riassumere una posizione verticale, come rilevato dall’accelerometro.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito dall’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (10) integrato per la rilevazione di parametri elettromiografici da un distretto corporeo di un paziente e per l’erogazione di segnali elettrici ad un distretto corporeo del paziente, comprendente: − due o più elettrodi (1, 2, 3) per applicazione cutanea in corrispondenza del distretto corporeo del paziente, configurati per rilevare segnali elettrici e/o per emettere segnali elettrici; − un’unità portatile (20), comprendente un modulo elettromiografico (50) ed un modulo di elettroterapia (60), detti modulo elettromiografico (50) e modulo di elettroterapia (60) essendo rispettivamente connessi a uno o più di detti elettrodi (1, 2, 3), in cui: detto modulo elettromiografico (50) comprende un primo microprocessore (5) atto ad elaborare segnali elettrici rilevati da detti elettrodi (1, 2, 3), e detto modulo di elettroterapia (60) comprende un secondo microprocessore (6) atto a generare segnali elettrici e a comandare l’attivazione di detti elettrodi (1, 2, 3) per l’erogazione di tali segnali; − un’unità centrale (30) di controllo configurata per: ricevere ed elaborare i segnali rilevati mediante detto modulo elettromiografico (50) in maniera tale da ottenere rispettivi dati elettromiografici, determinare parametri di generazione dei segnali elettrici da parte di detto modulo di elettroterapia (60) in funzione dei dati elettromiografici elaborati ed inviare un segnale di comando a detto modulo di elettroterapia (60) per la generazione e l’erogazione di segnali elettrici in accordo ai suddetti parametri di generazione, in cui detta unità portatile (20) comprende mezzi di connessione amovibile (22) ad un distretto corporeo del paziente, ad esempio nella forma di una fascia elastica indossabile, di una cinghia regolabile o di una tuta integrale.
2. 2. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente mezzi di interfaccia (32), in cui detto secondo microprocessore (6) è configurato per generare segnali elettrici in accordo a parametri di intensità, frequenza e durata associati a predeterminati programmi di stimolazione/analgesia selezionabili dall’utente mediante detti mezzi di interfaccia (32).
3. 3. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di interfaccia (32) sono compresi in detta unità centrale (30).
4. 4. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità centrale (30) comprende mezzi di comunicazione (31) configurati per consentire la ricezione e la trasmissione di dati mediante un sistema di cablaggi o un sistema wireless, ad esempio mediante lo standard Bluetooth o mediante una SIM.
5. 5. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità portatile (20) comprende, o è connettibile a, propri mezzi di alimentazione (13), quali una batteria ricaricabile o celle fotovoltaiche.
6. 6. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un primo e un secondo elettrodo (1, 3) configurati per rilevare ed emettere segnali elettrici, ed un terzo elettrodo (2) configurato esclusivamente per rilevare segnali elettrici di riferimento.
7. 7. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di condizionamento (4) dei segnali elettrici rilevati da detti due o più elettrodi (1, 2, 3), interposti tra detti uno o più elettrodi (1, 2, 3) e detto modulo elettromiografico (50), preferibilmente comprendenti un amplificatore differenziale con protezione in ingresso.
8. 8. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un connettore USB (8), in cui detto secondo microprocessore (6) è configurato per inviare dati relativi ai segnali elettrici generati a detto connettore USB (8), e/o detta unità centrale (30) è configurata per inviare dati elettromiografici a detto connettore USB (8).
9. 9. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di visualizzazione grafica (18) dei dati elettromiografici e/o dei dati relativi ai segnali elettrici generati, preferibilmente connessi ad un connettore USB (8).
10. 10. Dispositivo (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un sensore (9) di rilevazione dell’accelerazione di gravità connesso a detta unità centrale (30) e configurato per essere applicato al distretto corporeo del paziente, in cui detta unità centrale (30) è ulteriormente configurata per la ricezione e l’elaborazione di dati di accelerazione in maniera tale da determinare parametri di generazione dei segnali elettrici da parte di detto modulo di elettroterapia (60) in funzione dei dati di accelerazione elaborati.