RS20070289A - Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju - Google Patents

Abstract

Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju namenjen je stimulacji nerava i mišića elektromagnetnim putem za vreme dok se mišićni nalaze ispod vode. Uređaj se sastoji od centralne jedinice koja upravlja sa jednom ili više jedinica za magnetnu stimulaciju čiji su induktori postavljeni na odgovarajućim pozicijama suda sa vodom u kojem se nalazi telo korisnika. Kao vodeni sud najčešće se koristi kada za kupanje. Uređaj je dalje opremljen senzorima položaja koji detektuju prisustvo ekstremiteta u blizini induktora i obaveštavaju centralnu jedinicu da započne sa stimulacijom ukoliko se mišić korisnika nalazi u blizini induktora.

Description

Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi:

Pronalazak se odnosi na oblast neuromišićne stimulacije elektromagnetnim poljem. U nastavku teksta vide se oznake oblasti tehnike na koju se pronalazak odnosi prema medjunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP).

Tehnički problem

Pronalazak rešava problem neuromišićne stimulacije za vreme dok se stimulisani mišići nalaze ispod vode.

Stanje tehnike

Dosadašnje stanje tehnike uključuje veliki broj rešenja za vršenje neuromišićne stimulacije električnim i magnetnim putem. Električna stimulacija nije pogodna za podvodnu primenu, dok magnetna stimulacija mišića nikada nije primenjena u ove svrhe. Samim tim, sistem koji se sastoji od suda sa vodom (kade), jedinice za neuromišićnu magnetnu stimulaciju i senzora položaja koji detektuju kada se korisnikov mišić nalazi u blizini magnetnih indukora, do sada nikada nije opisan.

Izlaganje suštine pronalaska

Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju namenjen je stimulaciji nerava i mišića ispod površine vode. Vodeno okruženje korisno je u tretmanu mnogih pacijenata pa je, zbog toga, poželjno proizvesti mišićnu kontrakciju za vreme dok je mišić potopljen u vodi.

Da bi se realizovala ideja o podvodnoj mišićnoj stimulaciji, predmetni uređaj koristi sistem koji se sastoji od suda sa vodom (8, Slika 1) na koji je postavljen induktor (10) ili više induktora (10, !§, Slika 2). Iduktor (10, Slika 1) je povezan sa jedinicom za magnetnu stimulaciju (7) koja je opisana u stanju tehnike i najčešće se sastoji od kola za punjenje kondenzatora (16, Slika 6), banke kondenzatora (17) i kola za opaljenje (18), koje električni naboj skladišten u kondenzatorima (17) propušta kroz induktor (10). Nagli prolaz velike količine naelektrisanja kroz induktor dovodi do nagle promene magnetnog fluksa u okolini induktora što, kod korisnika, izaziva mišićnu kontrakciju.

Pošto sud sa vodom može da sadrži više induktora, ovaj pronalazak obrađuje i dve različite forme jedinica za magnetnu stimulaciju od kojih jedna (Slika 6) sadrži jedno kolo za opaljenje (18) preko kojeg se elektricitet sa kondenzatora (17) propušta kroz induktor (10), dok druga forma jedinice za magnetnu stimulaciju (Slika 7) sadrži dva ili više kola za opaljenje (18, 22) preko kojih se elektricitet sa kondenzatora (17) propušta kroz dva različita induktora (10, 15). Broj induktora u kadi može da varira u zavisnosti od modela kade.

Pored ovaga, predmetni sistem sadrži i senzore položaja ili prekidače (11, Slika 1) koji se koriste da procesorskoj jedinici (1) ukažu na blizinu tela pacijenta u odnosu na stimulacione induktore (10).

Za vreme dok je uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju aktivan, procesorska jedinica (1), preko senzora položaja ili prekidača (11), neprekidno proverava da li se telo korisnika nalazi u blizini induktora (10). Onog trenutka kada procesor ustanovi daje korisnik primakao mišiće induktoru, on daje signal jedinici za magnetnu stimulaciju (7) da aktivira magnetni puls, koji u mišiću izaziva kontrakciju.

S obzirom na to da voda ne predstavlja smetnju magnetnom polju, ovaj metod je pogodan za vršenje podvodne mišićne stimulacije. Sistem koji se sastoji od jedinice za magnetnu stimulaciju sa induktorom, ugrađene u sud sa vodom, i senzorima položaja koji govore procesorskoj jedinici kada da započne ili završi sa stimulacijom, do sada nikada nije primenjen.

Pored gore navedenog, sistem dalje čine elementi za komunikaciju sa korsnikom koji uključuju LCD (4), tastaturu (3) i sisteme za komunikaciju (5) sa računarom ili drugim mikroprocesorskim sistemima. Ovi sistemi omogućavaju podešavanje uređaja, njegovo povezivanje sa računarom i ostalim uređajima, kao i identifikaciju korisnika sa ciljem selekcije parametara mišićne stimulacije koji najviše odgovaraju tačno određenom korisniku.

Kratak opis slika i nacrta

Slika 1 daje prikaz osnovnih elemenata uređaja i njihovog povezivanja

Slika 2 prikazuje izgled kade sa dva induktora i četiri senzora položaja

Slika 3 prikazuje korisnika koji leži u kadi sa induktorom i senzorom položaja

Slika 4 daje prikaz kade sa inuktorima, senzorima položaja i kontrolnim panelom

Slika 5 prikazuje jedan od načina povezivanja prekidača za utvrđivanje položaja mišića Slika 6 prikazuje osnovne komponente jedinice za neuromišićnu magnetnu stimulaciju Slika 7 prikazuje komponente jedinice za neuromišićnu stimulaciju sa jednom bankom kondenzatora i dva kola za opaljenje koja elektricitet nagomilan na kondenzatorima propuštaju kroz dva različita induktora

Slika 8 prikazuje kombinovani način povezivanja induktora kod kojeg se dva induktora povezuju sa po jednom bankom kondenzatora (24, 28) preko posebnih kola za opaljenje (25, 29), dok se preostala dva induktora (10, 15), preko posebnih kola za opaljenje (18, 22), povezuju sa samo jednom bankom kondenzatora (17)

Detaljan opis pronalaska

Imajući u vidu pozitivne efekte koje voda ima na mišiće korisnika, predmetni uređaj konstruisan je sa ciljem da izvrši stimulaciju kontrakcije mišića postavljenih ispod površine vode.

Kao što prikazuje Slika 1, osnovni elementi uređaja su sud sa vodom (8) u koji je ugrađen najmanje jedan magnetni induktor (10) koji je dalje povezan sa jedinicom za magnetnu stimulaciju (7). Ova jedinica ima ulogu da proizvede dovoljno veliku struju u dovoljno kratkom vremenu kroz kolo inuduktora kako bi se u njegovoj okolini proizvelo magnetno polje dovoljne indukcije da izazove mišićnu kontrakciju. U sud sa vodom (8) ugrađen je najmanje jedan senzor položaja koji omogućava uređaju da utvrdi blizinu mišića korisnika kako bi, u slučaju prisustva mišića, započeo stimulaciju, ili je zaustavio, u slučaju njihovog odsutva u blizini magnetnih induktora.

Celim sistemom upravlja procesorska jedinica (1) koja može da bude povezana sa dodatnom memorijom (2) i čitačem/pisačem eksterne memorije (6) (memorijske kartice, CD, DVD i slično) koji se može koristiti da za identifikaciju korisnika i beleženje različitih opcija i tipova stimulacionih procedura koje korisnik upotrebljava. Procesorska jedinica (1, Slika 1) povezana je i sa svim ostalim sistemima koji su, u deljem tekstu, detaljnije objašnjeni. 1. Sistem za neuromišićnu stimulaciju magnetnim putem (7, 10, Slika 1) detaljno je opisan u stanju tehnike. Ovaj sistem dizajniran je da generiše magnetni impuls velike indukcije reda veličine 1T u vremenskom trajanju reda veličine lms. Ovakva konstrukcija omogućava naglu promenu magnetnog fluksa u tkivu korisnika koja dovodi do indukovanja električne struje, koja dalje izaziva neuromišićnu stimulaciju.

Sistem se u suštini sastoji od jedinice za neuromišićnu magnetnu stimulaciju (7) i induktora (10). Jedinica za neuromišićnu magnetnu stimulaciju ima za cilj da generiše strujni impuls dovoljno velikog intenziteta i dovoljno brzog rasta struje po vremenu kako bi se omogućila dovoljno brza promenu magnetnog fluksa unutar mišića korisnika. Osnovne delove jedinice za magnetnu stimulaciju prikazuje Slika 6.

Da bi se proizvelo ovakvo polje koristi se princip punjenja banke kondenzatora (17) preko kola za punjenje (16) koje kontroliše napon na kondenzatorima i omogućava punjenje do različitih naponskih nivoa.

Kada napon na kondenzatorima dostigne odgovarajući nivo, punjenje se zaustavlja. Procesorska jedinica tada šalje signal jedinici za magnetnu stimulaciju (7, Slika 1) da, preko kola za opaljenje (18, Slika 6), propusti naelektrisanje nagomilano na kondenzatorima (17) i proizvede jak magnetni puls u induktoru (10). Princip generisanja magnetnog polja putem propuštanja naelektrisanja nagomilanog na kondenzatorima kroz induktor detaljno je objašnjen u literaturi i predmet je brojnih patenata.

Pošto sud sa vodom može da sadrži više induktora, ovaj pronalazak obrađuje i različite načine povezivanja induktora sa jedinicom za magnetnu stimulaciju kao i dve različite forme jedinica za magnetnu stimulaciju.

Prva forma jedinice za magnetnu stimulaciju (Slika 6) sadrži jedno kolo za opaljenje (18) preko kojeg se elektricitet sa kondenzatora (17) propušta kroz induktor (10). Kod ovakve forme, jedna banka kondenzatora prazni se preko samo jednog induktora.

Druga forma jedinice za magnetnu stimulaciju (Slika 7) sadrži dva ili više kola za opaljenje (18, 22) preko kojih se elektricitet sa kondenzatora (17) propušta kroz dva ili više različitih induktora (10, 15). Kod ove forme jedna banka kondenzatora (17) prazni se preko dva ili više induktora (10, 15), pri čemu svakom induktoru odgovara jedno kolo za opaljenje.

Broj induktora u sudu sa vodom (kadi) može da varira u zavisnosti od modela kade pa, samim tim, može da varira i broj kao i forma magnetnih jednica. Pomenute dve forme jedinica za magnetnu stimulaciju međusobno se razlikuju po proizvodnoj ceni i broju magnetnih impulsa koje mogu da generišu na induktoru. I jedna i druga forma jedinice za magnetnu stimulaciju sadrže jednu banku kondenzatora koja se, preko kola za punjenje, puni naelektrisanjem. S obzirom na to da je punjenje banke kondenzatora proces koji konzumira određenu količinu vremena, u prvoj formi jedinice za magnetnu stimulaciju (Slika 6) vreme potrebno za punjenje banke kondenzatora troši se samo na jedan induktor, dok se u drugoj formi jedinice za magnetnu stimulaciju (Slika 7) ovo isto vreme troši na više različitih induktora (10, 15). Iz ovog razloga magnetna jedinica sa više kola za opaljenje (Slika 7) ima mogućnost da proizvede isti broj magnetnih impulsa kao i magnetna jedinica sa jednim kolom za opaljenje (Slika 6), s tim što taj broj impulsa treba da raspodeli na veći broj induktora (10, 15, Slika 7) u zavisnosti od potrebe.

Sa druge strane, magnetna jedinica sa više kola za opaljenje ima nižu proizvodnu cenu zbog toga što veći broj induktora koristi samo jednu banku kondenzatora i jedno kolo za punjenje. Iz navedenih razloga, predmetni uređaj može da sadrži više induktora i da kombinuje različite forme magnetnih jedinica za koje su induktori vezani. Slika 8 prikazuje procesorsku jedinicu (1) povezanu sa jednom jedinicom za magnetnu stimulaciju koja sadrži dva kola za opaljenje (18, 22) koja kroz induktore (10, 15) propuštaju naelektrisanje iz jedne banke kondenzatora (17). Pored ovoga, procesorska jedinica povezana je sa još dve jedinice za magnetnu stimulaciju sa po jednim kolom za opaljenje (25, 29) preko kojih se kroz induktore (26, 30) propušta naelektrisanje sa dve različite banke kondenzatora (24, 28). Ove dve banke kondenzatora pune se naelektrisanjem preko kola za punjenje (23, 27).

Induktori (10, 15, Slika 4) za neuromišićnu stimulaciju detaljno su obrađeni u literaturi. Stanje tehnike poznaje više različitih tipova ovakvih induktora a najčešće primenjivani su induktori kružnog oblika i oblika leptira (butterflv). Induktori najčešće imaju mali broj navojaka debele žice što marje električne otpornosti. 2. Sud sa vodom (8, Slika 4) najčešće se realizuje u formi kade za kupanje ili hidromasažne kade. Sud treba da bude ergonomski oblikovan na takav način da omogući pozicioniranje tela pacijenta tako da motorne tačke mišića legnu tačno na mesta na kojima su ugrađeni magnetni induktori. Slika 3 prikazuje kadu sa ugrađenim magnetnim induktorom (10) koji je postavljen u blizini motorne tačke mišića. Ovakva pozicija omogućava induktoru da generiše magnetno polje tačno na mestu mišića na kojem je moguće izvršiti kontrakciju sa magnetnim impulsom najmanjeg intenziteta. 3. Senzori položaja ili prekidači (11, 12, 13, 14, Slika 4) pozicioniraju se u neposrednoj okolini magnetnih induktora sa ciljem da otkriju da li mišići korisnika naležu na magnetne induktore. Informacije o prisustvu tela korisnika na odgovarajućim pozicijama u okviru suda za vodu ovi senzori šalju procesorskoj jedinici. Ukoliko je uređaj aktiviran, procesorska jedinica proverava da li je mišić prislonjen uz magnetni induktor, i ukoliko jeste, šalje signal jedinici za neuromišićnu magnetnu stimulaciju da aktivira magnetni puls. Serija magnetnih pulseva aktivira se na ovaj način za sve vreme dok je mišić prislonjen na magnetni induktor.

Stanje tehnike uključuje veliki broj senzora položaja koji funkcionišu induktivnim, kapacitivnim, ultrazvučnim, laserskim ili drugim putem. Na tržištu je prisutan i veliki broj blizinskih prekidača (proximity svvitch) koji se mogu korist'ti za ove svrhe.

Umesto ovakvih senzora, u okolini induktora mogu se postaviti i ergonomski oblikovani mehanički prekidači. Pritisak telom na prekidač dovodi do zatvaranja kola prekidača i signalizira procesoru da je mišić u blizini induktora. Jedan od načina povezivanja prekidača sa procesorom prikazuje Slika 5 na kojoj se vidi prekidač (11) koji je direktno povezan sa procesorom, i koji je sa jedne strane preko otpornika (20) povezan sa pozitivnim napajanjem, dok je sa druge strane povezan na nulti potencijal čime je omogućeno da procesor dobije signale logičke nule ili jedinice u zavisnosti od toga da li korisnikov mišić dodiruje zid vodenog suda u blizini indukora ili ne. Prekidač (11) je ugrađen u kadu u blizini induktora i ergonomski tako prilagođen da ga prisustvo mišića naslonjenog na induktor aktivira i, samim tim, obaveštava procesor o prisustvu mišića u blizini indukora. 4. Sistem za komunikaciju sa korisnikom sastavljen je od tastature (3, Slika 1) i displeja (4). Tastatura i displej (najčešće LCD) vezuju se direktno za procesorsku jedinicu. Za sve vreme rada aparata, procesorska jedinica proverava stanje tastature. Ukoliko se. prilikom provere stanja tastature, utvrdi daje neki taster pritisnut, aktivira se određena procedura. LCD se kontroliše tako što procesorska jedinica, za sve vreme rada aprata, u određenim vremenskim intervalima, ažurira sadržaj LCDa. 5. Sistem za komunikaciju (5) sa drugim mikroprocesorskim sistemima najčešće je interno podržan od strane upotrebljenog mikrokontrolera i pruža podršku za USB, Ethernet, CAN, RS232, RS485, SPI ili drugu vrstu komunikacije. Sistem za vezu omogućava povezivanje sa ostalim mikroprocesorskim uređajima kao , što su računar, mobilni telefon, audio sistem i slično.

USB komunikacija ostvaruje se direktnim povezivanjem procesorske jedinice sa USB portom. SPI komunikacija ostvaruje se direktnim povezivanjem procesorske jedinice sa drugim procesorom ili integrisanim kolom koje podržava ovakvu kumunikaciju. Za RS232, CAN, RS458, Ethernet komunikaciju koriste se drajveri u formi integrisanih kola koja se direktno povezuju sa procesorskom jedinicom.

Pored prethodno nabrojanih žičanih komunikacija, sistem za vezu (5) podržava i bežičnu komunikaciju koja se može izvesti bilo kojim RF integrisanim kolom za komunikaciju povezanim sa antenom koja se najčešće realizuje na štampanoj ploči uređaja. Jedna od mogućnosti je i upotreba Bluetooth integrisanog kola koje omogućava radio vezu između dva procesora na kratkim rastojanjima.

Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju koncipiran je tako da se putem magnetnog impulsa velike indukcije i kratkog trajanja izvrši depolarizaciju neuromišićne sinapse, nervne ili mišićne ćelije sa ciljem izvršenja mišićne kontrakcije. Ovakav impuls generiše jedinica za neuromišićnu magnetnu stimulaciju (Slika 6) koja naelektrisanje nagomilano u banci kondenzatora (16) naglo propušta, preko kola za opaljenje (18) kroz induktor (10). Jaka struja koja prolazi kroz namotaje induktora proizvodi magnetno polje velike indukcije koje dalje depolariše nervne ili mišićne ćelije u blizini induktora.

Uređaj funkcioniše tako što korisnik uđe u sud sa vodom (8, Slika 2) a svoje telo i ekstremitete postavi u skladu sa oblikom suda koji je ergonomski prilagođen korisniku. Preko kontrolnog panela (19, Slika 4), uz pomoć tastature (3) i displeja (4) korisnik podešava parametre stimulacije kao što su broj impulsa u minutu, trajanje tretmana, trajanje kontrakcije, trajanje relaksacije i ostalo. Pored ovoga, uređaj omogućava korisniku da u čitač/pisač eksterne memorije (6, Slika 1) uređaja ubaci memorijsku karticu, CD ili DVD, i na taj način pruži podatke uređaju o parametrima stimulacije koji najviše odgovaraju korisniku. Po aktiviranju uređaja, senzori položaja (11, 12, 13, 14, Slika 4) detektuju prisustvo mišića korisnika u blizini magnetnih induktora (10, 15) i aktiviraju seriju magnetnih impulsa u skladu sa podešenim parametrima stimulacije.

Claims (8)

1. Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju, naznačen time, da se sastoji od jedne ili više jedinica za neuromišićnu magnetnu stimulaciju svaka od kojih je, preko posebnog kola za opaljenje, povezana sa najmanje jednim magnetnim induktorom od kojih je svaki ugrađen u sud za vodu ergonomski prilagođen telu korisnika i mišićima koji se u sudu stimulišu.

2. Uređaj prema zahtevu 1, naznačen time, da je jedinica za neuromišićnu magnetnu stimulaciju sastavljena od banke kondenzatora koji se pune preko kola za punjenje i prazne kroz jedan ili više induktora preko kola za opaljenje od kojih svakom induktoru odgovara posebno kolo za opaljenje.

3. Uređaj prema zahtevu 2, naznačen time, daje svako od kola za opaljenje, jedne ili više jedinica za neuromišićnu magnetnu stimulaciju, povezano sa procesorskom jedinicom koja kontroliše aktiviranje magnetnih impulsa na svakom pojedinačnom induktoru.

4. Uređaj prema zahtevu 1, naznačen time, daje sud za vodu opremljen senzorima položaja ili prekidačima, povezanim sa procesorskom jedinicom, koji detektuju prisustvo mišića u blizini magnetnih induktora i o tome obaveštavaju procesorsku jedinicu.

5. Aparat prema zahtevu 1, naznačen time, da je predmetni aparat opremljen tastaturom i displejom koji su povezani sa procesorskom jedinicom i koji se koriste za komunikaciju sa korisnikom.

6. Aparat prema zahtevu 1, naznačen time, da je predmetni aparat opremljen memorijom povezanom sa procesorskom jedinicom.

7. Aparat prema zahtevu 1, naznačen time, da sadrži sredstvo za čitanje/pisanje eksterne memorije koju korisnik nosi sa sobom u svrhe identifikacije i memorisanja opcija koje nudi aparat.

8. Aparat prema zahtevu 1, naznačen time, da je predmetni aparat opremljen sistemom za komunikaciju sa drugim uređajima i računarom putem žičane, radio i infracrvene veze.