RS51004B - Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju - Google Patents

Abstract

Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju koji se sastoji od procesorske jedinice 1, memorije 2, sistema za vezu 5, LCD-a 4, tastature 3, kade 8 sa vodom 9, magnetnih induktora 10, 15 i senzora položaja 11, 12, 13, 14, naznačen time, što su za kadu (8) sa vodoni (9) spolja pričvršćeni magnetni induktori (10, 15) i senzori položaja (11, 12, 13, 14) koji su spojeni sa ulazom procesorske jedinice (1), za čiji je izlaz spojena jedinica, (7) za magnetnu stimulaciju, za koju su spojeni magnetni induktori (10, 15) i gde su za ulazno-izlazne portove procesorske jedinice (1) spojeni čitač/pisač eksterne memorije (6), memorija (2), sistem veze (5), LCD (4) i što je za ulazne portove procesorske jedinice (1) spojena tastatura (3).

Description

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi:

Prema medjunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) pronalazak se može svrstati u sledeću oblast tehnike: A 61 N 2/00. To su uređaji za električnu i magnetnu stimulaciju.

Tehnički problem

Tehnički problem koji se rešava ovim pronalaskom je kako konstruisati i izvesti uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju primenom električnog i magnetnog polja.

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 kade 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 kade sa vodom na koji je postavljen induktor ili više induktora. Svaki induktor je povezan sa jedinicom za magnetnu stimulaciju koja je opisana u stanju tehnike i najčešće se sastoji od kola za punjenje kondenzatora, banke kondenzatora i kola za opaljenje, koje električni naboj skladišten u kondenzatorima propušta kroz induktor. Nagli prolaz velike količine naelektrisanja kroz induktor dovodi do nagle promene magnetnog fluksa u okolini induktora što, kod korisnika, izaziva mišićnu kontrakciju.

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

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

Za vreme dok je uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju aktivan, procesorska jedinica, preko senzora položaja ili prekidača, neprekidno proverava da li se telo korisnika nalazi u blizini induktora. Onog trenutka kada procesor ustanovi da je korisnik primakao mišiće induktoru, on daje signal jedinici za magnetnu stimulaciju 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 kadu 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, tastaturu i sisteme za komunikaciju 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 preko posebnih kola za opaljenje, dok se preostala dva induktora, preko posebnih kola za opaljenje, povezuju sa samo jednom bankom kondenzatora

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 kada 8 sa vodom 9 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 kadu 8 sa vodom 9 ugrađen je najmanje jedan senzor položaja 11 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. Kao što prikazuje Slika 1, sistem se 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 kada 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 kadi sa vodom 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 (butterfiv). Induktori najčešće imaju mali broj navojaka debele žice što manje električne otpornosti. 2. Kada 8 (Slika 4) sa vodom 9 najčešće se realizuje u formi kade za kupanje ili hidromasažne kade. Kada treba da bude ergonomski oblikovana na takav način da omogući pozicioniranje tela korisnika 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 kade 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 switch) koji se mogu koristiti 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 kade 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 da je 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 kadu sa vodom 8 (Slika 2) a svoje telo i ekstremitete postavi u skladu sa oblikom kade koja je ergonomski prilagođena 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 (1)

1. Uređaj za podvodnu mišićnu stimulaciju koji se sastoji od procesorske jedinice 1, memorije 2, sistema za vezu 5, LCD-a 4, tastature 3, kade 8 sa vodom 9, magnetnih induktora 10, 15 i senzora položaja 11, 12, 13, 14,naznačen time,što su za kadu (8) sa vodom (9) spolja pričvršćeni magnetni induktori (10, 15) i senzori položaja (11, 12, 13, 14) koji su spojeni sa ulazom procesorske jedinice (1), za čiji je izlaz spojena jedinica (7) za magnetnu stimulaciju, za koju su spojeni magnetni induktori (10, 15) i gde su za ulazno-izlazne portove procesorske jedinice (1) spojeni čitač/pisač eksterne memorije (6), memorija (2), sistem veze (5), LCD (4) i što je za ulazne portove procesorske jedinice (1) spojena tastatura (3).