Функціональна електростимуляція Раду Бреане, Ірина Туртуряну
ФУНКЦІОНАЛЬНА ЕЛЕКТРИЧНА СТИМУЛЯЦІЯ
(Науковий керівник: С. Лозовану, доцент, В. Ойог, доцент)
Кафедра фізіології та біофізики людини (зав. В. Вовч, професор університету)
Ця стаття зосереджена на функціональній електричній стимуляції, техніці, яка використовує електричну
подразники для відновлення нормальної діяльності нервових органів, що страждають від нестачі. Концепція
сам описується разом із інформацією про його походження, історію, поточне застосування та майбутнє
розвитку. У статті також представлений пристрій FES, розроблений авторами, та
експериментальні результати його тестування.
У цій роботі розглядається функціональна електрична стимуляція, техніка, яка використовує подразники
для відновлення діяльності органів без контролю нервів. Описано поняття
власне, його походження, історичні довідкові дані, поточне та майбутнє застосування. Водночас це так
представив конструкцію пристрою СЕФ, виготовлену авторами, та результати його експериментальних випробувань.
Функціональна електрична стимуляція (SEF)- або функціональна електростимуляція є a
техніка, яка використовує електричний струм для збудження нервів уражених кінцівок
параліч через пошкодження спинного мозку, головний біль, ішемію головного мозку та інші стани
неврологічний. SEF в основному використовується для відновлення працездатності людей з
інвалідність. Іноді це ще називають Нейром'язова електрична стимуляція (SENM).
SEF спочатку був відомий як Функціональна електротерапія, запропонований термін
Ліберсона [1]. Лише в 1967 році ця назва Функціональна електрична стимуляція, поняття
використовується Moe and Post у патенті під назвою "Електростимуляція м'яза, позбавленого
контроль нервів, щоб отримати скорочення м’язів і забезпечити функціональний рух
і корисно ". Перший комерційний пристрій SEF лікувати погане тильне згинання стопи під час
ходьба, стимулюючи перонеальний нерв. Ліберсон повідомив про значне поліпшення в
перебіг хворих на геміплегію, які протестували цей тип нейропротезування. Ідею взяли на себе і
іншими дослідницькими центрами (Університетський реабілітаційний інститут - Любляна, Ранчо Лос
Друзі, Дауні, США та ін.) [2,3]. Були старанні дослідження, які закінчувались різними
прототипи нейропротезів. На жаль, мало хто вийшов за межі стадії досліджень і досяг
клініки для поточного лікування пацієнтів.
Функціональна електростимуляція спрямована на координацію активації м’язових груп
так, щоб в результаті переміщення нижніх або верхніх кінцівок до
відповідає нормальному добровільному.
Пацієнти, яким може бути корисно лікування, засноване на функціональній електростимуляції:
Пацієнти з інсультом (перші 6 місяців є визначальними у
Пацієнти з розсіяним склерозом (покращує якість рухів)
Пацієнти Паркінсона (якість ходьби значно покращується)
Паралізовані пацієнти (технічні вправи) [4,5].
Електростимуляція проводиться електродами, розміщеними на поверхні шкіри або імплантованими.
Поверхневі електроди їх легше застосувати, але вони викликають проблеми з провідністю
електрична та м’язова вибірковість. Крім того, рух із шкірою може призвести до а
зменшення скорочення м’язів під час функціональних рухів [6].
Імплантовані електроди вимагає більш кропіткого монтажу, може призвести до інфекцій, але
Поміщені в безпосередній близькості від рухового нерва, забезпечують кращу вибірковість і активізацію м’язів
стурбований. Останні розробки в галузі мікроелектроніки дозволили виготовляти електроди
Електростимуляція проводиться прямокутними імпульсами струму. В
у разі м'язів з цілим руховим нейроном, стимульованим поверхневими електродами, сигнал
електричний - це прямокутний імпульсний блок із частотою від 20 Гц до 40 Гц
і тривалість імпульсу від 5 мкс до 350 мкс, інтенсивність становить від 20 мА до 100 мА [5].
У разі електростимуляції імплантованими електродами можна отримати максимальне скорочення м’язів
для значень приблизно 20 мА і тривалості 200 мкс прямокутного імпульсу [7].
Для денервованих м’язів потрібен електричний подразник тривалістю прямокутного імпульсу порядку а
150 мс, щоб отримати скорочення.
Результати досліджень у галузі нейропротезів дали наступні програми:
Нейропротези для контролю сечовипускання та дефекації
Протези, імплантовані в руки для контролю функції захоплення
Допоміжні нейропротези в передавальних функціях інвалідне крісло-туалет, сидіння-ліжко
Ходячі нейропротези тощо. [8-13].
Імплантована система під назвою "Вільна рука" значно покращує навички
функціональне використання кисті у хворих на тетраплегію з пошкодженням спинного мозку при
У світі є приблизно 150 пацієнтів, яким вигідна його імплантація
система. Однак у звичайне клінічне лікування інтегровано мало нейропротезів.
Наукова еволюція та швидкий розвиток обчислювальної техніки за останні 10 років призвели до
поява простих і доступних платформ, здатних виконувати складні функції
неможливо або складно в попередні десятиліття.
Розробка пристрою для ілюстрації концепції функціональної електричної стимуляції
Демонстрація ефективності та доступності даного методу в модуляції фізіологічних функцій
побутової техніки SEF мають два основні компоненти: a стимулюючий і a контролер
Стимулятор є джерелом електричних імпульсів, до якого приєднуються електроди, які потім
вставити у відповідний орган.
Контролер є аналогом комп’ютера (комп’ютера). Його роль - керувати роботою
кардіостимулятор. Він може бути запрограмований на активацію різних алгоритмів електричного стимулу
заздалегідь визначений або може бути встановлений для зчитування інформації з пристрою введення (пульт дистанційного керування)
і діяти відповідно до команд користувача.
кардіостимулятор вживаний був розроблений з метою одночасного управління чотирма групами
м'язи. Таким чином, він має чотири пари електродів, кожен з яких підключений до спрямованої схеми
транзистора. Всі схеми зібрані на одній платі, мають вимикач та джерело
загальне джерело живлення (9 В). До стимулятора прикріплений потенціометр для регулювання напруги
а під час додаткової роботи також підключається мультиметр для відображення напруги в
Голки з нержавіючої сталі, з'єднані зі стимулятором ізольованими мідними дротами.
Мікроконтролер використовується називається Ардуїно, була створена в 2005 році Інститутом дизайну
Інтерактив в Івреї, Італія, щоб надати студентам можливість більше працювати
Середовище Arduino - це гібридна платформа, заснована на мові Java, яка складається з
редактор коду, компілятор і модуль передачі даних на контролер. Він був створений в
навколо проекту Wiring, розпочатого в 2003 році Ернандо Барраганом і призначеного для художників,
дизайнери, студенти та всі, хто захоплюється створенням інтерактивних пристроїв.
В експериментах контролер був запрограмований на зв’язок із стимулятором, активуючи або
відключення кожної пари електродів у певній послідовності, зазначеній програмою. Для
контролер програмування підключений до комп'ютера через інтерфейс USB.
Параметри стимулу
Параметри стимулу були отримані за результатами досліджень щодо скорочення м’язів
жаба, виконана в лабораторії мехатроніки Північно-Західного університету, США.