Функционална електрическа стимулация Radu Breahnă, Irina Turtureanu
ФУНКЦИОНАЛНА ЕЛЕКТРИЧЕСКА СТИМУЛАЦИЯ
(Научен ръководител: С. Лозовану, доцент, В. Ойог, асистент)
Катедра по физиология и биофизика на човека (ръководител-V. Vovc, университетски професор)
Тази статия е фокусирана върху функционалната електрическа стимулация, техника, която използва електрическа
стимули за възстановяване на нормалната активност на лишените от нервен контрол органи. Концепцията
самата е описана заедно с информация за нейния произход, история, настоящо приложение и бъдеще
развитие. Докладът също така представя FES устройство, разработено от авторите, и
експериментални резултати от неговото тестване.
Тази статия разглежда функционалната електрическа стимулация, техника, която използва стимули
за възстановяване дейността на органите без контрол на нервите. Описана е концепцията
правилно, неговия произход, исторически референтни данни, настоящо и бъдещо приложение. В същото време е така
представи дизайна на SEF устройство, направен от авторите, и резултатите от експерименталното му тестване.
Функционална електрическа стимулация (SEF)- или функционалната електростимулация е a
техника, която използва електрически ток, за да възбуди нервите на крайниците, засегнати от
парализа поради увреждане на гръбначния мозък, главоболие, церебрална исхемия и други състояния
неврологични. SEF се използва предимно за възстановяване на функционалността на хората с
увреждания. Понякога се нарича още Невромускулна електрическа стимулация (SENM).
SEF първоначално е бил известен като Функционална електротерапия, предложен срок
на Либърсън [1]. Едва през 1967 г. името става Функционална електрическа стимулация, понятие
използвано от Moe and Post в патент, озаглавен “Електрическа стимулация на лишения от мускул
контрол на нервите, за да се получи мускулна контракция и да се осигури функционално движение
и полезно ”. Първото търговско устройство SEF лекувайте лошо гръбначно изкривяване на стъпалото по време на
ходене, чрез стимулиране на перонеалния нерв. Либерсън съобщи за значително подобрение на
хода на пациенти с хемиплегия, които са тествали този тип невропротезиране. Идеята беше поета и
от други изследователски центрове (Университетски рехабилитационен институт - Любляна, Ранчо Лос
Приятели, Дауни, САЩ и др.) [2,3]. Провеждаха се усърдни изследвания, завършващи с различни
прототипи на невропротези. За съжаление, малцина са надхвърлили етапа на изследване и са достигнали
клиники за текущо лечение на пациенти.
Функционалната електрическа стимулация има за цел да координира активирането на мускулните групи
така че полученото движение на долните или горните крайници към
съответства на нормалната доброволна.
Пациенти, които могат да се възползват от лечения, базирани на функционална електрическа стимулация:
Пациенти с инсулт (първите 6 месеца са решаващи през
Пациенти с множествена склероза (подобрява качеството на движение)
Пациенти на Паркинсон (качеството на ходене се подобрява значително)
Парализирани пациенти (поддържащи упражнения) [4,5].
Електрическата стимулация се извършва с електроди, поставени на повърхността на кожата или имплантирани.
Повърхностни електроди те са по-лесни за прилагане, но предизвикват проблеми с проводимостта
електрическа и мускулна селективност. Освен това придвижването с кожата може да доведе до а
намалена мускулна контракция по време на функционално движение [6].
Имплантирани електроди изисква по-трудоемка монтажна операция, може да доведе до инфекции, но
веднъж поставени в близост до двигателния нерв позволяват по-добра селективност и активиране на мускулите
обезпокоен. Последните разработки в областта на микроелектрониката направиха възможно производството на електроди
Електрическата стимулация се извършва с правоъгълни токови импулси. В
в случай на мускули с непокътнат двигателен неврон, стимулиран с повърхностни електроди, сигналът
електрически е правоъгълен импулсен влак с честота между 20 Hz - 40 Hz
и продължителност на импулса между 5 µs и 350 µs, като интензитетът е между 20 mA и 100 mA [5].
В случай на електрическа стимулация с имплантирани електроди може да се получи максимална мускулна контракция
за стойности от приблизително 20 mA и продължителност от 200 µs на правоъгълния импулс [7].
Денервираните мускули изискват електрически стимул с продължителност на правоъгълен импулс от порядък a
150 ms, за да се получи свиване.
Изследванията в областта на невропротезите доведоха до следните приложения:
Невропротези за контрол на уриниране и дефекация
Протези, имплантирани в ръцете, за да се контролира функцията за хващане
Спомагателни невропротези при трансферни функции инвалидна количка-тоалетна, седалка-легло на
Ходещи невропротези и др. [8-13].
Имплантираната система, наречена "Свободна ръка" значително подобрява уменията
функционално използване на ръката при пациенти с тетраплегия с увреждания на гръбначния мозък
По света има приблизително 150 пациенти, които се възползват от имплантирането му
система. Въпреки това, малко невропротези са интегрирани в обичайното клинично лечение.
Научната еволюция и бързото развитие на изчислителните технологии през последните 10 години доведоха до
появата на прости и достъпни платформи, способни да изпълняват сложни функции
невъзможно или трудно през предходните десетилетия.
Разработване на устройство за илюстриране на концепцията за функционална електрическа стимулация
Демонстрация на ефективността и достъпността на дадения метод при модулиране на физиологични функции
уреди SEF имат два основни компонента: a стимулиращо и а контролер
Стимулаторът е източникът на електрически импулси, към който са свързани електродите, които след това са
поставете в съответния орган.
Контролерът е аналогичен на компютър (компютър). Неговата роля е да ръководи работата
пейсмейкър. Той може да бъде програмиран да задейства различни алгоритми за електрически стимули
предварително дефиниран или може да бъде настроен да чете информация от входно устройство (дистанционно управление)
и действайте в съответствие с потребителските команди.
пейсмейкър използван е проектиран с намерението да контролира едновременно четири групи
мускул. По този начин той има четири двойки електроди, всеки свързан към насочена верига
на транзистор. Всички вериги са сглобени на една и съща платка, имат превключвател и източник
общо захранване (9V). Към стимулатора е прикрепен потенциометър за контрол на напрежението
и по време на незадължителната работа се свързва мултицет за визуализиране на напрежението в
Игли от неръждаема стомана, свързани към стимулатора чрез изолирани медни проводници.
Микроконтролер използва се нарича Arduino, е създадена през 2005 г. от Института за дизайн
Interactive в Ivrea, Италия, за да се даде възможност на учениците да свършат повече работа
Средата Arduino е хибридна платформа, базирана на езика Java и се състои от a
редактор на код, компилатор и модул за прехвърляне на данни към контролера. Създаден е през
около проекта Wiring, стартиран през 2003 г. от Hernando Barragan и е предназначен за художници,
дизайнери, студенти и всички, които са запалени по създаването на интерактивни устройства.
В експериментите контролерът е програмиран да комуникира със стимулатора, активирайки или
деактивиране на всяка двойка електроди в определена последователност, посочена от програмата. За
контролерът за програмиране е свързан към компютър чрез USB интерфейса.
Параметри на стимула
Параметри на стимула са получени от резултатите от изследванията върху мускулната контракция
жаба, изпълнена в лабораторията по мехатроника в Северозападния университет, САЩ.