Funkčná elektrická stimulácia Radu Breahnă, Irina Turtureanu
FUNKČNÁ ELEKTRICKÁ STIMULÁCIA
(Vedúci vedúci: S. Lozovanu, docent, V. Ojog, odborný asistent)
Katedra fyziológie a biofyziky človeka (vedúci V. Vovc, univerzitný profesor)
Tento príspevok je zameraný na funkčnú elektrickú stimuláciu, techniku využívajúcu elektrickú energiu
stimuly na obnovenie normálnej činnosti deprivovaných orgánov nervovej kontroly. Koncept
je popísaná spolu s informáciami o jej pôvode, histórii, súčasnej aplikácii a budúcnosti
rozvoja. Príspevok tiež predstavuje zariadenie FES vyvinuté autormi a
experimentálne výsledky jeho testovania.
Tento príspevok sa venuje funkčnej elektrickej stimulácii, technike využívajúcej stimuly
obnoviť činnosť orgánov bez kontroly nervov. Koncept je popísaný
vlastné, jeho pôvod, historické referenčné údaje, súčasné a budúce uplatnenie. Zároveň je
predstavila autorom navrhnutý SEF prístroj a výsledky jeho experimentálneho testovania.
Funkčná elektrická stimulácia (SEF)- alebo funkčná elektrostimulácia je a
technika, ktorá pomocou elektrického prúdu vzrušuje nervy končatín postihnutých
ochrnutie v dôsledku poranenia miechy, bolesti hlavy, mozgovej ischémie a ďalších stavov
NEUROLOGICKÉ. hlava sa primárne používa na obnovenie funkčnosti ľudí s
postihnutia. Niekedy sa to aj nazýva Neuromuskulárna elektrická stimulácia (SENM).
hlava bol pôvodne známy ako Funkčná elektroterapia, navrhovaný termín
Libersona [1]. Názov bol uvedený až v roku 1967 Funkčná elektrická stimulácia, predstava
použité spoločnosťou Moe and Post v patente s názvom "Elektrická stimulácia zbaveného svalu."
kontrolu nervov s cieľom získať kontrakciu svalov a zabezpečiť funkčný pohyb
a užitočné “. Prvé komerčné zariadenie hlava liečiť zlú dorziflexiu chodidla počas
chôdza, stimuláciou peroneálneho nervu. Liberson uviedol významné zlepšenie v roku 2006
priebeh hemiplegických pacientov, ktorí testovali tento typ neuroprotézy. Myšlienka bola prevzatá a
inými výskumnými centrami (Univerzitný rehabilitačný inštitút - Ľubľana, Rancho Los
Priatelia, Downey, USA atď.) [2,3]. Prebiehal vytrvalý výskum, končiaci rôznymi
prototypy neuroprotéz. Len málo z nich, bohužiaľ, prešlo fázou výskumu a dosiahli
kliník pre súčasnú liečbu pacientov.
Cieľom funkčnej elektrickej stimulácie je koordinácia aktivácie svalových skupín
aby výsledný pohyb dolných alebo horných končatín do
zodpovedá normálnemu dobrovoľnému.
Pacienti, ktorí môžu mať prospech z liečby založenej na funkčnej elektrickej stimulácii:
Pacienti s cievnou mozgovou príhodou (prvých 6 mesiacov sú rozhodujúce v
Pacienti so sklerózou multiplex (zlepšuje kvalitu pohybu)
Parkinsonoví pacienti (kvalita chôdze sa výrazne zlepšuje)
Paralyzovaní pacienti (udržiavacie cvičenia) [4,5].
Elektrická stimulácia sa vykonáva elektródami umiestnenými na povrchu kože alebo implantovanými.
Povrchové elektródy dajú sa ľahšie aplikovať, ale spôsobujú problémy s vodivosťou
elektrická a svalová selektivita. Okrem toho pohyb s pokožkou môže viesť k a
znížená svalová kontrakcia počas funkčného pohybu [6].
Implantované elektródy vyžaduje pracnejšiu montáž, môže viesť k infekciám, ale
akonáhle sú umiestnené v blízkosti motorického nervu, umožňujú lepšiu selektivitu a aktiváciu svalov
dotknuté. Posledný vývoj v oblasti mikroelektroniky umožnil výrobu elektród
Elektrická stimulácia sa vykonáva pravouhlými prúdovými impulzmi. Do
v prípade svalov s neporušeným motorickým neurónom stimulovaných povrchovými elektródami signál
elektrický je obdĺžnikový sled impulzov s frekvenciou medzi 20 Hz - 40 Hz
a trvanie impulzu medzi 5 us a 350 us, pričom intenzita je medzi 20 mA a 100 mA [5].
V prípade elektrickej stimulácie implantovanými elektródami je možné dosiahnuť maximálnu kontrakciu svalov
pre hodnoty približne 20 mA a trvanie 200 µs obdĺžnikového impulzu [7].
Denervované svaly vyžadujú elektrický stimul s trvaním obdĺžnikového pulzu rádu a
150 ms, aby sa získala kontrakcia.
Výsledkom výskumu v oblasti neuroprotéz boli tieto aplikácie:
Neuroprotézy na kontrolu močenia a defekácie
Protézy implantované do paží na kontrolu funkcie uchopenia
Pomocné neuroprotézy pri prenosových funkciách invalidný vozík-toaleta, sedadlo postele
Chôdza neuroprotézami atď. [8–13].
Implantovaný systém s názvom „Voľná ruka“ významne zlepšuje zručnosti
funkčné použitie ruky u tetraplegických pacientov s poranením miechy
Na celom svete existuje približne 150 pacientov, ktorí profitujú z jeho implantácie
systém. Do bežnej klinickej liečby je však integrovaných len málo neuroprotéz.
Vedecký vývoj a rýchly vývoj výpočtovej technológie za posledných 10 rokov viedli k
vznik jednoduchých a prístupných platforiem schopných vykonávať zložité funkcie
nemožné alebo ťažké v predchádzajúcich desaťročiach.
Vývoj zariadenia na ilustráciu koncepcie funkčnej elektrickej stimulácie
Ukážka účinnosti a prístupnosti danej metódy pri modulácii fyziologických funkcií
spotrebiče hlava majú dve základné zložky: a stimulujúce a a kontrolór
Stimulátor je zdrojom elektrických impulzov, ku ktorým sú pripojené elektródy, ktoré sú potom
vložiť do príslušného orgánu.
Ovládač je analogický k počítaču (počítaču). Jeho úlohou je riadiť prácu
kardiostimulátor. Môže byť naprogramovaný na spúšťanie rôznych algoritmov elektrických stimulov
preddefinované alebo je možné nastaviť čítanie informácií zo vstupného zariadenia (diaľkové ovládanie)
a konať v súlade s príkazmi používateľa.
kardiostimulátor použitý bol navrhnutý so zámerom súčasnej kontroly nad štyrmi skupinami
sval. Má teda štyri páry elektród, z ktorých každá je pripojená k usmernenému obvodu
tranzistora. Všetky obvody boli zostavené na jednej doske, majú vypínač a zdroj
spoločné napájanie (9V). K stimulátoru je pripojený potenciometer na reguláciu napätia
a počas voliteľnej operácie je tiež pripojený multimetr na zobrazovanie napätia v
Ihly z nehrdzavejúcej ocele spojené so stimulátorom izolovanými medenými drôtmi.
Mikrokontrolér používa sa tzv Arduino, bol vytvorený v roku 2005 Inštitútom dizajnu
Interaktívne v Ivrea v Taliansku s cieľom dať študentom príležitosť robiť viac práce
Prostredie Arduino je hybridná platforma založená na jazyku Java a pozostáva z
editor kódu, kompilátor a modul na prenos údajov do radiča. Bol vytvorený v
okolo projektu Elektroinštalácia, ktorý začal v roku 2003 Hernando Barragan a je určený pre umelcov,
dizajnérov, študentov a všetkých, ktorí sa zaoberajú tvorbou interaktívnych zariadení.
V experimentoch bol ovládač naprogramovaný na komunikáciu so stimulátorom aktiváciou resp
deaktivácia každej dvojice elektród v určitej postupnosti určenej programom. Pre
programovací radič je pripojený k počítaču cez USB rozhranie.
Stimulačné parametre
Parametre stimulu boli získané z výsledkov výskumu svalovej kontrakcie
žaba, vykonaná v laboratóriu mechatroniky na Northwestern University, USA.