УДК 796.015

УДК 796.015
С.Б. КАРАТЕЕВ
S.B. KARATEEV
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНКЦИЙ МЫШЦ
MULTI UNIT FOR RESEARCH AND REHABILITATION MUSCLE FUNCTION
В
данной
статье
освещается
проблема
разработки
универсального
многофункционального аппарата с расширенными возможностями как по исследованию,
так и для лечения мышц.
Ключевые слова: аппарат, электромиограф, многофункциональный,
инъекция,
электростимуляция, электротерапия.
In this article the problem of developing a universal multifunction device with advanced
features as on the study and treatment of muscles.
Keywords: device, electromyography, multifunctional, injection, electrical, electro.
В наше время существуют множество различных аппаратов и приборов, которые
существенно расширяют диагностические возможности современной медицины и
значительно увеличивают перечень оказываемых воздействий на организм человека. В
частности достаточно давно известен метод электрофизиологического исследования мышц,
который реализуется с использованием электромиографов. Потребности практического
здравоохранения и научно-исследовательских учреждений в оборудовании для ЭМГисследований весьма высоки. Но, к сожалению, большинство отечественных медицинских
учреждений не могут позволить себе приобретение оборудования из-за его высокой
стоимости. Одним из вариантов решения этой проблемы является модернизация имеющихся
миографов предыдущего поколения путем увеличения их возможностей за счет объединения
их с другими устройствами, а так же сопряжения с персональными компьютерами,
снабженными специализированным программным обеспечением. Помимо относительно
низких затрат достоинством данного подхода как раз и является возможность расширить
комплекс исследований и воздействий, связанных с человеком. В настоящее время
отечественная промышленность выпускает многофункциональные аппараты, возможности
которых, необходимо расширять. Стоимость же зарубежных аппаратов делает их
недоступными даже для специализированных медицинских учреждений. Таким образом,
является актуальной проблема разработки универсального многофункционального аппарата
с расширенными возможностями как по исследованию, так и для лечения мышц.
Универсальность создаваемого прибора состоит в том, что он способен не только
диагностировать мышечную деятельность человека, но и проводить сеансы тренинга, а так
же воздействовать на организм электрическими импульсами в терапевтических целях.
Благодаря его компактности и удобству в эксплуатации пользователь без помощи врача
может проводить сеансы тренинга и электростимуляции. Структурная схема
многофункционального аппарата для исследования и лечения мышц представлена на
рисунке 1.
Многофункциональный аппарат представляет собой аппаратно-программный
комплекс, в котором аппаратура выполняет функции взаимодействия с пациентом, а
программные средства необходимы для реализации алгоритмов обработки сигнала, его
отображения и выполнения сервисных функций, необходимых врачу. Стоит отметить, что
основой создаваемого устройства является электромиограф, который предназначен для
проведения рутинных и углубленных исследований биоэлектрической активности мышц.
Эта функция воплощается в первом режиме работы − «Регистрация электромиограммы».
Рисунок 1 – Структурная схема многофункционального аппарата для исследования и
восстановления функций мышц
Электромиографический сигнал (рисунок 2) снимается с биообъекта при помощи
поверхностных (4) или игольчатых (13) электродов. Для усиления электромиографического
сигнала используется инструментальный усилитель (5),
который содержит три
операционных усилителя, объединенных в двухкаскадную схему − два операционных
усилителя для входного и один для выходного каскада. Входной каскад обеспечивает
дифференциальное усиление сигнала и высокое входное сопротивление. Выходной
дифференциальный сигнал поступает на выходной каскад с высоким коэффициентом
подавления синфазного сигнала. Далее сигнал поступает на полосовой фильтр (6) и
микропроцессор (8) со встроенным десятиразрядным АЦП (7). Микропроцессор оснащен
USB-портом (14) для подключения к компьютеру, чтобы проводить более детальные
исследования с электромиограммой или для соединения с принтером (15).
Рисунок 2 – Электромиографический сигнал
Сопряжение с компьютером позволяет реализовывать второй режим работы
устройства − «Анализатор электромиограммы», позволяющий определить точное место
исследования участка мышцы. Стоит отметить, что каждое миографическое заболевание
отличается не только различной визуальной формой снимаемой ЭМГ, но и имеет свой
специфический звук. К примеру, потенциал фибрилляции (рисунок 3) по форме выглядит,
как монофазные начально-позитивные пикоподобные колебания.
Рисунок 3 – Потенциал фибрилляции [1]
Начальная позитивная фаза потенциала имеет крутое нарастание, возврат же
потенциала изолинии нередко растянут во времени. Длительность позитивных острых волн
2-15 мс. При прослушивании позитивные острые волны воспринимаются, как притупленные,
глухие раскаты.
При прослушивании миотонического разряда (рисунок 4), представляющий собой
разряд повторяющихся двухфазных потенциалов высокой частоты и меняющейся
амплитуды, слышно характерное звуковое сопровождение с повышением и понижением тона
- «звук пикирующего бомбардировщика».
Рисунок 4 – Миотонический разряд [1]
Для достижения максимального результата в исследовании электромиографического
сигнала устройство оснащено встроенным динамиком. Возможности по озвучиванию ЭМГ
позволяют использовать её для реализации ещё одного режима – режима «Инъекция»,
который является неким развитием режима «Анализатор миограммы». Для этого прибор
комплектуется специальными игольчатыми электродами (рисунок 5), которые позволяют не
только снимать электромиограмму, но и вводить препараты-миорелаксанты: ботулотоксины,
местные анальгезирующие анестетики и противовоспалительные медикаменты в момент
регистрации мышечной активности. Точная инъекция препарата в зону двигательной точки
способствует увеличению лечебного эффекта при существенно меньших дозах вводимого
препарата.
Рисунок 5 – Электрод с иглой для мышечных инъекций [2]
Особенностью создаваемого аппарата является не только диагностика и
медикаментозное лечение, но и возможность реализации электротерапии в комбинации со
снятием ЭМГ для оценки исходного состояния и динамики изменений во время процедуры.
Для проведения индивидуальных лечебных сеансов ЭМГ-БОС-тренинга парализованных и
ослабленных мышц (последствия инсультов, ДЦП, травм нервных стволов и спинного мозга,
неврит лицевого нерва, нарушения осанки и т.п.) используется режим «Тренинг». Данные
сеансы пациент может проводить самостоятельно без участия врача, желательно после
специального обучения инструктором. Прибор является одновременно и дозатором нагрузки,
и «зеркалом», отображающим реальные мышечные сокращения тренируемых мышц.
Принципиальным является возможность регистрации минимальных мышечных сокращений,
невидимых глазом (при тяжелых параличах). Электромиограмма – является эквивалентом
мощности мышечных сокращений и, контролируя ее, пациент получает возможность
тренировать пораженные мышцы в условиях, когда нарушена физиологическая связь между
мышцей и мозгом. Управляя мощностью мышечных сокращений пациент тренирует силовые
качества мышцы и создает «новую» рефлекторную связь парализованной мышцы с
пораженным структурами нервной системы.
В режиме «Электротерапия» с помощью стимулирующих электрических импульсов
проводится лечебный физиотерапевтический сеанс по специальным программам. Врач
накладывает на пациента электроды на интересующую мышцу (паретичные мышцы, мышцы
антагонисты, ослабленные участки-порции паравертебральных мышц). Следующим этапом
врач при помощи клавиатуры выбирает в отображаемой на дисплее строке необходимую
программу воздействия на пациента, в зависимости от степени заболевания и осуществляет
воздействие.
Режим «Стимулятор» оказывает воздействие на пациента по тому же каналу что и в
режиме «Электротерапия». Однако отличительной его особенностью является не лечебное
воздействие на ослабленную или деформируемую мышцу, а воздействие с целью её
тренировки. В этом режиме используются импульсы длительностью 100 мкс и амплитудой
до 50 мА. Электрические разряды, генерируемые прибором, вызывают потенциал действия и
видимое
сокращение мышц и соответствующий двигательный эффект (особенно в
относительно мелких мышцах лица, предплечья, кисти и т.д.).
Использование шести режимов работы прибора в комплексе друг с другом позволяет
получать новые методики для исследования и восстановления функций мышц. К примеру
при работе в режиме «Стимулятор» ток подается на кончик иглы, что вызывает ответную
вызванную реакцию мышцы. Данная методика позволяет правильно выбрать и
контролировать функцию мышц-мишеней. Последующая инъекция осуществляется в мышцу
после предварительного определения ее функции, что существенно повышает точность
введения и терапевтическую эффективность процедуры. Использование режима тренировки
в комплексе с введением инъекции в зону травмируемого участка мышцы, позволяет
добиться полного ее восстановления в кратчайшие сроки.
Стоит отметить, что использование представленного аппарата в спортивных
медицинских центрах имеет огромное преимущество. Один небольшой по своим размерам
прибор заменяет несколько, что значительно экономит бюджет. Так же
многофункциональный аппарат может использоваться и в обычных клиниках, т.к. мышечные
заболевания частые явления не только в спорте, но и в обыденной жизни.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1)
Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учебное пособие: Зайченко К.В.,
Жаринов О.О., Кулин А.Н. Год: 2001.
2)
http://siata.ucoz.ua/index/ehlektrod_bo_ject/0-40
Каратеев Сергей Борисович
Государственный университет  учебно-научно-производственный комплекс, г. Орел
Магистрант кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»
Тел.: 8-920-080-95-80
E-mail: karateev-serega@mail.ru