Мобильное устройство для исследования сократительной активности мышц космонавтов

Полезная модель относится к области медицины, более точно к ее разделу диагностические приборы космической медицины и может быть использована для исследования активности и сократительной способности мышц человека в условиях космического полета. Техническим результатом полезной модели является создание портативного, мобильного, простого в применении устройства, которое обеспечивало бы диагностику состояния мышц космонавтов и позволяло бы легко подобрать требуемую методику тренировки технический результат достигается тем, что предложено мобильное устройство для контроля активности и тренировки мышц космонавтов, включающее одноразовые электроды, выполненные с возможностью их размещения на поверхности бедра, голени, плеча, предплечья, шеи и спины космонавта, электроды установлены с возможностью их разъема на кабелях, присоединенных к входу в многоканальный усилитель, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), соединенного через адаптер с картой памяти, многоканальный усилитель и АЦП объединены в единый блок прямоугольным корпусом, снабженным кнопкой для включения и выключения электропитания и кнопкой для управления записью электромиосигналов в карту памяти, в корпусе установлен адаптер для размещения карты памяти и выполнен USB порт для подключения устройства к медицинскому бортовому компьютеру, в корпусе так же установлен жидкокристаллический (ЖК) дисплей для вывода служебных сообщений во время работы устройства, при этом электроды, кабели и блок выполнены с возможностью расположения их в чехле, устанавливаемом с помощью пояса, выполненного из ленты ременной синтетической и позволяет регулировать длину по размеру периметра тела, что осуществляется с помощью застежки текстильной. 1 н.п. ф-лы, 2 з.п. 12 рис.

Полезная модель относится к области медицины, более точно к ее разделу диагностические приборы космической медицины и может быть использована для исследования активности и сократительной способности мышц конечностей, спины и шеи человека в условиях космического полета.

Проблема регистрации сократительной активности разных мышц у космонавтов при выполнении операторских задач и особенно физических тренировок с набором определенных физических упражнений, составляющих основу тренировочного процесса, является чрезвычайно актуальной, поскольку невесомость негативно воздействует на костно-мышечный аппарат космонавта, приводя к снижению их активности и как следствие - к атрофии и снижению функций мышц. Для предупреждения этих последствий необходим выбор адекватного физической тренировки, что невозможно без диагностики состояния активности мышц конкретного космонавта в режиме реального времени.

Известны устройства для определения состояния мышц у человека в обычных условиях - патенты на полезную модель 91838, 51853, заявка на изобретение 2004135960)

Ни один из известных приборов не может быть для этого использован по заявленному назначению, поскольку все они стационарные, большого размера и массы. Наиболее существенным недостатком является отсутствие возможности создавать или выбирать разные режимы физических тренировок/упражнений. Таким образом, у предложенного устройства нет прототипа, т.е. устройства для исследования сократительной активности мышц космонавтов

Данный комплекс в условиях космического полета обеспечивает возможность создавать или выбирать разные программы, режимы физических тренировок/упражнений, съем, усиление, преобразование в цифровую форму и запись во внутреннюю память блока памяти физиологической информации (БПФИ) (Фиг.1) электромиосигналов, снимаемых с одного обследуемого одновременно но четырем каналам.

Регистрацию электромиосигналов можно выполнять с любых мышц, которые сам оператор выбирает для решения той или иной двигательной задачи, иными словами, места установки электродов определяются программой тренировки. Данный комплекс позволяет формировать разные программы физических тренировок и использование различных упражнений.

Комплекс имеет три режима работы: подготовка, автономная работа (тренировка) и перезапись данных.

Выбранные или заново сформированные программы работают в дальнейшем в автоматическом режиме, освобождая космонавта от рутинных операций во время выполнения физических тренировок.

Техническим эффектом заявленной полезной модели является возможность съема, усиления, преобразования в цифровую форму и запись во внутреннюю память БПФИ электромиосигналов, снимаемых с одного обследуемого одновременно по четырем каналам. Съем электромиосигналов может производиться с мышц бедра, голени, плеча, предплечья, спины и шеи, что определяются программой тренировки.

Техническим результатом полезной модели является создание портативного, мобильного, простого в применении устройства, которое обеспечивало бы диагностику состояния мышц космонавтов и позволяло бы легко подобрать требуемую методику тренировки.

Указываемый технический результат достигается тем, что предложено мобильное устройство для контроля активности и тренировки мышц космонавтов, включающее одноразовые электроды (Фиг.9), выполненные с возможностью их размещения на поверхности бедра, голени, плеча, предплечья, шеи и спины космонавта, электроды установлены с возможностью их разъема на кабелях, присоединенных к входу в многоканальный усилитель, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), соединенного через адаптер с картой памяти (Фиг.5), многоканальный усилитель и АЦП объединены в единый блок прямоугольным корпусом, снабженным кнопкой для включения и выключения электропитания и кнопкой для управления записью электромиосигналов в карту памяти, в корпусе установлен адаптер для размещения карты памяти и выполнен USB порт для подключения устройства к медицинскому бортовому компьютеру, в корпусе так же установлен жидкокристаллический (ЖК) дисплей для вывода служебных сообщений во время работы устройства, при этом электроды, кабели и блок выполнены с возможностью расположения их в чехле, устанавливаемом с помощью пояса (Фиг.6), выполненного из ленты ременной синтетической и позволяет регулировать длину по размеру периметра тела, что осуществляется с помощью застежки текстильной.

Мобильное устройство изготовлено из материалов, не поддерживающих горение.

Мобильное устройство в качестве источника электропитания содержит четыре элемента питания типа LR 6 при номинальном напряжении каждого элемента 1,5 В.

Устройство поясняется следующими фигурами

Фиг.1 - Лицевая панель БПФИ

Фиг.2 - Задняя панель БПФИ с батарейным отсеком

Фиг.3 - Верхняя торцевая панель БПФИ с разъемами для кабелей USB и RS 232

Фнг.4 - Верхняя торцевая панель БПФИ с разъемами для кабелей отведений ЭМГ сигналов (ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4)

Фиг.5 - Карта памяти с адаптером CF - PCMCIA

Фиг.6 - Пояс

Фиг.7 - Внешний вид кабелей отведений ЭМГ сигналов (ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4)

Фиг.8 - Кабель нейтрального электрода с разъемом для подсоединения к БПФИ

Фиг.9 - Одноразовый электромиографический электрод

Фиг.10 - Внешний вид кабеля RS 232

Фиг.11 - Комплект эластических ремней с петельной и ответной текстильной частью

Фиг.12 - Схема работы устройства

На указанных фигурах цифрами обозначены следующие позиции.

1 - блок памяти физиологической информации (БПФИ), объединяющий многоканальный усилитель и АЦП; 2 - ЖК дисплей для вывода электромиографических сигналов в карту памяти; 3 - кнопка для управления записью электромиографических сигналов в карту памяти; 4 - кнопка для остановки записи электромиографических сигналов в карту памяти; 5 - кнопка для включения и выключения электропитания; 6 - крышка батарейного отсека БПФИ с источниками питания в виде четырех элементов питания типа LR6 при номинальном напряжении каждого элемента 1,5 В; 7 - разъем для подключения кабеля USB; 8 - маркировка положения разъем для подключения кабеля USB; 9 - USB порт для подключения БПФИ через кабель RS 232 к медицинскому бортовому компьютеры; 10 - разъем для подключения кабеля отведений ЭМГ - 1,2; 11 - маркировка правильного положения разъема для подключения кабеля отведений ЭМГ - 1,2; 12 - разъем для подключения кабеля нейтрального электрода ЭМГ - 0; 13 - маркировка правильного положения разъема для подключения кабеля нейтрального электрода ЭМГ - 0; 14 - разъем для подключения кабеля отведений ЭМГ - 3,4; 15 - маркировка правильного положения разъема для подключения кабеля отведений ЭМГ - 3,4; 16 - карта памяти; 17 - адаптер для размещения карты памяти; 18 - кнопочные разъемы для подключения одноразовых ЭМГ электродов; 19 - разъем для подключения кабеля отведений ЭМГ сигналов к БПФИ; 20 - разъем для подключения кабеля нейтрального электрода к БПФИ; 21 - матерчатый чехол для нейтрального электрода ЭМГ - 0; 22 - текстильная часть нейтрального электрода ЭМГ - 0; 23 - внешняя поверхность одноразового ЭМГ электрода; 24 - внутренняя поверхность одноразового ЭМГ электрода; 25 - гелевая паста одноразового ЭМГ электрода; 26 - кнопочная часть одноразового ЭМГ электрода; 27 - разъем типа HR10A для подключения кабеля RS 232; 28 - разъем RS 232; 29 - гальваническая развязка кабеля RS 232; 31 - эластические ремни для фиксации отводящих проводов кабеля ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4; 32 - эластические ремни для фиксации отводящих проводов кабеля ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4 с петельной частью; 33 - эластические ремни с ответной (текстильной) частью для фиксации отводящих проводов кабеля ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4.

Работу устройства осуществляют следующим образом.

Включить компьютер медицинского обеспечения (КМО) и используя интерфейсов (при помощи адаптера USB-RS232) (27, 28) подсоединить блок памяти физиологической информации (БПФИ) через USB 2.0 (7). Перед началом эксплуатации комплекса «Миограф» необходимо открыть батарейный отсек (6) и установить элементы питания 1,5 В.

Комплекс «Миограф» обеспечивают режимы работы: подготовку, автономную работу (выполнение самой тренировки) и перезапись полученных данных. Работа комплекса «Миограф» во всех режимах осуществляется под управлением программы контроллера БПФИ; в режимах подготовки и перезаписи данных комплекс «Миограф» работает совместно с КМО под управлением программы проведения обследования МИОГРАФ.

Запустить программу «МИОГРАФ» на КМО. при этом на экране дисплея появится стартовое окно программы (необходимо следовать экранным инструкциям).

Исследуемые мышцы (например, бедра, голени, плеча, предплечья, шеи и спины) и размещение электродов определяется программой тренировки. Электромиосигналы снимаются с мест наложения электродов с помощью одноразовых электродов, которые устанавливаются на поверхность исследуемых мышц клеевым слоем (24) с гелевой пастой (25). Кабель отведения электромиосигнала с помощью кнопочного разъема (18) соединяется с кнопочной частью (26) одноразового электрода.

Затем укрепляют нейтральный электрод матерчатой поверхностью (21) на поверхность мышцы и с помощью текстильной части (22) электроды фиксируют в заданном месте.

Затем разъемы нейтрального электрода (20) и разъем кабеля отведения ЭМГ - 1,2 и ЭМГ - 3,4 (19) подключают к разъему БПФИ (10, 12 и 14, соответственно), ориентируясь при этом на маркировку (11, 13 и 15, соответственно).

Отводящие провода кабелей отведений электромиосигналов и кабель нейтрального электрода фиксируются на конечностях испытуемого с помощью эластичных ремней ответной (текстильной) частью на кожной поверхности мышцы (33) с фиксацией их с помощью петельной части (32), а на спине и шее - с помощью лейкопластыря.

БПФИ является переносным устройством. Во время проведения режима подготовки БПФИ помещается в чехол, который крепится на обследуемом с помощью пояса (рис.6).

В режиме подготовки БПФИ (1) соединяется портом RS-232 (7) с помощью разъема типа HR10A (28) кабеля RS 232 (27), имеющего гальваническую развязку (29) соблюдают маркировку (8) соединения.

Нажатие кнопки «ПИТАНИЕ» (5) осуществляется запуск БПФИ и на ЖКЭ (2) появляются экранные заставки действия. В режиме подготовки комплекс «Миограф» обеспечивает:

- ввод ФИО обследуемого, его роста, веса и даты рождения;

- задание программы тренировки:

- выбор используемых отведений и каналов регистрации;

- выбор вида, последовательности и длительности упражнений, из которых состоит программа тренировки;

- визуальную оценку качества выведенных на экран монитора электромиосигналов;

- запись во внутреннюю память БПФИ данных обследуемого, программы тренировки, даты и времени обследования, коэффициентов усиления каналов.

После проведения режима подготовки кабель RS 232 (10) отсоединяется от БПФИ (1) и начинается работа комплекса «Миограф» в автономном режиме - производится тренировка обследуемого в соответствии с заданной программой.

В режиме автономной работы комплекс «Миограф» при нажатии кнопки «ЗАПИСЬ» (3) осуществляется запись электромиосигналов с четырех каналов во внутреннюю память БПФИ (16) вставленную в PCMCIA через адаптер CF-PCMCIA (17). Осуществляется хронометраж времени выполнения каждого упражнения; автоматически останавливается запись по окончании каждого упражнения; звуковую сигнализацию окончания каждого упражнения и окончания обследования; автоматическое выключение питания БПФИ по окончании тренировки. Приостановить запись можно в любой момент при нажатии кнопки «СТОП» (4).

После выполнения обследуемым последнего упражнения программы тренировки питание комплекса «Миограф» автоматически отключается и начинается передачи данных

В режиме перезаписи данных комплекс «Миограф» обеспечивает передачу записанной в течение одного обследования во внутреннюю память БПФИ информации в КМО по интерфейсу USB 1.1 или USB 2.0 (9) и ее запись на карту памяти CF (5) (вставленную в PCMCIA - порт КМО через адаптер CF-PCMCIA).

1. Мобильный комплекс для контроля активности и тренировки мышц космонавтов, включающий одноразовые электроды, выполненные с возможностью их размещения на поверхности бедра, голени, плеча, предплечья, шеи и спины космонавта, электроды установлены с возможностью их разъема на кабелях, присоединенных к входу в многоканальный усилитель, выход которого подключен к входу аналаго-цифрового преобразователя (АЦП), соединенного через адаптер с картой памяти, многоканальный усилитель и АЦП объединены в единый блок блока памяти физиологической информации (БПФИ) прямоугольным корпусом, снабженным кнопкой для включения и выключения электропитания и кнопкой для управления записью электромиографических сигналов в карту памяти, в корпусе установлен адаптер для размещения карты памяти и выполнен USB порт для подключения устройства к медицинскому бортовому компьютеру, в корпусе также установлен ЖК-дисплей для вывода служебных сообщений во время работы устройства, при этом электроды, кабели и блок выполнены с возможностью расположения их в чехле, устанавливаемом с помощью ремней на поясе космонавта, и сохраняют механическую целостность и показатели назначения после воздействия по каждому из трех взаимно перпендикулярных направлений вибрационных перегрузок.

2. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен из материалов, не поддерживающих горение.

3. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника электропитания он содержит четыре элемента питания типа LR6 при номинальном напряжении каждого элемента 1,5 В.