FES-stimulaattorin ohjausyksikkö

Abstract

Insinöörityön aiheena oli suunnitella ja rakentaa FES-stimulaattorin ohjausyksikön prototyyppi. Työ tehtiin Neurotech Oy:lle, joka suunnittelee terveydenhuollon elektronisia apuvälineitä.

FES-sähköstimulaatiota käytetään yleensä aivoverenvuodon aiheuttamasta raajahalvauksesta kärsivien potilaiden kuntoutuksessa. Sähköstimulaatiolla lihaksessa saadaan aikaan solun aktiopotentiaali, jonka avulla lihas voi supistua. Vaurioalueelta tuleva ärsytys aktivoi vaurioituneita aivojen osia organisoitumaan uudelleen.

Sähköstimulaatiota käytetään kuntoutuksessa usein yhdessä kävelysimulaattorin tai kädenkiertolaitteen kanssa. Molemmat ovat elektromekaanisia laitteita, joissa potilas tekee kävely- tai kädenkiertoliikkeitä liikkuvan koneen avulla. Laitteissa on akseli, jonka kulmatietoa lukemalla pystytään määrittämään stimulaation oikea hetki, jolloin lihaksen täytyisi supistua.

Laite toteutettiin onnistuneesti lukemalla akselin kulmatietoa magneettisuuteen ja Hall-ilmiöön perustuvalla kulmatietoanturilla. Anturi yhdistettiin sulautettuun mikroprosessoriin, jonka muistiin stimulaation aloitus- ja lopetusajankohdat asetettiin. Stimulaatiovirta johdettiin potilaaseen releiden ja elektrodien kautta. Laitteesta hankittiin myös asiakaspalautteet.

The purpose of this final project was to design and build a prototype of the control unit of a FES stimulator (Functional Electronic Stimulation). The device was designed for Neurotech Ltd, which develops electronic solutions for healthcare.

FES is generally used in rehabilitating patients that are paralyzed from brain hemorrhage. Action potential is achieved in the muscle cell with electric stimulation, which enables the muscle to contract. Stimulation coming from damaged muscle area activates the damaged parts of the brain to reorganize.

Often electric stimulation is used in rehabilitation together with a walking simulator and a hand rotating device. Both of them are electromechanical devices in which the patient does walking or hand rotating exercises. The devices have axels that contain angular information. The correct moment of stimulation can be determined by reading the information.

The prototype was designed to read angular information from the axel with a sensor that is based on Hall elements and magnetism. The sensor was connected to an integrated microprocessor that enables reading the angular information. Correct starting and stopping angles were saved in the processor. Stimulation current was conducted to the patient through a relay and electrodes.