[发明专利]太空失重航天员骨骼肌肉功能维护仪

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，更具体的说，涉及一种太空失重航天员骨骼肌肉功能维护仪。

背景技术

失重引起的骨丢失和肌肉萎缩是实施长期空间飞行任务的重要制约因素。因此，针对中长期空间飞行，以骨骼和肌肉系统为重点，研制新型的在轨骨骼和肌肉综合防护对抗装置是解决长期空间飞行导致的航天员骨骼和肌肉退行性变或地面人群骨骼和肌肉系统疾病等医学问题的关键。

近年研究发现机械振动刺激作为一种非侵入性物理因素，在已经进行的动物实验和人体实验中都证明可以在一定程度上促进新生骨骼的形成，防止废用性骨丢失的发生。

美国纽约州立大学Rubin及其合作者发现一定频率、低振幅的机械振动可以促进骨形成速率、增加骨量，有效防止骨丢失。尾部悬吊模拟失重大鼠每天接受低幅度的机械振动(90Hz，0.25g)10分钟，28天后，模拟失重大鼠远端胫骨的骨形成速率相比对照组并无差异，而模拟失重使骨形成速率减小92％，说明机械振动可以有效的抑制失重造成的骨丢失。Rubin等对绵羊后肢施加30Hz，0.3g的机械振动刺激，20min/d，5d/week，一年后发现机械刺激使远端股骨松质骨的骨密度增加了34.2％，骨形成速率和矿化面积分别增加了2.1倍和2.4倍。Alesha BC等的研究表明对小鼠尺骨施加正弦波和随机振动信号的复合振动可以明显提高骨形成速率。Jeremy ML等的研究证明振动过程中插入一定的空歇时间(1s的持续振动后间歇10s后再进行下一个循环的振动)相比持续振动更能够促进骨骼骨膜表面的平均骨形成速率。

对于航天飞行中的肌肉萎缩，人们已经注意到物理锻炼方式可能具有一定的效果。国际空间站上，有很多对肌肉进行锻炼的装置，这些装置包括：跑台(保持有氧代谢的生理机能)，自行车功量计(保持有氧代谢能力)，抗阻运动装置(保持肌肉力量和骨矿盐)，以及握力器(保持舱外活动时的手部力量)。实践表明进行大量长时间的锻炼能够对抗肌肉在重量和肌力方面的减少，但不能起到完全的保护作用。目前国内外学者已开始研究电刺激对肌肉的影响，研究发现，对皮肤机械性刺激感受器进行电刺激和肌肉按摩均可以减少后肢去负荷大鼠的肌肉萎缩，但是电刺激的频率、电压、电流的组合方式还不明确，尚未研制适合空间应用的肌肉按摩装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种治疗骨骼和肌肉系统退行性变的太空失重航天员骨骼肌肉功能维护仪。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种太空失重航天员骨骼肌肉功能维护仪，包括控制系统、分别与控制系统耦合的电刺激模块和力刺激模块，以及分别给控制系统、电刺激模块和力刺激模块供电的电源模块。

进一步的，所述控制系统包括DSP监控模块、与DSP监控模块耦合的手持遥控器。

进一步的，所述电刺激模块包括隔离变压器、控制隔离变压器输出电压刺激信号的开关模块，所述开关模块的控制端耦合到所述DSP监控模块。

进一步的，所述隔离变压器有四组、所述开关模块有四个，所述隔离变压器和开关模块一一对应；所述DSP监控模块对应每个开关模块输出独立的频率和幅度信号。

进一步的，所述力刺激模块包括直流电机、偏心轮和敲击头，所述直流电机的转轴与偏心轮的对称轴心连接，所述敲击头与偏心轮的偏心轴心连接，所述敲击头跟随偏心轮的转动做往返的直线运动。

进一步的，所述控制系统包括DSP监控模块、与DSP监控模块耦合的手持遥控器；所述电刺激模块包括隔离变压器、控制隔离变压器输出电压刺激信号的开关模块，所述开关模块的控制端耦合到所述DSP监控模块；所述力刺激模块包括直流电机、偏心轮和敲击头，所述直流电机的转轴与偏心轮的对称轴心连接，所述敲击头与偏心轮的偏心轴心连接，所述敲击头跟随偏心轮的转动做往返的直线运动；所述隔离变压器有四组、所述开关模块有四个，所述隔离变压器和开关模块一一对应；所述DSP监控模块对应每个开关模块输出独立的频率和幅度信号。

本发明由于采用了电刺激模块和力刺激模块，电刺激模块通过对患者进行电脉冲刺激，协助患者进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练，防止肌肉萎缩；电脉冲可以有一路，也可以有多路，每一路的频率和幅度可以固定，也可以单独调节；力刺激模块可以协助患者进行骨丢失对抗，同理，力刺激模块的频率可以固定一路，也可以分多路不同的频率进行刺激。电刺激模块和力刺激模块相互配合，可单独进行，也可同时进行，实现治疗骨骼和肌肉系统退行性变的综合维护。

附图说明

图1是本发明太空失重航天员骨骼肌肉功能维护仪的系统框图；