RU2644294C1 - Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb - Google Patents

Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb Download PDF

Info

Publication number
RU2644294C1
RU2644294C1 RU2017114179A RU2017114179A RU2644294C1 RU 2644294 C1 RU2644294 C1 RU 2644294C1 RU 2017114179 A RU2017114179 A RU 2017114179A RU 2017114179 A RU2017114179 A RU 2017114179A RU 2644294 C1 RU2644294 C1 RU 2644294C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electromyographic signal
neurorehabilitation
unit
signal
upper limb
Prior art date
Application number
RU2017114179A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Буланов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Открытые решения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Открытые решения" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Открытые решения"
Priority to RU2017114179A priority Critical patent/RU2644294C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2644294C1 publication Critical patent/RU2644294C1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389—Electromyography [EMG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
    • A61B5/165—Evaluating the state of mind, e.g. depression, anxiety
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus ; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0244—Hip

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, namely to neurorehabilitation apparatuses. Control device of the neurorehabilitation apparatus of the human upper limb contains the sensors for measuring the electromyographic signal, which are located on the flexor and extensor surfaces of shoulder and forearm and connected through a sequentially installed electromyographic signal recording and processing unit and the unit for filtering the noise of the electromyographic signal in direction to the input of the frequency selection box of the electromyographic signal, the decision block on movement in accordance with the registered electromyographic signal, which is connected through the drive control unit to the upper limb drives, wherein the frequency selection box of the electromyographic signal is connected to the decision block through the parallel connected background power detection units of the electromyographic signal and by means of determining the active power of the electromyographic signal.
EFFECT: using the invention provides for extending the range of magnetic neurorehabilitation facilities.
1 cl, 1 dwg

Description

Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека относится к реабилитационной технике, а именно к устройствам для управления реабилитационными нейротренажерами верхней и нижней конечности, и может быть использовано для активации предназначенных для сгибания и разгибания конечностей приводов нейротренажера путем формирования управляющих команд активации или торможения приводов на основании анализа сигнала от датчиков электрической мышечной активности.The control device for a neurorehabilitation simulator of a human upper limb refers to a rehabilitation technique, namely, devices for controlling a rehabilitation neurotracer of the upper and lower limbs, and can be used to activate neurotrainer drives designed for flexion and extension of limbs by generating control commands for activating or braking the drives based on analysis signal from sensors of electrical muscle activity.

Существует значительное число устройств управления реабилитационными нейротренажерами в составе серийно-изготавливаемых изделий или в виде запатентованных решений.There are a significant number of control devices for rehabilitation neurotracers as part of mass-produced products or in the form of patented solutions.

Известен тренажер Kinetec Maestra Portable СРМ (http://kinetec.fr/en/kinetec-selection/cpm-continuous-passive-motion/attelle-kinetec-maestra-portable-detail.html), предназначенный для разработки движения кисти и пальцев руки, содержащий электродвигатель и приводы, закрепленные на пальцах кисти.Known simulator Kinetec Maestra Portable CPM (http://kinetec.fr/en/kinetec-selection/cpm-continuous-passive-motion/attelle-kinetec-maestra-portable-detail.html), designed to develop the movement of the hand and fingers containing an electric motor and drives mounted on the fingers.

Тренажер предназначен только для механической реабилитации пальцев кисти. Активация движения происходит без участия пациента, поскольку в устройстве управления данного тренажера отсутствуют датчики электрической мышечной активности, блок регистрации и анализа электрической активности мышц, формирующие биологическую обратную связь, основанную на изменении электрической активности и совершении принудительного движения конечности.The simulator is intended only for the mechanical rehabilitation of fingers. Activation of movement occurs without the participation of the patient, since the control device of this simulator lacks sensors of electrical muscle activity, a unit for recording and analyzing electrical activity of muscles that form a biological feedback based on a change in electrical activity and the forced movement of the limb.

Известен механотерапевтический прибор ARTROMOT-F (https://www.djoglobal.de/arzt/artromot-f.html) для разработки суставов верхней конечности, раннего восстановления подвижности суставов кисти, а также для предотвращения осложнений, связанных с длительной иммобилизацией, содержащий электродвигатель и работающие от него приводы, закрепленные на пальцах кисти.Known mechanotherapeutic device ARTROMOT-F (https://www.djoglobal.de/arzt/artromot-f.html) for the development of joints of the upper limb, early restoration of mobility of the joints of the hand, as well as to prevent complications associated with prolonged immobilization, containing an electric motor and drives working from it, fixed on the fingers.

Данный прибор не позволяет сформировать биологическую обратную связь, основанную на изменении электрической активности и использующуюся для совершения принудительного движения конечности, активирующегося с участием пациента, поскольку в устройстве управления данного тренажера также отсутствуют датчики электрической мышечной активности, блок регистрации и анализа электрической активности мышц.This device does not allow the formation of biological feedback based on a change in electrical activity and used to perform forced limb movement, which is activated with the participation of the patient, since the control device of this simulator also lacks sensors of electrical muscle activity, a unit for recording and analysis of electrical muscle activity.

Известен также роботизированный механотренажер ReoGo (http://www.motorika.com/?categoryId=89998&itemId=204103) - комплекс в виде экзоскелета верхней конечности с биологической обратной связью, основанной на визуальном стимуле, предназначенный для измерения, оценки и увеличения мышечной силы, улучшения координации движений и расширения диапазона двигательной активности и функциональных возможностей верхней конечности, использующий, в том числе, зрительную биологическую обратную связь.Also known is the ReoGo robotic mechanical simulator (http://www.motorika.com/?categoryId=89998&itemId=204103) - a complex in the form of an exoskeleton of the upper limb with biological feedback based on visual stimulus, designed to measure, evaluate and increase muscle strength, improving coordination of movements and expanding the range of motor activity and functionality of the upper limb, using, among other things, visual biological feedback.

Биологическая обратная связь в устройстве для управления данным реабилитационным комплексом построена только на визуальных раздражителях и не использует другую доминантную составляющую - изменение электрической активности мышц пациента и совершение, в ответ на это, принудительного движения верхней конечности. Технологические решения, примененные в данном комплексе, не позволяют использовать его для лежачих пациентов, а также для реабилитации нижней конечности.Biological feedback in the device for controlling this rehabilitation complex is based only on visual stimuli and does not use another dominant component - a change in the electrical activity of the patient’s muscles and the execution, in response to this, of forced movement of the upper limb. Technological solutions used in this complex do not allow using it for bed patients, as well as for the rehabilitation of the lower limb.

Известен тренажер для восстановления подвижности пальцев рук по патенту RU 147759, содержащий экзоскелет кисти руки с приводами перемещения пальцев экзоскелета и блоком их управления, при этом привод перемещения каждого из пальцев выполнен индивидуальным, а пальцы снабжены средством привлечения внимания пациента, при этом блок управления приводами пальцев выполнен с возможностью подключения к энцефалографическому шлему. Включение привода пальцев экзоскелетной конструкции управляется фокусированием внимания человека на вспышках светодиода на конкретном пальце, что приводит к специфическим изменениям в электроэнцефалограмме, которые с помощью блока управления превращаются в управляющую команду для привода соответствующего пальца.A known simulator for restoring mobility of fingers according to patent RU 147759, containing an exoskeleton of a hand with actuators for moving fingers of an exoskeleton and a control unit, while the drive for moving each of the fingers is individual, and the fingers are equipped with a means of attracting the attention of the patient, while the finger drive control unit made with the ability to connect to the encephalographic helmet. The activation of the exoskeletal finger drive is controlled by focusing the person’s attention on the LED flashes on a particular finger, which leads to specific changes in the electroencephalogram, which, using the control unit, turn into a control command to drive the corresponding finger.

Биологическая обратная связь у тренажера построена только на анализе электроэнцефалографических коррелятов визуальных раздражителей и не использует другую доминантную составляющую - изменение электрической активности мышц пациента. Кроме того, данный тренажер не применим для реабилитации всей верхней конечности, из-за отсутствия возможности совершать движение руки пациента в проекции лучезапястного и локтевого суставов, а также для реабилитации нижней конечности, из-за отсутствия возможности совершать движение руки пациента в проекции голеностопного и коленного суставов.The biological feedback of the simulator is based only on the analysis of electroencephalographic correlates of visual stimuli and does not use another dominant component - a change in the electrical activity of the patient’s muscles. In addition, this simulator is not applicable for the rehabilitation of the entire upper limb, due to the lack of the ability to move the patient’s arm in the projection of the wrist and elbow joints, as well as for the rehabilitation of the lower limb, due to the lack of the ability to move the patient’s arm in the projection of the ankle and knee joints.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, которое было выбрано в качестве прототипа, является «Носимое вспомогательное устройство, содействующее двигательной активности, и управляющая программа» по патенту RU 2364385 от 22.11.2005, конвенционный приоритет: 26.01.2005 JP 2005-018295, публикации заявки: 10.03.2009, опубликовано: 20.08.2009, МПК А61Н 3/00 (2006.01), которое содержит: датчики биологического сигнала от пользователя, приводы, детектор регистрации биологического сигнала от пользователя, источник приведения в движение средств перемещения, блок управления источником приведения в движение средств перемещения в соответствии с зарегистрированным биологическим сигналом, блок калибровки, выполненный с возможностью регулировки коэффициента усиления между биологическим сигналом, зарегистрированным детектором биологического сигнала, и крутящим моментом, созданным мышцами, или мышечным усилием, оценка которого произведена блоком оценки крутящего момента, созданного мышцами, таким образом, чтобы зависимость между биологическим сигналом и крутящим моментом, созданным мышцами, или мышечным усилием соответствовала заранее заданной зависимости.The closest technical solution to the claimed one, which was selected as a prototype, is "Wearable assistive device that promotes motor activity, and the control program" according to patent RU 2364385 of 11/22/2005, Convention priority: 01/26/2005 JP 2005-018295, publication of the application : March 10, 2009, published: August 20, 2009, IPC А61Н 3/00 (2006.01), which contains: sensors of a biological signal from a user, drives, a detector for registering a biological signal from a user, a source for moving vehicles, a control unit I am the source of propulsion of the means of movement in accordance with the registered biological signal, a calibration unit configured to adjust the gain between the biological signal recorded by the biological signal detector and the torque created by the muscles, or the muscle force evaluated by the torque estimation unit created by the muscles, so that the relationship between the biological signal and the torque created by the muscles, or muscle effort corresponded to a predetermined dependence.

Но данное устройство обеспечивает управление, на которое не оказывают влияние изменяющиеся факторы: индивидуальные отличия пользователя и его физическое состояние, поскольку реагирует на относительное усилие, зависящее от соотношения между силами, с одной стороны, созданной источником приведения в движение, с другой стороны мышечным усилием, созданным пользователем, носящим вспомогательное устройство, при этом сравнивают зарегистрированные данные о миоэлектричестве (электромиограмму, ЭМГ (EMG)) и значение мышечного усилия (F), полученное путем оценки, с заранее заданным устанавливаемым значением усиления (Gs) из блока хранения данных, без сравнения электромиограмм ненапряженной мышцы и напряженной мышцы, конкретного пользователя, что приводит к низкой корреляции между задуманным движением и выработанным сигналом, направляемым к источнику приведения в движение вспомогательного устройства.But this device provides control, which is not influenced by changing factors: the individual differences of the user and his physical condition, because it responds to a relative force, depending on the relationship between the forces, on the one hand, created by the source of propulsion, on the other hand, by muscular effort, created by a user wearing an auxiliary device, this compares the recorded data on myoelectricity (electromyogram, EMG) and the value of muscle effort (F) obtained e by evaluating, with a predetermined set gain value (Gs) from the data storage unit, without comparing the electromyograms of the unstressed muscle and the tensed muscle, of a specific user, which leads to a low correlation between the intended movement and the generated signal directed to the source of driving the auxiliary device .

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности нейрореабилитации при заболеваниях и поражениях ЦНС, приводящих к двигательному дефициту верхней и нижней конечности.The objective of the proposed technical solution is to increase the effectiveness of neurorehabilitation in diseases and lesions of the central nervous system, leading to motor deficiency of the upper and lower limbs.

Задача решена за счет устройства управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека, содержащего сенсорные датчики измерения электромиографического сигнала, расположенные на сгибательных и разгибательных поверхностях плеча и предплечья и подключенные через последовательно установленные блок регистрации и обработки электромиографического сигнала и блок фильтрации шумов электромиографического сигнала к входу блока выделения частоты электромиографического сигнала, блок принятия решения о движении в соответствии с зарегистрированным электромиографическим сигналом, подключенный через блок управления приводами к приводам верхней конечности, при этом блок выделения частоты электромиографического сигнала связан с блоком принятия решения через параллельно подключенные блоки определения фоновой мощности электромиографического сигнала и определения активной мощности электромиографического сигнала.The problem is solved by a control device for a human upper limb neurorehabilitation simulator containing sensor sensors for measuring an electromyographic signal located on the flexion and extensor surfaces of the shoulder and forearm and connected through a series-mounted unit for recording and processing the electromyographic signal and the noise filtering unit of the electromyographic signal to the input of the frequency allocation unit electromyographic signal, decision block on movement in accordance tvii registered with electromyographic signal connected via drive control unit to actuators of the upper limb, wherein the selection unit of the electromyographic signal frequency associated with the block decision through the parallel connected units determine background power electromyographic signal, and determining the active power electromyographic signal.

Устройство за счет блоков определения фоновой мощности электромиографического сигнала и активной мощности электромиографического сигнала, входы которых параллельно присоединены к выходу блока выделения частоты электромиографического сигнала, а выходы каждого из блоков соединены со входом блока принятия решения о запуске движения, позволяет управлять нейротренажером, ставя зависимость начала, остановки или изменение скорости движения нейротренажера, с размещенной в нем конечностью пациента, от соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, для определенной мышцы, вычисленного блоком принятия решения при формировании управляющей команды, на основе результатов анализа регистрируемого датчиками-сенсорами электромиографического сигнала пациента и активизации-деактивации движения реабилитируемой конечности, помещенной в нейротренажер, что расширяет арсенал средств для нейрореабилитации.The device, due to the units for determining the background power of the electromyographic signal and the active power of the electromyographic signal, the inputs of which are connected in parallel to the output of the frequency allocation unit of the electromyographic signal, and the outputs of each of the blocks are connected to the input of the decision-making unit to start movement, allows you to control the neurotracer, making the dependence of the beginning, stopping or changing the speed of the neurotracer, with the patient’s limb placed in it, from the ratio of the current signal power to the background power PWRt / PWRr for a given time interval Tt, for a specific muscle, calculated by the decision unit when forming the control team, based on the results of the analysis of the patient's electromyographic signal recorded by sensors and sensors and activation-deactivation of the movement of the rehabilitated limb placed in the neurotrainer, which expands Arsenal of means for neurorehabilitation.

Согласно данным современных научных публикаций применение такой активации движения способствует созданию устойчивой биологической обратной связи, приводящей к более быстрому формированию обходных нейронных связей и восстановлению двигательной активности мышц.According to the data of modern scientific publications, the use of such activation of movement contributes to the creation of stable biological feedback, which leads to the more rapid formation of bypass neural connections and the restoration of muscle motor activity.

На чертеже приведена структура системы устройства управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека.The drawing shows the structure of the system control device neurorehabilitation simulator of the upper limb of a person.

Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека выполнено следующим образом.The control device neurorehabilitation simulator of the upper limb of a person is as follows.

Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека содержит сенсорный датчик 1 электромиографического сигнала, расположенный на разгибательной поверхности плеча, сенсорный датчик 2 электромиографического сигнала, расположенный на сгибательной поверхности плеча, сенсорный датчик 3 электромиографического сигнала, расположенный на разгибательной поверхности предплечья, сенсорный датчик 4 электромиографического сигнала, расположенный на сгибательной поверхности предплечья.The control device for a human neurorehabilitation rehabilitation device for the upper limb contains a sensor sensor 1 of an electromyographic signal located on the extensor surface of the shoulder, a sensor sensor 2 of an electromyographic signal located on the flexion surface of the shoulder, a sensor sensor 3 of an electromyographic signal located on the extensor surface of the forearm, sensor sensor 4 of an electromyographic signal, located on the flexion surface of the forearm.

Выходы каждого из датчиков 1, 2, 3, 4 измерения электромиографического сигнала соединены со входом аппаратного контроллерного блока 7 регистрации и обработки электромиографического сигнала от пользователя.The outputs of each of the sensors 1, 2, 3, 4 measuring the electromyographic signal are connected to the input of the hardware controller unit 7 for recording and processing the electromyographic signal from the user.

Приводы 5, 6 расположены в местах обеспечения тренажером сгибательного и разгибательного движения локтевого и лучезапястного суставов и своими входами соединены с выходом блока 13 управления приводами.Drives 5, 6 are located in places where the simulator provides flexion and extensor movement of the elbow and wrist joints and are connected to the outputs of the drive control unit 13 by their inputs.

Устройство в дополнение к блокам 12 принятия решения о запуске движения в соответствии с зарегистрированным биологическим сигналом и 13 управления приводами, обеспечивающими управление работой нейротренажера, дополнительно снабжено блоками: 8 фильтрации шумов электромиографического сигнала, 9 выделения частоты электромиографического сигнала, 10 определения фоновой мощности электромиографического сигнала, 11 определения активной мощности электромиографического сигнала.The device, in addition to the blocks 12 for deciding to start movement in accordance with the registered biological signal and 13 drive controls for controlling the operation of the neurotracer, is additionally equipped with blocks: 8 filtering the noise of the electromyographic signal, 9 highlighting the frequency of the electromyographic signal, 10 determining the background power of the electromyographic signal, 11 determining the active power of an electromyographic signal.

В устройстве выход каждого из сенсорных датчиков 1, 2, 3, 4 измерения электромиографического сигнала последовательно соединен через вход-выход блоков 7 регистрации обработки электромиографического сигнала от пользователя и 8 фильтрации шумов электромиографического сигнала к входу блока 9 выделения частоты электромиографического сигнала, к выходу которого параллельно присоединены входы блока 10 определения фоновой мощности электромиографического сигнала, и блока 11 определения активной мощности электромиографического сигнала, выходы каждого из которых соединены со входом блока 12 принятия решения о запуске движения в соответствии с зарегистрированным электромиографическим сигналом, выход которого через вход-выход блока 13 управления приводами соединен с входом приводов 5, 6.In the device, the output of each of the sensor sensors 1, 2, 3, 4 for measuring the electromyographic signal is connected in series through the input-output of the blocks 7 for processing the electromyographic signal from the user and 8 for filtering the noise of the electromyographic signal to the input of the frequency allocation unit 9 for the electromyographic signal, the output of which is parallel the inputs of the unit 10 for determining the background power of the electromyographic signal are connected, and the unit 11 for determining the active power of the electromyographic signal, the outputs are each of which is connected to the input of the decision-making unit 12 to start movement in accordance with the registered electromyographic signal, the output of which is connected to the input of the drives 5, 6 through the input-output of the drive control unit 13.

Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека работает следующим образом.The control device neurorehabilitation simulator of the upper limb of a person works as follows.

Руку пользователя закрепляют в нейротренажере, располагая сенсорный датчик 1 электромиографического сигнала на разгибательной поверхности плеча, сенсорный датчик 2 электромиографического сигнала - соответственно на сгибательной поверхности плеча, сенсорный датчик 3 электромиографического сигнала - на разгибательной поверхности предплечья, сенсорный датчик 4 электромиографического сигнала - на сгибательной поверхности предплечья.The user's hand is fixed in a neurotracer, placing the sensor sensor 1 of the electromyographic signal on the extensor surface of the shoulder, the sensor sensor 2 of the electromyographic signal on the flexor surface of the shoulder, the sensor sensor 3 of the electromyographic signal on the extensor surface of the forearm, the sensor sensor 4 of the electromyographic signal on the flexor surface of the forearm .

Приводы 5 и 6 располагают на манжетах нейротренажера, в местах обеспечения нейротренажером сгибательного и разгибательного движения локтевого и лучезапястного суставов.Drives 5 and 6 are located on the cuffs of the neurotracer, in places where the neurotracer provides flexion and extensor movement of the elbow and wrist joints.

Измеренные при ненапряженных и напряженных мышцах электромиографические сигналы с выходов сенсорных датчиков 1, 2, 3, 4 поступают на вход аппаратного контроллерного блока 7 для регистрации и обработки, где аналоговый электрический сигнал усиливают, преобразуют в цифровой вид, для формирования управляющих команд начала, остановки или изменения скорости движения, задаваемого для определенной мышцы или группы мышц, размещенной в нейротренажере конечности пациента. The electromyographic signals measured with unstressed and tensed muscles from the outputs of the sensor sensors 1, 2, 3, 4 are fed to the input of the hardware controller unit 7 for registration and processing, where the analog electrical signal is amplified, converted to digital form, to generate control commands for start, stop or changes in the speed of movement set for a specific muscle or muscle group located in the neurotracer of the limb of the patient.

При формировании управляющих команд для повышения степени корреляции между задуманным движением и выработанным сигналом, направляемым к источнику приведения в движение приводов до подачи на нейротренажер, зарегистрированные электромиографические сигналы (далее ЭМГ-сигналы) дополнительно обрабатывают следующим образом.When forming control commands to increase the degree of correlation between the intended movement and the generated signal directed to the source of driving the drives before applying to the neurotracer, the recorded electromyographic signals (hereinafter EMG signals) are additionally processed as follows.

Блоком 8 фильтрации шумов ЭМГ-сигнала отфильтровывают шумы фильтром Баттерворта 4-го порядка, удаляя полосу частот от 48 Гц до 52 Гц, и подают на вход блока 9, где выделяют необходимую для анализа полосу частот, удаляя полосы частоты ниже 35 Гц и выше 45 Гц, и получают таким образом показатель фонового ЭМГ-сигнала для данной ненапряженной мышцы. Блок 10 вычисляет мощность фонового фильтрованного ЭМГ-сигнала PWRr, зарегистрированного в течение времени Tr=~10 сек, для каждой ненапряженной мышцы по формуле:Block 8 filtering the noise of the EMG signal filters out the noise with a 4th order Butterworth filter, removing the frequency band from 48 Hz to 52 Hz, and serves at the input of block 9, where the frequency band necessary for analysis is selected, removing frequency bands below 35 Hz and above 45 Hz, and thus the indicator of the background EMG signal for a given unstressed muscle is obtained. Block 10 calculates the power of the background filtered EMG signal PWRr, recorded during the time Tr = ~ 10 sec, for each unstressed muscle according to the formula:

PWRr=(Amp(1)^2+...+Amp(n)^2) /n,PWRr = (Amp (1) ^ 2 + ... + Amp (n) ^ 2) / n,

где PWRr - значение мощности фонового ЭМГ- сигнала,where PWRr is the value of the power of the background EMG signal,

n - количество значений амплитуд (семплов) в сигнале, n=Tr * SR,n is the number of amplitudes (samples) in the signal, n = Tr * SR,

где SR - частота дискретизации ЭМГ-сигнала сенсорного управления,where SR is the sampling frequency of the EMG signal of touch control,

Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1...n.Amp (i) is the value of the signal amplitude at point i, where i = 1 ... n.

Полученное значение PWRr показателя фонового ЭМГ-сигнала для определенной ненапряженной мышцы затем фиксируют.The obtained value of the PWRr of the background EMG signal index for a certain unstressed muscle is then fixed.

Блок 11 вычисляет мощность ЭМГ-сигнала, зарегистрированного в течение времени Tt=~1 сек, каждой напряженной мышцы по формуле:Block 11 calculates the power of the EMG signal recorded during the time Tt = ~ 1 sec for each strained muscle according to the formula:

PWRt=(Amp(1)^2+...+Amp(n)^2) / n,PWRt = (Amp (1) ^ 2 + ... + Amp (n) ^ 2) / n,

где - PWRt - значение мощности ЭМГ – сигнала,where - PWRt - power value of EMG - signal,

n - количество значений амплитуд (семплов) в ЭМГ-сигнале, n=Tt * SR,n is the number of amplitude values (samples) in the EMG signal, n = Tt * SR,

где SR - частота дискретизации ЭМГ-сигнала сенсорного управления,where SR is the sampling frequency of the EMG signal of touch control,

Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1...n.Amp (i) is the value of the signal amplitude at point i, where i = 1 ... n.

Полученное значение PWRt мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы затем фиксируют.The obtained PWRt value of the EMG signal power for a certain tense muscle is then fixed.

По результатам вычисленного блоком 12 соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, поступивших с блоков 10 и 11, формируют управляющие команды начала, остановки или изменения скорости движения, задаваемого размещенной в нейротренажере конечности пациента.Based on the results of the ratio of the current signal power to the background power PWRt / PWRr calculated by block 12 for a given time interval Tt, received from blocks 10 and 11, control commands for starting, stopping, or changing the speed of movement defined by the patient’s limb placed in the neurotrainer are generated.

В момент совершения конечностью заданного нейротренажером движения у пациента формируется биологическая обратная связь, связывающая намерение совершить движение с информацией от зрительной и проприоцептивной систем и приводящая к более выраженному возникновению замещающих нейронных связей в центральной нервной системе и восстановлению двигательной активности конечности.At the moment the limb makes the movement set by the neurotrainer, the patient forms a biological feedback linking the intention to make a movement with information from the visual and proprioceptive systems and leading to a more pronounced occurrence of substitutive neural connections in the central nervous system and restoration of limb motor activity.

Основным преимуществом данного устройства по сравнению с существующими аналогами является то, что формируют управляющие команды начала, остановки или изменения The main advantage of this device compared to existing analogues is that it generates control commands for starting, stopping or changing

скорости движения, задаваемого нейротренажеру, с размещенной в нем конечности пациента, по результатам вычисленного блоком 12 соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, поступивших с блоков 10 и 11.the speed of movement set by the neurotrainer, with the patient’s limb placed in it, according to the results calculated by block 12 of the ratio of the current signal power to background power PWRt / PWRr for a given time interval Tt, received from blocks 10 and 11.

Согласно данным современных научных публикаций применение такой активации движения способствует созданию устойчивой биологической обратной связи, приводящей к более быстрому формированию обходных нейронных связей и восстановлению двигательной активности мышц и ускоренной реабилитации.According to the data of modern scientific publications, the use of such activation of movement contributes to the creation of stable biological feedback, leading to faster formation of bypass neural connections and restoration of muscle motor activity and accelerated rehabilitation.

Данное устройство применимо для реабилитации и нижней конечности человека, для чего датчики и манжеты с приводами размещают на нижней кончности человека. Работу устройства осуществляют вышеописанным способом.This device is applicable for rehabilitation and the lower extremity of a person, for which sensors and cuffs with drives are placed on the lower extremity of a person. The operation of the device is carried out as described above.

Техническим результатом является зависимость начала, остановки или изменения скорости движения нейротренажера с размещенной в нем конечностью пациента от соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, для определенной мышцы, вычисленного блоком принятия решения при формировании управляющей команды, что расширяет арсенал средств для нейрореабилитации.The technical result is the dependence of the start, stop or change of the speed of the neurotrainer with the patient’s limb located on the ratio of the current signal power to the background power PWRt / PWRr for a given time interval Tt, for a specific muscle, calculated by the decision unit when forming the control command, which expands Arsenal of means for neurorehabilitation.

Claims (1)

Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека, содержащее сенсорные датчики измерения электромиографического сигнала, расположенные на сгибательных и разгибательных поверхностях плеча и предплечья и подключенные через последовательно установленные блок регистрации и обработки электромиографического сигнала и блок фильтрации шумов электромиографического сигнала к входу блока выделения частоты электромиографического сигнала, блок принятия решения о движении в соответствии с зарегистрированным электромиографическим сигналом, подключенный через блок управления приводами к приводам верхней конечности, отличающееся тем, что блок выделения частоты электромиографического сигнала связан с блоком принятия решения через параллельно подключенные блоки определения фоновой мощности электромиографического сигнала и определения активной мощности электромиографического сигнала.A control device for a human neurorehabilitation rehabilitation device for the upper limb, which contains sensor sensors for measuring the electromyographic signal located on the flexion and extensor surfaces of the shoulder and forearm and connected through a sequentially installed unit for recording and processing the electromyographic signal and the noise filtering unit of the electromyographic signal to the input of the electromyographic signal frequency isolation unit, block making decisions on movement in accordance with the registered nym electromyographic signal connected via drive control unit to actuators of the upper limb, wherein the selection unit of the electromyographic signal frequency associated with the block decision through the parallel connected units determine background power electromyographic signal, and determining the active power electromyographic signal.
RU2017114179A 2017-04-24 2017-04-24 Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb RU2644294C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114179A RU2644294C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114179A RU2644294C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2644294C1 true RU2644294C1 (en) 2018-02-08

Family

ID=61173814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017114179A RU2644294C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644294C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021066670A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейроассистивные Технологии" Method for recognizing phases of a complex movement using emg signal processing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU147759U1 (en) * 2014-06-11 2014-11-20 Александр Яковлевич Каплан SIMULATOR FOR RESTORING FINGERS OF FINGERS OF HANDS
US20150141773A1 (en) * 2004-08-25 2015-05-21 Motorika Limited Motor training with brain plasticity
US20160058647A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Conor J. MADDRY Pneumatic electromyographic exoskeleton

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150141773A1 (en) * 2004-08-25 2015-05-21 Motorika Limited Motor training with brain plasticity
RU147759U1 (en) * 2014-06-11 2014-11-20 Александр Яковлевич Каплан SIMULATOR FOR RESTORING FINGERS OF FINGERS OF HANDS
US20160058647A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Conor J. MADDRY Pneumatic electromyographic exoskeleton

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021066670A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейроассистивные Технологии" Method for recognizing phases of a complex movement using emg signal processing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lyu et al. Development of an EMG-controlled knee exoskeleton to assist home rehabilitation in a game context
CN109549821B (en) Exoskeleton robot power-assisted control system and method based on myoelectricity and inertial navigation signal fusion
Ferris et al. An improved powered ankle–foot orthosis using proportional myoelectric control
Emken et al. Feasibility of manual teach-and-replay and continuous impedance shaping for robotic locomotor training following spinal cord injury
US20180071580A1 (en) Pneumatic lower extremity gait rehabilitation training system
CN107440887B (en) Full-bionic brain-like intelligent hand electromechanical exoskeleton and comprehensive control system thereof
Yin et al. Processing surface EMG signals for exoskeleton motion control
Li et al. Motion enslaving among multiple fingers of the human hand
Rukina et al. Surface electromyography: its role and potential in the development of exoskeleton
Amici et al. Preliminary validation of a device for the upper and lower limb robotic rehabilitation
Kwon et al. Movement stability analysis of surface electromyography-based elbow power assistance
RU2644294C1 (en) Device for management of neurorehabilitation apparatus of human upper limb
Wang et al. Upper-limb muscle synergy features in human-robot interaction with circle-drawing movements
Kim et al. Assistance of the elbow flexion motion on the active elbow orthosis using muscular stiffness force feedback
Mironov et al. Combined use of command-proportional control of external robotic devices based on electromyography signals
Koyas et al. Detection of intention level in response to task difficulty from EEG signals
Shima et al. A new approach to direct rehabilitation based on functional electrical stimulation and EMG classification
Villa-Parra et al. Design of active orthoses for a robotic gait rehabilitation system
Blank et al. A pre-clinical framework for neural control of a therapeutic upper-limb exoskeleton
Xu et al. Development of an ankle assistive robot with instantly gait-adaptive method
Tong et al. BP-AR-based human joint angle estimation using multi-channel sEMG
Yahya et al. Design and modeling of an upper limb exoskeleton to assist elbow joint movement using surface emg signals
Meng et al. Active interaction control of a rehabilitation robot based on motion recognition and adaptive impedance control
Song et al. ULERD-based active training for upper limb rehabilitation
Di Nardo et al. Influence of gender on the myoelectric signal of thigh muscles

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200602