RU2644295C1 - Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs - Google Patents

Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs Download PDF

Info

Publication number
RU2644295C1
RU2644295C1 RU2017114180A RU2017114180A RU2644295C1 RU 2644295 C1 RU2644295 C1 RU 2644295C1 RU 2017114180 A RU2017114180 A RU 2017114180A RU 2017114180 A RU2017114180 A RU 2017114180A RU 2644295 C1 RU2644295 C1 RU 2644295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
power
muscle
emg
background
Prior art date
Application number
RU2017114180A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Буланов
Original Assignee
Общество с ограниченно 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 ограниченно ответственностью "Открытые решения" filed Critical Общество с ограниченно ответственностью "Открытые решения"
Priority to RU2017114180A priority Critical patent/RU2644295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2644295C1 publication Critical patent/RU2644295C1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Detecting, measuring or recording for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/04Measuring bioelectric signals of the body or parts thereof
    • A61B5/04001Measuring bioelectric signals of the body or parts thereof adapted to neuroelectric signals, e.g. nerve impulses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL 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
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load

Abstract

FIELD: medical equipment.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment, namely to controlling means of rehabilitation mechanomachines. Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs consists in fixing a limb in a mechanomachine, measurement of the electromyographic signal on the surface of the limb with a relaxed muscle or a group of muscles for flexion / extension of limbs and with a tight muscle or group of muscles for flexing extension of limbs, amplification and transformation of the analog signal in digital, and the formation of the control commands of mechanomachine for the start, stop or speed change of movement of the patient's limb. In this case, before the formation of the control commands for the mechanomachine in the registered electromyographic signals, a 4th order Butterworth filter is filtered out with noise, remove the frequency band from 48 Hz to 52 Hz, remove the frequency bands below 35 Hz and above 45 Hz , identify the frequency band necessary for the analysis and the background electromyographic signal for the relaxed muscle, calculate the power of the background filtered electromyographic signal PWRr of the detected for a time Tr = 10 seconds for each relaxed muscle, then fix the obtained value PWRr of the background EMG signal for a certain relaxed muscle ,calculate the power of the EMG signal recorded for a time Tt = ~ 1 sec, each tense muscle, and form control commands for mechanomachine for the start, stop or speed change of movement of the patient's limb, taking into account the relation current power of the electromyographic signal to the background power of the electromyographic signal (PWRt / PWRr) for the given time interval Tt and a specific muscle.
EFFECT: use of the invention makes it possible to increase the degree of correlation between the conceived motion and the generated signal directed to the source of movement of the mechanomachine.
1 cl

Description

Способ восстановления двигательной активности верхней и нижней конечностей человека относится к реабилитационной технике, а именно к управлению реабилитационными механотренажерами, и может быть использован для активации предназначенных для сгибания и разгибания конечностей приводов механотренажера путем формирования управляющих команд на основе биологической обратной связи (далее - БОС). A method of recovering motor activity upper and lower extremities of a person relates to the rehabilitation engineering, in particular to the management of rehabilitation mehanotrenazherami, and can be used to activate intended for flexion and extension of the limbs drives mehanotrenazhera by generating control based on biological feedback commands (hereinafter - BFB).

Реабилитация на основе БОС является нефармакологическим способом, с использованием специальной аппаратуры для регистрации, усиления и демонстрации пациенту физиологической информации. based biofeedback rehabilitation is non-pharmacological method, using special equipment for the registration, amplification and display the patient physiological information. БОС обеспечивают путем подачи звуковых или зрительных сигналов продолжительную текущую информацию о физиологических реакциях и параметрах, например: ЧСС, мышечном напряжении, положении конечности в пространстве, биоэлектрической активности головного мозга и тому подобное по «петле обратной связи», которая участвует в регуляции многих функций человеческого организма, начиная от изменения скорости протекания самых элементарных биохимических реакций до крайне сложных видов деятельности человека. SPU is provided by audible or visual signals continuous current information about the physiological reactions and parameters, such as heart rate, muscle tension, position limbs in space, the bioelectric activity of the brain, and the like on the "feedback loop", which is involved in the regulation of many human functions the body, ranging from changes in the flow rate of the most basic biochemical reactions to highly complex human activities. Наличие на определенном уровне информации о результате того или иного события необходимо для того, чтобы изменить его любым, но неслучайным образом. The presence of a certain level of information about the outcome of an event, you need to change anything, but non-random manner.

Известен способ восстановления мышечной и двигательной активности больных с поражениями центральной нервной системы по патенту RU 2179009 от 06.02.1998, опубликовано: 10.02.2002 МПК А61Н 1/00 (2000.01) А61Н 23/00 (2000.01) «Способ и устройство для реабилитации нервной, мышечной и двигательной координации больных с нарушениями центральной нервной системы», при котором осуществляют воздействие на напряженные мышцы вибрацией, вызывающей сокращение и растяжение мышечных волокон выбранной группы мышц в направлении их естественного растяжения и сокращения, при этом оп Known method of recovering muscular motor activity and patients with lesions of the central nervous system according to the patent RU 2179009 of 06.02.1998, published: 10.02.2002 IPC A61N 1/00 ​​(2000.01) A61N 23/00 (2000.01) "Method and apparatus for rehabilitation of the nervous, motor coordination and muscle of patients with central nervous system disorders ", which is performed when an impact on the vibration of strained muscles causing contraction of muscle fibers and stretching the selected muscle groups in their natural direction of expansion and contraction, while op ределяют начальное положение выбранной конечности, в котором пациент может развить максимальное мышечное усилие в статическом состоянии, выбирают направление приложения вибрации, противоположное тому, в котором пациент может осуществить максимальное противодействие приложенному воздействию, прикладывают вибрацию к суставам или костям конечности, на которую оказывают воздействие, и при непрерывном контакте вибратора с выбранным местом воздействия смещают конечность в выбранном направлении, при этом смещение конечности осуществляю redelyayut initial position of the selected limb in which a patient can develop the maximum muscle force in a static state, choose the direction of vibration application, opposite to that in which the patient can realize the maximum resistance to the applied force, applied vibration to the joints and bones of the extremities, which have an impact, and in continuous contact with the vibrator exposure bias selected location limb in the selected direction, wherein the offset limb realize т принудительно. so forcibly.

При данном способе смещение конечности осуществляют принудительно, без регистрации изменения электрической активности соответствующей мышцы или группы мышц, биоэлектрических потенциалов, возникающих в мышцах скелета при возбуждении нервных волокон, то есть электромиографического сигнала (далее ЭМГ-сигнал). In this method, the offset limb performed forcibly without registering changes in the electrical activity of the corresponding muscle or muscle group of bioelectric potentials in skeletal muscles resulting in the excitation of nerve fibers, i.e. signal electromyographic (EMG-signal hereinafter).

Известен «Способ реабилитационного лечения обездвиженного больного» по патенту RU 2435560 от 11.01.2010, опубликовано: 10.12.2011, МПК А61Н 1/00 (2006.01), заключающийся в том, что возбуждают клетки нервной ткани путем импульсного адекватного, в физиологических параметрах, воздействия на афферентные и эфферентные волокна за счет пассивного растяжения и сжатия мышечной ткани, сгибания и разгибания конечностей и туловища в суставах путем многократно повторяемого циклического движения, по крайней мере, спины, туловища, верхних и нижних конечностей, а также все Known "Method immobilized patient rehabilitation treatment" according to the patent RU 2435560 of 11.01.2010, published: 10.12.2011, IPC: A61N 1/00 ​​(2006.01), consisting in that excite nerve tissue cells by pulsed adequate, physiological parameters, exposure on afferent and efferent fibers due to passive stretch and contraction of muscle tissue, flexion and extension of the limbs and trunk joint through repeated cyclical motion, at least, back, torso, upper and lower extremities, as well as all о тела, с помощью функциональной реанимационно-реабилитационной кровати с подвижными секциями спины, туловища, нижних и верхних конечностей, а также всего тела, механизмами их регулирования и блоком управления кровати, выполненной с возможностью подъема на заданный угол выбранного сегмента кровати, сохранения положения сегмента на заданное время и возращения его в исходное положение за заданный интервал времени; of body, function of resuscitative rehabilitative bed with movable sections back, torso, upper and lower extremities, as well as the whole body, the mechanisms of their regulation and bed control unit configured to lift at a predetermined angle selected segment bed conservation segment position on the predetermined time and returning to its original position for a predetermined time interval; последовательность изменения положений сегментов тела человека, значение углов и скорости подъема, экспозицию времени между изменениями положения сегментов тела человека устанавливают в зависимости от имеющейся патологии у пациента и варьируют в ходе проведения реабилитационных мероприятий в зависимости от клинических проявлений течения заболевания, а воздействие проводят круглосуточно до восстановления функций внутренних органов и систем, восстановления самостоятельной двигательной активности. sequence changes in the positions of human body segments, angles and lifting speed value, exposure time between changes in position of the body segments is set as a function of existing pathology in the patient and can vary during the course of rehabilitation, depending on the clinical manifestations of the disease, and exposure is carried out clock to restore functions of internal organs and systems, self-recovery of motor activity.

При данном способе параметры и последовательность моделирования пассивных движений больного устанавливают в зависимости от имеющейся патологии у пациента и варьируют в ходе проведения реабилитационных мероприятий в зависимости от клинических проявлений течения заболевания, без регистрации изменения электрической активности соответствующей мышцы или группы мышц, биоэлектрических потенциалов, возникающих в мышцах скелета при возбуждении нервных волокон, то есть ЭМГ-сигнала. With this method, parameters and sequence modeling passive patient motions set depending on the existing pathology in the patient and can vary during the course of rehabilitation, depending on the clinical manifestations of the disease without recording changes in the electrical activity of the respective muscles or muscle groups of bioelectric potentials arising muscle skeleton upon excitation of nerve fibers, i.e. the EMG signal.

Известно использование электромиографического сигнала для реабилитации по патенту RU 2152769 от 10.11.1999 опубликовано: 20.07.2000, МПК А61Н 1/00 (2000.01) «Способ лечения плоскостопия», при котором при проведении сеансов тренировки глубоких мышц голени за счет сгибания стопы с разгибанием колена перед каждым сеансом регистрируют электромиографическую активность внутренней головки икроножной мышцы при сгибании стопы с максимальным усилием и устанавливают заранее пороги, равные верхний - 75%, а нижний - 50% от максимума амплитуды огибающей электромиографиче It is known to use electromyographic signal for the rehabilitation of the patent RU 2152769 of 10.11.1999 published: 20.07.2000, IPC: A61N 1/00 ​​(2000.01) "A method of treating flat feet", in which during the training sessions tibia deep muscles due to flexion of the foot with the knee unbending before each session is recorded electromyographic activity inner die gastrocnemius muscle in flexion of the foot with the greatest effort and is set in advance thresholds equal to the upper - 75%, and the lower - 50% of the maximum amplitude of the envelope elektromiografiche ской активности, затем во время сеанса продолжают регистрацию электромиографической активности внутренней головки икроножной мышцы и проводят изометрическую тренировку глубоких мышц голени с помощью биологической обратной связи с графикой компьютерной игры, причем игру останавливают при выходе огибающей электромиографической активности за верхний или нижний пороги. tion activity, then continue during the session registration electromyographic activity inner die gastrocnemius and carried isometric workout deep leg muscles using biofeedback graphics computer games, and the game is stopped at the exit of the envelope electromyographic activity for the upper or lower thresholds.

Но данный способ не позволяет применять его у пациентов со спастическими парезами и плегиями. But this method does not allow its use in patients with spastic paresis and plegia. Кроме того, применение предлагаемого способа не позволяет устанавливать пороги электромиографической активности мышц от 0% до 100% амплитуды огибающей электромиографической активности, в том числе и непосредственно в ходе выполнения упражнения. Furthermore, the use of the proposed method does not allow to set thresholds electromyographic activity of muscles from 0% to 100% of the amplitude envelope of electromyographic activity, including directly during the exercise.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, которое было выбрано в качестве прототипа, является способ содействия двигательной активности, по патенту RU 2364385 «Носимое вспомогательное устройство, содействующее двигательной активности, и управляющая программа» 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), при котором регистрирует биологический сигнал (миоэлектричество на поверхности), которым сопровождается мышечное усилие, созданное в соответствии с сигналом из The closest to the claimed technical solution, which was chosen as the prototype, is a method of promoting motor activity, according to the patent RU 2364385 "Wearable assist device locomotor activity, and a control program" of 22.11.2005 Convention priority: 26.01.2005 JP 2005- 018295, publication of application: 10.03.2009, published 20.08.2009, IPC: A61N 3/00 (2006.01) at which registers biosignal (surface myoelectricity) accompanied with a muscle force is created in accordance with a signal from мозга, и управляют источником приведения в движение электродвигателя на основании зарегистрированного биологического сигнала. brain and control the source driving the motor based on the detected biological signal. Способ позволяет осуществлять управление источником приведения в движение конечностей пациента, закрепленных в механотренажере, на основании уравнения движения, в которое произведена подстановка определенных таким образом параметров. The method allows control of the drive source of the patient limb forth in mehanotrenazhere, based on the equation of motion, which are substituted in the thus determined parameters.

Но при данном способе регистрируют 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 на But this method is recorded relative force that depends on the ratio between the forces on the one hand set up the drive source, on the other hand the muscular effort of the user created by the wearer, wherein comparing the recorded data myoelectricity (electromyogram, EMG (EMG )) and the value of muscle force (F), obtained by measuring, with a predetermined value set by the gain (Gs) from the data storage unit without comparison electromyogram relaxed muscle and пряженной мышцы, что приводит к низкой корреляции между задуманным движением, и выработанным сигналом, направляемым к источнику приведения в движение вспомогательного устройства. adjoint muscle that leads to a low correlation between movement conceived and worked out signal, sent to the driving source of the auxiliary device.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности реабилитации при заболеваниях, приводящих к двигательному дефициту верхней и нижней конечностей человека. The object of the proposed technical solutions is to increase the effectiveness of rehabilitation in diseases leading to the motor deficit of the upper and lower extremities human.

Задача решена за счет способа восстановления двигательной активности верхней и нижней конечностей человека, путем закрепления конечности в механотренажере, измерения электромиографического сигнала на поверхности конечности при ненапряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей и при напряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей, усиления и преобразования аналогового сигнала в цифровой, и формирования для механотренажера управляющих команд начала, остановки или изменения скорости движе The problem is solved by a method for restoration of motor activity the upper and lower extremities of a person by fastening limb mehanotrenazhere, electromyographic signal measurement on the surface of the limb when unstressed muscle or group of muscles for flexion / extension limbs and strained muscle or group of muscles for flexion / extension limbs, amplification and conversion of analog signal to digital form and for mehanotrenazhera control start commands, stop motion or changes speed ния конечности пациента, при этом, до формирования управляющих команд для механотренажера в зарегистрированных электромиографических сигналах отфильтровывают фильтром Баттерворта 4-го порядка шумы, при этом удаляют полосу частот от 48 Гц до 52 Гц, удаляют полосы частот ниже 35 Гц и выше 45 Гц, выделяют необходимую для анализа полосу частот и показатель фонового электромиографического сигнала для ненапряженной мышцы, вычисляют мощность фонового фильтрованного электромиографического сигнала PWRr зарегистрированного в течение времени Тr=~ 10 се Nia patient's limb, wherein, prior to forming control commands for mehanotrenazhera in registered electromyographic signals filtered Butterworth filter of 4th order noise, the removed frequency band from 48 Hz to 52 Hz, remove the band below 35 Hz and above 45 Hz are isolated necessary to analyze the frequency band and the background component signal for electromyographic relaxed muscle power calculated background PWRr filtered electromyographic signal recorded during the time Tr = 10 ~ ce к для каждой ненапряженной мышцы по формуле: for each muscle relaxed by 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; wherein PWRr - EMG power value of the background - signal;

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

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

Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1…n; Amp (i) - signal amplitude value at point i, where i = 1 ... n; затем фиксируют полученное значение PWRr показателя фонового ЭМГ-сигнала для определенной ненапряженной мышцы; the value obtained is then fixed to the background EMG PWRr index signal for a particular relaxed muscle; вычисляют мощность ЭМГ-сигнала, зарегистрированного в течение времени Tt=~ 1 сек, каждой напряженной мышцы по формуле: calculating power EMG signal recorded during a time Tt = ~ 1 sec, each strained muscles by the formula:

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

где PWRt - значение мощности ЭМГ–сигнала; wherein PWRt - EMG power value signal;

n - количество значений амплитуд (семплов) в ЭМГ - сигнале, n=Tt * SR, где SR - частота дискретизации ЭМГ-сигнала сенсорного управления Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1…n затем фиксируют полученное значение PWRt мощности ЭМГ - сигнала для определенной напряженной мышцы; n - the number of amplitude values ​​(samples) in EMG - signal, n = Tt * SR, where SR - sampling rate of the touch control EMG signal Amp (i) - signal amplitude value at point i, where i = 1 ... n then fixed obtained PWRt EMG power value - the voltage detection signal muscle; по результатам соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности: the results of the current ratio of signal power to the power of background:

PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, PWRt / PWRr for a given length of time Tt,

где PWRr - значение мощности фонового ЭМГ-сигнала; wherein PWRr - the power value of the background EMG signal;

PWRt мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы и формируют для механотренажера управляющие команды начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациента с учетом соотношения текущей мощности электромиографического сигнала к фоновой мощности электромиографического сигнала (PWRt / PWRr) для данного отрезка времени Tt и определенной мышцы. PWRt power EMG signal voltage detection muscles and form for mehanotrenazhera control start commands, stop or change the speed of movement of the patient's limb with the current power ratio of the electromyographic signal to background power electromyographic signal (PWRt / PWRr) for a given time interval Tt and certain muscles.

Дополнительная обработка зарегистрированных ЭМГ-сигналов для формировании управляющих команд, до подачи на механотренажер, при котором вычисляют и фиксируют уровень максимальной мощности ЭМГ-сигнала и мощность фонового фильтрованного полезного ЭМГ-сигнала для ненапряженной или напряженной мышц, позволяет по результатам соотношения, для заданного отрезка времени, текущей мощности сигнала к фоновой мощности, формировать управляющую команду с высокой степенью корреляции между задуманным движением, и выработанной командой начала, ост Further processing of the recorded EMG signals for forming control commands, to supply to mehanotrenazher, wherein the calculating and fixed maximum power level of EMG signal and the power of the background filtered useful EMG signal unstrained or strained muscles, allows the results of the ratio for a predetermined period of time , the current signal power to background power, generate a control command with a high degree of correlation between movement conceived and worked out start command, st новки или изменения скорости движения, направляемой к источнику приведения в движение, задаваемого механотренажеру, с размещенной в нем конечностью пациента, приводящая к возникновению устойчивой и релевантной биологической обратной связи, способствующей возникновению новых нейронных связей в обход пораженных участков и, таким образом, ускоренной реабилитации, что повышает эффективность реабилитации при заболеваниях, приводящих к двигательному дефициту верхней и нижней конечностей человека. Novki or changes speed, directed to the source of actuation defined by mehanotrenazheru with disposed therein a patient limb, which leads to the appearance of stable and relevant biofeedback conducive to the appearance of new neural connections to bypass the affected areas, and thus, accelerated rehabilitation which increases the effectiveness of rehabilitation for diseases that lead to the motor deficit of the upper and lower extremities human.

Способ восстановления двигательной активности верхней и нижней конечностей человека осуществляют следующим образом. A method of recovering motor activity of the upper and lower extremities of a person is performed as follows.

В процессе реабилитации путем закрепления конечности в механотренажере и формирования для механотренажера управляющих команд начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациента при выполнении сгибания/разгибания/ приведения/отведения конечности с использованием механотренажера, при напряжении пациентом мышц конечностей в соответствии с сигналом из мозга, и в состоянии покоя, регистрируют изменение электрической активности соответствующей мышцы или группы мышц, биоэлектрические потенциалы, возникающие в мышцах ч In the process of rehabilitation by fastening limb mehanotrenazhere and forming for mehanotrenazhera control commands start, stop or change the speed of movement of the patient's limb when the flexion / extension / actuation / exhaust limb using mehanotrenazhera when patient tension of muscles in accordance with from the brain signal, and at rest, the register corresponding change in the electrical activity of muscles or muscle groups bioelectric potentials arising muscle h еловека, при возбуждении нервных волокон, то есть ЭМГ-сигнал. eloveka, excitation of nerve fibers, that is, the EMG signal.

Таким образом, у пациента, который пытается, например, согнуть руку в локтевом суставе, возникнет определенное изменение электрической активности в области бицепса, а соответственно и миоэлектричества на поверхности, которым сопровождается мышечное усилие, созданное соответствующей мышцей или группой мышц для сгибания/разгибания конечностей, в соответствии с сигналом из мозга, который регистрируют. Thus, a patient who is trying to, for example, to bend the arm at the elbow, there will a certain change in electrical activity in the biceps, and thus the surface myoelectricity accompanied with a muscle force is created corresponding muscle or group of muscles for flexion / extension limbs, in accordance with the signal from the brain, which is recorded.

Зарегистрированную электрическую активность в области бицепса управляющей программой анализируют, для этого аналоговый электрический сигнал усиливают дифференциальным усилителем, преобразуют в цифровой вид и формируют управляющие команды, начала, остановки или изменения скорости движения механотренажера, задаваемого для определенной мышцы или группы мышц, размещенной в механотренажере конечности. Registered electrical activity in the biceps control program is analyzed for this analog electrical signal is amplified by the differential amplifier is converted into digital form and form control commands, start, stop, or change mehanotrenazhera speed to be set for a particular muscle or group of muscles located in mehanotrenazhere limbs.

Для повышения степени корреляции между задуманным движением и выработанным сигналом, направляемым к источнику приведения в движение механотренажера, до подачи на механотренажер, при формировании управляющих команд, начала, остановки или изменения скорости движения, задаваемого размещенной в механотренажере конечности пациента, зарегистрированный ЭМГ-сигнал дополнительно обрабатывают управляющей программой следующим образом. To increase the degree of correlation between a conceived movement and to develop a signal, sent to the drive source mehanotrenazhera to feed on mehanotrenazher, when forming control commands, start, stop or change in speed given by allocated in mehanotrenazhere patient limb recorded EMG-signal is further treated control program follows.

Отфильтровывают шумы фильтром Баттерворта 4-го порядка, удаляя полосу частот от 48 Гц до 52 Гц. Filtered noise Butterworth filter of 4th order, removing from the frequency band of 48 Hz to 52 Hz.

Выделяют необходимую для анализа полосу частот, удаляя полосы частоты ниже 35 Гц и выше 45 Гц и получают показатель фонового ЭМГ-сигнала для данной ненапряженной мышцы;. Allocate necessary to analyze the frequency band, removing the frequency band below 35 Hz and above 45 Hz and the background component obtained EMG signal for a given unstressed muscle ;.

Вычисляют мощность фонового фильтрованного ЭМГ-сигнала PWRr, зарегистрированного в течение времени Tr=~ 10 сек, для каждой ненапряженной мышцы по формуле: Calculate the power of the background PWRr filtered EMG signal recorded during the time Tr = ~ 10 seconds for each relaxed muscles 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 wherein PWRr - the power value of the background EMG signal

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

где SR - частота дискретизации ЭМГ-сигнала сенсорного управления; where SR - sampling rate touch control EMG signal;

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

Затем фиксируют полученное значение PWRr показателя фонового ЭМГ-сигнала для определенной ненапряженной мышцы. Then, fixed value obtained PWRr indicator background EMG signal for a particular relaxed muscle.

Вычисляют мощность ЭМГ - сигнала, зарегистрированного в течение времени Tt=~ 1 сек, каждой напряженной мышцы по формуле: Calculated EMG power - signal recorded during a time Tt = ~ 1 sec, each strained muscles by the formula:

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

где PWRt - значение мощности ЭМГ – сигнала; wherein PWRt - EMG power value - signal;

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

где SR - частота дискретизации с ЭМГ - сигнала сенсорного управления; where SR - with a sampling frequency of EMG - touch-control signal;

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

Затем фиксируют полученное значение PWRt мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы. Then fixed PWRt EMG signal power value obtained for a specific muscles tense.

По результатам соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, формируют управляющие команды начала, остановки или изменения скорости движения, задаваемого размещенной в механотренажере конечности пациента. As a result the current ratio of signal power to PWRt / PWRr background power Tt for a given length of time, generates a control instruction to start, stop or change in speed given by mehanotrenazhere placed in the patient's limb.

Вычисляется отношение текущей активной мощности сигнала к фоновой мощности DIFF: Calculates the ratio of the currently active power signal to background power DIFF:

DIFF=PWRt / PWRr, DIFF = PWRt / PWRr,

где PWRt - значение мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы; wherein PWRt - power value of EMG signal voltage detection muscle;

PWRr - значение мощности фонового ЭМГ-сигнала для каждой ненапряженной мышцы. PWRr - the power value of the background EMG signal for each relaxed muscle.

Сравнивают значения DIFF и DIFFtrigger (пороговое значение, ранее установленное в настройках ПО сенсорного управления). Compare values ​​DIFF and DIFFtrigger (a threshold value previously set in the control settings on the touch).

Если значение DIFF превышает значение DIFFtrigger, управляющий сигнал поступает в ПО для начала движения соответствующего привода, в соответствии с выполняемым упражнением. If DIFF is greater than the value DIFFtrigger, the control signal enters the software to initiate movement of the corresponding actuator in accordance with the running exercise.

Механотренажер получает команду на совершение, например, сгибательного движения в проекции локтевого сустава и, соответственно, рука пациента согнется. Mehanotrenazher receives a command to execute, for example, the flexion movement in the projection of the elbow joint and, therefore, the patient's hand bend.

Если значение DIFF не превышает значение DIFFtrigger, сравнение значений DIFF и DIFFtrigger продолжает в течение следующего отрезка времени Tt. If the value of DIFF is less than the value DIFFtrigger, comparison and DIFFtrigger DIFF value continues for the next time interval Tt.

Техническим результатом является повышение степени корреляции между задуманным движением, и сформированной для механотренажера управляющей команды начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациента с учетом соотношения текущей мощности электромиографического сигнала к фоновой мощности электромиографического сигнала (PWRt / PWRr) для данного отрезка времени Tt и определенной мышцы. The technical result is to increase the degree of correlation between a conceived movement and formed to mehanotrenazhera control start commands, stop or change the motion of the patient limb speed based on the current power ratio of the electromyographic signal to background power electromyographic signal (PWRt / PWRr) for a given period of time Tt and certain muscles .

Claims (14)

  1. Способ восстановления двигательной активности верхней и нижней конечностей человека путем закрепления конечности в механотренажере, измерения электромиографического сигнала на поверхности конечности при ненапряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей и при напряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей, усиления и преобразования аналогового сигнала в цифровой, и формирования для механотренажера управляющих команд начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациент A method of recovering motor activity upper and lower extremities of a person by fastening limb mehanotrenazhere, electromyographic signal measurement on the surface of the limb when unstressed muscle or group of muscles for flexion / extension limbs and strained muscle or group of muscles for flexion / extension limbs, amplification and conversion of the analog signal in digital form and to mehanotrenazhera control start command, stop, or change the speed of the patient limb , отличающийся тем, что до формирования управляющих команд для механотренажера в зарегистрированных электромиографических сигналах отфильтровывают фильтром Баттерворта 4-го порядка шумы, при этом удаляют полосу частот от 48 Гц до 52 Гц, удаляют полосы частот ниже 35 Гц и выше 45 Гц, выделяют необходимую для анализа полосу частот и показатель фонового электромиографического сигнала для ненапряженной мышцы, вычисляют мощность фонового фильтрованного электромиографического сигнала PWRr, зарегистрированного в течение времени Тг=~ 10 сек для кажд Characterized in that prior to generating control commands for mehanotrenazhera in registered electromyographic signals filtered Butterworth filter of 4th order noise, the removed frequency band from 48 Hz to 52 Hz, remove the band below 35 Hz and above 45 Hz, secrete necessary for analyzing a frequency band and a background component signal for electromyographic relaxed muscle power calculated background PWRr filtered electromyographic signal recorded during the time Tr = 10 sec for each call ой ненапряженной мышцы по формуле: oh relaxed muscles of the formula:
  2. PWRr=(Amp(1)^2+…+Amp(n)^2) / n, PWRr = (Amp (1) ^ 2 + ... + Amp (n) ^ 2) / n,
  3. где PWRr - значение мощности фонового ЭМГ-сигнала; wherein PWRr - the power value of the background EMG signal;
  4. n - количество значений амплитуд (семплов) в сигнале, n=Tr * SR, n - the number of amplitude values ​​(samples) in the signal, n = Tr * SR,
  5. где SR - частота дискретизации ЭМГ-сигнала сенсорного управления. where SR - sampling rate touch control EMG signal.
  6. Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1…n; Amp (i) - signal amplitude value at point i, where i = 1 ... n;
  7. затем фиксируют полученное значение PWRr показателя фонового ЭМГ-сигнала для определенной ненапряженной мышцы; the value obtained is then fixed to the background EMG PWRr index signal for a particular relaxed muscle; вычисляют мощность ЭМГ-сигнала, зарегистрированного в течение времени Tt=~ 1 сек, каждой напряженной мышцы по формуле: calculating power EMG signal recorded during a time Tt = ~ 1 sec, each strained muscles by the formula:
  8. PWRt=(Amp(1)^2+ … +Amp(n)^2) / n, PWRt = (Amp (1) ^ 2 + ... + Amp (n) ^ 2) / n,
  9. где PWRt - значение мощности ЭМГ – сигнала; wherein PWRt - EMG power value - signal;
  10. n - количество значений амплитуд (семплов) в ЭМГ - сигнале, n=Tt * SR, где SR - частота дискретизации ЭМГ- сигнала сенсорного управления. n - the number of amplitude values ​​(samples) in EMG - signal, n = Tt * SR, where SR - sampling frequency EMG sensor control signal.
  11. Amp(i) - значение амплитуды сигнала в точке i, где i=1…n затем фиксируют полученное значение PWRt мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы; Amp (i) - signal amplitude value at point i, where i = 1 ... n then fixed value obtained PWRt EMG signal power voltage detection muscle; по результатам соотношения текущей мощности сигнала к фоновой мощности: the results of the current ratio of signal power to the power of background:
  12. PWRt / PWRr для данного отрезка времени Tt, PWRt / PWRr for a given length of time Tt,
  13. где PWRr - значение мощности фонового ЭМГ-сигнала. wherein PWRr - the power value of the background EMG signal.
  14. PWRt мощности ЭМГ-сигнала для определенной напряженной мышцы и формируют для механотренажера управляющие команды начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациента с учетом соотношения текущей мощности электромиографического сигнала к фоновой мощности электромиографического сигнала (PWRt / PWRr) для данного отрезка времени Tt и определенной мышцы. PWRt power EMG signal voltage detection muscles and form for mehanotrenazhera control start commands, stop or change the speed of movement of the patient's limb with the current power ratio of the electromyographic signal to background power electromyographic signal (PWRt / PWRr) for a given time interval Tt and certain muscles.
RU2017114180A 2017-04-24 2017-04-24 Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs RU2644295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114180A RU2644295C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114180A RU2644295C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2644295C1 true RU2644295C1 (en) 2018-02-08

Family

ID=61173813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017114180A RU2644295C1 (en) 2017-04-24 2017-04-24 Method for motion activity recovery of upper and lower human limbs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644295C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2010100671A (en) * 2010-01-11 2011-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Медицинский Реабилитационный Центр" (RU) Method immobilized patient rehabilitation treatment
US20150150747A1 (en) * 2005-01-26 2015-06-04 University Of Tsukuba Wearable action-assist device and control program
US20160354606A1 (en) * 2007-12-05 2016-12-08 Gearbox, Llc Method and system for blocking nerve conduction
US20170061817A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Icuemotion, Llc System for movement skill analysis and skill augmentation and cueing
US20170095670A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-06 Mc10 Method and system for neuromodulation and stimulation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150150747A1 (en) * 2005-01-26 2015-06-04 University Of Tsukuba Wearable action-assist device and control program
US20160354606A1 (en) * 2007-12-05 2016-12-08 Gearbox, Llc Method and system for blocking nerve conduction
RU2010100671A (en) * 2010-01-11 2011-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Медицинский Реабилитационный Центр" (RU) Method immobilized patient rehabilitation treatment
US20170061817A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Icuemotion, Llc System for movement skill analysis and skill augmentation and cueing
US20170095670A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-06 Mc10 Method and system for neuromodulation and stimulation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Henneman et al. Functional significance of cell size in spinal motoneurons
Henneman et al. Excitability and inhibitibility of motoneurons of different sizes
Colombo et al. Driven gait orthosis for improvement of locomotor training in paraplegic patients
Gerasimenko et al. Epidural stimulation: comparison of the spinal circuits that generate and control locomotion in rats, cats and humans
Hortobágyi et al. Changes in segmental and motor cortical output with contralateral muscle contractions and altered sensory inputs in humans
Hodges et al. Postural activity of the diaphragm is reduced in humans when respiratory demand increases
US7179234B2 (en) Apparatus and method for characterizing contributions of forces associated with a body part of a subject
Ritzmann et al. The influence of vibration type, frequency, body position and additional load on the neuromuscular activity during whole body vibration
Abercromby et al. Variation in neuromuscular responses during acute whole-body vibration exercise
Woollacott et al. Balance control during walking in the older adult: research and its implications
Pang et al. The initiation of the swing phase in human infant stepping: importance of hip position and leg loading
Cappellini et al. Motor patterns in human walking and running
Aagaard et al. Neural adaptation to resistance training: changes in evoked V-wave and H-reflex responses
Decety et al. Vegetative response during imagined movement is proportional to mental effort
Kaelin-Lang et al. Role of voluntary drive in encoding an elementary motor memory
Riener et al. Patient-cooperative strategies for robot-aided treadmill training: first experimental results
De Luca et al. Common drive in motor units of a synergistic muscle pair
Thomas et al. Increases in corticospinal tract function by treadmill training after incomplete spinal cord injury
Wagenaar et al. Dynamics of pathological gait
Capaday et al. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex
Enoka et al. Neurobiology of muscle fatigue
Grasso et al. Motor patterns for human gait: backward versus forward locomotion
Harkema Plasticity of interneuronal networks of the functionally isolated human spinal cord
Cadore et al. Neuromuscular adaptations to concurrent training in the elderly: effects of intrasession exercise sequence
Ivanenko et al. Spinal cord maps of spatiotemporal alpha-motoneuron activation in humans walking at different speeds