RU2725055C1 - Method for complex assessment of upper extremity function - Google Patents
Method for complex assessment of upper extremity function Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725055C1 RU2725055C1 RU2019119062A RU2019119062A RU2725055C1 RU 2725055 C1 RU2725055 C1 RU 2725055C1 RU 2019119062 A RU2019119062 A RU 2019119062A RU 2019119062 A RU2019119062 A RU 2019119062A RU 2725055 C1 RU2725055 C1 RU 2725055C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hand
- function
- power
- amplitude
- parameters
- Prior art date
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
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
-
- 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]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для комплексной оценки функции верхних конечностей человека, включающей исследование силовых и электромиографических параметров руки в условиях выполнения целенаправленного задания (управления, манипуляции) с биологической обратной связью по силовым параметрам, с помощью малоамплитудных или изометрических усилий руки. Применимо в различных областях практической медицины (например - неврология, ортопедия и травматология), эргономики, биомеханики, спорта, физиологии и психофизиологии.The invention is intended for a comprehensive assessment of the function of the upper extremities of a person, including the study of power and electromyographic parameters of the hand in the context of a targeted task (control, manipulation) with biological feedback on the power parameters using low-amplitude or isometric efforts of the hand. It is applicable in various fields of practical medicine (for example, neurology, orthopedics and traumatology), ergonomics, biomechanics, sports, physiology and psychophysiology.
Оценка функции верхних конечностей имеет важное значение в различных биомедицинских и смежных областях (например, при проектировании управляемых рукой человека машин). Известны способы оценки состояния верхних конечностей, включающие измерение силы и координационных характеристик при движениях пальцев [патент США №20040097838 А1]; измерение силовых параметров при определенной конфигурации и движениях руки [патент США №6231525 В1]; измерение давления рук на силовую платформу [патент РФ №2405430]. Разработаны различные устройства, чья актуальность связана с вариантами оценки движений руки и пальцев [патент РФ №164153] и подразумевает актуальность методик такой оценки. Широко используются электромиографические методики (ЭМГ) в оценках функции конечностей [Зюбанова И.А., Усков В.А., Капилевич Л.В. Биомеханические модельные характеристики выполнения нападающего удара в волейболе // Веста. Том. гос. ун-та. 2013. №367. С. 151-153]. Существуют способы реабилитации, основанные на воображаемом движении конечности и анализе биопотенциалов со скальпа [патент РФ №2622206], но не включающие измерение функции рук, что может снижать эффективность контроля реабилитации. Применение для оценки функции верхних конечностей отдельных характеристик, основанных на различающихся по смыслу физических и физиологических параметрах, имеет сложности в объяснении их взаимосвязи, и, таким образом, в получении наиболее точной комплексной оценки.Evaluation of the function of the upper extremities is important in various biomedical and related fields (for example, in the design of human-controlled machines). Known methods for assessing the state of the upper extremities, including measuring the strength and coordination characteristics during finger movements [US patent No. 20040097838 A1]; measuring power parameters with a specific configuration and arm movements [US patent No. 6231525 B1]; measuring hand pressure on a power platform [RF patent No. 2405430]. Various devices have been developed whose relevance is associated with options for assessing the movements of the hand and fingers [RF patent No. 164153] and implies the relevance of the methods for such an assessment. Widely used electromyographic techniques (EMG) in evaluating limb function [Zyubanova I.A., Uskov V.A., Kapilevich L.V. Biomechanical model characteristics of an attack hit in volleyball // Vesta. Tom. state un-that. 2013. No. 367. S. 151-153]. There are rehabilitation methods based on the imaginary movement of the limb and the analysis of biopotentials from the scalp [RF patent No. 2622206], but not including the measurement of hand function, which may reduce the effectiveness of the rehabilitation control. The use of individual characteristics for evaluating the function of the upper extremities based on physical and physiological parameters that differ in meaning has difficulties in explaining their relationship, and thus in obtaining the most accurate comprehensive assessment.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, выбранном в качестве прототипа, является «Способ оценки опорной функции верхних конечностей» [патент РФ 2405430, МПК: А61В 5/11 (2006.01), опубл. 10.12.2010, Бюл. №34], где используется силовая платформа (стабилограф), при этом нижнюю часть тела пациента до пояса размещают на горизонтальной поверхности, имеющей возможность перемещения по высоте, верхнюю часть тела пациента размещают над платформой стабилографа так, чтобы руки пациента были опущены вниз под прямым углом к телу, выпрямлены в локтевых суставах, основания ладоней располагают у ограничительной черты платформы, пальцы выпрямлены, указательный палец располагают параллельно лучу платформы. Пациент удерживает указанную позу и осуществляет давление руками на платформу стабилографа в течение 51 с. При этом определяют: давление рук на платформу, расположение центра давления относительно сагиттальной оси, миграцию проекции центра давления по опорной площади, площадь статокинезиограммы, частоту перемещений центра давления. Обследование проводят до и после лечения пациента или тренировки спортсмена.The closest analogue of the invention, selected as a prototype, is the "Method for assessing the support function of the upper limbs" [RF patent 2405430, IPC: AB 5/11 (2006.01), publ. 12/10/2010, Bull. No. 34], where a power platform (stabilograph) is used, while the lower part of the patient’s body to the waist is placed on a horizontal surface that can be moved vertically, the upper part of the patient’s body is placed above the stabilograph platform so that the patient’s hands are lowered down at a right angle to the body, straightened at the elbow joints, the base of the palms are placed at the restrictive line of the platform, the fingers are straightened, the index finger is parallel to the beam of the platform. The patient holds the specified position and applies pressure with his hands on the platform of the stabilograph for 51 s. This determines: the pressure of the hands on the platform, the location of the center of pressure relative to the sagittal axis, the migration of the projection of the center of pressure along the reference area, the area of the statokinesiogram, the frequency of movement of the center of pressure. The examination is carried out before and after treatment of the patient or training the athlete.
К недостаткам прототипа относится тот факт, что в этом способе не предусмотрена надежная возможность поочередной оценки одной из рук. Поскольку отсутствуют прямые данные об активности мышц рук (миография), то также снижена информативность исследования в контексте желаемой комплексной (более точной, надежной) оценки.The disadvantages of the prototype include the fact that this method does not provide a reliable opportunity to evaluate one of the hands in turn. Since there are no direct data on the activity of arm muscles (myography), the information content of the study is also reduced in the context of the desired comprehensive (more accurate, reliable) assessment.
Недостатки цитируемого способа для оценки функции рук, как возможности исследования целенаправленного приложения силы, обусловлены трудностью удержания подобной позы в течение почти минуты людьми с ограниченными возможностями (например, при соответствующих травмах) или невозможностью принятия установленной позы (например, при беременности), ограниченностью оценки только измерением пассивного удержания позы (без целенаправленных изменений вектора прилагаемой рукой силы, характерных для бытовых и профессиональных манипуляций). Отдельной проблемой может являться недостаточная надежность используемых здесь показателей [Гроховский С.С., Кубряк О.В. Метод интегральной оценки эффективности регуляции позы человека // Медицинская техника. - 2018. - №2. - С. 49-52].The disadvantages of the cited method for evaluating the function of the hands, as the possibility of studying the purposeful use of force, are caused by the difficulty in holding such a posture for almost a minute by people with disabilities (for example, with appropriate injuries) or the inability to accept the established position (for example, during pregnancy), the limited assessment only measurement of passive posture retention (without deliberate changes in the vector of the applied force, characteristic of domestic and professional manipulations). A separate problem may be the insufficient reliability of the indicators used here [Grokhovsky S.S., Kubryak O.V. The method of integral assessment of the effectiveness of the regulation of human posture // Medical technology. - 2018. - No. 2. - S. 49-52].
Предлагаемый способ позволяет преодолеть указанные недостатки путем оригинального расположения испытуемого и его руки относительно измеряющих устройств, что создает возможность получения комплексной оценки по силовым и электромиографическим параметрам, связывающим результат действия (выполнение инструкции) и его физиологическое обеспечение, при этом оценку функции верхних конечностей осуществляют для каждой руки по отдельности либо одной из рук (левой или правой), со снижением возможных ограничений по применению у малоподвижных, ослабленных и больных испытуемых, а также с повышением уровня соответствия тестирования функции обычным управляющим движениям рук (повышением специфичности исследования).The proposed method allows to overcome these shortcomings by the original location of the test subject and his hand relative to the measuring devices, which makes it possible to obtain a comprehensive assessment of the power and electromyographic parameters that relate the result of the action (instruction execution) and its physiological support, while the function of the upper limbs is assessed for each hands individually or one of the hands (left or right), with a reduction in possible restrictions on the use of sedentary, weakened and sick subjects, as well as with an increase in the level of conformity of function testing to conventional control arm movements (increasing the specificity of the study).
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности оценки функции верхних конечностей для каждой руки по отдельности либо одной из рук, повышение точности способа за счет снижения вероятности регистрации веса испытуемого, передаваемого через опору на руки вместо желаемого исследования функции конечности, а также повышение информативности исследования в контексте желаемой комплексной оценки.The technical result of the invention is to expand the functionality of the method by providing the ability to evaluate the function of the upper limbs for each arm individually or one of the hands, increasing the accuracy of the method by reducing the probability of recording the weight of the test subject transmitted through the support to the hands instead of the desired study of the function of the limb, and increasing the information content of the study in the context of the desired integrated assessment.
Способ комплексной оценки функции верхних конечностей включает обследование пациента с определением функции верхних конечностей с использованием силовой платформы, и отличается тем, что обследование проводят с помощью силовой платформы и электромиографа - с одновременной регистрацией электромиографических и силовых параметров управляющей руки в области предплечья и кисти, при этом исследование функции верхних конечностей проводят поочередно для каждой из рук, либо только для одной руки, при этом испытуемого располагают сидя или стоя перед горизонтальной поверхностью с установленной на ней силовой платформой с закрепленной на платформе неподвижной рукоятью, через которую передаются усилия руки на силовую платформу для их регистрации при таком положении исследуемой конечности, в котором локоть испытуемого располагается на горизонтальной поверхности перед силовой платформой, а рука испытуемого находится в стандартном положении, при котором через кисть его усилия передаются на рукоять, и где управление объектом, положение которого задается координатами точки результирующих сил на силовой платформе от нажатия испытуемым управляющей рукояти - например, меткой на экране, при этом на рукоять передается сила, связанная с изометрической или малоамплитудной активностью мышц кисти руки или предплечья, и осуществляют одновременную регистрацию, во-первых, электромиографических параметров управляющей руки в области предплечья и кисти, во-вторых, силовых параметров, в-третьих, степени выполнения инструкции в режиме биологической обратной связи, в задаче, обусловливающей направленное приложение силы руки испытуемого на рукоять с малоамплитудными или изометрическими движениями руки, определяют расчетные показатели, характеризующие траекторию точки приложения силы, в том числе, длину, энергоемкость статокинезиограммы на силовой платформе и другие, определяют электромиографические показатели мышц сгибателей и разгибателей предплечья и кисти в виде значений максимальной, средней, суммарной амплитуд и средней частоты сигнала по данным турно-амплитудного анализа интерференционной электромиограммы. Вывод об улучшении функции верхней конечности делают на основании изменения электрической активности исследуемых мышц испытуемого, проявляющегося в уменьшении максимальной, средней и суммарной амплитуд электромиограммы при нормальных или повышенных значениях частоты мышечных сокращений, изменении силовых характеристик управления рукой, проявляющихся в соответствующем изменении расчетных показателей - снижении значений длины, энергоемкости статокинезиограммы, а также повышении степени выполнения задачи с биологической обратной связью - по соотношению значений максимально возможного результата выполнения обусловленной инструкцией двигательной задачи с реально достигнутым. Вывод об ухудшении функции верхней конечности делают при увеличении амплитудных показателей интерференционной электромиограммы, уменьшении средней частоты мышечной активности на фоне увеличения значений показателя длины статокинезиограммы, увеличении расчетных значений длины и энергоемкости статокинезиограммы, а также снижении степени выполнения обусловленной инструкцией задачи, а вне динамических оценок функции - дается количественная характеристика функции верхней конечностей или обеих конечностей на текущий момент времени по вышеприведенным показателям.A method for a comprehensive assessment of the function of the upper extremities involves examining a patient with determining the function of the upper extremities using a power platform, and is characterized in that the examination is carried out using a power platform and an electromyograph - with simultaneous recording of the electromyographic and power parameters of the control arm in the forearm and hand, while the study of the function of the upper extremities is carried out alternately for each of the hands, or only for one hand, while the test subject is sitting or standing in front of a horizontal surface with a power platform mounted on it with a fixed handle fixed to the platform, through which the hand’s efforts are transmitted to the power platform for them registration at the position of the studied limb in which the test elbow is located on a horizontal surface in front of the power platform, and the test hand is in the standard position, in which his efforts are transmitted to the handle through the brush, and g de control of the object, the position of which is set by the coordinates of the point of the resulting forces on the power platform from pressing the test stick by the subjects - for example, a mark on the screen, while the force transmitted by the isometric or low-amplitude activity of the muscles of the hand or forearm is transmitted to the handle, and simultaneously register, firstly, the electromyographic parameters of the control arm in the region of the forearm and hand, secondly, the power parameters, thirdly, the degree to which the instruction is executed in the biofeedback mode, in the problem that determines the directional application of the testee’s hand force on the handle with low-amplitude or isometric movements hands, determine the calculated indicators characterizing the trajectory of the point of force application, including the length, energy intensity of the statokinesiogram on the power platform and others, determine the electromyographic parameters of the muscles of the flexors and extensors of the forearm and hand in the form of maximum, average, total amplitudes and the average frequency of the signal according to the amplitude and amplitude analysis of the interference electromyogram. The conclusion about the improvement of the function of the upper limb is made on the basis of a change in the electrical activity of the test muscles of the test person, manifested in a decrease in the maximum, average and total amplitudes of the electromyogram with normal or increased values of the frequency of muscle contractions, a change in the strength characteristics of the arm control, manifested in a corresponding change in the calculated parameters - a decrease in the values the length, energy intensity of the statokinesiogram, as well as increasing the degree of accomplishment of the task with biological feedback - according to the ratio of the maximum possible result of the fulfillment of the motor task with the actual achieved due to the instruction. The conclusion about the deterioration of the function of the upper limb is made with an increase in the amplitude indices of the interference electromyogram, a decrease in the average frequency of muscle activity against the background of an increase in the length of the statokinesiogram, an increase in the calculated values of the length and energy intensity of the statokinesiogram, and a decrease in the degree of completion of the task specified by the instruction, and outside of dynamic estimates of the function, a quantitative characteristic of the function of the upper limbs or both limbs at the current time according to the above indicators is given.
Исследования функции верхних конечностей проводят поочередно для каждой или одной из рук с помощью устройства, включающего силовую платформу с закрепленной на ней неподвижной рукоятью, передающей усилия руки на силовую платформу для их регистрации, при этом по усилиям руки осуществляется биологическая обратная связь по визуальному или иному каналу. В указанных условиях испытуемому задается инструкция по управлению траекторией метки, связанной с регистрируемыми силовой платформой усилиями руки. Осуществляется комплексная оценка внешнего результата (результата выполнения инструкции по перемещению метки), потребных усилий (силовых параметров) и характеристики физиологической «цены» (электромиографических параметров). Здесь регистрация поверхностной интерференционной электромиограммы (иЭМГ) включает области предплечья и кисти - мышцы: musculus flexor digitorum superficialis, musculus extensor digitorum, musculus extensor pollicis longus, musculus flexor pollicis brevis. При этом рука испытуемого находится в стандартном положении, кисть руки передает усилия на рукоять, локоть опирается на поверхность, управление меткой (управляемым объектом) осуществляется с помощью надавливания испытуемым на рукоять сообразно требуемому для выполнения задачи вектору или за счет малоамплитудного движения кисти руки и предплечья. Испытуемый находится в положении сидя или стоя, смотря прямо на экран в случае использования визуального канала обратной связи. Время проведения исследования может меняться, например, 30 секунд или более. Расположение испытуемого и его руки, по сравнению с прототипом, снижает вероятность регистрации веса испытуемого, передаваемого через опору на руки вместо желаемого исследования функции конечности.Studies of the function of the upper extremities are carried out alternately for each or one of the hands with the help of a device that includes a power platform with a fixed handle fixed to it, transmitting the efforts of the hand to the power platform for recording them, and biological feedback via visual or other channel is carried out by the efforts of the hand . Under these conditions, the subject is given instructions on how to control the trajectory of the mark associated with the efforts of the hand associated with the recorded power platform. A comprehensive assessment of the external result (the result of following the instructions for moving the mark), the required effort (power parameters) and the physiological “price” (electromyographic parameters) are carried out. Here, the registration of the surface interference electromyogram (iEMG) includes the forearm and hand areas - muscles: musculus flexor digitorum superficialis, musculus extensor digitorum, musculus extensor pollicis longus, musculus flexor pollicis brevis. In this case, the test subject’s hand is in the standard position, the hand transfers forces to the handle, the elbow rests on the surface, the mark (controlled object) is controlled by pressing the test subjects on the handle in accordance with the vector required for the task or due to the small-amplitude movement of the hand and forearm. The subject is in a sitting or standing position, looking directly at the screen when using a visual feedback channel. The time of the study may vary, for example, 30 seconds or more. The location of the test subject and his arm, compared with the prototype, reduces the likelihood of recording the weight of the test subject transmitted through the support to the hands instead of the desired study of limb function.
Способ иллюстрируется графически.The method is illustrated graphically.
На Фиг. 1 представлена общая схема реализации способа комплексной оценки функции верхних конечностей в задаче с биологической обратной связью, где обозначено: 1 - испытуемый; 2 - предплечье испытуемого; 3 - кисть испытуемого, 4 - устройство регистрации усилий управления руки; 5 - электромиограф, 6 - экран для визуального канала обратной связи, 7 - метка, связанная с регистрируемыми усилиями руки испытуемого, 8 - компьютер с управляющей программой.In FIG. 1 presents a general diagram of the implementation of the method of complex assessment of the function of the upper extremities in a task with biological feedback, where it is indicated: 1 - test subject; 2 - the forearm of the subject; 3 - hand of the subject, 4 - device for recording efforts to control the hands; 5 - electromyograph, 6 - screen for the visual feedback channel, 7 - label associated with the recorded efforts of the subject’s hands, 8 - computer with a control program.
На Фиг. 2 представлены фото процедуры выполнения задания с одновременным измерением силовых параметров, электромиографической активности мышц руки и оценкой точности выполнения инструкции.In FIG. 2 shows a photo of the task execution procedure with simultaneous measurement of power parameters, electromyographic activity of the muscles of the arm and assessment of the accuracy of the instructions.
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
Испытуемый размещается для проведения исследования согласно общей схеме, представленной на Фиг. 1. В качестве измеряющих устройств может использоваться, например, силовая платформа ST-150 (ООО «Мера-ТСП», Россия) с закрепленной на ней неподвижной рукоятью; электромиограф в составе многофункционального комплекса для проведения электрофизиологических исследований «Нейрон-Спектр-5з», с использованием оригинального программного обеспечения «Нейро-МВП.NETomega» (ООО «Нейрософт», Иваново) (год выпуска - 2016; документ, подтверждающий характеристики - Декларация о соответствии № РОСС RU.ИМ18.Д00816, от 27.01.2014 г. до 26.01.2024 г.). Общий вид испытуемого N в стандартной позиции для проведения исследований функции верхней конечности, согласно предлагаемому способу, представлен на Фиг. 2. В качестве управляющей программы может использоваться, например, программа STPL (Мера-ТСП, per. номер 2013610968). В качестве стандартизованной задачи с биологической обратной связью может использоваться, например, тест типа «динамическая проба» [Кубряк О.В., Гроховский С.С., Доброродный А.В. Исследование опорных реакций человека (постурография, стабилометрия) и биологическая обратная связь в программе STPL. - Мера-ТСП. Москва, 2018. - 121 с. ISBN: 978-5-6040686-0-1]. Здесь биологическая обратная связь в режиме визуального канала предполагает мануальное управление меткой на экране монитора, когда смещение метки соответствует прилагаемой к неподвижной рукояти силе, а траектория движения зависит от случайно появляющихся на экране объектов, с которыми требуется совместить управляемую метку. Таким образом, в качестве инструкции может использоваться, как вариант, стандартизованная задача (с прописанными в программе условиями) по совмещению связанной с усилиями управляющей руки испытуемого метки на экране с появляющимися в разных частях экрана кругами. При этом одновременно регистрируются электромиографические и силовые характеристики согласно описанной схеме, а также параметры внешнего результата (Фиг. 2). Исследование может проводиться однократно или многократно, в зависимости от целей исследования.The test subject is placed to conduct the study according to the general scheme shown in FIG. 1. As measuring devices, for example, the ST-150 power platform (Mera-TSP LLC, Russia) with a fixed handle fixed to it can be used; electromyograph as part of the Neuron-Spectrum-5z multifunctional complex for conducting electrophysiological studies using the original Neuro-MVP.NETomega software (Neurosoft LLC, Ivanovo) (year of manufacture - 2016; proof of performance - Declaration of according to No. ROSS RU.IM18.D00816, from 01/27/2014 to 01/26/2024). A general view of test N in a standard position for conducting studies of the function of the upper limb according to the proposed method is presented in FIG. 2. For example, the STPL program (Measure-TSP, per. Number 2013610968) can be used as a control program. As a standardized task with biological feedback, for example, a test of the “dynamic test” type can be used [O. Kubryak, S. S. Grokhovsky, A. V. Dobrodorny The study of supporting human reactions (posturography, stabilometry) and biological feedback in the STPL program. - Measure-TSP. Moscow, 2018 .-- 121 p. ISBN: 978-5-6040686-0-1]. Here, the biological feedback in the visual channel mode involves manual control of the mark on the monitor screen when the mark offset corresponds to the force applied to the fixed handle, and the trajectory depends on objects randomly appearing on the screen with which the controlled mark is to be combined. Thus, as an option, a standardized task (with the conditions prescribed in the program) for combining the mark associated with the efforts of the control arm of the test mark on the screen with circles appearing in different parts of the screen can be used as an instruction. In this case, the electromyographic and power characteristics are simultaneously recorded according to the described scheme, as well as the parameters of the external result (Fig. 2). The study can be carried out once or repeatedly, depending on the objectives of the study.
Например, может быть реализован следующий протокол наблюдения, предусматривающий многократное тестирование испытуемых в течение 4 последовательных сеансов, проводящихся в разные дни. Схема наблюдения включает: 1 день - регистрация фоновых значений иЭМГ, обучение работе с силовой платформой; 2-4 дни - проведение основной процедуры тестирования, включающей поочередное (в течение 1 минуты для каждой руки) управление траекторией метки на экране монитора, связанной с регистрируемыми силовой платформой усилиями руки с одновременной регистрацией электромиографической активности.For example, the following observation protocol can be implemented, providing for multiple testing of subjects during 4 consecutive sessions conducted on different days. The observation scheme includes: 1 day - registration of background values of EMG, training to work with the power platform; 2-4 days - carrying out the basic testing procedure, which includes alternating (within 1 minute for each hand) control of the trajectory of the mark on the monitor screen associated with the efforts of the hand recorded by the power platform while recording electromyographic activity.
В качестве примера реализации способа можно представить групповые характеристики, полученные в исследовании с участием 25 здоровых добровольцев 20-25 лет. В первые сутки исследования со всеми испытуемыми проведен соответствующий инструктаж и обучение волонтеров работе с силовой платформой и джойстиком для минимизации влияния данного фактора на результативность в ходе основной процедуры, а также фоновая запись иЭМГ. Со 2х по 4е сутки исследования со всеми волонтерами была проведена основная процедура тестирования, которая представляла собой серию из 4х повторяющихся тестов включающих поочередное (в течение 1 минуты для каждой руки) управление траекторией метки на экране монитора, связанной с регистрируемыми силовой платформой усилиями руки. Во время сеансов БОС-управления у всех испытуемых проводили одновременную регистрацию интерференционной поверхностной электромиографии по общепринятой методике [Николаев С.Г. Электромиография: клинический практикум / С.Г. Николаев. - Иваново: ПресСто, 2013. - 394 с. ISBN 978-5-905908-54-5] с помощью многофункционального компьютерного комплекс «Нейрон-Спектр-5/S» (ООО «Нейрософт», Россия, г. Иваново, 2015). В качестве объекта электромиографического исследования были выбраны сгибатели и разгибатели предплечья и кисти, формирующие в наибольшей степени выбранные базовые движения: musculus flexor digitorum superficialis, musculus extensor digitorum, musculus extensor pollicis longus, musculus flexor pollicis brevis. Статистическая обработка полученных результатов произведена с использованием метода многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с повторяющимися измерениями, с применением F-критерия Фишера.As an example of the implementation of the method, one can imagine the group characteristics obtained in a study involving 25 healthy volunteers 20-25 years old. On the first day of the study, all subjects were briefed and trained to work with the power platform and joystick to minimize the impact of this factor on performance during the main procedure, as well as background recording of EMG. From the 2nd to the 4th day of the study, the main testing procedure was carried out with all the volunteers, which was a series of 4 repeated tests that included alternating (for 1 minute for each arm) control of the trajectory of the mark on the monitor screen associated with the efforts of the arm recorded by the power platform. During the biofeedback control sessions, all subjects underwent simultaneous recording of surface interference electromyography according to the generally accepted method [Nikolaev S.G. Electromyography: clinical workshop / S.G. Nikolaev. - Ivanovo: PresSto, 2013 .-- 394 p. ISBN 978-5-905908-54-5] using the multifunctional computer complex "Neuron-Spectrum-5 / S" (LLC "Neurosoft", Russia, Ivanovo, 2015). The forearm and hand flexors and extensors, which form the most selected basic movements: musculus flexor digitorum superficialis, musculus extensor digitorum, musculus extensor pollicis longus, musculus flexor pollicis brevis, were chosen as the object of electromyographic research. Statistical processing of the obtained results was carried out using the method of multivariate analysis of variance (ANOVA) with repeated measurements using the Fisher F-test.
В таблицах 1, 2 и 3 представлены силовые параметры выполнения инструкции в виде значений проделанной механической работы траектории управляемой меткой в виде значений правой и левой рук максимальной, средней, суммарной амплитуд (мкВ) и средней частоты сигнала по данным турно-амплитудного анализа (1/с) иЭМГ, а также значения достигнутого внешнего результата в системе обусловленной инструкцией задачи («динамическая проба» в программе STPL) для группы испытуемых.Tables 1, 2, and 3 present the power parameters for executing the instruction in the form of the values of the mechanical work done by the trajectory controlled by the label in the form of the values of the right and left hands of the maximum, average, total amplitudes (μV) and average signal frequency according to the data of the tour-amplitude analysis (1 / c) iEMG, as well as the values of the achieved external result in the system of the task determined by the instruction (“dynamic test” in the STPL program) for the group of subjects.
Результаты исследования иЭМГ при проведении БОС тренинга по опорной реакции свидетельствуют о статистически значимом уменьшении значений максимальной амплитуды иЭМГ во всех исследуемых мышцах правой и левой рук уже со 2-го сеанса. Так для правой руки существенное уменьшение амплитуды на 3-4 сеансах БОС-тренинга зарегистрировано с m. extensor digitorum и m. flexor pollicis brevis (в среднем на 46,49% (p<0,005) и 22,88% (p<0,01) соответственно) относительно фоновых значений. Для левой руки статистически значимое уменьшение данного показателя зарегистрировано в m. extensor digitorum начиная с 1-го сеанса БОС тренинга. Так, входе 1-го сеанса максимальная амплитуда иЭМГ уменьшилась на 29,65% (р<0,01), а в ходе 4 сеанса - на 46,16% (p<0,05) относительно фоновых значений.The results of the iEMG study during the biofeedback training on the support reaction indicate a statistically significant decrease in the values of the maximum amplitude of iEMG in all the studied muscles of the right and left hands from the 2nd session. So for the right hand, a significant decrease in amplitude in 3-4 sessions of BOS training was registered with m. extensor digitorum and m. flexor pollicis brevis (an average of 46.49% (p <0.005) and 22.88% (p <0.01), respectively) relative to background values. For the left hand, a statistically significant decrease in this indicator was recorded in m. extensor digitorum starting from the 1st session of biofeedback training. So, at the entrance of the 1st session, the maximum iEMG amplitude decreased by 29.65% (p <0.01), and during the 4th session - by 46.16% (p <0.05) relative to the background values.
Показания средней амплитуды иЭМГ при БОС-тренингах также уменьшились относительно фоновых значений. Так, при регистрации иЭМГ с правой руки статистически значимое уменьшение зарегистрировано с m. flexor digitorum superflcialis и m. extensor digitorum в ходе 3-4 сеансов биотренинга (в среднем на 23,21% (р<0,03) и 31,05% (р<0,01) относительно фона. При регистрации и ЭМГ с левой руки статистически значимое уменьшение средней амплитуды зарегистрировано в m. extensor digitorum начиная с 2-го сеанса БОС тренинга (на 30,21%; p<0,01).Indications of the average amplitude of iEMG during biofeedback trainings also decreased relative to the background values. So, when registering iEMG with the right hand, a statistically significant decrease was recorded with m. flexor digitorum superflcialis and m. extensor digitorum during 3-4 biotraining sessions (on average by 23.21% (p <0.03) and 31.05% (p <0.01) relative to the background. When recording and EMG from the left hand, a statistically significant decrease in the average amplitudes were recorded in m. extensor digitorum starting from the 2nd session of biofeedback training (30.21%; p <0.01).
Аналогичную картину имело и изменение суммарной амплитуды мышечной активности исследуемых мышц.The change in the total amplitude of the muscle activity of the studied muscles had a similar picture.
Показания средней частоты ЭМГ правой руки m. extensor pollicis longus и m. flexor pollicis brevis ходе БОС-тренинга изменялись незначительно. Однако, при регистрации иЭМГ с m. flexor digitorum superficialis достоверно повысился только в ходе 1-го сеанса биотренинга на 23,50% (p<0,03) относительно фоновых значений. При регистрации иЭМГ левой руки все изменения в ходе сеансов изменились на уровне тенденции.Indications of the average frequency of EMG of the right hand m. extensor pollicis longus and m. flexor pollicis brevis during the biofeedback training did not change significantly. However, upon registration of iEMG with m. flexor digitorum superficialis significantly increased only during the 1st biotraining session by 23.50% (p <0.03) relative to the background values. When registering iEMG of the left hand, all changes during the sessions changed at the trend level.
Это свидетельствует о замедлении активности импульсации высокочастотных мотонейронов двигательных единиц (ДЕ) спинного мозга и свидетельствует об усилении степени синхронизации импульсов разных ДЕ. Тот факт, что регистрировались низкие параметры средней и максимальной амплитуды при нормальных или повышенных значениях частотных характеристик свидетельствует о преимущественной активизации низкопороговых ДЕ и возможности этих мышц проявлять значительные усилия и выносливость. Данная построенная схема БОС тренинга свидетельствует о наиболее согласованном возбуждении мышечных волокон мышц предплечья и кисти и указывает на улучшение функционального состояния нервно-мышечного аппарата.This indicates a slowdown in the activity of the impulse of high-frequency motor neurons of the motor units (DE) of the spinal cord and indicates an increase in the degree of synchronization of pulses of different DE. The fact that low parameters of average and maximum amplitudes were recorded at normal or elevated values of frequency characteristics indicates a predominant activation of low-threshold DEs and the ability of these muscles to exert considerable effort and endurance. This constructed scheme of BF training indicates the most consistent excitation of muscle fibers of the muscles of the forearm and hand and indicates an improvement in the functional state of the neuromuscular system.
Подтверждением эффективности данного типа биоуправления является анализ показателей стабилометрии, представленных в табл. 3. Показано, что четырехдневный тренинг с биоуправлением по опорной реакции приводит к значимому снижению значений показателя длины статокинезиограммы (L, мм) для правой руки на 33,4% (р<0,05) и на 40,6% (р<0,05) для левой руки, а также показателя работы (А, Дж) на 33,6% (р<0,05) для левой руки и 48,9% (р<0,05) для правой руки испытуемых. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что реализация моторной задачи в режиме биоуправления виртуальным объектом по визуальному сигналу верхней конечностью оказывает значимое влияние на показатели моторики верхней конечности волонтеров, выраженное в снижении длины и энергозатрат на перемещение центра давления в плоскости опоры у волонтеров, а динамика изученных показателей зависит как от кратности сеансов, так и характеристик управляющей руки испытуемых.Confirmation of the effectiveness of this type of biocontrol is the analysis of the stability indicators presented in the table. 3. It is shown that four-day training with biofeedback on the support reaction leads to a significant decrease in the values of the length of the statokinesiogram (L, mm) for the right hand by 33.4% (p <0.05) and 40.6% (p <0 , 05) for the left hand, as well as the indicator of work (A, J) by 33.6% (p <0.05) for the left hand and 48.9% (p <0.05) for the right hand of the subjects. Our data indicate that the implementation of the motor task in the bio-control mode of a virtual object using a visual signal of the upper limb has a significant effect on the motility of the upper limb of volunteers, expressed in a decrease in length and energy consumption for moving the pressure center in the support plane of the volunteers, and the dynamics of the studied indicators depends both on the multiplicity of sessions and the characteristics of the control arm of the subjects.
Таким образом, продемонстрирована возможность реализации предлагаемого способа.Thus, the possibility of implementing the proposed method is demonstrated.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119062A RU2725055C1 (en) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Method for complex assessment of upper extremity function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119062A RU2725055C1 (en) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Method for complex assessment of upper extremity function |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725055C1 true RU2725055C1 (en) | 2020-06-29 |
Family
ID=71509933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119062A RU2725055C1 (en) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Method for complex assessment of upper extremity function |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725055C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114712148A (en) * | 2021-01-06 | 2022-07-08 | 厦门威恩科技有限公司 | Upper limb dynamic test method based on upper limb rehabilitation training robot |
| RU2804759C1 (en) * | 2023-02-16 | 2023-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" (РУДН) | Method of measuring the degree of deltoid muscle hypotrophy |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2405430C1 (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-10 | Федеральное государственное учреждение "Новокузнецкий научно-практический центр медико-социальной экспертизы и реабилитации инвалидов Федерального медико-биологического агентства" (ФГУ ННПЦ МСЭ и РИ ФМБА России) | Method of estimating support function of upper extremities |
| US20120172682A1 (en) * | 2005-12-21 | 2012-07-05 | Norconnect Inc. | Method and apparatus for biometric analysis using eeg and emg signals |
| US20130338473A1 (en) * | 2011-04-28 | 2013-12-19 | Convergence Medical devices Inc. | Systems, methods, and sensors for measuring tissue |
| US9730627B2 (en) * | 2013-11-21 | 2017-08-15 | Damian Andrisani | Muscle fatigue measuring device and associated systems and methods |
| RU2635632C1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Бионик Натали" | Method and system of intellectual bionic limb control |
-
2019
- 2019-06-18 RU RU2019119062A patent/RU2725055C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120172682A1 (en) * | 2005-12-21 | 2012-07-05 | Norconnect Inc. | Method and apparatus for biometric analysis using eeg and emg signals |
| RU2405430C1 (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-10 | Федеральное государственное учреждение "Новокузнецкий научно-практический центр медико-социальной экспертизы и реабилитации инвалидов Федерального медико-биологического агентства" (ФГУ ННПЦ МСЭ и РИ ФМБА России) | Method of estimating support function of upper extremities |
| US20130338473A1 (en) * | 2011-04-28 | 2013-12-19 | Convergence Medical devices Inc. | Systems, methods, and sensors for measuring tissue |
| US9730627B2 (en) * | 2013-11-21 | 2017-08-15 | Damian Andrisani | Muscle fatigue measuring device and associated systems and methods |
| RU2635632C1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Бионик Натали" | Method and system of intellectual bionic limb control |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114712148A (en) * | 2021-01-06 | 2022-07-08 | 厦门威恩科技有限公司 | Upper limb dynamic test method based on upper limb rehabilitation training robot |
| CN114712148B (en) * | 2021-01-06 | 2024-03-01 | 厦门威恩科技有限公司 | Upper limb dynamic test method based on upper limb rehabilitation training robot |
| RU2804759C1 (en) * | 2023-02-16 | 2023-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" (РУДН) | Method of measuring the degree of deltoid muscle hypotrophy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar | Electromyography in ergonomics | |
| AU2016236838B2 (en) | Muscle activity monitoring | |
| Rosén | Recovery of sensory and motor function after nerve repair: a rationale for evaluation | |
| Kiesel et al. | Measurement of lumbar multifidus muscle contraction with rehabilitative ultrasound imaging | |
| Türker et al. | Surface electromyography in sports and exercise | |
| Clancy et al. | Relating agonist-antagonist electromyograms to joint torque during isometric, quasi-isotonic, nonfatiguing contractions | |
| Castelein et al. | Superficial and deep scapulothoracic muscle electromyographic activity during elevation exercises in the scapular plane | |
| US6185451B1 (en) | Muscle function assessment apparatus and method | |
| KR101328539B1 (en) | Muscular exercise prescription system using bioelectrical diagnosis of muscle and method thereof | |
| Hong et al. | Quantitative evaluation of post-stroke spasticity using neurophysiological and radiological tools: a pilot study | |
| Stragier et al. | Efficacy of a new strength training design: the 3/7 method | |
| Kukla et al. | Development of methods for performing the maximum voluntary contraction (MVC) test | |
| Goto et al. | Effects of the drop-set and reverse drop-set methods on the muscle activity and intramuscular oxygenation of the triceps brachii among trained and untrained individuals | |
| de Lima Boarati et al. | Acute effect of flexible bar exercise on scapulothoracic muscles activation, on isometric shoulder abduction force and proprioception of the shoulder of individuals with and without subacromial pain syndrome | |
| Cahyadi et al. | Upper limb muscle strength analysis for movement sequence based on maximum voluntary contraction using EMG signal | |
| Guo et al. | Performances of one-dimensional sonomyography and surface electromyography in tracking guided patterns of wrist extension | |
| RU2725055C1 (en) | Method for complex assessment of upper extremity function | |
| Dejneka et al. | Identification of muscle movements and activity by experimental methods for selected cases--stage# 1. | |
| MAYER | Assessment of lumbar function. | |
| Sorbie et al. | Intra-session and inter-day reliability of the Myon 320 electromyography system during sub-maximal contractions | |
| Pierella et al. | Upper limb sensory-motor control during exposure to different mechanical environments in multiple sclerosis subjects with No clinical disability | |
| Harlaar et al. | Computer-assisted hand-held dynamometer: low-cost instrument for muscle function assessment in rehabilitation medicine | |
| Kato et al. | Reliability and validity of a device to measure muscle hardness | |
| Ghasemi et al. | The effects of triceps surae fatigue on the torque and electromyographic parameters in athletes compared with non-athletes | |
| Czajkowska et al. | Analysis of muscle activity during rowing stroke phases. |