SU856436A1 - Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements - Google Patents

Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements Download PDF

Info

Publication number
SU856436A1
SU856436A1 SU742075508A SU2075508A SU856436A1 SU 856436 A1 SU856436 A1 SU 856436A1 SU 742075508 A SU742075508 A SU 742075508A SU 2075508 A SU2075508 A SU 2075508A SU 856436 A1 SU856436 A1 SU 856436A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
recipient
output
input
donor
threshold
Prior art date
Application number
SU742075508A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Седекович Алеев
Федор Васильевич Бальчев
Майя Ивановна Вовк
Владимир Николаевич Горбанев
Анатолий Борисович Шевченко
Original Assignee
Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Усср
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 Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Усср filed Critical Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Усср
Priority to SU742075508A priority Critical patent/SU856436A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU856436A1 publication Critical patent/SU856436A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Description

(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО БИОЭЛЕКТРИЧЕСЬСОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ Изобретение относитс  к биологической и медицинской кибернетике, в частности к управлению движени ми человека. Известно многоканальное устройство биоэлектрического управлени  движени ми человека, каждый канал которого содержит цепь стимул ции, состо щую из отвод щих (от донора) электродов, подключенных через усилитель биопотенциалов к интегратору , модул тора, един из входов которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к генератору стимулирующего сигнала , выход модул тора - ко входу усилител  мощности и стимулирующих (реципиента ) электродов, цепь обратной св зи, состо щую из последовательно соединенных усилител  биопотенциалов и интегратора, блок разделени , один из входов которого подключен к выходу усилител  мощности, выход - к стимулирующим электродам, второй вход - к стимулирующим электродам, второй выход - ко входу цепи обратной св зи, и блок сравнени  Ij. Существенным eдocтaткoм такого устройства  вл етс  то, что движени  реципиента мало соответствуют движени м донора, поскольку управл ющий сигнал подают на(54) MULTICHANNEL DEVICE OF ADAPTIVE BIOELECTRIC MOTION CONTROL The invention relates to biological and medical cybernetics, in particular to the control of human movements. A multi-channel bioelectrical motion control device is known, each channel of which contains a stimulation circuit consisting of discharge (from a donor) electrodes connected via an amplifier of biopotentials to an integrator, a modulator, one of the inputs of which is connected to the output of the integrator, the second input is to the generator of the stimulating signal, the output of the modulator to the input of the power amplifier and the stimulating (recipient) electrodes, a feedback circuit consisting of a series-connected amplifier of biopotentials and and an integrator, a separation unit, one of the inputs of which is connected to the output of the power amplifier, the output to stimulating electrodes, the second input to stimulating electrodes, the second output to the input of the feedback circuit, and the comparison unit Ij. A significant disadvantage of such a device is that the movements of the recipient do not closely correspond to the movements of the donor, since the control signal is fed to

ЧЕЛОВЕКА нервно-мышечные группы реципиента с нулевого уровн . В то же врем  известно, что нервно-мыщечна  система обладает четк выраженным пороговым эффектом, причем порог возбуждени  объею-а управлений (нервно-мышечных групп реципиента) изза адаптации или изменени  функционального состо ни  в процессе стимул ции претерпевает сущ ественные изменени . В силу приведенных обсто тельств значительна  часть информации программного сигнала при работе известного устройства оказываетс  потер нной, сокращение мыщц донора и реципиента не совпадает во времени, при этом отличаетс  и сила сокращени$ (или объем движени ). В результате движени  реципиента мало соответствуют дни жени м донора. Цель изобретени  - увеличение соответстви  движений реципиента движени  донора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что каждый канал содержит блок подпорогового уровн , один из рыходоб Которого подключен к выходу блока срав нени , а выход - к третьему входу моду  т9ра, и два триггера Шмидта, вхаа.пер soro триггера Шмидта подключен к выходу интегратора цепи обратной св зи, выход - к первому входу блока сравнени , вход второго триггера Шмидта подключен к выходу интегратора цепи стимул ций, а выход - ко второму входу блока формнровани  подгюрогового уровн  и ко второму входу блока сравнени .HUMAN neuromuscular recipient groups from level zero. At the same time, it is known that the neuromuscular system has a clearly pronounced threshold effect, and the threshold for the excitation of the volume of controls (recipient's neuromuscular groups) due to adaptation or a change in the functional state during the stimulation process undergoes substantial changes. Due to the above circumstances, a significant portion of the information of the program signal during operation of the known device is lost, the contraction of the donor and recipient muscles does not coincide in time, and the force of contraction (or the amount of movement) is different. As a result of the movement of the recipient, the days at which the donor is married correspond little. The purpose of the invention is to increase the compliance of the movements of the recipient with the movements of the donor. The goal is achieved by the fact that each channel contains a subliminal level block, one of which is connected to the output of the comparison block, and the output is to the third input of the mod T9p, and two Schmidt triggers, the first soro of the Schmidt trigger are connected to the reverse integrator output connection, the output is connected to the first input of the comparator unit, the input of the second Schmidt trigger is connected to the output of the integrator circuit, and the output to the second input of the sub-hygrograph block and to the second input of the comparison unit.

На чертеже представлена/ блок -схема одного канала многоканального устройстнг адаптивного биоэлектрического управле НИИ движени ми человека.The drawing shows a / block diagram of one channel of a multichannel device for adaptive bioelectric control of a scientific research institute for human movement.

Один канал устройства содержит отвод щие электроды , усилитель 2 биопотенциалов , интегратор 3, модул тор 4, генератор 5 стимулирующего сигнала, усилитель б мощности, блок 7 разделени , стнмул 1рующие электроды 8, усилитель 9 биопотенциалов , интегратор 10, триггер 11 Шмидта, блок 12 сравнени , блок 13 формировани  подпорогового уровн , триггер i4 Шмидта.One channel of the device contains diverting electrodes, biopotential amplifier 2, integrator 3, modulator 4, stimulating signal generator 5, power amplifier b, separation unit 7, 1 amplifying electrodes 8, biopotential amplifier 9, integrator 10, Schmidt trigger 11, block 12 comparison, sub-threshold level formation unit 13, Schmidt trigger i4.

Программный сигнал в виде электромиограммы , сн той при помощи отвод щих электродов 1 с нервио-рлышечных групп донора , через усилитель 2 биопотенциалов подаетс  на интегратор 3, вы ю;п1 ющнй усреднение электромиограммы иервко-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал поступает на один sta входов модул тора 4, на второй вход коtoporo поступает стимулирующий сигнал (например импульсный сигнал) от генератора 5 стимулирующего сигнала. После модул тора через усилитель 6 мощности и блок 7 разделени  управл ющий сигнал поступает на стимулирующие электроды 8, {аложенные на соответствующие нервномышечные групггы реципиента. Вызванна  {под вли нием электростимул ции) электромиограмма нервно-мыщечных групп реципиента ,сн та  при помощи,стимулирующих электродов 8, которые в данном ггучае Выполн ют функцию отвод щих электродов , через блок 7 разделени  поступает н усилитель 9 биопотенциалов. Назьачение блока 7 разделени  состоит в том, чтобы отделить вь{званную электромнограмму нервно-мйшечных групп реципиента от -управл ющего сигнала и, например, в случае стимул ции импульсным сигналом представл ет собой электронный переключатель, который на врем  по влени  импульсов управл ющего сигнала подключает стимулирующие электроды 8 к усилителю 6 моолности и отключает стимулирующие электроды 8 от входа усилител  9 бнонотенциалев , а в отсутствии импульсов управл ющего сигнала подключает стимулирующие электроды 8 к усилителю 9 биопотенциалов и отключает стимулирующие электроды 8 от усилител  6 мощности. Из усилител  9 биопотенциалов вызванна  электромиограмма нервно-мышечных групп вызванной алектромиограммы во времени поступает на- вход триггера I Шмидта, с выхода к6The program signal in the form of an electromyogram, removed with the aid of outgoing electrodes 1 from the donor nervioral groups, is fed via amplifier 2 biopotentials to integrator 3, high; electromyogram of the muscular and muscular groups of the donor over time. Next, the program signal arrives at one sta of the inputs of the modulator 4, a stimulating signal (for example, a pulse signal) comes from the stimulating signal generator 5 to the second kotoporo input. After the modulator, through the power amplifier 6 and the separation unit 7, the control signal is supplied to the stimulating electrodes 8, {aloe, to the corresponding neuromuscular groups of the recipient. The electromyogram of the neuromuscular groups of the recipient caused (under the influence of electrostimulation) was removed with the help of stimulating electrodes 8, which in the current function as discharge electrodes, through the separation unit 7 enters amplifier 9 of biopotentials. The marking of the separation unit 7 is to separate the electromogram of the neuromuscular groups of the recipient from the control signal and, for example, in the case of stimulation by a pulse signal, is an electronic switch that for the duration of the control signal impulses connects the stimulating electrodes 8 to the amplifier 6 of the coupling and disconnecting the stimulating electrodes 8 from the input of the amplifier 9 of the potentialities, and in the absence of control signal pulses connects the stimulating electrodes 8 to the amplifier 9 biopotentials and turns off the stimulating electrodes 8 from the amplifier 6 power. From the amplifier 9 biopotentials, the electromyogram of the neuromuscular groups of the induced electromyogram is triggered in time by the input of the Schmidt trigger I, exit 6

Claims (1)

торого на один из входов блока 12 сравне пн  поступает пр моугольный импульс, нормированный по амплитуде и передний фронт которого практически совпадает со временем по влени  вызванной электромнограммы нервно-мыщечных групп реципиента. На ьторой вход блока 12 сравнение с выхода триггера 14 Шмидта поступает пр моугольный импульс, нормированный по ампл туде , длительность которого равна времени существовани  интегрированной электромиограммы нервно-мыщечных групп донора, поступающей на вход триггера 14 Шмидта от интегратора 3. Блок 12 сравнени  служит Д.Г1Я временного сравнени  по влени  электромиоГраммы нервно-мышечных групп донора (программного сигнала) с по влением вызваЛюй электромиограммы нервно-мыщечных групп реципиента (первый и второй входы блока сравнени  ззггускаютс  передними фронтами пр моугольных импульсов , поступающих, соответ :твенно, от триггеров II и 14 Шмидта, и сигнал рассогласовани  служит дл  формирований импульса, нормированного по амплитуде, но длительность которого равна времени запаздывани  между по влением электромиограммы донора и по влением вызванной Электромиограммы реципиента,, то есть про порциональна уровню порога возбуждени  нервно-мыщечных групп реципиента (чем больще порог возбуждени  стимулируемых нервно-мыщечных групп реципиента, тем больше длительность импульса рассогласовани ). С вы.хода блока 2 сравнени , упом нутый выше импульс рассогласовани  поступает на один из входов блока 13 формировани  подпорогового уровн , на второй вход которого поступает пр моугольный нмпульс с выхода триггера 14 Шмидта. Блок формировани  подпорогового уровн  представл ет собой емкостной накопитель, с выхода которого на третий вход модул тора 4 поступает экспоненциально нараста ющий импульс (скорость нарастани  выби-. раетс  по минимуму болевых ощущений при стимул ции , но в то же врем  должна быть на пор док выше максимально возможной скорости нарастани  программного сигнала ), амплитуда которого пропорциональ; на длительности импульса рассогласовани , поступающего из блока 12 сравнени , а длительность определ етс  по влением заднего фронта импульса, поступающего от триггера 14 Шмидта. В результате на третий вход модул тора 4 из блока 13 поступает сигнал, уровень которого пропорционален уровню tiopora возбуждени  нервно-мыщечных групп реципиента, но не превыщает его, пр чем этот подпороговый уровень существу ет только во врем  по влени  программного сигнала, а на выходе модул тора 4 формируетс  управл ющийсигнал, по форме повтор ющий стимулирующий сигнал (на пример иашульсный сигнал), по амплитуде Пропорциональный величине среднего 4ййчени  электромиограмиы нервно-мышечных ifpynn донора (программному сигналу), и суммнрованный с уровнем, который близок к пороговому дл  нервно-мышечных групп реципиента, но не превышает его. Причем, суммирование осуществл етс  только во врем  существовани  программного сигнала . Таким образом, на нервно-мышечные группы рецнпиента управл ющий снгнал подаетс  не с нулевого урЬвн , а с уровн  к пороговому дл  нервно-мышечных групп рецнпиента, причем при изменении порога возбужденн  нервно-мышечных групп реципиента соответственно измен ютс  и подпороговый уровень Вследствне такого суммировани  сокращенн  мышц реципиента и донора лучше совпадают во временн , меньше отличаютс  по силе (или объему движени ), то есть движени  рецнпиента более соответствуют движени м донора (программе управлени ). Кроме того, управление двнжени ми становитс  адаптнвным , поскольку в процессе стимул ции амплитуда управл ющего сигнала, соответству  программе управлени  автоматически приспосабливаетс  (по порогу возбуждени ) под объект управлени . Введение в каждый канал устройства указанных новых элементов позвол ет э процессе стнмул ции подавать на нервномышечные группы рецнпиента управл юишй сигнал не с нулевого уровн , а с уроан , близкого к пороговому Дл  нервно-мыщечных групп рецнпиента, причец управл ющий снгнал, соответству  программе управлени , автоматнчески приспосабливаетс  (по порогу возбужденн ) под объект управлени . При помощи предлагаемого -устройства достигаетс  адаптивное бноэлектрнческое управление, при котором двнженн  реципиента в большей степени cooтвeтcтвyюf движени м донора (программе управле нн ). Формула изобретени  Многоканальное устройство адаптивного бноэлектри еского управлени  движенн ми человека, каждый канал которого содержит цепь стимул ции, состо щую ИЭ ОТВОДЯШ1ГХ ( от донора) электродов, подключенных 4feрез уснлнтель биопотенциалов к ннтеграто ру, модул тора, однн из входов которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к генератору стимулирующего снгнала ,. выход модул тора - ко входу усилител  мощности и стимулирующих (реципиента ) электродов, цепь обратной св зи, состо щую нз последовательно соединенных уснлнтел  бнопотенциалов и интегратора, блок разделени , однн нз входов которого подключен к выходу усилител  мощности, выход - к стимулирующим электродам, второй вход - также к стимулирующим электродам, второй выход - ко входу цепи обратной св зи, и блок сравнени , отли ающеес  тем, что, с целью повышенн  соответстви  движений реципиента заданной программе (напрнмер движени м донора), каждый канал содержит блок формированн  подпорогового уровн , однн нз входов которого подключен к выходу блока сравненн , а выход - к третьему входу модул тора , и два трнггера Шмидта, вход первого триггера Шмидта подключен к выходу ннтегратора цепи обратной св зи, выход - к первому входу блока сравнени , вход втоporq трнггера Шмндта подключен к выходу интегратора цепи стнмул ции, а выход - ко второму входу блока формировани  подпорогового уровн  и ко второму входу блока сравнени . Источннкн информации, прин тые во вннмание при экспертизе I. Моделирование в биологии и медицине . Вып. 2, Киев, 1966, с. 34-39 (прототип ).Secondly, a rectangular impulse, normalized in amplitude, and the leading edge of which almost coincides with the time of appearance of the induced electromogram of the neuromuscular groups of the recipient, arrives at one of the inputs of block 12. The second input of block 12 comparison from the output of Schmidt’s trigger 14 receives a rectangular pulse normalized by amplitude, the duration of which is equal to the time of existence of the integrated electromyogram of the donor's neuromuscular groups, which is fed to the input of Schmidt’s trigger 14 from the integrator 3. The comparison unit 12 serves D. G1I time comparison of the occurrence of electromyograms of the neuromuscular groups of the donor (program signal) with the appearance of the evoked electromyogram of the neuromuscular groups of the recipient (the first and second inputs of the comparison block The front edges of rectangular pulses, respectively, are received from the triggers II and 14 Schmidt, and the error signal is used to form a pulse normalized in amplitude, but the duration is equal to the delay time between the appearance of the donor electromyogram and the appearance of the recipient electromyogram, and the delay time between the appearance of the donor electromyogram and the appearance of the recipient electromyogram. i.e., it is proportional to the level of excitation threshold of the neuromuscular groups of the recipient (the higher the excitation threshold of the stimulated neuromuscular groups of the recipient, the longer the imp lsa mismatch). From the output of the comparison unit 2, the above-mentioned error of the error arrives at one of the inputs of the sub-threshold level formation unit 13, to the second input of which the square pulse arrives from the output of the Schmidt trigger 14. The subliminal level forming unit is a capacitive drive, from the output of which an exponentially increasing impulse arrives at the third input of modulator 4 (the rate of increase is chosen at the minimum of pain during stimulation, but at the same time it should be higher by an order of magnitude the maximum possible rate of increase of the program signal), whose amplitude is proportional; on the duration of the error pulse coming from the comparator unit 12, and the duration is determined by the appearance of the trailing edge of the pulse arriving from the Schmidt trigger 14. As a result, the third input of the modulator 4 from block 13 receives a signal whose level is proportional to the level of tiopora excitation of the neuromuscular groups of the recipient, but does not exceed it, so this subliminal level exists only during the appearance of the program signal and at the output of the module of torus 4, a control signal is generated that repeats a stimulating signal (for example, the pulse signal), in amplitude proportional to the average 4th degree of neuromuscular electromyogram of the donor ifpynn (a program signal), and a first level, which is close to the threshold for neuromuscular recipient groups, but does not exceed it. Moreover, the summation is performed only during the existence of the program signal. Thus, the control sningal is not fed to the neuromuscular groups of the recipient, but not from the zero level, but from the threshold to the threshold for the neuromuscular groups of the recipient, and when the threshold of the excited neuromuscular groups of the recipient changes, the subthreshold level changes accordingly. the muscles of the recipient and the donor coincide better in time; they differ less in strength (or volume of movement), i.e. the recipient movements more closely correspond to the movements of the donor (control program). In addition, the control of duplications becomes adaptable, because during the stimulation process the amplitude of the control signal according to the control program automatically adjusts (according to the excitation threshold) to the control object. Introduction to each channel of the device of these new elements allows this process of stimulation to apply to the nervous muscle groups of the receptor a control signal not from the zero level, but from a near-threshold threshold for the nervous muscle system of the recipient, according to the control program automatically adjusts (on the threshold of the excited) under the control object. With the help of the proposed device, an adaptive radiation control is achieved in which the recipient is more responsive to the movement of the donor (the program is controlled). Claims of the Invention A multichannel device for adaptive monitoring of a person’s moving electric motor, each channel of which contains a stimulation circuit, consisting of an electronic conductor (from a donor) electrodes, connected to an integrator of biopotentials to an integrator, a modulator, one of the inputs to which is connected to an output connector to an integrator of biopotentials to an integrator, modulator, one of the inputs to which is connected to an output. the second input is to the stimulating generator,. modulator output to the input of the power amplifier and stimulating (recipient) electrodes, a feedback circuit consisting of series-connected usnntel Bnopotentials and an integrator, a separation unit, one of which inputs is connected to the output of the power amplifier, the output to the stimulating electrodes, the second the input is also to the stimulating electrodes, the second output is to the input of the feedback circuit, and the comparison unit, which is different from the fact that, in order to better match the recipient's movements to a given program (for example, donor movements), the channel contains a block of the formed subliminal level, one of whose inputs is connected to the output of the block compared, and the output to the third input of the modulator, and two Schmidt trnggers, the input of the first Schmidt trigger, to the output of the integrator of the feedback circuit, the output to the first input of the block comparison, the input of the second order of the Schmndt trnger is connected to the output of the integrator of the circuit circuit, and the output to the second input of the subthreshold level formation unit and to the second input of the comparison unit. Sources of information taken in the examination during the examination I. Modeling in biology and medicine. Issue 2, Kiev, 1966, p. 34-39 (prototype). ХОтHOT реципиенту реципиентаto the recipient of the recipient
SU742075508A 1974-11-11 1974-11-11 Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements SU856436A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU742075508A SU856436A1 (en) 1974-11-11 1974-11-11 Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU742075508A SU856436A1 (en) 1974-11-11 1974-11-11 Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU856436A1 true SU856436A1 (en) 1981-08-23

Family

ID=20600861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU742075508A SU856436A1 (en) 1974-11-11 1974-11-11 Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU856436A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4254776A (en) Apparatus for transmission of information by electrocutaneous stimuli
US6038477A (en) Multiple channel nerve stimulator with channel isolation
US3851651A (en) Facial stimulating apparatus having sequentially energized electrodes
EP0310216A3 (en) Apparatus for detecting heart characteristics using electrical stimulation
GB1593236A (en) Bioelectricallycontrolled muscle stimulators
ES2111557T3 (en) NEUROMUSCULAR ELECTRIC STIMULATION DEVICE.
GB1433554A (en) Body organ stimulator
EP0249819B1 (en) Cardiac pacer for pacing a human heart
AU554083B2 (en) Muscle stimulating apparatus
Zucker Crayfish escape behavior and central synapses. 3. Electrical junctions and dendrite spikes in fast flexor motoneurons.
SU553977A1 (en) Electric Stimulator
SU856436A1 (en) Multichannel device of adaptive bioelectrical control of man's movements
GB1260814A (en) Electrocardiometer
US2641259A (en) Electrophysiotherapy apparatus
US3295528A (en) Electrical therapeutic equipment
SU976952A2 (en) Multichannel device for adaptive bioelectric control of man movement
US4352351A (en) Electronarcosis apparatus
SU1210849A1 (en) Respiration stimulant
SU1022715A1 (en) Implanted electric cardiostimulator
SU434948A1 (en) DEVICE FOR CUTTING THE HEART RITLST
US2630797A (en) Electrocardiograph with continuous record means
SU825098A1 (en) Implantation electrocardiostimulator
SU731975A1 (en) Electrical stimulator
SU1012922A1 (en) Respiration electric stimulator
SU428754A1 (en) PACEMAKER