Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека

 

929054

Союз Советски к

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву N 856436 (22) Заявлено 13.12. 76 (21) 2428608/28-13 (51 ) М. Кл.

A 61 R 5/04 с присоединением заявки РЙ

Гооудврствеииый комитет (23) Приоритет по делам изаоретеиий и 0TNpblTllll

Опубликовано 23.05.82. Б1оллетень Юе 19

Дата опубликования описания 25.05.82 (53) УДК 615. .47(088.8) (72) Авторы изобретения г

Л. С. Алеев, М.И. Вовк, В. Н. Гор анев и - А. Б...Шевчейкр

Ордена Лени на и нсти тут кибер нети ки АН,. Украинской СС Р (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ

ЧЕЛОВЕКА ра (1).

Изобретение относится к биологической и медицинской кибернетике, а именно к управлению движениями человека и предназначено для использования в нормальных и специфических условиях, где необходимо управление движениями, их коррекция или обучение определенным двигательным навыкам, например, при тренаже, профессиональном обучении, спорте и т.д., а также

1О для использования в клинических условиях для анализа, диагностики и лечения ряда двигательных расстройств (параличей и парезов) при некоторых заболеваниях центрального и перфери15 ческого отделов нервной системы.

По основному авт. св. ) 856436 известно устройство, каждый канал которого содержит цепь стимуляции, состоящую иэ отводящих (от донора)

l электродов, подключенных через усилитель биопотенциалов к интегратору, модулятора. один из вх дов которого п.>дключен к генеоа1: ру стимулирующего сигнала, выход — ко входу усилителя мощности и стимулирующих (реципиента) электродов, цепь обратной связи, состоящую из последовательно соединенных усилителя биопотенциалов и

4 интегратора, блока разделен-1я, один из входов которого подключен к выходу усилителя мощности, выход — к стимулирующим электродам, второй вход — к стимулирующим электродам, второй выход — к входу цепи обратной связи, блок сравнения, один иэ входом которого через первый триггер

Шмидта подключен к выходу интегратора цепи обратной связи, второй -вход через второй триггер Шмидта - к выходу интегратора цепи стимуляции, выход - к одному из входов блока формирования подпорогового уровня, ко второму входу которого подкпючен вь1ход второго триггера Шмидта, выход блока формирования подпорогового уровня

ПОДКЛЮЧЕН КО ВТОРОМУ ВХОДУ .пДУЛЯтп054

35 ао

3 929

Однако при работе этого устройства, если. управляющий сигнал в сумме с пороговым уровнем превышает амплитуду максимальных стимулов для нервно мышечных групп реципиента, когда дальнейшее увеличение стимулирующе-. го сигнала не приводит к увеличению силы сокращения или объема движения, программа движения из-за наступления нелинейности искажается и движение реципиента не будут в полной мере соответствовать движениям донора.

Экспериментально установлено, что ! амплитуда максимальных стимулов 0> связана с порогом возбуждения U> определенным коэффициентом пропорциональности К. Если изйеняется О„ (для различных индивидуумов или при изменении функционального состояния нервно-мышечных групп индивидуума) соответственно изменяется 0, так что м " К. В известном устройстве на

Оп нервно-мышечные группы рецигиента подается управляющиЙ сигнал U, который есть результат суммирования программного сигнала 0„ с пороговым

О,, т.е.

U U p+0,. (1)

Чтобы не выходить за пределы максимальных стимулов, при которых из-за нелинейности искажается программа движения, при управлении нужно выполнять условия

Uve Ощщ Un (2)

0п 0п .где 0„- максимальный управляющий сигнал;

U1 „ - максимальный программный си гнал.

Учи тыва я значи тель ную вариабельность порога возбуждения для различных мышечных групп индивидуумов в норме и при потологии двигательной функции, для выполнения условия 2. нужно изменять динамический диапазон программы управления в соответствии с уровнем порога возбуждения стимулируемых нервно-мышечных групп, т.е. выполнять условия

1О

1S

2S зо

Цель изобретения - уменьшение ис» кажений программы движения при управлении, вызванных изменением функционального состояния стимулируемых нервно-мышечных групп реципиента.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал устройства введен регулируемый делитель, -один из входов которого подключен к выходу ин- тегратора цепи стимуляции, другой вход - к выходу блока формирования подпорогового уровня, а выход — к входу модулятора.

На чертеже изображена структурная схема одного канала многоканального устройства адаптивного биоэлектрического управления движениями человека.

Один канал устройства содержит. отводящие электроды 1, усилитель 2 биопотенциалов, интегратор 3, модулятор 4, генератор 5 стимулирующего сигнала, усилитель 6 мощности, блок:

7 разделения, стимулирующие электроды 8, усилитель 9 биопотенциалов, интегратор 10, триггер 11 Шмидта, блок 12 сравнения, блок 13 формирования подпорогового уровня, триггер 14

Шмидта, регулируемый делитель.

Устройство работает следующим образом.

Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой при помощи отводящих электродов 1 с нервно-мышечных групп донора, через усилитель 2 биопотенциалов подается на интегратор 3, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через регулируемый делитель поступает на третий вход модулятора 4, на первый.вход которого поступает стимулирующий Сигнал (например, импульсный сигнал) от генератора 5 стимулирующего сигнала. После модупятора через усилитель 6 мощности и блок 7 разделения управляющий сигнал поступает на стимулирующие электроды 8, наложенные на соответствующие нервноSS

<(К - 1)0„. (3) прм

При управлении движениями с помощью известного устройства условия 3 не выполняются вследствие чего не выполняется условие 2 и программа движения искажается, причем при управлении движениями различных реципиентов программа искажается по разному. мышечные группы реципиента. Вызванная. электромиограмма нервно-мышечных групп реципиента, снятая при помощи стимулирующих электродов 8, которые в данном случае выполняют функцию отводящих электродов, через блок 7 разделения .поступает на усилитель 9 биопотенциалов. Назначение блока 7 разделения состоит в том, чтобы от929054 d делить вызванную электромиограмму нервно-мышечных групп реципиента от управляющего сигнала. Из усилителя 9 биопотенциалов вызванная электромиограмма через интегратор 10 поступает S на вход триггера 11 Шмидта, с выхода которого на один из входов блока 12 сравнения поступает прямоугольный импульс, нормированный по амплитуде и передний Фронт которого практически совпадает со временем появления вызванной электромиограммы нервномышечных групп реципиента. На второй вход блока 12 сравнения с выхода триггера 14 Шмидта поступает прямоуголь- 1S ный импульс, нормированный ho амплитуде, но длительность которого равна времени существования интегрированной электромиограммы нервно-мышечных групп донора, поступающей на вход 20 триггера 14 Шмидта от интегратора 3.

Блок 12 сравнения служит для временного сравнения появления электромиограммы нервно-мышечных групп до" нора (программного сигнала). С появ- 2S лением вызванной электромиограммы нервно-мышечных I-pynn реципиента и сигнал раСсогласования служит для формирования импульса, нормированного по амплитуде, но длительность 30 которого равна времени запаздывания чежду появлением электромиограммы донора и появлением вызванной электромиограммы реципиента, т.е. пропорциональна уровню порога возбуждения 35 нервно-мышечных групп реципиента. С выхода блока 12 сравнения упомянутый импульс рассогласования поступает на один из входов блока 13 формирования подпорогового уровня, на второй вход 40 которого поступает прямоугольный импульс с выхода триггера 14 Шмидта.

Блок формирования подпорогового уровня представляет собой емкостной накопитель, с выхода которого на второй вход модулятора 4 и на второй (управляемый) вход регулируемого делителя поступает импульс, амплитуда которого пропорциональна уровню порога возбуждения нервномышечных групп реципиента, причем этот подпороговый уровень существует только во время появления программного сигнала. На первый вход регулируемого делителя с выхода интегратора 3 поступает проSS граммный сигнал. Назначение регулируемого делителя состоит в том, чтобы изменять динамический диапазон программного сигнала в соответствии с уровнем порога возбуждения стимулируемых нервно-мышечных групп реципиента. Поступающий из блока 13 формирования подпорогового уровня на второй вход регулируемого делителя сигнала так изменяет коэффициент передачи регулируемого делителя,.чтобы на его выходе максимальная амплитуда программного сигнала не превышала (К - 1)00. Таким образом, на третий вход модулятора 4 поступает программный сигнал, максимальная амплитуда которого пропорциональна уровне, равному (К - l)Un, но не превышает его, на второй вход модулятора 4 поступает сигнал, уровень которого пропорционален Un, но не превышает его, причем этот подпороговый уровень существует только во время программного сигнала.

На выходе модулятора 4 формируется управляющий сигнал, по форме повторяющий стимулирующий сигнал, по амплитуде пропорциональный программному сиг" напу, суммированный с уровнем, который близок к пороговому для нервномышечных групп реципиента, причем максимальная амплитуда управляющего сигнала не превышает сигнал, равный

К Un, т.е суммированный с пороговым уровнем программный сигнал не выхо.дит за пределы максимальных стимулов, из-.за чего программа движения при управлении не искажается и движения различных реципиентов в более полной мере соответствуют программе.

Введение в каждый канал устройства указанного нового элемента - регулируемого делителя - позволяет подстраивать программу движения, снятую с.одного донора, под различное функциональное состояние стиМулируемых нервно-мышечных групп различных реципиентов или под изменяющиееся в процессе стимуляции функциональное состояние нервно-мышечных групп одного и того же реципиента, тем самым уменьшая искажения программы движения, выполняемого реципиентом при управлении.

Формула изобретения

Иногоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека по авт. св.

У 856436, о т л и ч а ю щ е е с я тем, uro, с целью уменьшения искажеСоставитель.- Jl. Соловьев

f едакгор H. Бобкова Техред T.Иаточка

Корректор н Гтец

Тираж,717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о1крытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. <

<,« аз 3341/2

Фи«и,<« fif ill Патент, Ужгород, ул. П<« . кт.<,<я, 4

7 9290

<и и прог. раммы движения при упра влении, вызванных изменением функционального состояния стимулируемых нерв. но-мышечных групп реципиента, в каждый канал устройства введен регулируемый делитель, один из входов которого подключен к выходу интеграто" ра цепи стимуляции, другой вход - к

54 8 выходу блока формирования подпорогового уровня, а выход — к входу модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство

ff 856436, кл. и 61 В 5/04, 1974.

<< рецепянр<у 0 ярМр< р<