Бионический протез нижней конечности
Обоснование физических основ регистрируемого параметра
Движения мышц связаны с тем, что по нервам, которые иннервируют эти мышцы, проходит электрический импульс. Он и вызывает сокращение мышечных волокон.
Когда нам хочется сделать движение, мозг генерирует сигнал, даже если конечность отсутствует.
Если его перехватить, то после соответствующей обработки можно получить команду для управления протезом.
Определение скорости проведения импульса (СПИ)
Для определения скорости проведения импульсов (СПИ) сначала измеряется время наступления потенциала действия мышцы (в миллисекундах) при стимуляции двигательного нерва возле самой мышцы (латентное время – Т2 – ответа в дистальной точке) и в точке, расположенной проксимальнее по ходу нерва на некотором расстоянии (латентное время – Т1 – в проксимальной точке). Зная расстояние между двумя точками стимуляции (S) и разность латентных периодов (Т1-Т2), можно вычислить скорость проведения нервного импульса (скорость распространения возбуждения – СРВ) по формуле:
СПИ, или СРВ, = S/(Т1-Т2) мм/мс
Для большинства нервов в норме СПИ, или СРВ, составляет 45-60 мм/мс или м/с
В частотной области основными параметрами являются медианная частота и средняя частота. Медианная частота определяется как частота (1), делящая спектральную плотность мощности (СПМ) на две равные части. Вычисляется по формуле:
|
∞ |
|
1 |
∞ |
|
∫ |
( ) = ∫ |
( ) = |
∫ ( ) , |
(1) |
|
0 |
|
|
2 |
0 |
|
где MeanF – средняя частота, Гц.
Средняя частота – частота, на которой СПМ принимает среднее значение (2), вычисляется по формуле:
∞
∫ ∙ ( )
= 0 |
∞ |
(2) |
∫ ( )
0
где MedF – медианная частота, Гц; P – спектральная плотность мощности, f – частота.
Для оценки формы и параметров функции распределения |
||
используем следующие стандартные количественные показатели: |
||
– мода (Мо) – наиболее часто встречающееся значение амплитуды, |
||
соответствует |
максимуму |
гистограммы; |
– амплитуда моды (АМо) – количество амплитуд, соответствующих |
||
значению моды, и АМо% — АМо в процентном отношении к общему |
||
их |
размах (∆) – ширина |
количеству; |
– вариационный |
основания гистограммы. |
|
На рисунке показан ЭМГ-сигнал, который представляет
собой последовательность случайных колебаний с
Обоснование медицинской составляющей регистрируемого физиологического параметра
Амплитуда биопотенциалов при сокращении мышц увеличивается примерно в 100 раз (5-10 мкВ (мышца в состоянии покоя) до 500-1000 мкВ (мышца в возбужденном состоянии)).
Анализ заболеваний
●травматические ампутации конечностей;
●гангрена из-за инфекции, обморожения, ожога,
электротравмы, сосудистых заболеваний, диабета; ● сочетание повреждения кости, крупных сосудов и
нервов, мягких тканей на значительном протяжении; ● злокачественные образования;
●острая раневая инфекция: остеомиелит, тяжелая флегмона.
Методы регистрации
Для регистрации электрического импульс, сокращающий мышечные волокна, используется 
электромиография (ЭМГ). Это метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека и животных при возбуждении мышечных волокон; регистрация электрической активности мышц.
Виды ЭМГ
Метод |
Инвазивный |
Неинвазивный |
|
Достоинст |
1. Метод более точен |
1. |
Легко закрепить и снять |
ва |
|
датчики |
|
|
|
2. |
Просто заменить электроды в |
|
|
случае поломки |
|
|
|
3. |
Безболезненность |
Недостатк |
1. Процедура |
1. |
Сигналы слабые |
и |
болезненна (установка |
2. |
Сигнал является суммарным, |
|
игольчатого электрода) |
т.е. снимается с нескольких |
|
|
|
двигательных единиц |
|
Обоснование выбранного метода 
Выбранный способ ЭМГ: поверхностный (неинвазивный), так как процесс крепления электродов безболезненный, относительно простой, исключает нарушение целостности кожного покрова. Все это является основой для
длительного использования.