Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 616.74-009.1

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Зависимость сигнала поверхностной электромиограммы от расстояния между электродами

Сарычева А.А.

E-mail: tossy.sar@mail.ru

Аннотация

электромиография амплитуда сигнал межэлектродный

В данной статье рассмотрена область применения поверхностной электромиографии, обоснована её полезность в определении эффективности и выборе параметров воздействия электростимуляции. Были показаны результаты исследования зависимости средней амплитуды электромиограммы и соотношения сигнал/шум от межэлектродного расстояния. По значению этих параметров было выбрано оптимальное расстояние между электродами.

Ключевые слова: электромиография, соотношение сигнал/шум, межэлектродное расстояние.

Annotation

Dependence of the signal of the surface electromyogram on distance between electrodes

Sarycheva A.A.

In this article the scope of a surface electromyography is considered, it's benefits in determination of efficiency and the choice of parameters of impact of electrostimulation is proved. Results of the research of dependence of average amplitude of the electromyogram and a signal-to-noise ratio from interelectrode distance have been shown. On value of these parameters the optimum distance between electrodes has been chosen.

Keywords: electromyography, signal-to-noise ratio, interelectrode distance.

Поверхностная электромиография (ПЭМГ) является методом, применяемым для исследования различных отделов периферической нервной системы и нервно-мышечного аппарата, которая позволяет получать информацию о состоянии мышц не инвазивным способом при отведении потенциалов мышц с поверхности кожи. Она позволяет регистрировать активность мышц на обширном её участке.

ПЭМГ используют для диагностики таких заболеваний, как [3]:

? амиотрофия;

? атрофия;

? миелопатия;

? неврастенический синдром;

? паралич;

? парез;

? радикулопатия;

? сирингомиелия;

? тремор;

В данной работе рассматривается ПЭМГ, применяемая для диагностики первичных мышечных атрофий. Для первичной формы атрофии мышц характерно поражение самой мышцы. Причиной этого может быть ряд факторов: неблагоприятная наследственность, физическое перенапряжение, травмы, длительная иммобилизация, инфекционный процесс.

Одним из вариантов лечения первичной мышечной атрофии является нервно-мышечная электростимуляция (НМЭС). НМЭС подходит для стимуляции всех мышц тела и вызывает их сокращение под действием импульсов тока с определёнными амплитудно-временными характеристиками.

Подобного рода терапия наиболее эффективна в сочетании с ПЭМГ, которая позволяет узнать о состоянии поражённых мышц, определить эффективность проводимого лечения и отслеживать динамику изменения сократительной способности мышц. Основную информацию в данном случае несёт амплитуда сигнала ЭМГ, которая для каждой группы мышц имеет свои характерные значения. Т.о., рационально использовать не просто аппарат, который только осуществляет НМЭС, но и способен регистрировать поверхностную (интерференционную) электромиограмму.

Если речь идёт о стимуляции мышц, то самым простым и удобным методом её проведения является осуществление передачи электрических импульсов, используя самоклеящиеся электроды. Была выдвинута гипотеза, что для регистрации электромиограммы они также могут быть использованы.

Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть данную гипотезу было произведено исследование, в котором сравнивалось соотношение сигнал/шум при регистрации электромиограммы самоклеящимися электродами с габаритными размерами 50х50 ммхмм с варьируемым межэлектродным расстоянием и электродами, габаритные размеры которых регламентировал ГОСТ 25995-83 [1].

Здесь и далее соотношение сигнал/шум выражается в дБ и вычисляется по формуле:

где - среднеквадратичное значение амплитуды сигнала при сокращении; N - количество дискретных отсчётов сигнала, в которые происходило сокращение;

Размещено на http://www.allbest.ru/

дискретных отсчётов сигнала, в которые происходило сокращение;

среднеквадратичное значение шума; M - количество дискретных отсчётов сигнала, в которые не происходило сокращение; - значение дискретных отсчётов сигнала, в которые не происходило сокращение.

В результате, в зависимости от расстояния между самоклеящимися электродами преимущество в соотношении сигнал/шум при использовании самоклеящихся электродов доходило до 38%. Это объясняет целесообразность применения подобных электродов для регистрации поверхностной электромиограммы.

Для выбора оптимального расстояния между краями самоклеящихся электродов была проведена серия экспериментов. Для их реализации был выбран биообъект - предплечье человека, и в качестве регистрируемого движения было выбрано разгибание кисти (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Предплечье правой руки с интересующей группой мышц

Группа мышц разгибателей имеет в среднем длину 10 см [4], Т.о., рабочий диапазон изменения расстояния между краями самоклеящихся электродов с габаритными размерами 50х50 ммхмм - 5 см. Шаг изменения расстояния между краями электродов был выбран равным 0,5 см.

Из полученных сигналов электромиограммы были удалены помехи постоянной составляющей и сетевой наводки (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц и т.д.) с помощью гребенчатого цифрового фильтра [2], а также выделена огибающая сигнала по методу медианной фильтрации [5].

Были получены два графика зависимости от межэлектродного расстояния средней амплитуды сигнала и среднего нормированного (относительного наибольшего значения) соотношения сигнал/шум (Рисунок 2 и 3).

Рисунок 2 - Зависимость средней амплитуды сигнала электромиограммы от межэлектродного расстояния

Рисунок 3 - Зависимость соотношения сигнал/шум от межэлектродного расстояния

Соотнося эти данные с размерами мышцы (10 см), было получено, что оптимальным расстоянием между краями электродов является величина, лежащая в диапазоне от 15 до 25% от длины мышцы. При соблюдении такой пропорции можно добиться наилучшей различимости сигнала электромиограммы относительно шума.

Т.о., было показано, что регистрация сигнала поверхностной электромиограммы помогает отслеживать динамику лечения пациентов, страдающих от первичной атрофии мышц, а также в выборе параметров воздействия при электростимуляции. Было доказано, что электромиограмму возможно и выгодно регистрировать с помощью самоклеящихся электродов габаритами 50х50 ммхмм. Была выведена зависимость средней амплитуды сигнала электромиограммы и соотношения сигнал/шум от межэлектродного расстояния, исходя из характера которых, был сделан вывод, что оптимальное расстояние между краями электродов лежит в диапазоне от 15 до 25% от длины мышцы.

Список литературы

1. ГОСТ 25995-83. Электроды для съема биоэлектрических потенциалов. Общие технические требования и методы испытаний [Текст]. - Введ. 01.01.1986. - Государственный комитет СССР по стандартам. Москва, 1986 г. - 28 с.

2. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Второе издание. Перевод с английского под редакцией А.А. Бритова: научно-техническое издание, 2006. - 652 с.

3. Одинак М.М., Живолупов С.А. Заболевания и травмы периферической нервной системы (обобщение клинического и экспериментального опыта). Издательство: СпецЛит., 2009. - 367 с.

4. Рохен Й., Йокочи Ч., Лютьен-Дреколль Э. Большой атлас по анатомии. ВНЕШСИГМА, 2000. - 480 с.

5. Сарычева, А. А. Выделение огибающей сигнала электромиограммы для определения эффективности электростимуляции [Электронный ресурс] / А. А. Сарычева // Международный научно-технический журнал «Теория. Практика. Инновации». - 2018.-- № 2(26). - Режим доступа: http://www.tpinauka.ru/2018/02/Sarycheva.pdf. - (Дата обращения: 9.03.2018).

Размещено на Allbest.ru