Разработка аналогового блока регистрации и обработки сигнала мобильной миографической системы для реабилитации двигательной активности
Создание электромиографа, отображающего в режиме реального времени сигнал электромиограммы при выполнении пациентом реабилитационной терапии. Принцип действия биотехнической системы. Сигнал электромиограммы, его спектр, основные результаты фильтрации.
| Рубрика | Спорт и туризм |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.06.2018 |
| Размер файла | 356,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Статья по теме:
Разработка аналогового блока регистрации и обработки сигнала мобильной миографической системы для реабилитации двигательной активности
Подкопаева Ольга Алексеевна, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана студентка 2-го курса факультета "Биомедицинская техника" (магистратура)
Аннотация
сигнал электромиограмма реабилитационный терапия
Данная статья посвящена разработке блока аналоговой регистрации и обработки сигнала мобильной миографической системы для реабилитации двигательной активности. В результате проведенной работы был зарегистрирован и оцифрован сигнал электромиограммы, также был построен спектр сигнала. Приводятся результаты фильтрации зарегистрированного сигнала.
Ключевые слова: мобильная миографическая система, портативный электромиограф, реабилитация, электромиографический сигнал, ЭМГ
Исследования последних лет свидетельствуют об устойчивой динамике увеличения числа инвалидов. По оценкам, более миллиарда человек, или около 15% населения мира (согласно оценке глобальной численности населения 2010 года), живут с какой-либо формой инвалидности и нуждаются в реабилитации двигательной активности [1].
На сегодняшний день в реабилитации распространена методика обучения движению. Методика основана на процессе компенсации нарушенных функций организма. В результате нарушения или полной утраты каких-либо функций происходит компенсаторная перестройка, которая включает восстановление и замещение утраченных возможностей, а также изменение последних, что в свою очередь приводит к полному или частичному восстановлению. В процессе компенсации важную роль играет ЦНС. Изменяется характер связей и взаимодействия между периферической и центральной нервной системой. По мере отработки образующихся связей характер афферентации изменяется. Обучение представляет собой процесс, ассоциирующийся с практикой или прошлым опытом. Обучение происходит в несколько стадий: когнитивная, ассоциативная, и автономная.
Создание электромиографа, отображающего в режиме реального времени сигнал электромиограммы при выполнении пациентом реабилитационной терапии, позволит значительно ускорить процесс реабилитации и возращения человека к нормальному ритму жизни.
Потенциал покоя мембраны мышечного волокна составляет 80-90 мВ. При возбуждении нервной клетки в аксональном холмике возникает потенциал действия, который распространяется вдоль аксона. Распространение нервного импульса по аксону происходит за счет последовательной деполяризации мембраны с образованием потенциала действия со скоростью около 15-120 м/с. Длительность потенциала действия мышечного волокна- 3-5 мсек,. Поэтому максимальное число импульсов, которое может воспроизводить мышца, не превышает 200-250 импульсов в секунду [2].
Наименьшим мышечным элементом, сокращение которого может происходить под действием воли является двигательная единица. Волокна, образующие двигательные единицы лежат вдоль мышцы и активизируются синхронно. Суммарным результатом сокращения нескольких ДЕ мышц является ее механический отклик. Потенциал действия мышцы представляет собой суперпозицию всех потенциалов действий ДЕ, входящих в нее. Амплитуда биоэлектрического сигнала мышцы варьируется от 20 мкВ до 3 мВ. Достаточно широкая полоса значений обусловлена физиологическими особенностями каждого человека [3].
Поверхностная электромиограмма, регистрируемая с помощью поверхностных электродов, представляет собой суперпозицию всех сигналов мышц.
Основной спектр сигнала электромиограммы располагается в пределах от 10 до 500 Гц, но при реабилитации используется сигнал электромиограммы в диапазоне от 120 до 500 Гц [4]. Следовательно, верхней значимой границей ЭМГ сигнала примем 500 Гц.
Одним из важных этапов разработки является схемотехническая часть. Основное предназначение аналоговой части схемы заключается не только в регистрации, но и в первичной фильтрации и усилении сигнала. Для этого в схему добавлен инструментальный усилитель, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот и масштабирующий усилитель[5].
Рис. 1 - Зарегистрированный сигнал электромиограммы
Рис. 2 - Спектр сигнала электромиограммы
Полученный сигнал электромиограммы был отфильтрован в среде Matlab с помощью разработанных полосно-пропускающих фильтров.
Рисунок 3 показывает сигнал электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром.
Рис. 3 - Сигнал электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром
Рисунок 4 показывает спектр сигнала ЭМГ после фильтрации ППФ КИХ фильтром 395 порядка. Как видно из рисунка, фильтр срезал все частоты в полосе ниже 120 Гц.
Рис. 4 - Спектр сигнала электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром
Разрабатываемая биотехническая система (БТС) относится к классу диагностических приборов. В основе работы лежит возникновение потенциалов на поверхности кожи при совершении мышечной активности. Обратная связь осуществляется врачом, контролирующим показания, поступающие на монитор в режиме реального времени. Потенциалы регистрируются поверхностными электродами. Затем снятые потенциалы отведений обрабатываются инструментальным усилителем, который подавляет синфазную помеху. Частота миограммы располагается в полосе частот от 1Гц до 500 Гц. Для удаления других частот используются фильтры высоких и низких частот. Сигнал проходит через фильтр высоких частот для удаления дрейф-изолинии[5]. Чтобы избежать эффекта, приводящего к наложению, неразличимости различных непрерывных сигналов при их дискретизации (алайзинг-эффекта), используется фильтр низких частот. Для восприятия микроконтроллером сигнала, амплитуду электромиографического сигнала можно увеличить с помощью масштабирующего усилителя и передать ее на вход АЦП. Питание блока ЭМГ осуществляется от источника опорного напряжения. В схему питания входит трансформатор, диодный мост, выполняющий роль выпрямителя тока и стабилизатор.
Библиографический список
1. Николаев С.Г. Практикум по клинической электромиографии, Издание второе, переработанное и дополненное. Иваново, 2003 - 15 - 64.
2. Физиотерапия: учебное пособие / Гафиятуллина Г. Ш. [и др.]. Учебное пособие. Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2010. - 272 с.
3. Criswell E. Surface Electromyography, 2nd edition. Sonoma State University, Jones and Bartlett Publishers - Sudbury, Massachusetts, 2011.
4. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Перевод с английского. - Москва: Издательство `Мир', 1984, C. 119-125.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика двигательной активности и её влияния на физическое развитие и здоровье человека. Модели оптимизации двигательного режима школьников третьих классов. Гигиеническое и оздоровительное значение и задачи подвижных игр в режиме дня школьника.
дипломная работа [125,6 K], добавлен 09.03.2015Принципы, средства, задачи и цели физической реабилитации. Основные причины заболеваний опорно-двигательной системы. Основные принципы реабилитации спортсменов при повреждениях и заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Сущность и цели механотерапии.
курсовая работа [501,0 K], добавлен 11.09.2014Влияние двигательной активности на органы и системы организма. Интенсивность, длительность физических нагрузок, их влияние на организм. Физиологические и биологические изменения происходящие в организме под воздействием активной двигательной деятельности.
курсовая работа [45,8 K], добавлен 27.04.2009Влияние двигательной активности на здоровье и физическое развитие детей. Характеристика двигательной активности детей старшего дошкольного возраста. Роль физкультурного уголка в повышении двигательной активности детей. Требования к физкультурному уголку.
реферат [22,1 K], добавлен 08.05.2009Влияние научно-технического прогресса на здоровье человека. Снижение двигательной активности и ослабление организма. Уровни физической активности. Самоконтроль за состоянием организма при физических нагрузках, его объективные и субъективные показатели.
курсовая работа [177,0 K], добавлен 26.04.2011Характеристика заболеваний сердечно-сосудистой системы, допустимые физические нагрузки. Методы мышечного расслабления после выполнения работы. Лечебные физические упражнения для двигательной реабилитации людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы.
реферат [26,7 K], добавлен 29.09.2016Функции опорно-двигательного аппарата и возраст его полного формирования. Влияние качества пищи на химический состав костей и их свойства. Влияние двигательной активности на развитие скелета. Значение тренировки мышц. Цели утренней зарядки и физкультуры.
презентация [4,4 M], добавлен 01.02.2015Характеристика двигательной активности и её влияния на физическое развитие и здоровье человека. Оптимизация режима дня младших школьников. Гигиеническое и оздоровительное значение и задачи подвижных игр, их роль в различных формах физического воспитания.
дипломная работа [254,9 K], добавлен 07.01.2015Предрасположенность к разным видам двигательной активности в связи с особенностями телосложения и типами темперамента. Виды утомления, его проявление при двигательной активности. Методика дозирования физических упражнений и развития силовых возможностей.
реферат [23,9 K], добавлен 04.08.2009Предрасположенность к разным видам двигательной активности в связи с особенностями телосложения и типами темперамента. Виды утомления, его проявление при двигательной активности. Методика дозирования физических упражнений и развития силовых возможностей.
контрольная работа [21,1 K], добавлен 04.08.2009Значение двигательной активности для здоровья. Виды лечебной физической культуры (оздоровительный бег и ходьба). Полезные свойства оздоровительной ходьбы. Физические нагрузки - естественный канал сжигания лишних калорий. Способы проведения терренкура.
курсовая работа [43,9 K], добавлен 14.07.2011Выявление эффективных форм организации физкультурно-оздоровительной работы с детьми старшего дошкольного возраста в режиме детского сада. Рассмотрение анатомо-физиологических особенностей развития детей и влияние двигательной активности на их здоровье.
курсовая работа [30,1 K], добавлен 29.12.2010Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме. Биохимические изменения в мышцах, крови и моче спортсмена. Антиоксидантные системы организма. Качество двигательной деятельности, методы развития. Ферментативные и не ферментативные антиоксиданты.
курсовая работа [28,1 K], добавлен 19.06.2014Программа автоматизации деятельности туристских агентств "Galileo Office". Создание системы бронирования мест в режиме on-line на агентском сайте с помощью интернет-приложения. Функции кодирования и декодирования информации, получаемой от системы.
реферат [27,6 K], добавлен 11.11.2014Физическая активность школьников в режиме дня и характеристика форм организации их спортивного воспитания. Приемы регулирования физической и психической нагрузки на занятиях. Упражнения и подвижные игры на удлинённых переменах и в группе продлённого дня.
курсовая работа [50,0 K], добавлен 26.10.2011Смысл системы отпускных чеков, ее преимущества. Основные принципы функционирования данной системы. Приоритетные виды социального туризма. Необходимость создания инфраструктурных условий для инвалидов-туристов, направления социокультурной реабилитации.
контрольная работа [20,0 K], добавлен 19.01.2014Значение физической активности в учебной деятельности. Проблема гиподинамии, ее последствия для студентов, ведущих малоподвижный образ жизни. Мотивация к здоровому образу жизни посредством включения двигательной активности в повседневную жизнь студентов.
контрольная работа [169,4 K], добавлен 17.05.2016Влияние двигательной активности на продолжительность жизни: оздоровительный бег, ходьба на лыжах, плавание. Комплекс упражнений утренней гигиенической гимнастики для людей среднего и пожилого возраста. Основные причины развития преждевременного старения.
реферат [28,3 K], добавлен 26.12.2008Принцип действия фонокардиограммы. Методика контроля уровня двигательных способностей - быстроты и гибкости. Анализ динамики частоты сердечных сокращений учащихся при нагрузках на уроке физкультуры. Диаграмма показателей уровня физического развития.
контрольная работа [43,1 K], добавлен 12.05.2011Исследование функционального состояния ЦНС до начала, после подготовительной части тренировки, после совершенствования штрафных бросков и после скоростно-силовой подготовки спортсменов по устойчивости реакции и уровню функциональных возможностей.
курсовая работа [681,2 K], добавлен 20.03.2011
