CC BY
59
Балыбердин Валерий Алексеевич
Центральный научно-исследовательский институт Минобороны РФ.
E-mail: [email protected].
141006, Московская область, г. Мытищи.
Тел.: +79162386854.
Белевцев Андрей Михайлович
Тел.: +79037691788.
Степанов Олег Алексеевич
Тел.: 89165095834.
Baliberdin Valeriy Aekseeich
Central scientific research institute of Ministry of Defence of the Russian Federation.
E-mail: [email protected].
Moscow area, Mitishi, 141006, Russia.
Phone: +79162386854.
Belevtsev Andrey Mihaylovich
Phone: +79037691788.
Stepanov Oleg Alexeevich
Phone: +79165095834.
УДК 281.23
А.Ф. Бабякин, АЛ. Можельский, В.В. Котляров, Л.М. Бабина, В.Л. Сахаров
АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМЫ КИНЕЗИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
В современных медицинских технологиях по изучению нейро-мышечного аппарата используются методы оценки синхронной активности мышц при осуществлении произвольных движений и в покое. Данный метод нашел отражение в кинезиологическом подходе в неврологии при оценке характера и степени выраженности двигательных дефектов при двигательной патологии, в нейрореабилитации, в прикладной кинезиологии в структуре мануальной медицины и вертеброневрологии, в ортопедии и спортивной медицине.
Нейро-мышечный аппарат; кинезиологический подход; метод.
A.F. Babyakin, A.N. Mozhel’skiy, V.V. Kotlyarov, L.M. Babina, V.L. Sugarov
EQUIPMENT ROOMS AND SOFTWARE OF SYSTEM OF THE KINEZIOLOGICHESKY ANALYSIS
In modern medical technologies on the study of neyro-myshechnogo vehicle the methods of estimation of synchronous activity of muscles are used during realization of autokinesias and at peace. This method found a reflection in kineziologicheskom approach in neurology at the estimation of character and degree of expressed of motive defects at motive pathology, in a neyroreabili-tacii, in applied kineziologii in the structure of manual'noy medicine and vertebronevrologii, in an orthopaedy and sporting medicine.
Neyro-myshechnogo vehicle; kineziologicheskom approach; method.
Кинезиологическая система базируется прежде всего на электромиографиче-ском принципе регистрации сигналов. Для чего мы в течение последних лет сфор-
- . -
лось разработать совмещенную систему для проведения в реальном времени количественной миографии и актографии на основе датчиков трехвекторного анализа движений (акселерометрия) и видеоанализа движений. Система поострена на модульном состоит из двух принципиальных программно-аппаратных блоков: 4-канадьный миограф и блок акселерометра с функцией длительного мониториро-вания и обработки информации.
Электронейромиографы относятся к классу приборов, позволяющих диагностировать нервную и мышечную деятельность человека, т.е. являются нейрофи-
.
аппаратно-программный комплекс, в котором аппаратура выполняет функции взаимодействия с пациентом, а программные средства необходимы для реализации алгоритмов обработки сигнала, его отображения и выполнения сервисных функций, необходимых врачу-нейрофизиологу. Программные средства также можно разделить на прикладные и низкого уровня.
Второй модуль данной системы представляет собой датчик акселерометрии ,
пространственные перемещения конечности или движущейся мышцы. Прикладная программа позволяет в простой визуальной форме получить отбражение акто-граммы сопряженная с синхронной мышечной активностью.
При разработке электромиографа стоит учитывать следующие особенности:
1. Сравнительно высокая полоса пропускания по аналоговому каналу по сравнению с другими электрофизиологическими системами. Для электромиографа она должна быть не менее 10 кГц. Соответственно и достаточно высокая частота
.
40 .
2. Обеспечение одновременного отображения данных по 4-каналам с указанной частотой дискретизации. Это требует использования достаточно скоростных интерфейсов связи между аппаратными средствами и компьютером.
3. Одновременное с выводом сигнала управление несколькими видами стимуляторов. Для электромиографии и, особенно, вызванных потенциалов, которые также регистрируются с помощью электромиографа, необходима одновременная с регистрацией сигнала управление либо электростимулятором, либо световым стимулятором, либо звуковым стимулятором, либо стимулятором «шахматное поле».
4.
формирования необходимой частотной полосы пропускания, а также режекторных фильтров для подавления синфазной помехи.
5. Параллельное с отображением сигнала звуковое сопровождение регистри-
.
Такие особенности накладывают определенные требования к аппаратным , , к перечисленным возможностям, а потом и ко всему комплексу в целом.
Как было отмечено выше, минимально допустимая частота дискретизации
40 . -
4- . -
тота дискретизации будет составлять не менее 160 кГц. Учитывая, что большинство функций по обработке сигнала, к которым относятся цифровое переключение чувствительности, фильтрация нижних и верхних частот, а также режекторная фильтрация целесообразно выполнять непосредственно с оцифрованным сигна-, . максимальное количество разрядов, которое могут дать пригодные для использо-
, 24 . -
личных фильтров позволяет сказать, что для обеспечения нужной точности представления данных после фильтрации необходимо минимум 32 разряда данных. ,
менее 640 Кбайт в секунду, что соответствует около 8 Мбит в секунду. Из стандартных интерфейсов связи, который в настоящий момент имеются у персональ-
,
- это ЕШегпе! и и8Б. Предпочтительным среди данных интерфейсов является и8Б, поскольку, во-первых, интерфейсов и8Б у компьютера, как правило, несколько, во-вторых, организация гальванической развязки по интерфейсу ШБ проще и, в-третьих, появляется возможность отказаться от питания 220 В, используя питание через интерфейс ШБ, ограничение только в потребляющем токе электромиографа, который должен быть не более 500 мА.
Исходя из приведенных требований к разработке электромиографа и реко-, -
- « ».
Рис. 1. Блок-схема аппаратной части электромиографа
Приведенная структура электромиографа состоит из 4 основных узлов: узел интерфейса USB (USB), аналоговый узел (AN), узел управления звуковым и световым стимуляторами (ST), узел стимулятора «шахматное поле» (VID). Все узлы прибора взаимно гальванически развязаны. Узлы USB и VID расположены около задней стенки прибора. Эти узлы относятся к потенциально опасным для пациента. Узлы AN и ST расположены около передней стенки прибора. Эти узлы могут иметь контакт с пациентом и имеют гальваническую развязку по отношению к потенциально опасным узлам в соответствии с нормами для медицинских приборов данного класса.
От узла AN к узлу USB идет высокоскоростной поток данных с информацией, регистрируемой четырьмя миографическими каналами. Узел USB имеет двунаправленные командные каналы связи со всеми остальными узлами. Вся информация от компьютера поступает только на узел USB, и только затем уже этот узел может ретранслировать информацию на остальные блоки. Прибор подключается к компьютеру через интерфейс USB стандартным кабелем.
Управление электромиографом полностью программное с помощью специально разработанной системной библиотеки, оформленной в виде dll. Основными функциями библиотеки являются:
♦ открытие канала связи и инициал изация всех узлов электромиографа;
♦ освобождение канала связи и выключение всех узлов прибора;
♦ включение/выключение передачи данных по выбранному каналу или по
;
♦ задание верхней и нижней полос пропускания сигнала в режиме регистрации;
♦ задание верхней и нижней полос пропускания в режиме останова;
♦ вклю чение/выключение режекторных фильтров на 50, 100 и 150 Гц, для подавления синфазной помехи и ее гармоник;
♦ задание параметров озвучивания электромиограммы (громкость в дБ);
♦ выбор типа стимулятора;
♦ задание параметров электростимулятора (ток, длительность импульса);
♦ задание параметров фоностимулятора (громкость, длительность импульса, частота заполнения);
♦ задание параметров фотостимулятора (яркость, длительность светового импульса).
Библиотека содержит API совместимые (WinAPI) функции, необходимые для взаимодействия прикладной программы с прибором. Доступ к ним осуществлен в пользовательском режиме при работе с прикладной программой. Принцип взаимо-
. 2.
Прохождение сигнала в компьютере
и основные функции реального времени, участвующие в обработке
Прикладная программа
Рис. 2. Принцип обработки сигнала в электромиографтеской системе
Прикладная программа, помимо функций взаимодействия с прибором, реализует также медицинские методики обработки электромиограммы. Основными методиками, реализованными в данной системе, являются:
♦ анализ интер ференционной, спонтанной, интегральной электромиограммы;
♦ турн-амплитудный анализ;
♦ анализ потенциалов двигательных единиц;
♦ расчет скорости проведения импульсов по двигательным (проксимальным и дистальным участкам) и чувствительным нервам;
♦ определение характеристик Б-волны;
♦ анализ И-рефлекса, мигательного рефлекса;
♦ анализ де кремента М-ответа на ритмическую стимуляцию и тетанизацию;
♦ анализ реципрокности;
♦ регистрация и анализ соматосенсорных, акустических, зрительных вы-
, ;
♦ анализ жевательно й и мимической ЭМГ.
В прикладной программе реализован принцип модульности, суть которого в том, что каждая методика представляет собой отдельную программу. Имеется ди-, , самостоятельно создать свою программу по реализации какой-либо методики, если ее нет в базовой версии прикладной программы.
Бабякин Александр Федорович
ФГУ «Пятигорский Государственный НИИ Курортологии» ФМБА России.
E-mail: [email protected] 357501, . , . , 30.
Тел.: 88793330661.
Можельекий Андрей Николаевич
Котляров Валерий Викторович
Бабина Людмила Михайловна
Сахаров Вадим Леонидович
Специальное конструкторское бюро «РИТМ» Южного федерального университета. E-mail: [email protected].
347900, . , . , 99.
Тел.: 88634311933.
Babyakin Alexandr Fedorovich
FGU ”Fivemountainous State NII of Kurortologii” of FMBA of Russia.
E-mail: [email protected].
30, Kirova pr., Pyatigorsk, 357501, Russia.
Phone: +78634311933.
Mozhel’skiy Andrey Nikolaevich
Kotlyarov Valeriy Viktorovich
Babina Ludmila Mihaylovna
Sakharov Vadim Leonidovich
Specialized Design Bureau "RITM" Southern Federal University.
E-mail: [email protected].
99, Petrovskay street, Taganrog, 347900, Russia.
Phone: +78634311933.
УДК 681.23
АЛ. Можельекий
ОСОБЕННОСТИ ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ МОБИЛЬНЫХ МИОГРАФОВ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
В данной статье рассматриваются особенности измерения миограммы, типы электродов и влияние этих факторов на проектирование входных цепей мобильных миографов. Рассмотрены типы помех, искажающих сигнал, схемы наложения электродов. Показаны положительные стороны применения инструментальных усилителей во входных каскадах .
Миограф; мобильность; спортивная медицина; входные аналоговые цепи.
