Способ формирования стимулирующего напряжения Советский патент 1978 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к области биопогической и медицинской кибернетики, а также медицинского приборостроения и предназначено дпя испопьзования при построении аппаратуры управления двигательными реакциями человека, для диагностики, анализа и лечения ряда двигательных расстройств и т. д,

Известен способ управления, основанный на выделении электромиограммы (ЭМГ) донора и последующем управлении (модуляции) ею стимулирующими сигнапами высокочастотного напряжения ГП.

Однако использование этого способа приводит к потере части полезной информции при формировании стимулирующего напряжения, а также обуславливает недостаточную точность выделения и преобразования этой информации. Это обуслаливается тем, что для выделения огибак щей ЭМГ используются интеграторы или инфранизкочастотные фильтры, которые имеют ограниченную полосу пропускания частот и практически не перестраиваемы.

Это приводит к ограничению спектра выделенного напряжения, т. е. к потере части полезной информации. По этим же причинам часть информации теряется на управляющем входе модулятора, используемого для формирования стимулирующего напряжения. Кроме того, возникают трудности в получении и поддержании точно 10О% глубины модуляции известными способами.

Цель изобретения - повышение информативности и точности формирования стимулирующего напряжения.

Это достигается тем, что функциональную обработку осуществляют путем периодического взятия выборок из парафазных напряжений эпектромиограммы донора с высокой частотой дискретизации, из полученного напряжения выделяют балансномодулированное напряжение основной гармоники частоты дискретизации, которую усиливают по амплитуде до заданного уровня воздействия и подвергают однололупериодному выпрямлению. На чертеже изображена структурная схема устройства, предназначенная дпя осушествления способа формирования стимулирующего напряжения. Устройство включает отводной (от донора) эпектрод 1, усилитепь 2 биопотенциалов, автоматический перекточатепь 3, генератор 4 высокой частоты дискретизации, полосовой 5, усилите геь 6 высокой частоты, однопопупе риодный выпрямитель 7, стимулирующий (реципиента) электрод 8, интегрирующие усилители 9 и 1О и индикаторное устрой ство 11. Способ осуществляется следующим образом, Электромиограмма (ЭМГ) донора снимается с помощью электрода 1 и усиш вается в усилителе 2 биопотенциалов. Парафазные выходы усилителя биопотенциалов подключены к автоматическому переключателю 3, который управляет выходиым напряжением генератора 4 высок частоты дискретизации. Частоту дискретизации выбирают в зависимости от степ ни болевых ощущений реципиента и гпубины расположения стимулирующих групп мышц в пределах 1-1О кГц. С помощью в автоматического переключателя 3 осуществляют периодическое взятие выборок из парафазных напряжений ЭМГ донора. Из полученного напряжения выделяют балансно-модулированное напряжение основной гамоники высо кой частоты дискретизации с помощью полосового фильтра 5, подключенного к выходу автоматического перекппочателя 3 При этом полосовым фильтром 5 усредняют мгновенные значения каждой выбор ки в течение половины периода напряжения частоты дискретизации, В полученном таким образом напряжении значения амплитуд выборок, усредненные за поппериода напряжения частоты дискретизации, со ответствуют значениям амплитуд огибающей ЭМГ донора в дискретные моменты времени. Поскольку усредняют выборки из ЭМГ, а не ЭМГ в целом, то постоянная времени усреднения в этом случае намного меньше постоянной времени усре нения ЭМГ (с целью выделения огибающей ЭМГ), а возникающие ампгштуднофазовые искажения незначительны и ими можно пренебречь, т. е. преобразование сигнала происходит практически без поте ри информации. С помощью усилите ля 6 высокой частоты преобразованное напряжение усиливают по мплитуде до заданного уровня воздейстия и подвергают однополупериодному выпрямлению. Последнюю операцию осрцеств- гшют с помощью выпрямителя 7. Получе ное стимулирующее напряжение подают на электрод 8, стимулирующий мыщцы еципиента. О результате формирования стимулирующего напряжения судят по дентичности формы огибающих, стимулиующего напряжения и эпектромиограммы донора. Это можно осуществить путем включения интегрирующих усилителей 9 и 10 в выходные цепи усилителя 2 биопотенциалов и выпрямителя 7. Интегрирующие усилители выделяют огибакяние стимулирующего напряжения и ЭМГ донора. С помощью индикаторного устройства 11, в качестве которого может быть использован, например, двухлучевой осциллограф, сравнивают формы этих огибающих. Пример. На мьпицы-огибатели кисти левой реки Накладьтают два электрода, с которых снимают биопотенциалы от 25 до 100 мВ, характеризующие ЭМГ донора, ЭМГ усиливают в 1ОО раз до уровня 2,5-10 В. Затем из парафазных напряжений ЭМГ донора осуществляют периодическое взятие выборок с частотой 50ОО Гц. В результате получают балансно-модулиро- ванное напряжение, амплитуда огибающей которого изменяется в пределах 1-2 В. Для исключения высших гармонических составляющих ЭМГ в огибающей балансно- МО дублированного напряжения последнее подвергают фильтрации. Выделяют первую гармонику частоты взятия выборок (5000 Гц) при полосе пропускания 8ОГц. После О)днопог1упериодного выпрямления получают требуемый стимулирукший сиг нап амплитудой 2,5-10 В и частотой 5ООО Гц, который и используют для стимуляции мышц реципиента. Точность формирования стимулирующего напряжения обеспечивается использованием для реализации изложенной последовательности операции элементов и устройств дискретной и аналоговой техники низких и высоких частот. „Таким образом, с помощью данного способа осуществляют формирование стимулирующего напряжения с повышенной информативностью и точностью. Формула изобретения Способ формирования стимулирующего напряжения, основанный на выделении электромиограммы донора и последующей ее функциональной обработке, о тпичающийся тем, что, с цепью повышения информативнсх;ти и точности формирования стимупирующего напряжения, (|ункционапькую обработку осуществпяют путем периодического взятия вы борок из парафазных напряжений эпектромйограммы донора с высокой частотой дискретизации, из пощ ченного напряжения вьтдеаяют бапансно-модупированное .

напряжение основной гармоники частоты дискретизации, которую усишгеают по амплитуде до заданного уровня воздействия и тюдвергают однопоп пери)дному выпрямлению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Авторское свидетельство СССР №190525, кп. А 61 N 1/36, 1966.