Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека Советский патент 1982 года по МПК A61B5/04 

I

Изобретение относится к биологической и медицинской кибернетике, а именно и: управлению движениями человека и предназначено для использования в нормальных и специфических условиях, где необходимо управление движениями, их коррекция или обучение определенным двигательным навыкам, например, при тренаже, профессиональном обучении, спорте и т.д., а также для использования в клинических условиях для анализа, диагностики и лечения ряда двигательных расстройств (параличей и парезов) при некоторых заболеваниях центрального и перферйческого отделов нервной системы.

По основному авт. св. № известно устройство, каждый канал которого содержит цепь стимуляции, состоящую из отводящих (от донора) электродов, подключенных через усилитель биопотенциалов к интегратору, модулятора, один из входов которого пг)дключен к геиго,-п-ч)У стимулису0 1его

сигнала, выход - ко входу усилителя мощности и стимулирующих (рс.щипиента) электродов, цепь обратной связи, состоящую из последовательно соединенных усилителя биопотенциолов у( интегратора, блока разделения, один из входов которого подключен к выходу усилителя мощности, выход - к стимулирующим электродам, второй вход - к стимулирующим электродам, второй выход - к входу цепи обратной связи, блок сравнения, один из входом которого через первый триггер Цмидта подключен к выходу интегратора цепи обратной связи, второй-вход через второй триггер Шмидта - к выходу интегратора цепи стимуляции, выход - к одному из входов бпока формирования подпорогового уровня, ко второму, входу .которого подключен выход второго триггера Шмидта, выход блока формирования подпорогового уровня подключен ко второму входу модулятора 1. Однако при работе этого устройст ва, если упра яющий сигнал s сумме с пороговым уровнем превышает ампли туду максимальных стимулов для нерв мышечных групп реципиента, когда. дальнейшее увеличение стимулирующего сигнала не приводит к увеличению силы сокращения или объема движения программа движения из-за наступлени нелинейности искажается и движение реципиента не будут в полной мере соответствовать движениям донора. Экспериментально установлено, чт амплитуда максимальных стимулов и,д связана с порогом возбуждения у., оп ределенным коэффициентом пропорциональности К. Если изменяется Up (для различных индивидуумов или при изме нении функционального состояния нерв но-мышечных групп индивидуума) соответственно изменяется и.. SK что % К, В известном устройстве на нервно-мышечные группы рециггиента подается управляющий сигнал U, кото рый есть результат суммирования про.граммного сигнала U. рр с пороговым т.е. Uv . Чтобы не выходить за пределы максимальных стимулов, при которых из-за нелинейности искажается программа движения, при управлении нужно выполнять условия .ЦУМ ЦПРМ- - Цп максимальный управляющий сигнал; . максимальный программный сигнал. Учитывая значительную вариабельность порога возбуждения для различных мышечных групп индивидуумов в норме и при потологии двигательной функции, для выполнения условия 2 нужно изменять динамический диапазон программы управления в соответствии с уровнем порога возбуждения стимулируемых нервно-мышечных групп, т.е. выполнять условия (к - 1)и„. При управлении движениями с помощью известного устройства условия не выполняются вследствие чего не вы полняется условие 2 и программа движения искажается, причем при управлении движениями различных реципиентов программа искажается по разному. Цель изобретения - уменьшение искажений программы движения при управлении, вызванных изменением функционального состояния стимулируемых нервно-мышечных групп реципиента. . Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал устройства введен регулируемый делитель,один из входов которого подключен к выходу ин- . тегратрра цепи стимуляции, другой вход - к выходу блока формирования подпорогового уровня, а выход - к входу модулятора. На чертеже изображена структурная схема одного канала многоканального устройства адаптивного биоэлектрического управления движениями человека. Один канал устройства содержит отводящие электроды 1, усилитель 2 биопотенциалов, интегратор 3, модулятор 4, генератор 5 стимулирующего сигнала, усилитель 6 мощности, блок: 7 разделения,стимулирующие электроды 8, усилитель 9 биопотенциалов, интегратор 10, триггер 11 Шмидта, блок 12 сравнения, блок 13 формирования подпорогового уровня, триггер Il Шмидта, регулируемый делитель. Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой при помощи отводящих электродов 1 с нервно-мышечных групп донора, через усилитель 2 биопотенциалов подается на интегратор 3, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени; Далее программный сигнал через регулируемый делитель поступает на третий вход модулятора А, на первый .вход которого поступает стимулирующий Сигнал (например, импульсный сигнал) от генератора 5 стимулирующего сигнала. После модулятора через усилитель 6 мощности и блок 7 разделения управляющий сигнал поступает на стимулирующие электроды 8, наложенные на соответствующие нервномышечнь1е группы реципиента. Вызванная, электромиограмма нервно-мышечных групп реципиента, снятая при помощи стимулирующих электродов 8, которые в данном случае выполняют функцию отводящих электродов, через блок 7 разделения поступает на усилитель 9 биопотенциалов. Назначение блока 7 разделения состоит в том, чтобы отделить вызванную электромиограмму нервно-мышечных групп реципиента от управляющего сигнала. Из усилителя 9 биопотенциалов вызванная электромиограмма через интегратор 10 поступает на вход триггера 11 (Умидта, с выхода которого на один из входов блока 12 сравнения поступает прямоугольный импульс, нормированный по амплитуде и передний фронт которого практически совпадает со временем появления вызванной электромиограммы нервномышечных групп реципиента. На второй вход блока 12 сравнения с выхода три гера 1 Шмидта поступает прямоугольный импульс, нормированный по амплитуде, но длительность которого равна времени существования интегрированной электромиограммы нервно-мышечных групп донора, поступающей на вход триггера I Шмидта от интегратора 3. Блок 12 сравнения служит для временного сравнения появления электромиограммы нервно-мышечных групп донора (программного сигнала). С появлением вызванной электромиограммы нервно-мышечных групп реципиента и сигнал рассогласования служит для формирования импульса, нормированного по амплитуде, но длительность которого равна времени запаздывания появлением электромиограммы донора и появлением вызванной электромиограммы реципиента, т.е. пропорциональна уровню порога возбуждения нервно-мышечных групп реципиента. С выхода блока 12. сравнения упомянутый импульс рассогласования поступает на один из входов блока 13 формирования подпорогового уровня, на второй вход которого поступает прямоугольный импульс с выхода триггера Т Шмидта. Блок формирования подпорогового уровня представляет собой емкостной накопитель, с выхода которого на второй вход модулятора Ц и на второй (управляемый) вход регулируемого делителя поступает импульс, амплитуда которого пропорциональна уровню порога возбуждения нервномышечных Групп реципиента, причем этот подпороговый вровень существует только во время появления программного сигнала. На первый вход регулируемого делителя с выхода интегратора 3 поступёет программный сигнал. Назначение регулируемого делителя состоит в том, чтобы и зменять динамический диапазон программного сигнала в соответствии с уровнем порога возбуждения стимулируемых нервно-мышечных групп реципиента. Поступающий из блока 13 формирования подпорогового уровня на второй вход регулируемого делителя сигнала так изменяет коэффициент передачи регулируемого делителя,.чтобы на его выходе максимальная гн4плитуда программного сигнала не превышала (К - 1)и„. Таким образом, на третий вход модулятора поступает программный сигнал, максимальная амплитуда которого пропорциональна уровню, равному (к - 1)Up, но не превышает егр, на второй вход модулятора поступает сигнал, уровень которого пропорционален Up, но не превышает его, причем этот подпороговый уровень существует только во время программного сигнала. На выходе модулятора 4 формируется управляющий сигнал, поформе .повторяющий стимулирующий сигнал, по амплитуде пропорциональный программному сигналу, суммированный с уровнем, который близок к Лороговому для нервномышечных групп реципиента, причем максимальная амплитуда управляющего сигнала не превышает сигнал, равный К Up, т.е суммированный с пороговым уровнем программный сигнал не выхо дит за пределы максимальных стимулов, из-за чего программа движения при управлении не искажается и д жения различных реципиентов в более полной мере соответствуют программе. Введение в каждый канал устройства указанного нового элемента - регулируемого делителя - позволяет подстраивать программу движения, снятую с.одного донора, под различное функциональное состояние стикулируемых нервно- шщечных групп различных реципиентов или под изменяюциееся в процессе стимуляции функциональное состояние нервно-мышечных групп одного и того же реципиента, тем самым уменьшая искажения программы движения, выполняемого реципиентом при управлении. Формула изобретения Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека по авт. св. NP 85б«3б, от л и чающееся тем, что-, с целью уменьшения искажеНИИ программы движения при управлении, вызванных изменением функционапьного состояния стимулируемых нервно-мышечных групп реципиента, в RaHдый канал устройства введен регулируемый делитель, один из входов которого подключен к выходу интегратора цепи стимуляции, другой вход - к

выходу блока формирования подпорогового уровня, а выход - к входу модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство № , кл. А 61 В Б/О, ig.

К рецвпнетид От femanMHtna