SU856436A1 - Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управлени движени ми человека - Google Patents

Description

(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО БИОЭЛЕКТРИЧЕСЬСОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ Изобретение относитс  к биологической и медицинской кибернетике, в частности к управлению движени ми человека. Известно многоканальное устройство биоэлектрического управлени  движени ми человека, каждый канал которого содержит цепь стимул ции, состо щую из отвод щих (от донора) электродов, подключенных через усилитель биопотенциалов к интегратору , модул тора, един из входов которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к генератору стимулирующего сигнала , выход модул тора - ко входу усилител  мощности и стимулирующих (реципиента ) электродов, цепь обратной св зи, состо щую из последовательно соединенных усилител  биопотенциалов и интегратора, блок разделени , один из входов которого подключен к выходу усилител  мощности, выход - к стимулирующим электродам, второй вход - к стимулирующим электродам, второй выход - ко входу цепи обратной св зи, и блок сравнени  Ij. Существенным eдocтaткoм такого устройства  вл етс  то, что движени  реципиента мало соответствуют движени м донора, поскольку управл ющий сигнал подают на

ЧЕЛОВЕКА нервно-мышечные группы реципиента с нулевого уровн . В то же врем  известно, что нервно-мыщечна  система обладает четк выраженным пороговым эффектом, причем порог возбуждени  объею-а управлений (нервно-мышечных групп реципиента) изза адаптации или изменени  функционального состо ни  в процессе стимул ции претерпевает сущ ественные изменени . В силу приведенных обсто тельств значительна  часть информации программного сигнала при работе известного устройства оказываетс  потер нной, сокращение мыщц донора и реципиента не совпадает во времени, при этом отличаетс  и сила сокращени$ (или объем движени ). В результате движени  реципиента мало соответствуют дни жени м донора. Цель изобретени  - увеличение соответстви  движений реципиента движени  донора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что каждый канал содержит блок подпорогового уровн , один из рыходоб Которого подключен к выходу блока срав нени , а выход - к третьему входу моду  т9ра, и два триггера Шмидта, вхаа.пер soro триггера Шмидта подключен к выходу интегратора цепи обратной св зи, выход - к первому входу блока сравнени , вход второго триггера Шмидта подключен к выходу интегратора цепи стимул ций, а выход - ко второму входу блока формнровани  подгюрогового уровн  и ко второму входу блока сравнени .

На чертеже представлена/ блок -схема одного канала многоканального устройстнг адаптивного биоэлектрического управле НИИ движени ми человека.

Один канал устройства содержит отвод щие электроды , усилитель 2 биопотенциалов , интегратор 3, модул тор 4, генератор 5 стимулирующего сигнала, усилитель б мощности, блок 7 разделени , стнмул 1рующие электроды 8, усилитель 9 биопотенциалов , интегратор 10, триггер 11 Шмидта, блок 12 сравнени , блок 13 формировани  подпорогового уровн , триггер i4 Шмидта.

Программный сигнал в виде электромиограммы , сн той при помощи отвод щих электродов 1 с нервио-рлышечных групп донора , через усилитель 2 биопотенциалов подаетс  на интегратор 3, вы ю;п1 ющнй усреднение электромиограммы иервко-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал поступает на один sta входов модул тора 4, на второй вход коtoporo поступает стимулирующий сигнал (например импульсный сигнал) от генератора 5 стимулирующего сигнала. После модул тора через усилитель 6 мощности и блок 7 разделени  управл ющий сигнал поступает на стимулирующие электроды 8, {аложенные на соответствующие нервномышечные групггы реципиента. Вызванна  {под вли нием электростимул ции) электромиограмма нервно-мыщечных групп реципиента ,сн та  при помощи,стимулирующих электродов 8, которые в данном ггучае Выполн ют функцию отвод щих электродов , через блок 7 разделени  поступает н усилитель 9 биопотенциалов. Назьачение блока 7 разделени  состоит в том, чтобы отделить вь{званную электромнограмму нервно-мйшечных групп реципиента от -управл ющего сигнала и, например, в случае стимул ции импульсным сигналом представл ет собой электронный переключатель, который на врем  по влени  импульсов управл ющего сигнала подключает стимулирующие электроды 8 к усилителю 6 моолности и отключает стимулирующие электроды 8 от входа усилител  9 бнонотенциалев , а в отсутствии импульсов управл ющего сигнала подключает стимулирующие электроды 8 к усилителю 9 биопотенциалов и отключает стимулирующие электроды 8 от усилител  6 мощности. Из усилител  9 биопотенциалов вызванна  электромиограмма нервно-мышечных групп вызванной алектромиограммы во времени поступает на- вход триггера I Шмидта, с выхода к6

Claims (1)

1. торого на один из входов блока 12 сравне пн  поступает пр моугольный импульс, нормированный по амплитуде и передний фронт которого практически совпадает со временем по влени  вызванной электромнограммы нервно-мыщечных групп реципиента. На ьторой вход блока 12 сравнение с выхода триггера 14 Шмидта поступает пр моугольный импульс, нормированный по ампл туде , длительность которого равна времени существовани  интегрированной электромиограммы нервно-мыщечных групп донора, поступающей на вход триггера 14 Шмидта от интегратора 3. Блок 12 сравнени  служит Д.Г1Я временного сравнени  по влени  электромиоГраммы нервно-мышечных групп донора (программного сигнала) с по влением вызваЛюй электромиограммы нервно-мыщечных групп реципиента (первый и второй входы блока сравнени  ззггускаютс  передними фронтами пр моугольных импульсов , поступающих, соответ :твенно, от триггеров II и 14 Шмидта, и сигнал рассогласовани  служит дл  формирований импульса, нормированного по амплитуде, но длительность которого равна времени запаздывани  между по влением электромиограммы донора и по влением вызванной Электромиограммы реципиента,, то есть про порциональна уровню порога возбуждени  нервно-мыщечных групп реципиента (чем больще порог возбуждени  стимулируемых нервно-мыщечных групп реципиента, тем больше длительность импульса рассогласовани ). С вы.хода блока 2 сравнени , упом нутый выше импульс рассогласовани  поступает на один из входов блока 13 формировани  подпорогового уровн , на второй вход которого поступает пр моугольный нмпульс с выхода триггера 14 Шмидта. Блок формировани  подпорогового уровн  представл ет собой емкостной накопитель, с выхода которого на третий вход модул тора 4 поступает экспоненциально нараста ющий импульс (скорость нарастани  выби-. раетс  по минимуму болевых ощущений при стимул ции , но в то же врем  должна быть на пор док выше максимально возможной скорости нарастани  программного сигнала ), амплитуда которого пропорциональ; на длительности импульса рассогласовани , поступающего из блока 12 сравнени , а длительность определ етс  по влением заднего фронта импульса, поступающего от триггера 14 Шмидта. В результате на третий вход модул тора 4 из блока 13 поступает сигнал, уровень которого пропорционален уровню tiopora возбуждени  нервно-мыщечных групп реципиента, но не превыщает его, пр чем этот подпороговый уровень существу ет только во врем  по влени  программного сигнала, а на выходе модул тора 4 формируетс  управл ющийсигнал, по форме повтор ющий стимулирующий сигнал (на пример иашульсный сигнал), по амплитуде Пропорциональный величине среднего 4ййчени  электромиограмиы нервно-мышечных ifpynn донора (программному сигналу), и суммнрованный с уровнем, который близок к пороговому дл  нервно-мышечных групп реципиента, но не превышает его. Причем, суммирование осуществл етс  только во врем  существовани  программного сигнала . Таким образом, на нервно-мышечные группы рецнпиента управл ющий снгнал подаетс  не с нулевого урЬвн , а с уровн  к пороговому дл  нервно-мышечных групп рецнпиента, причем при изменении порога возбужденн  нервно-мышечных групп реципиента соответственно измен ютс  и подпороговый уровень Вследствне такого суммировани  сокращенн  мышц реципиента и донора лучше совпадают во временн , меньше отличаютс  по силе (или объему движени ), то есть движени  рецнпиента более соответствуют движени м донора (программе управлени ). Кроме того, управление двнжени ми становитс  адаптнвным , поскольку в процессе стимул ции амплитуда управл ющего сигнала, соответству  программе управлени  автоматически приспосабливаетс  (по порогу возбуждени ) под объект управлени . Введение в каждый канал устройства указанных новых элементов позвол ет э процессе стнмул ции подавать на нервномышечные группы рецнпиента управл юишй сигнал не с нулевого уровн , а с уроан , близкого к пороговому Дл  нервно-мыщечных групп рецнпиента, причец управл ющий снгнал, соответству  программе управлени , автоматнчески приспосабливаетс  (по порогу возбужденн ) под объект управлени . При помощи предлагаемого -устройства достигаетс  адаптивное бноэлектрнческое управление, при котором двнженн  реципиента в большей степени cooтвeтcтвyюf движени м донора (программе управле нн ). Формула изобретени  Многоканальное устройство адаптивного бноэлектри еского управлени  движенн ми человека, каждый канал которого содержит цепь стимул ции, состо щую ИЭ ОТВОДЯШ1ГХ ( от донора) электродов, подключенных 4feрез уснлнтель биопотенциалов к ннтеграто ру, модул тора, однн из входов которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к генератору стимулирующего снгнала ,. выход модул тора - ко входу усилител  мощности и стимулирующих (реципиента ) электродов, цепь обратной св зи, состо щую нз последовательно соединенных уснлнтел  бнопотенциалов и интегратора, блок разделени , однн нз входов которого подключен к выходу усилител  мощности, выход - к стимулирующим электродам, второй вход - также к стимулирующим электродам, второй выход - ко входу цепи обратной св зи, и блок сравнени , отли ающеес  тем, что, с целью повышенн  соответстви  движений реципиента заданной программе (напрнмер движени м донора), каждый канал содержит блок формированн  подпорогового уровн , однн нз входов которого подключен к выходу блока сравненн , а выход - к третьему входу модул тора , и два трнггера Шмидта, вход первого триггера Шмидта подключен к выходу ннтегратора цепи обратной св зи, выход - к первому входу блока сравнени , вход втоporq трнггера Шмндта подключен к выходу интегратора цепи стнмул ции, а выход - ко второму входу блока формировани  подпорогового уровн  и ко второму входу блока сравнени . Источннкн информации, прин тые во вннмание при экспертизе I. Моделирование в биологии и медицине . Вып. 2, Киев, 1966, с. 34-39 (прототип ).

   ХОт

   реципиенту реципиента