авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 ||

«Министерство образования и науки РФ Академия медико-технических наук РФ Технологический институт Южного федерального университета ОКБ “Ритм” ...»

-- [ Страница 7 ] --

Основной паттерн локомоторной программы ходьбы «запускается» сенсорной афферентацией от кожных и суставно-мышечных рецепторов. Таким образом, для активации спинального генератора, необходима афферентация от стопы (опора на стопы) и от крупных проприорецепторов (мышечных и сухожильных рецепторов бедра). Ходьба с BWS теоретически позволяет осуществить эту задачу [3].

Существует несколько вариантов электромеханических роботизированных механотренажеров, симулирующих ходьбу: по типу подвижных опор для стоп (Gait Trainer GT1, Haptic Walker, LokoHelp) и экзоскелетов (Lokomat, Auto Ambulator, ALEX). Многие из них являются экспериментальными. Наиболее широко используются тренажеры Lokomat и Gait Trainer GT1.

Включение в комплексные программы реабилитации роботизированных систем Lokomat (Hocoma, Швейцария) позволяет проводить пролонгированные тренировки пациентов, перенесших инсульт, при минимизации трудозатрат кинезотерапевтов ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, КЛИНИЧЕСКИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АППАРАТНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЫСОКОМУ УРОВНЮ НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДА И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО СТРЕССА [1]. Эта система состоит из беговой дорожки, над которой с помощью ремней закрепляется пациент, и робота, который помогает человеку двигаться. Локомат с помощью датчиков, закрепленных на теле пациента, анализирует уровень его активности, и эти данные отображаются на мониторе, видимом как пациенту, так и его инструктору. Это значительно повышает мотивацию больного, так как он непосредственно наблюдает улучшения в своем состоянии.

Тренажер GT1 — роботизированное устройство, обеспечивающее комплексное обучение ходьбе и коррекцию походки, предназначенное для реабилитации пациентов с нарушением моторной функции после инсульта, повреждения спинного мозга, травмы мозга [3]. Данный комплекс позволяет пациентам отрабатывать циклические движения, задействованные при ходьбе, а также контролировать горизонтальное и вертикальное перемещение центра массы. В основу конструкции заложена возможность совершения эллипсоидных движений каждой ногой, что позволяет обеспечить в процессе ходьбы пациента формирование жесткого соотношения фаз шага опоры к переносу как 40% к 60%, характерное для нормальной ходьбы. Это позволяет добиться наиболее правильного двигательного стереотипа с коррекцией асимметрии походки и нормализацией патологического паттерна ходьбы. Кроме того, в аппарате отсутствует жесткая фиксация таза и коленных суставов, что обеспечивает большую свободу движений [4].

Согласно полученным в настоящем исследовании данным, использование роботизированных механотренажеров наиболее рационально при соблюдении следующих правил: возможность реализации технических условий, соответствующее состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем (адекватность функциональных проб), наличие минимальной постуральной активности (возвозможность изометрической работы в мышцах проксимальнее перемещаемого сегмента (мышцы туловища, а особенно пояснично-крестцовой области и брюшной стенки), возможность осуществлять физическую активность мышц нижних конечностей (мышц бедра и голени, сгибателей и разгибателей стопы).

Так как ходьба — это движение, предусматривающее возможность выполнения работы мышцами с различными вариантами рекрутирования двигательной энергии, необходимы тренировки, последовательно включающие преимущественно следующие режимы мышечной работы: сначала изометрическое (удержание позы), затем изотоническое концентрическое (сгибание, разгибание), затем изотоническое эксцентрическое (удлинение при удержании массы). Также рационально использование роботизированного механотренажера при наличии афферентного пареза и атаксии в связи с наличием значительной афферентации от стопы и крупных проприорецепторов бедра, которая «запускает» основной паттерн локомоторной программы ходьбы за счет обратной связи между этой сенсорной импульсацией и спинальным генератором. Выполнение этих условий с помощью роботизированного тренажера позволяет начинать совершенствовать такие сложные ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ДЛЯ МОЛОДЁЖИ – СТРЕСС- функции, как ходьба, при еще сохраняющемся неврологическом дефиците (парез) [3].

Таким образом, необходимость восстановления двигательных функций больных после инсульта требует совершенствования и широкого внедрения методов реабилитации в практическое здравоохранение, разработки новых реабилитационных стандартов и протоколов лечения.

1. Даминов, В.Д. Современные методологические подходы к реабилитации больных неврологического профиля. [Электронный ресурс] – Режим доступа:

http://www.pirogov.gs-studio.ru/infoclinic/196/167/, свободный. - Загл. с экрана.

2. Иванова, Г.Е. Восстановительное лечение больных с инсультом. Российский медицинский журнал 2002;

1: 48—50.

3. Скворцова, В.И., Иванова, Г.Е, Румянцева, Н.А. Современный подход к восстановлению ходьбы у больных в остром периоде церебрального инсульта.

Журнал неврологии и психиатрии 2010;

4: 25—30.

4.Даминов, В.Д. Принципы организации высокотехнологичной нейрореабилитации на стационарном этапе. [Электронный ресурс] – Режим доступа:

http://www.pirogov.gs-studio.ru/infoclinic/196/167/, свободный. - Загл. с экрана.

ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПО ХАРАКТЕРУ ПОСТУРАЛЬНЫХ МИКРОДВИЖЕНИЙ Холмогорова Н.В. 1,2, Кручинин П.А. 1,3, Слива С.С. 1, 1МГПП, 2МПГУ, 3МГУ М.В.Ломоносова г. Москва, 4 ЗАО ОКБ «Ритм» г. Таганрог Изменение функционального состояния, как правило, находят свое отражения в характере двигательной активности человека. Постуральные изменения, связанные с развитием утомления и эмоционального возбуждения описаны в работах отечественных и зарубежных авторов. Хорошо известны нарушения моторики, вызванные длительным удержанием статической позы у операторов АЭС, программистов, диспетчеров железнодорожного транспорта и авиалиний, а также целого ряда людей других профессий и учащихся всех ступеней образования. В последнее время для оценки функционального состояния человека все чаще используются стабилографические методики, в которых обследуемый выполняет ряд тестов, стоя на стабилометрической платформе. Несмотря на продемонстрированную во многих работах чувствительность этого метода, он не свободен от ряда недостатков. В частности, исследование функционального ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, КЛИНИЧЕСКИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АППАРАТНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЫСОКОМУ УРОВНЮ НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДА И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО СТРЕССА состояния человека с помощью классической стабилографии требует прекращения текущей деятельности, вставания на стабилограф и т.д. Это исключает непрерывный контроль состояния человека-оператора в процессе работы или учащегося в процессе обучения и отвлекает их от текущих задач. Поэтому актуальной является задача разработки неинвазивной оценки функционального состояния сидящего в привычной позе человека.

Для решения поставленной задачи МГППУ совместно с ЗАО ОКБ «Ритм» был разработан аппаратно-программный комплекс (АПК) с силомоментным очувствлением «Многофункциональное кресло». Существенным признаком данного АПК является то, что он позволяет одновременно регистрировать постуральные микродвижения (смещения) различных частей тела человека с помощью датчиков, расположенных в сиденье, спинке и подлокотниках кресла, под ногами и под кистями рук на рабочем месте. Чувствительные элементы силомоментных датчиков «Многофункционального кресла» приближены к источникам волн, что позволяет получать достоверные сведения об этих волновых процессах, снижает искажения, вызванные особенностями прохождения волны через анизотропную среду и, тем самым, позволяет анализировать динамику источника возбуждения.

Дополнительные физиологические каналы обеспечивают регистрацию вегетативных показателей: КГР, частоты дыхания и кардиоритма.

У здорового человека при стоянии на силовой платформе включаются синергии, компенсирующие дыхательные движения за счет противофазных изменений угла в голеностопном суставе. В сидячем положении эта синергия не работает, поэтому в сигналах с «Многофункционального кресла», наряду с составляющими, обусловленными системой регуляции движений, можно выделить компоненты, связанные с дыханием и сердечным ритмом. Естественно, что для анализа сигналов силомоментных датчиков данного АПК нельзя автоматически применить алгоритмы обработки сигналов, разработанные для стабилографических проб.

Основным методом обработки показаний датчиков «Многокомпонентного кресла» явился спектральный анализ. Оценки спектральной плотности мощности сигналов были получены в пакете MATLAB с использованием непараметрического метода Велча. Для вычислений выбирались интервалы времени, протяженность которых превышала 60 с при частоте опроса датчиков 50 Гц.

Для усиления доли мышечных составляющих, обусловленных системой управления движением, в интегративном по своей природе сигнале силомоментных датчиков, в исследованиях были использованы пробы с дозированной статической работой. Статическая работа, совершаемая обследуемым, заключалась в удержании грузов различной массы (от 1,5 до 5,5кг) в правой (ведущей) руке, опирающейся локтем на неподвижную опору подлокотник с вмонтированным трехкомпонентным силомоментным датчиком. Груз удерживался в руке до начала развития утомления (2- 4 мин). В исследовании приняли участие 60 добровольцев в возрасте 18-60 лет с различным функциональным состоянием. Все обследованные условно могли быть разделены на ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ДЛЯ МОЛОДЁЖИ – СТРЕСС- три группы. Первую составили люди в активном функциональном состоянии без элементов утомления и стресса, вторую - пациенты с высоким нервным напряжением, обусловленным интенсивностью учебной или трудовой деятельности, а третью - родители, патронирующие детей с психоневрологическими нарушениями.

Результаты обработки и анализа сигналов датчиков «Многофункционального кресла» показали, что они включают составляющие, порожденные дыханием и сердечными сокращениями и имеют многочастотный характер. Спектр сигнала содержит значительные составляющие кратные частотам дыхания и сердечных сокращений. Это объясняется тем, что у здорового человека характер дыхательных движений и микродвижений, вызванных сердечными сокращениями, является почти периодическим, но не синусоидальным. Локальные максимумы, характерные соответствующие частотам дыхания лежат в диапазоне частот 0,1-0,6 Гц. Спектр сигнала может содержать значительные составляющие двух или трех кратные частотам дыхательного ритма. Локальные максимумы, соответствующие частотам кардиоритма - fс наблюдаются в диапазоне частот 0,8-3,0 Гц. Сигналы, порожденные сердечными сокращениями, в большей степени, чем дыхательные движения, являются периодическими, но не синусоидальными. В связи с этим характерным признаком частоты кардиоритма следует считать значительные локальные максимумы на частотах кратных частоте fс - 2fс, 3fс, 4fс..., nfс... (n – натуральное) в показаниях всех силоизмерительных датчиков.

Исключение характерных составляющих дыхательного и сердечного ритмов позволило выделить составляющие колебаний, вызванные напряжением мышц руки при удержании груза. Для условно здоровых взрослых обследуемых было выделено два поддиапазона частотного спектра. К первому отнесены колебания с «низкими»

частотами от 1,5 до 4,0 Гц, характерные для нагруженной руки. У всех испытуемых они проявлялись практически сразу после нагружения руки. Частоты этих колебаний достоверно возрастали с увеличением массы груза. В этом отношении они были аналогичны «механическим» колебаниям груза на пружине. Ко второму поддиапазону относились колебания с частотами от 4 до 12 Гц. При статической нагрузке эти колебания проявлялись не у всех обследованных. Частота ритмических осцилляций носила индивидуальный характер. У людей с усиленной рабочей или учебной нагрузкой в пробах со статической нагрузкой она смешалась в сторону 8- Гц. Ритмичные механические осцилляции проявлялись по мере развития утомления. Они были зарегистрированы не только датчиками под нагруженной рукой, но и под другими частями тела. У родителей, патронирующих детей с психоневрологическими нарушениями ритмические механические осцилляции частотой 7-8 Гц наблюдались как во время, так и после выполнения статической работы.

Таким образом, созданный АПК с силомоментным очувствлением является перспективным с точки зрения диагностики изменений функционального состояния человека.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, КЛИНИЧЕСКИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АППАРАТНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЫСОКОМУ УРОВНЮ НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДА И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО СТРЕССА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ДЛЯ ОЦЕНКИ СТРЕССОВОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Калакутский Л.И., Федотов А.А.

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.

Королева Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) широко применяется для оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека, определения общей активности нейрогуморальной регуляции сердца, баланса активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, а также для оценки стрессового состояния человека [1-3].

Диагностические системы определения параметров сердечного ритма включают в себя измерительный преобразователь, с помощью которого параметры физического процесса преобразуются в электрический сигнал, последующая обработка которого, приводит к формированию диагностического показателя.

В настоящее время в большинстве диагностических систем, основанных на анализе параметров сердечного ритма, в качестве исследуемого физиологического процесса используются биоэлектрическая активность сердца, а также периферическая артериальная пульсация крови [1].

Одним из перспективных подходов к выявлению новых диагностических признаков сердечного ритма в системах контроля и оценки стрессового состояния человека является совместная регистрация и комплексная обработка двух биосигналов на основе исследования временных последовательностей R-R интервалов ЭКГ сигнала и межпульсовых интервалов артериального пульса.

Для осуществления данного подхода, необходимо разработать двухканальный измерительный преобразователь параметров сердечного ритма, позволяющий проводить одновременную регистрацию биосигналов.

На рисунке 1 приведена структурная схема двухканального измерительного преобразователя параметров сердечного ритма.

ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ДЛЯ МОЛОДЁЖИ – СТРЕСС- Рисунок 1 Структурная схема двухканального измерительного преобразователя параметров сердечного ритма:

МК – микроконтроллер;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

УТ – усилитель тока;

СД – светодиод;

ФД – фотодиод;

ПТН – преобразователь тока в напряжение;

УПН1, УПН2 – регулируемый усилитель переменного напряжения;

УПН3 – усилитель переменного напряжения СДт – синхронный детектор;

ИУ – инструментальный усилитель;

ДНЭ – драйвер нейтрального электрода.

Первый канал представляет собой устройство регистрации сигнала периферической артериальной пульсации на основе метода пальцевой фотоплетизмографии [4]. Второй канал измерительного преобразователя осуществляет регистрацию ЭКГ сигнала в одном из стандартных отведений.

Излучатель пальцевого датчика первого канала измерительного преобразователя содержит инфракрасный светодиод (СД), питаемый импульсами тока, которые формируются в микроконтроллере (МК) и усиливаются усилителем тока (УТ).


Прошедшее сквозь биологические ткани пальца, излучение поступает на фотоприемник датчика (ФД). Полученный фототок преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток – напряжение (ПТН) и усиливается регулируемым усилителем переменного напряжения (УПН1), коэффициент усиления которого устанавливается МК. Основное назначение УПН1 заключается в согласовании динамического диапазона аналогового тракта обработки сигнала с динамическим ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, КЛИНИЧЕСКИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АППАРАТНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЫСОКОМУ УРОВНЮ НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДА И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО СТРЕССА диапазоном фототока, который, в свою очередь, определяется индивидуальными особенностями оптических свойств тканей пациента. Усиленный импульсный сигнал поступает на синхронный демодулятор (СДт), где происходит выделение напряжения, пропорционального сигналу артериальной пульсации. Полученное напряжение, пропорциональное коэффициенту пропускания биологических тканей, поступает на УПН2, который обеспечивает согласование с динамическим диапазоном аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера, и далее поступает на АЦП МК. После преобразования в цифровую форму МК осуществляет цифровую фильтрацию и обработку полученных сигналов.

Сигнал биоэлектрической активности сердца поступает с электродов, размещенных на теле пациента, на инструментальный усилитель (ИУ), обеспечивающий подавление синфазной составляющей помехи, а также предварительное усиление сигнала. Синфазная составляющая помехи подается на драйвер нейтрального электрода (ДНЭ), и далее в противофазе на нейтральный электрод, что позволяет существенно снизить помеху от сети переменного тока.

Сигнал с выхода ИУ поступает на усилитель переменного напряжения (УПН3), где производится усиление ЭКГ сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы блока АЦП.

Дальнейшая обработка сигналов включает в себя различные этапы цифровой фильтрации для устранения шумов и помех, главным образом, вызванных влиянием электрической сети и различных артефактов биологической природы.

К особенностям схемотехнического построения предлагаемого измерительного преобразователя параметров сердечного ритма относится:

1) применение импульсного питания светодиодов (с частотой порядка нескольких кГц), что позволяет снизить действие фоновой засветки, 2) использование синхронного детектирования для выделения полезного сигнала артериальной пульсации, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум, 3) применение усилителей с автоматической регулировкой усиления, что позволяет согласовать динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя с широким диапазоном изменения полезного сигнала, обусловленного индивидуальными особенностями оптических свойств тканей человека, 4) использование бланкирования входных цепей усилителей переменного напряжения, что позволяет значительно сократить время переходных процессов в фильтрах верхних частот, возникающих, в частотности, при резких изменениях амплитуды сигнала, из-за артефактов движения, 5) применение активного блока подавления синфазных электрических помех на основе отрицательной обратной связи.

Двухканальный измерительный преобразователь параметров сердечного ритма реализован на современных микросхемах операционных усилителей AD822, ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ДЛЯ МОЛОДЁЖИ – СТРЕСС- микроконтроллере ATMega 8, обеспечивает передачу данных в персональный компьютер в реальном времени посредством интерфейса USB.

1. Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use [Текст] // Circulation. – 1996. – Vol. 93 (5). – p. 1043-1065.

2. Баевский, Р.М. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения [Текст] / Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов.- М.:

Медицина, 2000. – 295с.

3. Pomeranz, B. Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis [Текст] / B. Pomeranz, R. J. Macaulay, M. A. Caudill et al //Am. J. Physiol. – 1985. – Vol. 248. – p. 151-153.

4. Калакутский, Л.И. Аппаратура и методы клинического мониторинга: Учебное пособие [Текст] / Л.И. Калакутский, Э.С. Манелис. – Самара: СГАУ, 1999 – 160 с.

Научное издание Всероссийская научная школа для молодежи Нейробиология и новые подходы к искусственному интеллекту и науке о мозге Тезисы трудов Ответственный за выпуск Вишневецкий В.Ю.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.