» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Май, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №5 (14) 2018

Автор: Бычкова Ирина Дмитриевна, студентка второго курса магистратуры
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Разработка миографического канала обратной связи для магнитотерапевтического аппарата

Статья просмотрена: 1420 раз
Дата публикации: 25.04.2018

УДК 617-7

РАЗРАБОТКА МИОГРАФИЧЕСКОГО КАНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО АППАРАТА

Бычкова Ирина Дмитриевна

студентка второго курса магистратуры

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана, г.Москва

 

Аннотация. В данной статье выделяется актуальность исследования в сфере реабилитации пациетов с помощью магнитного поля. Выполнен обзор аналогов магнитотерапевтической аппаратуры, литературный обзор в области миографии с целью выявления контролируемых параметров. Представлено описание принципа работы миографического канала, его структурная схема и электрическая принципиальная схема.

Ключевые слова: реабилитация пациентов, магнитотерапия, миография, канал обратной связи.

 

Актуальность проблемы

Магнитотерапия (лечение с помощью магнитного поля) – один из методов физиотерапии. МТ широко используется в физиокабинетах поликлиник, больниц, санаториев и других лечебно-профилактических учреждениях [4].

Заболевания, для лечения которых применяется МТ, очень распространены в России. В частности, количество травм опорно-двигательного аппарата (переломы костей, раны, ушибы, гематомы, повреждение связок и мышц, гипотрофия мышц после длительной гиподинамии), зарегистрированных за 2016 год превышает 90%. Это говорит о том, что более чем у 90% процентов населения России была травма той или иной тяжести.

Значительную долю травматизма составляет травма опорно-двигательного аппарата у спортсменов. МТ часто применяют в спортивной медицине (при ушибах и растяжениях, особенно при сопутствующем отеке тканей).  По статистике, спортивная травма составляет около 2–5% от общего травматизма. 

При травмах опорно-двигательного аппарата применяется низкочастотная МТ. Аппарат магнитотерапии создает импульсно электромагнитное поле, обладающее биоадекватными параметрами:

 -          частоты от 0,5 до 12,5 Гц;

-           синхронизация с пульсовым кровенаполнением тканей;

-           индукция в области интереса 1…3 мТл;

 -          равномерное распределение поля по всей области интереса.

Электромиографический канал обратной связи позволит анализировать состояние тканей в течении всего процесса реабилитации.

Обзор мирового рынка МТ аппаратуры

Был проведен обзор рынка магнитотерапевтической аппаратуры и проведен сравнительный анализ рассматриваемых аппаратов.

В таблице 1 представлена сравнительная характеристика рассмотренных приборов.

Таблица 1. Сравнительная характеристика аппаратов МТ

На мировом рынке магнитотерапевтической аппаратуры наиболее широко представлены аппараты отечественного производителя «ЕЛАМЕД». Данный производитель на рынке 36 лет и является одним из лидеров на рынке России по производству препаратов для магнитотерапии.  Аппараты «Еламед» представляют на рынке стационарные установки и аппараты для домашнего использования. Технические характеристики рассматриваемых приборов таких как: Диамаг, Алмаг-02 почти не отличаются, однако прибор Алмаг-02 имеет большое количество программ для проведения магнитотерапии, что позволяет расширить спектр областей применения аппарата.

Самым легким и простым для самостоятельного использования является аппарат АМТ «ВЕГА ПЛЮС», также он имеет большую площадь воздействия, что увеличивает эффективность его использования. Этот аппарат является достаточно новым на рынке электромагнитной аппаратуры, производится с 2015 года. Основным преимуществом является небольшой вес устройства.

Также на рынке представлен аппарат Magnetopulsar HF. Этот аппарат производится в Словении. Его также можно использовать в домашних условиях, однако он является недостаточно мощным, что приводит к необходимости увеличения срока его использования. Одним из главных достоинств является возможность использовать одновременно для двух пациентов.

По результатам выполненного обзора можно сделать вывод, что на рынке представлено большое разнообразие аппаратов МТ, все они имеют свои достоинства и недостатки, но ни один из существующих приборов не дает нам возможность оценить эффект от проведенных процедур МТ, так как не имеют блока обратной связи.

Литературный обзор в области миографии

ЭМГ – полимодальный метод исследования метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека и животных при возбуждении

Поверхностная электромиография является неинвазивным методом исследования, который позволяет анализировать суммарную биоэлектрическую активность мышц, находящихся в покое и в напряжении, с помощью отведения биоэлектрической активности поверхностными электродами, установленными на кожу над двигательной точкой мышцы. Данный метод дает возможность провести исследования нескольких мышц одновременно.

При тоническом напряжении мышцы (удерживание небольшого груза) работают в основном медленные (тонические) ДЕ. При максимальном произвольном сокращении дополнительно начинают работать быстрые (физические) ДЕ.

Для каждой мышцы в заданном промежутке времени анализируют различные показатели поверхностной ЭМГ:

1.                  А- средняя амплитуда;

2.                  F_m- медианная частота спектра;

3.                  Fдельта- эффективная частота спектра.

На рисунке 2 представлены графики рассчитываемых параметров, для наглядного анализа состояния мышц [1].

Рисунок 2. Изменение средней амплитуды (а), медианной частоты (б), и эффективной ширины спектра (в) в зависимости от времени для ЭМГ- сигнала мышцы, в норме (черная линия интерполяции) и при патологии (серая линия интерполяции)

Анализируя данные графики, мы можем видеть, что:

-                     Медианная частота характеризуется наименьшим значениями в норме, а при патологии мышц частота для ЭМГ возрастает.

-                     Верхняя граничная частота, соответствующая норме, находится в более низком диапазоне чем для мышц с патологией.

-                     Эффективная ширина спектра для мышц в норме достигает меньших значений чем для мышц с патологией. При этом увеличение эффективной ширины спектра в случае патологического процесса обусловлено прежде всего ростом верхней граничной частоты при неизменной нижней граничной частоте. Это объясняется согласованной работой всех двигательных единиц, входящих в состав мышцы, при ее нормальном состоянии по сравнению с процессами десинхронизации при патологии.

Таким образом, на основании получаемых при миографии данных, мы можем делать вывод о состоянии мышц пациента на протяжении всего процесса реабилитации аппаратом магнитотерапии.

Описание принципа работы аппарата МТ с блоком обратной связи

На рисунке 3 представлена схема разрабатываемой биотехнической системы (БТС) для магнитотерапии.

Рисунок 3. Схема БТС магнитотерапии с блоком обратной связи.

На рисунке 3 видно, что блок воздействия МП на биообъект управляется посредством изменения напряжения на блоке питания, изменение контролируется через блок формирования МП. Блок формирования скоммутирован с блоком цифровой обработки и управления, вся информация с блока управления выводиться на монитор, который в свою очередь выводит всю не обходимую информацию для лечащего врача, такую как: длительность процедуры, параметры МП в текущий момент, а также миографические параметры БО.

На блок управления в свою очередь приходят данные от блока анализа миографических параметров биообъекта, в данном блоке происходит первичный анализ и фильтрация миографического сигнала. Отфильтрованный и обработанный сигнал приходит в блок управления и также выводиться на монитор, чтобы врач мог их контролировать в реальном времени параметры МП. Данные поступают через блок, обратной связи который представляет собой миографический датчик, данный датчик закреплен на биообъекте, и считывает изменения параметров напряжения и частоты прошедшего через биообъект тока. Ток подаётся через генератор тока и управляется при помощи блока управления.

На рисунке 4 представлена структурная схема миографического канала обратной связи.

Рисунок 4. Структурная схема миографического канала обратной связи.

Данный канал обратной связи состоит из следующих блоков:

1.         Электроды (три металлических электрода, один референсный и два регистрирующих). Они регистрируют суммарные электрические импульсы от многих мышечных волокон, находящихся рядом;

2.         Блок усиления и фильтрации сигнала. В данный блок входят такие компоненты как: инструментальный усилитель с коэффициентом усиление равным 5 (ИУ AD620 производства компании Analog Devices), фильтр нижних частот с частотой среза 1000 Гц и фильтр верхних частот с частотой среза 20 Гц;

3.         Масштабирующий усилитель (AD8293G производства компании Analog Devices);

4.         Микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем (выбран микроконтроллер PIC16F873A);

5.         Блок управления. В роли данного блока выступает сенсорный экран.

Для реализации данной структурной схемы балы разработана электрическая принципиальная схема. Данная схема представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Электрическая принципиальная схема миографического канала обратной связи.

По данной схеме может быть реализован макет миографического канала, для проведения испытаний, посредством зарегистрированных им данных. Далее необходимо разработать алгоритм фильтрации данных получаемых с канала обратной связи, проанализировать корректность получаемых данных и встроить полученный канал в аппарат магнитотерапии для реализации планируемой БТС.

Выводы

Таким образом, Система реабилитации со встроенный блоком обратной свази, функционирующий, посредством электромиографии, позволит врачу:

1.                  Отслеживать состояние тканей пациента;

2.                  Оптимизировать и ускорить процесс реабилитации;

3.                  Позволит вовремя выявлять необходимость внесения корректировок в процесс реабилитации.

Заключение

В рамках данной статьи была доказана актуальность модернизации аппаратов магнитотерапии путем внедрения в них миографического канала, для получения обратной связи. Также был проведен обзор аналогов в области магнитотерапии и обзор литературы в области миографии. Описаны основные функции миографического канала, его структурная схема и электрическая принципиальная схема.

 

Список литературы:

1. Илясов Л.В. Биомедицинская измерительная техника. М.: Высшая школа 2007, 175 с.
2. Касаткина Л.Ф., Гильванова О.В. Электромиографические методы исследования в диагностике нервно-мышечных заболеваний. Игольчатая электромиография. М.: Медика, 2010. 416 с.
3. Калакутский Л.И., Манелис Э.С. Аппаратура и методы клинического мониторинга. М.: Высшая школа, 2009. 152 с.
4. Кузнецов А.И. Биофизика электромагнитный воздействий. М.: Энергоатомиздат, 2012. 200 с.
5. Заболеваемость населения РФ по основным классам болезни: сайт Федеральной службы государственной статистики. [Электронный ресурс]. 2015. Дата обновления: 05.10.2015. URL: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/healthcare/# (дата обращения: 05.11.2016).



Комментарии:

Ксенофонтов Михаил Анатольевич 3-03-2020, 18:12

Статья полезная. ∆ает необходимый контроль за воздействием на организм. Однако аппараты для магнитотерапии безнадежно устарели (используют магнитное поле промышленной частоты, хотя уже известна в разы большая эффективность магнитного поля звуковой частоты: патенты№№ 651818, 789119, 862958.Было бы весьма интересно увидеть новую статью автора с сравнительными результатами при воздействии полей помышленной и звуковой частоты. Академик АМТН Ксенофонтов.

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: