93248 (681277), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При искусственном управлении движениями на основе биоэлектростимуляции мышц нужно, во-первых, обеспечить отведение ЭМГ мышц, участвующих в программном движении, и, во-вторых, провести обработку отведенных миопотенциалов, в результате которой они были бы превращены в сигналы управления электростимуляцией мышц.

Успешная реализация системы биоэлектрического управления движениями связана прежде всего с вопросом о выборе мест отведения командных сигналов. Поиски таких мест продиктованы стремлением получить наиболее выгодное соотношение сигнал/шум. Первостепенное значение приобретает вопрос о выборе тех мест отведения сигналов, которые обеспечивают получение информации, наиболее полно отражающей структуру произвольного движения.

Согласно современным представлениям, управление движениями человека и животных осуществляется многоуровневой иерархически организованной системой. Остановимся на возможности использования нервных команд, поступающих к мышцам при произвольных движениях, для целей управления.

Известно, что наряду с моторной зоной коры, дающей начало пирамидной системе, важную роль в формировании произвольных движений играют и другие корковые поля, отделы ЦНС, объединяемые обычно в экстрапирамидную систему. Уже по этой причине нельзя считать, что существует одна, строго локализованная область, ответственная за инициацию первичных двигательных команд. Далее полагают, что начальные двигательные команды содержат лишь самые главные характеристики будущего движения («скелет движения»), пополняющиеся необходимыми деталями по мере включения в деятельность других нервных центров - базальных ганглиев, ядерных структур мозгового ствола, ретикулярной формации, мозжечка. По этим причинам, а также в связи с техническими трудностями отведения и выделения из электроэнцефалограммы информации, относящейся к произвольным движениям, в настоящее время не представляется возможным использовать сигналы нервных структур, ответственных за инициацию движения.

Можно использовать нервные команды произвольных движений, отводя соответствующую электрическую активность не в ЦНС, а на периферии. Так, вполне доступно отведение сформированных двигательных команд от двигательных нервов, которые являются выходом ЦНС. В этом случае мы воспринимаем сигналы, прошедшие все этапы формирования. Однако и здесь возникают существенные трудности. Во-первых, периферические нервы являются обычно смешанными, включающими волокна двигательных и чувствительных нервных клеток. Поэтому при отведении такой активности мы будем иметь дело не только с двигательными командами, но и с сенсорными сигналами (эфферентные и афферентные команды). Во-вторых, суммарная электрическая активность нервного ствола обычно содержит эфферентные команды, адресованные не к одной, а к нескольким мышцам.

В силу приведенных соображений наиболее удобным оказывается отведение двигательных команд непосредственно от мышцы. В этом случае регистрируемая активность имеет достаточно точный адрес, она прошла все уровни формирования. Технически значительно проще и надежнее отводить импульсы от мышцы, чем от нерва. Наконец, амплитуда миограммы при используемых на человеке приемах отведения больше, чем амплитуда нейрограммы. Речь идет не об отведении электрической активности отдельной двигательной единицы (ДЕ), которая в силу ряда причин не может служить характеристикой активности всей мышцы и избирательное отведение от которой представляется сравнительно сложной задачей, а об отведении интерференционной ЭМГ поверхностными электродами, которая обусловлена сложением множества случайных некогерентных потенциалов отдельных ДЕ. В этом случае производится измерение некоторой функции от общего числа возбужденных в данный момент времени ДЕ. Такая интерференционная ЭМГ дает возможность участие мышц в различных движениях, последовательность их включения и выключения, интегральный уровень возбуждения, соотношение активности мышц в разные периоды формирования двигательных навыков и т. д. Таким образом, для задач биоэлектрического управления движениями отведение ЭМГ поверхностными электродами оказалось наиболее удобным.

При поверхностном отведении электроды располагаются на поверхности кожи тела, измеряя тем самым разность потенциалов между точками электрического поля, образованного на поверхности активностью генераторов, находящихся в глубине ткани. Изменение величины потенциалов в зависимости от удаления электродов от источника колебаний подчиняется общим законам проведения. Потенциала в объемном проводнике. Например, при удалении от источника на 0,36 мм амплитуда потенциала ДЕ уменьшается в 10 раз.

Поверхностные электроды характеризуются большей поверхностью отведения, удобны в изготовлении и эксплуатации и не травмируют пациента. В простейшем случае такой электрод состоит из двух металлических неполяризующихся дисков (например, из серебра, покрытого слоем хлористого серебра), укрепленных на некотором расстоянии друг от друга на одной изолирующей основе. Крепят такие электроды над так называемой двигательной точкой мышцы с помощью резиновых ремней или лейкопластыря. Для уменьшения сопротивления между электродами и кожей применяются различные электропроводимые пасты и растворы.

При электростимуляции с помощью поверхностных электродов различают стимуляцию «мышечную» и «нервную» (прямую и непрямую). Такое разделение условно, поскольку по мере увеличения интенсивности стимула наступает сначала возбуждение афферентных нервных волокон, а затем эфферентных, которые в свою очередь возбуждают мышцы. Порог возбуждения непосредственно мышечной ткани при этом обычно не достигается. Условно можно считать, что мы имеем дело с мышечной стимуляцией, когда раздражают двигательные точки мышц, имеющие минимальные пороги возбуждения (при этом можно возбуждать отдельные мышцы), и с нервной стимуляцией, когда электрод на коже располагают над нервным стволом (при этом часто стимулируются целые группы мышц, иннервируемые данным нервом, что не всегда необходимо).

Для сокращения мышцы активный электрод располагают на точке, помещающейся примерно на середине мышечного брюшка. Считается, что этот участок соответствует зоне разветвления нервных ветвей, идущих в глубину мышцы, либо области наиболее поверхностного расположения нервных волокон.

При стимуляции мелких мышц активный электрод располагают непосредственно над двигательной точкой данной мышцы. На крупных мышцах голени, бедра и т. п. электроды часто располагают ближе к области перехода мышцы в сухожилие (в силу анатомических особенностей этих мышц, в частности характера развития подкожной клетчатки).

В процессе сокращения мышцы двигательная точка (точнее, двигательная область) может смещаться, в связи с чем, возникает проблема поддержания локализации электрода над двигательной областью. Размеры двигательной области определяют размеры, форму электродов и требования к их креплению на конечности человека. Известно, что различные мышцы имеют разную относительную локализацию двигательной области. Практически протяженность двигательной области можно ограничить областью расположения электродов, в пределах которой момент развиваемой мышцами силы падает не более чем, например, до 50% максимальной величины момента.

Размеры применяемых электродов зависят от того, что необходимо стимулировать - нерв или мышцу. В первом случае площадь электродов меньше. В некоторых случаях применение больших электродов нецелесообразно, поскольку они могут инициировать двигательные области разных мышц, одновременная стимуляция которых может оказаться нежелательной. В то же время иногда необходима и одновременная стимуляция группы мышц-синергистов (например, для коррекции разгибания в коленном суставе).

В мышцах с параллельными волокнами нервно-мышечные окончания образуют зону максимальной плотности иннервации, расположенную поперек мышцы, в двуперистых и других сложно устроенных мышцах эта зона может иметь другую форму. В некоторых мышцах имеются две зоны иннервации и более в связи с тем, что он» состоят из относительно коротких мышечных волокон, оканчивающихся в пределах мышцы.

На основании только общих сведений об анатомическом строении различных мышц трудно определить необходимые размеры и форму стимулирующих электродов. Какая норма и размеры электродов позволят получить максимальный момент силы в пределах «комфортной зоны» (при отсутствии интенсивных отрицательных субъективных ощущений)? Однозначного ответа на этот вопрос нет.

Для регистрации ЭМГ картины движения электроды укрепляются над соответствующими мышцами. Как при отведении миограммы донорных мышц, так и при стимуляции мышц реципиента необходимо строго учитывать топографо-анатомические взаимоотношения мышц, чтобы направленно воздействовать на них. Для сохранения постоянства межэлектродного расстояния электроды можно закреплять в специальной станине. Для уменьшения сопротивления между кожей и электродом используется электродная смазка, которая также уменьшает поляризацию электродов из-за продолжительного соприкосновения с потом кожи. Электроды укрепляются на коже с помощью лейкопластыря или резинового бинта, который обеспечивает плотный контакт их с кожей.

Можно применять биполярное отведение от двигательных мышечных точек. При поиске зон отведения ЭМГ руководствовались в основном соответствующими рисунками-схемами двигательных точек Эрба, описанными в литературе и используемыми для электродиагностики. Естественно, такие схемы не могут учесть все индивидуальные особенности колебаний топографии таких точек, что требует в ряде случаев дополнительного их поиска (как у донора, так особенно у реципиента). Формы и размеры электродов, накладываемых на реципиента, варьировали в зависимости от величины и формы проекции возбуждаемых мышц на поверхность. Изучалась зависимость эффекта сокращения мышц от формы и размеров электродов. Наблюдения показали, что отводить ЭМГ лучше с помощью небольших по площади и тонких электродов, которые на всем протяжении плотно прилегают к коже. Использовались электроды различной формы - квадратные, круглые, треугольные к прямоугольные различных размеров. Так, на мышцы сгибателей и разгибателей кисти накладывались квадратные и круглые электроды, на мышцы плеча - прямоугольные и треугольные.

Площадь электродов для подачи сигналов управления на мышцы реципиента должна находиться в определенном соответствии с размером мышцы. Однако при слишком малой площади электродов увеличивается плотность тока на их поверхности, что может вызвать неприятные ощущения у реципиента. В ряде случаев при необходимости стимулирования мелких мышц используют подвижный электрод-валик. Польские исследователи для возбуждения применяли изофильные электроды, подобранные по форме мышечного брюшка.

Следует помнить, что на величину амплитуды отводимой ЭМГ значительное влияние оказывают площадь отведения и межэлектродное расстояние. Чем больше площадь электродов и межэлектродное расстояние, тем больше амплитуда регистрируемой активности, но при этом также возрастает величина помех (как внешних - от линий переменного тока, так и от активности соседних мышц). Поэтому вопрос о выборе оптимального расстояния между электродами в каждом конкретном случае решается индивидуально. По нашему опыту, для отведения ЭМГ от большинства мышц рекомендуемое расстояние между электродами миодатчика обычно составляло около 4 см.

Для датчика ЭМГ предпочтительнее использовать биполярное отведение. Третий электрод - заземленный, по площади обычно в несколько раз превышает площадь потенциальных электродов. Для обеспечения режекции синфазных шумовых сигналов его располагают либо посередине между остальными двумя и соединяют с корпусом усилителя либо в «нейтральной» (не загруженной функционально во время стимуляции) области. Например, при наложении потенциальных отводящих электродов на мышцы предплечья земляной электрод располагают в области запястья. В этом случае заземленный электрод может быть выполнен в виде гибкой пластины из свинца, охватывающей запястье.

При выделении биоэлектрических потенциалов важно знать межэлектродное сопротивление. Это сопротивление в значительной мере определяется состоянием кожи, способом ее обработки, площадью электродов и межэлектродным расстоянием.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.

2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с..

3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.

4. Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина - Мн.: Медицина 2002. - 140с.

Характеристики

Список файлов реферата