На сегодняшний день в реабилитации распространена методика обучения движению. Методика основана на процессе компенсации нарушенных функций организма. В результате нарушения или полной утраты каких-либо функций происходит компенсаторная перестройка, которая включает восстановление и замещение утраченных возможностей, а также изменение последних, что в свою очередь приводит к полному или частичному восстановлению. В процессе компенсации важную роль играет ЦНС. Изменяется характер связей и взаимодействия между периферической и центральной нервной системой. По мере отработки образующихся связей характер афферентации изменяется. Обучение представляет собой процесс, ассоциирующийся с практикой или прошлым опытом. Обучение происходит в несколько стадий: когнитивная, ассоциативная, и автономная.

Создание электромиографа, отображающего в режиме реального времени сигнал электромиограммы при выполнении пациентом реабилитационной терапии, позволит значительно ускорить процесс реабилитации и возращения человека к нормальному ритму жизни.

Потенциал покоя мембраны мышечного волокна составляет 80-90 мВ. При возбуждении нервной клетки в аксональном холмике возникает потенциал действия, который распространяется вдоль аксона. Распространение нервного импульса по аксону происходит за счет последовательной деполяризации мембраны с образованием потенциала действия со скоростью около 15-120 м/с. Длительность потенциала действия мышечного волокна– 3-5 мсек,. Поэтому максимальное число импульсов, которое может воспроизводить мышца, не превышает 200-250 импульсов в секунду [2].

Наименьшим мышечным элементом, сокращение которого может происходить под действием воли является двигательная единица. Волокна, образующие двигательные единицы лежат вдоль мышцы и активизируются синхронно. Суммарным результатом сокращения нескольких ДЕ мышц является ее механический отклик. Потенциал действия мышцы представляет собой суперпозицию всех потенциалов действий ДЕ, входящих в нее. Амплитуда биоэлектрического сигнала мышцы варьируется от 20 мкВ до 3 мВ. Достаточно широкая полоса значений обусловлена физиологическими особенностями каждого человека [3].

Поверхностная электромиограмма, регистрируемая с помощью поверхностных электродов, представляет собой суперпозицию всех сигналов мышц.

Основной спектр сигнала электромиограммы располагается в пределах от 10 до 500 Гц, но при реабилитации используется сигнал электромиограммы в диапазоне от 120 до 500 Гц [4]. Следовательно, верхней значимой границей ЭМГ сигнала примем 500 Гц.

Одним из важных этапов разработки является схемотехническая часть. Основное предназначение аналоговой части схемы заключается не только в регистрации, но и в первичной фильтрации и усилении сигнала. Для этого в схему добавлен инструментальный усилитель, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот и масштабирующий усилитель[5].

Рис.1 – Зарегистрированный сигнал электромиограммы

Рис.2 – Спектр сигнала электромиограммы

Полученный сигнал электромиограммы был отфильтрован в среде Matlab с помощью разработанных полосно-пропускающих фильтров.

Рисунок 3 показывает сигнал электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром.

Рис. 3 – Сигнал электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром

Рисунок 4 показывает спектр сигнала ЭМГ после фильтрации ППФ КИХ фильтром 395 порядка. Как видно из рисунка, фильтр срезал все частоты в полосе ниже 120 Гц.

Рис. 4 – Спектр сигнала электромиограммы после фильтрации ППФ КИХ фильтром

Разрабатываемая биотехническая система (БТС) относится к классу диагностических приборов. В основе работы лежит возникновение потенциалов на поверхности кожи при совершении мышечной активности. Обратная связь осуществляется врачом, контролирующим показания, поступающие на монитор в режиме реального времени. Потенциалы регистрируются поверхностными электродами. Затем снятые потенциалы отведений обрабатываются инструментальным усилителем, который подавляет синфазную помеху. Частота миограммы располагается в полосе частот от 1Гц до 500 Гц. Для удаления других частот используются фильтры высоких и низких частот. Сигнал проходит через фильтр высоких частот для удаления дрейф-изолинии[5]. Чтобы избежать эффекта, приводящего к наложению, неразличимости различных непрерывных сигналов при их дискретизации (алайзинг-эффекта), используется фильтр низких частот. Для восприятия микроконтроллером сигнала, амплитуду электромиографического сигнала можно увеличить с помощью масштабирующего усилителя и передать ее на вход АЦП. Питание блока ЭМГ осуществляется от источника опорного напряжения. В схему питания входит трансформатор, диодный мост, выполняющий роль выпрямителя тока и стабилизатор.