Петрунина Елена Валерьевна, кандидат технических наук, доцент
ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023
Elena V. Petrunina, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor
38 Bolshaya Semenovskaya Str., Moscow 107023
Ермаков Дмитрий Андреевич, аспирант кафедры биомедицинской инженерии
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Dmitry A. Ermakov, Postgraduate at the Department of Biomedical Engineering
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Скворцов Михаил Константинович, аспирант кафедры биомедицинской инженерии
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Mikhail K. Skvortsov, Postgraduate at the Department of Biomedical Engineering
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Дрейзин Валерий Элезарович, доктор технических наук, профессор, ведущий инженер Регионального центра нанотехнологий
Researcher ID: G-4715-2013
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Valery E. Drejzin, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Leading Engineer of the Regional Nanotechnology Center
Researcher ID: G-4715-2013
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Филист Сергей Алексеевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры биомедицинской инженерии
Researcher ID: 0-4610-2015
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Sergey A. Filist, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor at the Department of Biomedical Engineering
Researcher ID: O-4610-2015
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Шаталова Ольга Владимировна, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры биомедицинской инженерии
Researcher ID: C-3687-2015
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Olga V. Shatalova, Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor at the Department of Biomedical Engineering
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Целью исследования является повышение эффективности реабилитации двигательных функций верхних конечностей посредством синхронизации реальной и воображаемой двигательной активности и сервоприводов узлов и механизмов, осуществляющих техническую поддержку реабилитационного процесса.
Методы. Разработан прототип биотехнической системы для управления реабилитацией нарушений двигательных функций верхних конечностей, отличающийся включением в прямую цепь контура управления модулей анализа электроэнцефалограммы, электромиограммы и показаний динамометра, а в цепь биологической обратной связи — модуля управления виртуальной реальностью, позволяющий адаптировать локальные параметры процедуры реабилитации под текущее функциональное состояние пациента. Разработан алгоритм управления процедурой реабилитации верхних конечностей, отличающийся мониторингом косвенного критерия биотехнического резонанса посредством анализа расстояний в кластерном пространстве, построенном в координатах показаний динамометра и мышечной усталости, позволяющий управлять глобальными параметрами процедуры реабилитации с дискретностью равной одному пачу.
Резулытаты. Проведены экспериментальные исследования биотехнической системы при мониторинге косвенного критерия биотехнического резонанса, которые показали, что полученные при мониторинге биотехнического резонанса результаты превосходят результаты реабилитации известным методом: на шкале MBI - на 6%, на шкале МЕТ - на 20%, на шкале мышечной силы — на 13%, на шкале ARAT — на 23%, на шкале ЕМА — на 12% и на шкале Эшворта — на 13%.
Заключение. В данной статье представлено решение задачи синхронизации двигательной активности верхних конечностей человека и ассистирующих робототехнических устройств. Результаты исследования могут быть использованы для построения биотехнических систем реабилитации нарушений двигательной активности с управлением процедурой реабилитации посредством мониторинга биотехнического резонанса.
The purpose of the research is to improve the effectiveness of upper limb motor function rehabilitation by synchronizing real and imagined motor activity with the servo drives of the units and mechanisms that provide technical support for the rehabilitation process.
Methods. A prototype biotechnical system for managing the rehabilitation of upper limb motor function disorders was developed. This system incorporates EEG, EMG, and dynamometer analysis modules into the control loop’s forward loop, and a virtual reality control module into the biofeedback loop, enabling adaptation of local rehabilitation procedure parameters to the patient’s current functional state. An algorithm for controlling upper limb rehabilitation was developed, featuring monitoring of an indirect biotechnical resonance criterion through distance analysis in a cluster space constructed using dynamometer readings and muscle fatigue coordinates, enabling global rehabilitation procedure parameters to be controlled with a granularity of one patch.
Results. Experimental studies of a biotechnical system monitoring the indirect criterion of biotechnical resonance were conducted. These studies demonstrated that the results obtained through biotechnical resonance monitoring exceed those of the established rehabilitation method by 6% on the MBI scale, 20% on the MFT scale, 13% on the muscle strength scale, 23% on the ARAT scale, 12% on the FMA scale, and 13% on the Ashworth scale.
Conclusion. This article presents a solution to the problem of synchronizing the motor activity of human upper limbs and assistive robotic devices. The results of the study can be used to develop biotechnical rehabilitation systems for motor disorders with rehabilitation procedure control through biotechnical resonance monitoring.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.