МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ЕЛЕКТРОМІОГРАФІЧНОГО СИГНАЛУ ДЛЯ ЗАДАЧ АДАПТИВНОЇ ЕЛЕКТРОСТИМУЛЯЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2021.15.113Ключові слова:
підсилювач біопотенціалів, корисний сигнал, система електродів, м'яз, перешкода, моделювання, MultisimАнотація
Предметом дослідження в статті є перетворювачі електроміографічного сигналу, які є складовою частиною пристроїв для адаптивної електростимуляції м'язових структур на основі зворотного електроміографічного зв'язку. Мета роботи – дослідження особливостей, отримання відповідних теоретичних співвідношень та комп’ютерне моделювання диференційного перетворювача біопотенціалів, що забезпечує підсилення корисної складової і приглушення перешкоди, спектри яких перетинаються. В статті вирішуються наступні завдання: визначення впливу ширини електродів і міжелектродної відстані на перехресні перешкоди; формування моделі електрод-шкіра і вхідного кола перетворювача, отримання теоретичних співвідношень для розрахунку коефіцієнта режекції, побудова схеми перетворювача та її комп'ютерне моделювання. Використовуються такі методи: методи математичного моделювання процесів і технічних пристроїв; методи аналізу, структурного і параметричного синтезу нелінійних електронних схем; методи машинного проектування. Отримано наступні результати: запропоновано схему підсилювача біопотенціалів, що стежить зворотним зв'язком по живленню; проведено моделювання динамічних процесів засобами програми Multisim; досліджено схему підсилювача біопотенціалів у програмі Multisim; на основі побудованої моделі вхідного кола електрод-шкіра і отриманих аналітичних співвідношень розраховано коефіцієнт режекції вхідного кола еквівалентної схеми; сформульовано вимоги до модулю реєстрації сигналу. Висновки: Розглянутий варіант схеми перетворювача електроміографічного сигналу на основі зв'язку, що стежить по живленню, дозволяє ефективно гасити синфазну перешкоду 50 Гц. На основі побудованої еквівалентної моделі вхідного кола підсилювача отримані теоретичні співвідношення для розрахунку коефіцієнта режекції таких підсилювачів. Схема промодельована в середовище програми Multisim, результати підтвердили ефективність її функціонування. Сформульовано вимоги до міжелектродної відстані і товщини самих електродів. Отримані результати можуть бути використані для проектування комплексів адаптивної електростимуляції.
Посилання
Voelkerб M. (2015), "Implantable EMG measuring system", AMA Conferences.
Pestrikovб P. P., Pestrikovaб T. V. (2019), "Measuring system for recording signals of surface electromyography of the muscles of the forearm" ["Izmeritel'naya sistema dlya registratsii signalov poverkhnostnoy elektromiografii myshts predplech'ya"], Electronic scientific publication "Scientific notes of PNU", Vol. 10, No. 2, P. 173–180.
Safinб D. R., Pilshchikovб I. S., Urakseevб M. A., Gusevб V. G. (2009), "Evaluation of the effectiveness of various designs of electrodes and biosignal amplifiers in prosthetic control systems" ["Otsenka effektivnosti razlichnykh konstruktsiy elektrodov i usiliteley biosignalov v sistemakh upravleniya protezami"], News of higher educational institutions. Volga region. Technical science, No. 2 (10), P. 88–101.
Datsok, O. M, Prasol, I. V., Yeroshenko, O. A. (2019), "Construction of a biotechnical system of muscular electrical stimulation", Visnik of NTU "KhPI". Series: Informatics and modeling, No. 13 (1338), P. 165–175. DOI: https://doi.org/10.20998/2411-0558.2019.13.15
Yeroshenko, O. A., Prasol, I. V., Datsok, O. M. (2019), "Improving the efficiency of devices for electrical stimulation of human muscles" ["Pidvyshchennya efektyvnosti funktsionuvannya aparativ dlya elektrostymulyatsiyi m'yaziv lyudyny"], Information technologies: science, technology, technology, education, health: abstracts of the XXVІІ international scientific-practical conference MicroCAD-2019, May 15-17, 2019 / for ed. prof. Sokol Ye. I., Kharkiv : NTU "KhPI", P. 21.
Yeroshenko, О. А., Prasol, I. V. (2018), "Information technologies for determining parameters of stimuli of electromyostimulation systems" ["Informatsionnyye tekhnologii opredeleniya parametrov stimulov sistem elektromiostimulyatsii"], The use of information technology in the training and operation of law enforcement: materials International. scientific-practical conf. Mar 14-15 2018, Kharkiv, NANGU, P. 122–124.
Barabash, O. V., Radchenko, V. A., Tkachev, V. N., Tokarev, V. V. (2017), "Computer multibiometric system of personality identification based on a set of biometric features" ["Komp'yuternaya mul'tibiometricheskaya sistema identifikatsii lichnosti po sovokupnosti biometricheskikh priznakov"], Telecommunication and information technologies, No. 3. P. 64–71.
Sushkova, O. S. (2017), A system for screening early diagnosis of parkinsonism based on the analysis of monitoring parameters of signals of multichannel electroencephalograms, electromyograms, and muscle tremor [Sistema skriningovoy ranney diagnostiki parkinsonizma na osnove analiza parametrov monitoringa signalov mnogokanal'nykh elektroentsefalogramm, elektromiogramm i myshechnogo tremora], Moscow, 114 p.
Slavutsky, Ya. L. (1982), Physiological aspects of bioelectric prosthesis management [Fiziologicheskiye aspekty bioelektricheskogo upravleniya protezami], Medicine, Moscow.
Kovalenko, A., Kuchuk, H., Lyashenko, О. (2019), "Resource allocation of a multiphase big data processing system with high-intensity input stream", Control, navigation and communication systems. Collection of scientific works, No. 3 (55), P. 115–119. DOI: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2019.3.115
Luca, De C. J. (1997), "The use of surface electromyography in biomechanics", Journal of Applied Biomechanics, No. 13 (2).
Roy, S. H. (2007), "Electro-Mechanical stability of surface EMG sensors", Medical and biological engineering and computing, No. 45.
Osipov, A. N., Bondarik, V. M., Kuznetsov, D. F. (2014), "The influence of interelectrode distance on the energy characteristics of electromyograms" ["Vliyaniye mezhelektrodnogo rasstoyaniya na energeticheskiye kharakteristiki elektromiogramm"], International scientific and technical conference dedicated to the 50th anniversary of MRTI-BSUIR, March 18-19, 2014, materials conf. At 2 h. 2, Minsk, P. 115–116.
Babinkov, V. I. (2017), "To the question of the causes of the variability of the impedance of a contracting muscle during stimulation impedance myography" ["K voprosu o prichinakh variabel'nosti impedansa sokrashchayushcheysya myshtsy pri stimulyatsionnoy impedansnoy miografii"], Wounds and wound infections, Journal of them. prof. B. M. Kostyuchenka, No. 4 (3), P. 8–13.
Davydova, N. (2020), "Amplitude-time analysis of biomechanical patterns of human motions", Journal of Engineering Science, Vol. XXVII, No. 3, P. 169–181.
Analog Devices, Inc. All Rights Reserved, "AD620", available at: https://analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD620.pdf (lastaccessed 11.05.2020).
Analog Devices, Inc. All Rights Reserved, "AD704", available at: https://analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD704.pdf (lastaccessed 11.05.2020).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
