Використання зворотного зв’язку при стимуляції м’язів опорно-рухового апарату в системі автоматичного вимірювання механічної деформації м’язового волокна

ВИКОРИСТАННЯ ЗВОРОТНОГО ЗВ’ЯЗКУ ПРИ СТИМУЛЯЦІЇ М’ЯЗІВ ОПОРНО-РУХОВОГО АПАРАТУ В СИСТЕМІ АВТОМАТИЧНОГО ВИМІРЮВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ М’ЯЗОВОГО ВОЛОКНА
USE OF FEEDBACK IN STIMULATION OF MUSCLES OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM IN THE SYSTEM OF AUTOMATIC MEASUREMENT OF MECHANICAL MECHANICS OF MUSCLE FIBER

Сторінки: 92-98. Номер: №5, 2021 (301)
 Автори:
БЕЗВЕСІЛЬНА О.М.
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
ORCID ID: 0000-0002-6951-1242
e-mail: o.bezvesilna@gmail.com
ОМЕЛЬЧУК І.А.
Державний університет «Житомирська Політехніка»
e-mail: belife235@ukr.net
НЕЧАЙ С.О.
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
ORCID ID: 0000-0002-0056-6341
e-mail: prilad@ukr.net
BEZVESILNA O.M.
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
OMELCHUK I.A.
Zhytomyr National Agroecological University
NECHAY S.O.
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2021-301-5-92-98
Рецензія/Peer review : 19.09.2021р.
Надрукована/Printed : 10.10.2021 р.

Анотація мовою оригіналу

 У даній роботі розглянуто схемотехнічні рішення, що дозволяють формувати в м’язовій тканині пацієнта стимулюючі сигнали з заданою амплітудою, струмом та формою, вимірюючи при цьому стан збудження м’язового волокна та його деформацію для забезпечення найкращого результату. Показано схемотехнічні рішення,  математичну модель  та можливість застосування даних рішень в клінічній практиці у комплексі профілактично – оздоровчих заходів та реабілітаційного  і фізіотерапевтичного лікування. У роботі розроблено новий спосіб збору даних про стан збудження м’язових тканин на основі використання зворотного зв’язку та розрахунку параметрів збуджуючих сигналів при стимуляції; запропоновано методику розрахунку параметрів сигналів, що використовуються для стимуляції; розроблено пристрій для отримання сигналів, що характеризують стан збудження м’язової тканини та одночасної подачі стимулюючих сигналів; на основі розробленої системи суттєво вдосконалено існуючий метод стимуляції м’язів опорно-рухового апарату та контролю їх фізіологічного стану.
Ключові слова: м’язи опорно-рухового апарату, стимуляція, деформація м’язового волокна.

Розширена анотація англійською мовою

This paper considers the scheme of technical solutions that allow to form in the patient’s muscle tissue stimulating signals with a given amplitude, current and shape, while measuring the state of excitation of the muscle fiber and its deformation to ensure the best result. Schematic technical solutions, mathematical model, and possibility of application of these solutions in clinical practice in a complex of preventive and improving measures and rehabilitation and physiotherapeutic treatment are shown. The paper develops a new method of collecting data on the state of excitation of muscle tissues and calculating the parameters of excitatory signals during stimulation; the method of calculation of parameters of the signals used for stimulation is offered; developed a device for obtaining signals that characterize the state of excitation of muscle tissue and the simultaneous supply of stimulating signals; on the basis of the developed system the existing method of stimulation of muscles of the musculoskeletal system and control of their physiological condition is significantly improved. Using this method, it is possible to synthesize a system for automatically measuring the mechanical deformation of a muscle fiber, which would be fully described mathematically and modelled. Also, using the methods of analysis of automatic control systems, you can calculate the following parameters of the voltage of the stimulation signals: amplitude, frequency and phase; which will lead to the establishment of muscle tissue in a specific state of arousal or relaxation, which is calculated in advance, predicted and clearly controlled. And this is relevant when conducting a variety of physiotherapy activities in the sessions of therapeutic, preventive and rehabilitation medicine.
Key words: muscles of the musculoskeletal system, stimulation, deformation of the muscle fiber.

References

1. Beneson M. E. Opir tila liudyny i tvaryn postiinomu strumu. / Beneson M. E. // Pytannia zahalnoi i chastkovoi fiziokurortoterapii – L., 1963. – Vyp. 3. – S. 417–449.
2. Sytko S.P. Aparaturne zabezpechennia suchasnykh tekhnolohii kvantovoi medytsyny / Sytko S.P., Skrypnyk Yu.A., Yanenko A.F. – K., 1999. – 198 s.
3. Hemba V.N. Doslidzhennia pervynnykh mekhanizmiv vzaiemodii elektromahnitnykh poliv na biolohichni obiekty / V.M. Hemba, M.M. Budnyk, P.P. Loshytskyi, V.M. Sosnytskyi, P.I. Sutkovoi // Elektronika i zviazok. – 1998. – № 5. – S. 41–45.
4. Samosiuk I.3. Netradytsiini metodi diahnostyky ta terapii / Samosiuk I.3., Lyseniuk V.P., Limanskyi Yu.P. – K. : Zdorovia, 1994. – 240 s.
5. Rusetskyi I.I. Pokryvy tila i vnutrishni orhany / I.I. Rusetskyi // Klyn. med. – 1959. – № 10. – S. 25–31.
6. Zybtsov V.M. Vplyv elektromahnitnykh poliv ukrai nyzkoi intensyvnosti na vyshchi roslyny / V.M. Zybtsov, P.P. Loshchytskyi, M. Al Synzhlavy, P.Z. Sherenhovyi // Elektronika i zviazok. – K., 1998. – № 4. – S. 141–143.
7. Loshytskyi P.P. Vplyv SVCh-vyprominiuvan ukrai nyzkykh intensyvnoste na biolohichni obiekty. SVCh tekhnika i suputnykovyi pryiom. Tom 5 / Loshytskyi P.P. – Sevastopol, 1993. – S. 176–179.
8. Stashyn V.V Proektuvannia tsyfrovykh prystroiv na odnokrystalnykh mikrokontrolerakh / Stashyn V.V., Urusov V.U., Molohontseva O.F. – M. : Эnerhoatomyzdat, 1990. – 224 s.
9. Radiotekhnika : [entsyklopedychnyi navchalnyi posibnyk / pid red. Mazora Yu.L., Machuskoho Ye.A. Pravdy V.I.]. – DO : Vyshcha shkola, 1999. – 838 s.
10. Ionescu-Tirgoviste S., Bayenaru O. Electric diagnosis in acupuncture. Amer. J. Acupuncture, 1984, vol. 12, № 3, p. 229–238.
11. Bossy J. Bases neurobiologiques des reflexotherapies. Paris, Masson, 1975.
12. Niboyet J. E. N. Essai sur 1acupuncture chinoise pratique. Paris, D. Wapler, 1951.
13. Sriblo Ye.I. Osoblyvosti innervatsii miaziv uzvyshshia velykoho paltsia ruky v zviazku z anatomichnym obgruntuvanniam chzhen- i tsziu-terapii / Ye.I. Sriblo // Vopr. morfolohii, Frunze. – 1962. – Vyp. 3. – S. 62–70.
14. Nikiforov V. H. Deiaki hipotezy pro strukturu BATK / V. H. Nykyforov, P. A. Zmistiv // Эlektropunktura i problemy informatsiino-enerhetychnoi rehuliatsii diialnosti liudyny. – M., 1976. – S. 215–219.
15. Pow–ell, Joanna; David Pandyan; Malcolm Granat; Margart Cameron; David Stott (1999). “Electrical Stimulation of Wrist Extensors in Poststroke Hemiplegia”. Stroke: Journal of the American Heart Association 30 (7): 1384–1389. Retrieved 11 May 2011.
16. Kern H., Carraro U., Adami N., Biral D., Hofer C., Forstner C., Mödlin M., Vogelauer M., Pond A., Boncompagni S., Paolini C., Mayr W., Protasi F., Zampieri S. (2010). “Home-based functional electrical stimulation rescues permanently denervated muscles in paraplegic patients with complete lower motor neuron lesion.”. Neurorehabil Neural Repair 24 (8): 709–721.