Многоканальная беспроводная электронная система регистрации сигнала поверхностной электромиограммы

У цій статті розглянуто розробку мікроелектронної системи реєстрації сигналу поверхневої міографії на основі інструментального підсилювача, фільтрів, блоку реєстрації з використанням безпровідної технології Bluetooth та створення відповідного програмного забезпечення. Розглядаються також нейрофізіологічні основи, техніка реєстрації поверхневої електроміограми, огляд конструкцій електродів та сучасні тенденції розробки активних електродів. Описано комплекс робіт з розробки і виготовлення багатоканальної мікроелектронної системи. Розроблено спеціальне програмне забезпечення для фільтрації отриманих даних. Проведено апробацію безпровідної системи реєстрації сигналу, проаналізовано отримані з використанням багатоканальної мікроелектронної системи сигнали. Результати включають виміряні сигнали поверхневої електроміограми та їх амплітудно-частотний аналіз. Одержані результати можуть бути використані для медичної діагностики, спортивних досліджень, протезування та інтерфейсу людина-комп`ютер.This article is aimed at developing electronic system for recording the signal of surface electromyogram. The system consists of the instrumental amplifier, analog filters, recording system based on the microcontroller, Bluetooth radio module and specialized software for microcontroller. Multichannel wireless electronic system for recording the signal of the surface electromyogram. The article includes the basics knowledge of neurophysiology, main principals of registration the signal of surface electromyogram, electrodes types and progress trends of developing the active electrodes. In the article the process of developing, production multichannel electronic system and developing special software for filtering recorded signal is described. Approbation of the wireless recording system was held. Results includes recorded signals of surface electromiogram and amplitude-frequency characteristic of the measuremented signal. Results could be used for medical diagnosis, sport research, artificial prosthesis and human-computer interface.В этой статье рассмотрены разработку микроэлектронной системы регистрации сигнала поверхностной миографии на основе инструментального усилителя, фильтров, блока регистрации с использованием беспроводной технологии Bluetooth и создание соответствующего программного обеспечения. Рассматриваются также нейрофизиологические основы, техника регистрации поверхностной электромиограммы, осмотр конструкций электродов и современные тенденции разработки активных электродов. Описан комплекс работ по разработке и изготовлению многоканальной микроэлектронной системы. Разработано специальное программное обеспечение для фильтрации полученных данных. Проведена апробация беспроводной системы регистрации сигнала, проанализированы полученные с использованием многоканальной микроэлектронной системы сигналы. Результаты включают измеренные сигналы поверхностной электромиограммы и их амплитудно-частотный анализ. Полученные результаты могут быть использованы для медицинской диагностики, спортивных исследований, протезирование и интерфейса человек-компьютер

Development of A Model of Electric Impedance in the Contact Between the Skin and A Capacitive Active Electrode When Measuring Electrocardiogram in Combustiology

Long-term ECG (electrocardiogram) measurement in patients with burns is a complicated problem since the overlapping of surface contact electrodes can lead to additional injuries. The possibility of ECG recording in patients with burns using capacitive electrodes was not proved, and there are no models of the electrode contact with a patient's body while rehabilitation means are used. In this paper, the model of the contact between capacitive electrodes and the skin was modified and the circuit model of the contact: skin – bandages (saline solution) – film – active capacitive electrode, was described. The influence of the parameters of a capacitive electrode on the amplitude-frequency characteristics (AFC) of the contact of an electrode with skin was assessed. It was found that contact capacitance is crucial to obtain a high-quality ECG signal. The parameters of the impedance of bandages, saline solution, a dielectric film were calculated, and their effect on the AFC was studied. Based on the modified model, the AFC contact was modeled taking into consideration all the calculated parameters; it was found that the resulting AFC of the contact corresponds to the frequency range of the ECG signal. Analysis of the calculations proves the possibility of using capacitive electrodes when applying various rehabilitation means. It was found that at a change in the impedance of the saline solution from 0.1 gigaohms to 1 gigaohm, the changes in the AFC of the contact are not crucial for the final quality of the received signal. All calculations were carried out by modeling in the Qucs environment (ngspice SPICE). Simulation results can be used in the development of new types of capacitive electrocardiographic electrodes. The proposed model can be used to study other wound covers, as well as to model physiological processes when putting artificial skin and wound cover

Development of A Model of Electric Impedance in the Contact Between the Skin and A Capacitive Active Electrode When Measuring Electrocardiogram in Combustiology

Long-term ECG (electrocardiogram) measurement in patients with burns is a complicated problem since the overlapping of surface contact electrodes can lead to additional injuries. The possibility of ECG recording in patients with burns using capacitive electrodes was not proved, and there are no models of the electrode contact with a patient's body while rehabilitation means are used. In this paper, the model of the contact between capacitive electrodes and the skin was modified and the circuit model of the contact: skin – bandages (saline solution) – film – active capacitive electrode, was described. The influence of the parameters of a capacitive electrode on the amplitude-frequency characteristics (AFC) of the contact of an electrode with skin was assessed. It was found that contact capacitance is crucial to obtain a high-quality ECG signal. The parameters of the impedance of bandages, saline solution, a dielectric film were calculated, and their effect on the AFC was studied. Based on the modified model, the AFC contact was modeled taking into consideration all the calculated parameters; it was found that the resulting AFC of the contact corresponds to the frequency range of the ECG signal. Analysis of the calculations proves the possibility of using capacitive electrodes when applying various rehabilitation means. It was found that at a change in the impedance of the saline solution from 0.1 gigaohms to 1 gigaohm, the changes in the AFC of the contact are not crucial for the final quality of the received signal. All calculations were carried out by modeling in the Qucs environment (ngspice SPICE). Simulation results can be used in the development of new types of capacitive electrocardiographic electrodes. The proposed model can be used to study other wound covers, as well as to model physiological processes when putting artificial skin and wound cover

Багатоканальна безпровідна електронна система реєстрації сигналу поверхневої електроміограми

This article is aimed at developing electronic system for recording the signal of surface electromyogram.  The system consists of the instrumental amplifier, analog filters, recording system based on the micro-controller, Bluetooth radio module and specialized software for microcontroller. Multichannel wireless elec-tronic system for recording the signal of the surface electromyogram. The article includes the basics knowledge of neurophysiology, main principals of registration the signal of surface electromyogram, elec-trodes types and progress trends of developing the active electrodes.In the article the process of developing, production multichannel electronic system and developing special software for filtering recorded signal is described. Approbation of the wireless recording system was held. Results includes recorded signals of surface electromiogram and amplitude-frequency charac-teristic of the measuremented signal.Results could be used for medical diagnosis, sport research, artificial prosthesis and human-computer interface.References 12, figures 7.В этой статье рассмотрены разработку микроэлектронной системы регистрации сигнала поверхностной миографии на основе инструментального усилителя, фильтров, блока регистрации с использованием беспроводной технологии Bluetooth и создание соответствующего программного обеспечения. Рассматриваются также нейрофизиологические основы, техника регистрации поверхностной электромиограммы, осмотр конструкций электродов и современ-ные тенденции разработки активных электродов. Описан комплекс работ по разработке и из-готовлению многоканальной микроэлектронной системы. Разработано специальное программ-ное обеспечение для фильтрации полученных данных. Проведена апробация беспроводной системы регистрации сигнала, проанализированы полученные с использованием многоканальной микроэлектронной системы сигналы. Результаты включают измеренные сигналы поверхност-ной электромиограммы и их амплитудно-частотный анализ. Полученные результаты могут быть использованы для медицинской диагностики, спортивных исследований, протезирование и интерфейса человек-компьютер.Библ.12, рис 7.У цій статті розглянуто розробку мікроелектронної системи реєстрації сигналу поверхневої міографії на основі інструментального підсилювача, фільтрів, блоку реєстрації з використанням безпровідної технології Bluetooth та створення відповідного програмного забезпечення. Розглядаються також нейрофізіологічні основи, техніка реєстрації поверхневої електроміограми, огляд конструкцій електродів та сучасні тенденції розробки активних електродів. Описано комплекс робіт з розробки і виготовлення багатоканальної мікроелектронної системи. Розроблено спеціальне програмне забезпечення для фільтрації отриманих даних. Проведено апробацію безпровідної системи реєстрації сигналу, проаналізовано отримані з використанням багатоканальної мікроелектронної системи сигнали. Результати включають виміряні сигнали поверхневої електроміограми та їх амплітудно-частотний аналіз.Одержані результати можуть бути використані для медичної діагностики, спортивних досліджень, протезування та інтерфейсу людина-комп`ютер.Бібл. 12, рис 7

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛІННЯ ПРОТЕЗАМИ ВЕРХНІХ КІНЦІВОК

In this article means and methods of upper limb prostheses control are described. The analysis of merits and demerits of the invasive systems of registration of signals that control artificial limbs is carried out. The new technology of high-resolution electromyography (EMG HR) is described. The complexity of obtaining a signal without movement artifacts  is considered as the main problem of non-invasive EMG HR. The possible ways of applying the EMG HR systems for rehabilitation, optimization of electrodes placement and reducing their quantity during the fitting process of upper limb prosthesis are proposed. The possibility of using dynamic forecasting of prosthesis movements in real time in EMG HR systems and improvement of intuitive control of the upper limb prostheses is highlighted.Ref. 23, fig. 8.В статье рассмотрены средства и методы регистрации и анализа сигналов для управления протезами верхних конечностей и проанализировано современное состояние протезирования в данном направлении. Описано новое направление развития неинвазивных систем регистрации - применение электромиографии высокого разрешения (ЭМГ ВР). К проблемам неинвазивных систем регистрации поверхностной ЭМГ ВР отнесены сложность получения качественного сигнала без двигательных артефактов. Предложены возможные направления использования систем ЭМГ ВР для реабилитации, оптимизации размещения электродов и уменьшения их количества в процессе установки протезов людям с ампутациями верхних конечностей. Определена возможность использования динамического прогнозирования движений протеза в реальном времени на основе системы ЭМГ ВР для улучшения интуитивной взаимодействия человека с протезом.Библ. 23, рис. 8.В статті оглянуто засоби та методи реєстрації для аналізу сигналів  управління протезами верхніх кінцівок і проаналізовано сучасний стан протезування в даному напрямку. Описано новий напрям розвитку неінвазивних систем реєстрації - застосування електроміографії високого розрізнення (ЕМГ ВР). До проблем неінвазивних систем реєстрації поверхневої ЕМГ ВР віднесено складність отримання якісного сигналу без рухових артефактів. Запропоновано можливі напрями використання систем ЕМГ ВР для реабілітації, оптимізації розміщення електродів та зменшення їх кількості в процесі встановлення протезів людям з ампутаціями верхніх кінцівок. Визначено можливість використання динамічного прогнозування рухів протезу в реальному часі на основі системи ЕМГ ВР для покращення інтуїтивної взаємодії людини з протезом.Бібл. 23, рис. 8

Методы и средства интеллектуального управления протезами верхних конечностей

В статті оглянуто засоби та методи реєстрації для аналізу сигналів управління протезами верхніх кінцівок і проаналізовано сучасний стан протезування в даному напрямку. Описано новий напрям розвитку неінвазивних систем реєстрації - застосування електроміографії високого розрізнення (ЕМГ ВР). До проблем неінвазивних систем реєстрації поверхневої ЕМГ ВР віднесено складність отримання якісного сигналу без рухових артефактів. Запропоновано можливі напрями використання систем ЕМГ ВР для реабілітації, оптимізації розміщення електродів та зменшення їх кількості в процесі встановлення протезів людям з ампутаціями верхніх кінцівок. Визначено можливість використання динамічного прогнозування рухів протезу в реальному часі на основі системи ЕМГ ВР для покращення інтуїтивної взаємодії людини з протезом.In this article means and methods of upper limb prostheses control are described. The analysis of merits and demerits of the invasive systems of registration of signals that control artificial limbs is carried out. The new technology of high-resolution electromyography (EMGHR) is described. The complexity of obtaining a signal without movement artifacts is considered as the main problem of non-invasive EMG HR. The possible ways of applying the EMG HR systems for rehabilitation, optimization of electrodes placement and reducing their quantity during the fitting process of upper limb prosthesis are proposed. The possibility of using dynamic forecasting of prosthesis movements in real time in EMG HR systems and improvement of intuitive control of the upper limb prostheses is highlighted.В статье рассмотрены средства и методы регистрации и анализа сигналов для управления протезами верхних конечностей и проанализировано современное состояние протезирования в данном направлении. Описано новое направление развития неинвазивных систем регистрации - применение электромиографии высокого разрешения(ЭМГ ВР). К проблемам неинвазивных систем регистрации поверхностной ЭМГ ВР отнесены сложность получения качественного сигнала без двигательных артефактов. Предложены возможные направления использования систем ЭМГ ВР для реабилитации, оптимизации размещения электродов и уменьшения их количества в процессе установки протезов людям с ампутациями верхних конечностей. Определена возможность использования динамического прогнозирования движений протеза в реальном времени на основе системы ЭМГ ВР для улучшения интуитивной взаимодействия человека с протезом