Система анализа двигательной активности

Проблема восстановление двигательной активности давно стоит перед медиками, занимающимися пациентами, перенесшими инсульт. Существуют методики по восстановлению двигательной активности конечностей человека, однако проблема анализа динамики развития и восстановление мелкой моторики человека остаётся и сейчас. В спектр проблемных зон входит подвижность кистей рук человека.

Адаптивные технологии на сегодняшний день отстают от общих технологий, что накладывает определённые ограничения на использование необходимых ресурсов людям с ОВЗ. Их разработка и внедрение зависят, главным образом от уровня научно-технического прогресса, доступность же для массового пользователя — от уровня цен на эти специальные технические средства.

Одним из способов развития и наблюдения динамики лечения подвижности пальцев рук человека является наблюдение с помощью перчатки, оборудованной несколькими датчиками изменения положения фаланг пальцев и самого кистевого сустава руки. Такой тренажер представляет собой программно-аппаратный комплекс для тренировки пациентов с двигательными ограничениями, проходящих курс реабилитации после инсульта или других нервно-мышечных состояний. Это реабилитационный тренажер, предназначенный для медицинских целей, таких как измерение, оценка и увеличение силы мышц и диапазона движения суставов, специально разработанный для предотвращения образования спаек и контрактур суставов, для улучшения диапазона движений пациентов и функциональных возможностей как конкретных конечностей, так и больного в целом. При разработке такой перчатки нужно учитывать уровень излучения датчиков, если они не механические, и удобство использования людьми с ограниченной подвижностью.

Материал перчатки выбирается гипоаллергенный, тянущийся и нейтрального цвета. Таким образом обеспечивается удобство использования, возможность эксплуатации людьми с различными аллергиями.В качестве примера датчиков изменения положения пальцев можно использовать оптопару, соединённую оптоволокном (Рис. 1).

Рис. 1. Изображение оптического проводника

Оптопара (или оптрон) состоит из излучателя (светодиод) и фотоприемника (фотодиод или фототранзистор), объединенных в одном непрозрачном корпусе. Между ними включен оптический канал, передающий свет от излучателя к приемнику. Обозначение диодной оптопары приведено на рисунке 2. Выводы светодиода и фотодиода не соединены друг с другом, поэтому оптрон может служить хорошим элементом связи между электрическими и электронными устройствами В оптопарах полностью отсутствует электрическая и магнитная связь между излучателем и приемником. При изменении угла изгиба оптоволокна уровень сигнала от источника сигнала изменяется и на приемнике сигнала можно измерить потери, что обеспечит систему данными об изменении положения пальца.

Рис. 2. Схема датчика изгиба пальца

Общим недостатком оптопар является нелинейность зависимости выходного сигнала от входного, обусловленная нелинейностью характеристик оптопар.

В качестве устройства обработки данных, в данной ситуации, подходят контроллеры фирмы AVR, семейства mega, в данном случае — AVR ATmega8 (рис 3)

Рис. 3. AVR ATmega8, а) в корпусе PDIP28, б) в корпусе TQFP32

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных моделях от 90 до 133 различных инструкций. Большинство команд занимает только 1 ячейку памяти (16 бит). Большинство команд выполняется за 1 такт.

Всё множество команд микроконтроллеров AVR можно разбить на несколько групп:

-        команды логических операций;

-        команды арифметических операций и команды сдвига;

-        команды операции с битами;

-        команды пересылки данных;

-        команды передачи управления;

-        команды управления системой.

Управление периферийными устройствами осуществляется через адресное пространство данных. Для удобства существуют «сокращённые команды» IN/OUT.

Полученное устройство сбора данных интегрируется с персональным компьютером средствами универсальной шины передачи данных — USB, что обеспечивает возможность работы системы используя портативные компьютеры, и проводить занятия в домашних условиях (Рис. 4).

Рис. 4. Приблизительный вид системы анализа двигательной активности

На этапе интеграции устройства получения данных о двигательной активности пациента разрабатывается комплекс упражнений и развивающих игр для пациентов различной тяжести. Это могут быть игры и различные задачки. Можно сказать, что программно-аппаратный комплекс АДА (рис. 1) является неким посредником при взаимодействии пациента с программным комплексом восстановления умственной деятельности пациентов перенесших инсульт. Пользователю с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) необходимы специальные адаптивные технологии, которые в свою очередь одновременно являются и тренажерами, ускоряя тем самым восстановительный процесс после болезни.

Полученная система решает следующие задачи: были достигнуты следующие результаты: трансляция различных движений кисти в команды мыши и (или) клавиатуры; запись двигательной активности любых движений кисти и пальцев; построение графиков динамики изменений параметров воспроизведения движений для отдельных пациентов, что позволяет контролировать динамику выздоровления; определена математическая модель создающая основу для разработки ряда медицинских изделий, позволяющих исследовать кинематику любого вида двигательной активности человека.

Таблица 1

Преимущества перед аналогами в стране и за рубежом

Разрабатываемый комплекс нейрореабилитации может использоваться специалистами в областях: восстановительной медицины, нейропсихологии, вестибулологии, функциональной диагностики, терапии, а так же для самостоятельного применения больными перенесшими инсульт как элемент лечебно-физической культуры.