Библиографическое описание:

Бисов А. А., Уваров П. В. Система анализа двигательной активности // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 141-144.

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).

Многомодовое оптоволокно

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.

Обозначение диодной оптопары

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).

http://dmdevelopment.ru/images/Projects/ADA6.jpg

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

Технико-экономические показатели (наименование и единицы измерения)

Наименования аналогов инновационной продукции

Наименование инновационной продукции

В чем проявляются новые качества предлагаемого продукта по сравнению с аналогами.

5DT

HandTutor™

АДА

Назначение

Игровая индустрия.

ЛФК

ЛФК

+ восстановительная медицина

+ функциональная диагностика

В отличие от двух имеющихся зарубежных конкурентов наш продукт уникален тем, что он не является тривиальным манипулятором (продукты 5DT), а имеет гораздо больший потенциал по диагностики и восстановительной медицине

Комплектация

Сенсорная перчатка

+ драйвер

Сенсорная перчатка

+ драйвер

+ ПО ЛФК

Сенсорная перчатка

+ драйвер

+ ПО ЛФК

+ система анализа и контроля состояния больного

+ методические рекомендации

Для больных перенесших инсульт манипуляторы от компании 5 DT не предоставляют ценности в связи с отсутствием программного и методического обеспечения. Компания HandTutor™ предоставляет с купленной перчаткой небольшой набор инструментов для проведения ЛФК. Продукт нашей разработки уже сейчас может проанализировать состояние больного и на основании анализа выстроить программу реабилитации. Следить за динамикой больного и корректировать восстановительный курс реабилитации.

Функциональные возможности

Датчики на основе оптоволокна.

Механические датчики

Механические и оптоволоконные датчики

Датчики 5 DT не позволяют отслеживать движения каждого фаланга пальца. Не могут оценить оказываемое силовое воздействие больным. Компания HandTutor™ применяет ряд дорогостоящих механических датчиков, но тем не менее точность их не приемлема к больным перенесшим инсульт. Предлагаемое нами изделие содержит большее количество оптоволоконных датчиков и в то же время необходимый набор механических датчиков для анализа силовых показателей больного.

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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle