Медицинская Техника / Медицинская техника №5, 2020 / с. 10-14

Система детектирования фаз шагательного цикла и стимуляции спинного мозга как инструмент управления локомоцией человека

А.А. Гришин, Е.В. Боброва, В.В. Решетникова, Т.Р. Мошонкина, Ю.П. Герасименко

Аннотация

Разработана измерительная система регистрации угловых движений в суставах ног для детекции фаз шагового цикла (фазы опоры и переноса), позволяющая определять моменты отрыва и постановки стопы на опорную поверхность при помощи датчиков, предназначенных для регистрации линейного ускорения и угловой скорости. Описан алгоритм запуска стимуляции спинного мозга в определенную фазу шагательного цикла, адресованной флексорным и экстензорным моторным пулам нижней конечности. Предложен способ запуска пространственно-временной спинальной стимуляции для «паретичной» конечности от «интактной» контралатеральной конечности, имитирующий условия стимуляции для пациентов с нарушением мозгового кровообращения. Предполагается, что данная система может использоваться в лечебных, лечебно-профилактических и научно-исследовательских медицинских учреждениях или в домашних условиях для регуляции и восстановления двигательных функций человека

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Александр Алексеевич Гришин, канд. физ.-мат. наук, ст. научный сотрудник, лаборатория физиологии движений, ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН, г. С.-Петербург, технический директор, ООО «Косима», г. Москва,

Елена Вадимовна Боброва, д-р биолог. наук, ведущ. научный сотрудник,

Варвара Викторовна Решетникова, мл. научный сотрудник,

Татьяна Ромульевна Мошонкина, д-р биолог. наук, гл. научный сотрудник, лаборатория физиологии движений, ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН,

Юрий Петрович Герасименко, чл.-корр. РАН, зав. лабораторией, лаборатория физиологии движений, ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН, г. С.-Петербург, научный руководитель, ООО «Косима», г. Москва,

e-mail: grishin-ckb@yandex.ru

Список литературы

1. Гришин А.А., Солопова И.А., Алехин А.И., Тихонова А.Ю., Федин А.И. Комплексная ранняя двигательная нейрореабилитация с использованием аппаратно-программного лечебно-диагностического комплекса «Вертикаль» в остром периоде инсульта // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2009. № 5. С. 49-56.

2. Solopova I.A., Tihonova D.Y., Grishin A.A., Ivanenko Y.P. Assisted leg displacements and progressive loading by a tilt table combined with FES promote gait recovery in acute stroke // NeuroRehabilitation. 2011. Vol. 29. № 1. PP. 67-77.

3. Harkema S., Gerasimenko Yu., Hodes J. et al. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: A case study // Lancet. 2011. Vol. 377. PP. 1938-1947.

4. Gerasimenko Y.P., Lu D.C., Modaber M., Zdunowski S., Gad P. et al. Noninvasive reactivation of motor descending control after paralysis // J. Neurotrauma. 2015. Vol. 32. № 24. PP. 1968-1980.

5. Grishin A.A., Moshonkina T.R., Bobrova E.V., Gerasimenko Yu.P. A device for the rehabilitation therapy of patients with motor pathology using mechanotherapy, transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord, and biological feedback // Biomedical Engineering. 2019. Vol. 53. № 4. PP. 227-230.

6. Maffiuletti N.A., Gorelick M., Kramers-de Quervain I. еt аl. Concurrent validity and intrasession reliability of the IDEEA accelerometry system for the quantification of spatiotemporal gait parameters // Gait Posture. 2008. Vol. 27. PP. 160-163.

7. Sabatini A.M., Martelloni C., Scapellato S., Cavallo F. Assessment of walking features from foot inertial sensing // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2005. Vol. 52. PP. 486-494.

8. Findlow A., Goulermas J.Y., Nester C. еt аl. Predicting lower limb joint kinematics using wearable motion sensors // Gait Posture. 2008. Vol. 28. PP. 120-126.

9. Simcox S., Parker S., Davis G.M. еt аl. Performance of orientation sensor for use with a functional electrical stimulation mobility system // J. Biomech. 2005. Vol. 38. PP. 1185-1190.

10. Mayagoitia R., Nene A., Veltink P.H. Accelerometer and rate gyroscope measurement of kinematics: An inexpensive alternative to optical motion analysis systems // J. Biomech. 2002. Vol. 35. PP. 537-542.

11. Henriksen M., Lund H., Moe-Nilssen R. еt аl. Test-retest reliability of trunk accelerometric gait analysis // Gait Posture. 2004. Vol. 19. № 3. PP. 288-297.

12. Zijlstra W., Hof A.L. Assessment of spatiotemporal gait parameters from trunk acceleration during human walking // Gait Posture. 2003. Vol. 18. PP. 1-10.

13. Catalfamo P., Ghoussayni S., Ewins D. Gait event detection on level ground and incline walking using a rate gyroscope // Sensors. 2010. Vol. 10. № 6. PP. 5683-5702.

14. Aminian K., Najafi B., Bula C. еt аl. Spatio-temporal parameters of gait measured by ambulatory system using miniature gyroscopes // J. Biomech. 2002. Vol. 35. PP. 689-699.

15. Chang H.-C., Hsu Y.-L., Yang S.-C. еt аl. A wearable inertial measurement system with complementary filter for gait analysis of patients with stroke or Parkinson’s disease // IEEE Access. 2016. Vol. 4.

16. Jasiewicz J.M., Allum J.H.J., Middleton J.W. еt аl. Gait event detection using linear accelerometers or angular velocity transducers in able-bodied and spinal-cord injured individuals // Gait Posture. 2006. Vol. 24. PP. 502-509.

17. Seel T., Cermeсo E., Raisch J., Schauer T. Online gait phase detection with automatic adaption to gait velocity changes using accelerometers and gyroscopes // Biomedical Engineering. 2014. Vol. 59. PP. 758-909.

18. Гришин А.А., Мошонкина Т.Р., Солопова И.А., Городничев Р.М., Герасименко Ю.П. Пятиканальный неинвазивный электростимулятор спинного мозга для реабилитации пациентов с тяжелыми двигательными нарушениями // Медицинская техника. 2016. № 5. С. 8-11.