Моделирование процесса электростимуляции методом передаточной функции

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

"Моделирование процесса электростимуляции методом передаточной функции"

МИНСК, 2008

Некоторые авторы рассматривают нервно-мышечный аппарат как биологическую структуру, состоящую из аналоговой и дискретной частей, соединенных последовательно. Дискретная часть представлена пороговым элементом 2 и управляющим мультивибратором - 3. Эта часть описывает поведение структуры при подпороговых входных воздействиях. Аналоговую часть 1 можно считать линейной при подпороговых электрических раздражениях. Методика съема АВК состоит в получения динамической (переходной) характеристики звена при помощи входных воздействий в виде импульсов с конечной амплитудой и длительностью. Индикатором является пороговый элемент 2. Оказалось, что АВК представляет собой величину, обратную переходной характеристике звена 1, и имеет форму, показанную на рисунке. В качестве входных сигналов могут быть использованы линейно-нарастающие (треугольные) импульсы, максимальная длительность которых должна достилать 3с.

Рисунок 1. Амплитудно-временная кривая (АВК) возбудимости нервно-мышечного аппарата.

а - АВК без обработки; б - структурная схема аналого-дискретного преобразователя; в - АВК после обработки, I0 - реобаза, I - удвоенная реобаза.

Функциональное состояние нервно-мышечного аппарата может быть детально изучено при помощи стимуляционной электромиографии. В ее основе лежит исследование прямого мышечного ответа, или М-ответа, возникающего при электрическом раздражении периферического нерва вследствие ортодромного распространения возбуждения (в дистальном направлении). М-ответ является суммарным моторным потенциалом, он возникает в результате суммирования потенциалов действия ДЕ, возбудившихся почти одновременно. Методика исследования и характеристики М-ответа описаны в соответствующих руководствах. Получаемые данные характеризуют продолжительность латентного периода, М-ответа и его амплитуду в норме и при патологических изменениях Известно, что вслед за латентным периодом наступает абсолютная рефракторная фаза. Для нерва и нервно-мышечного синапса мышц она разная. Это обусловливает их различную лабильность, т.е. неодинаковую способность проводить максимальное числа импульсов в секунду.

Наибольшей лабильностью обладает нервное волокно, а самой малой - нервно-мышечный синапс. Так, пессимальное торможение возникает в нервно-мышечной бляшке на частотах 100-200, а в нерве 350-600 имп. /с. Если раздражение наносится в фазе относительной рефрактерности, то латентный период увеличивается, а амплитуда ответа уменьшается.

Способность нерва, нервно-мышечного синапса и мышцы проводить максимальное число импульсов в секунду зависит от продолжительностей латентного периода и фазы абсолютной рефрактерности. По сумме этих временных интервалов и длительности одиночного стимулирующего сигнала определяются максимальные частоты, а по длительности латентного периода и всей рефрактерной фазы - минимальные частоты следования стимулирующих импульсов, вызывающих гладкий тетанус. При появлении утомления амплитуда и другие параметры вызванного суммарного моторного потенциала изменяются. Ценные данные дает исследование скорости распространения возбуждения по периферическим нервам, нервно-мышечной передачи и рефлекторного ответа мышцы (Н-рефлекса) В целом электрофизиологические параметры нервно-мышечного аппарата четко характеризуют его функциональное состояние и позволяют определять режимы электростимуляции.

Применяя импульсный и особенно переменный ток для воздействия на ткани организма, следует учитывать, что электропроводность тканей имеет также емкостную составляющую, обусловленную поляризационными явлениями в тканях. В общем виде эквивалентная электрическая схема для цепи, содержащей ткани организма, при воздействии постоянным и импульсным токами может быть представлена в виде нескольких последовательно включенных резисторов каждый из которых шунтирован конденсатором. В этой схеме Rк и Ск соответствуют эквивалентным сопротивлению и емкости слоя кожи и подкожной клетчатки, в которых емкость играет значительную роль, а Rвн и Свн сопротивлению и емкости глубоко лежащих тканей, где емкость имеет меньшее значение.

Рисунок 2. Эквивалентная электрическая схема тканей организма при воздействии постоянными и импульсными токами.

Для ориентировки укажем, что, например, при небольшой площади электродов (несколько квадратных сантиметров) и незначительной силе тока (постоянная составляющая-доли миллиампер) для эквивалентной схемы мощно принять следующий порядок величин Rк: 1000-2000 Ом, Ск: 0.03-0.05мкФ, Rвн: 500-1000 Ом и Свн: 0.01-0.02 мкФ.

Для электростимуляции нервно мышечного аппарата человека используют различные импульсы, которые условно можно разделить две группы импульсы низкой частоты (до 1000 Гц) и импульсы средней частоты (от 1 до 100 кГц).

Параметры импульсов выбираются иногда на основе общих соображений; нередко их подбирают просто, исходя из субъективных ощущений пациента, подвергающегося воздействию. Исследуются форма амплитуда (тока или напряжения), длительность, частота следования, а также другие характеристики электростимулирующих импульсов, вызывающих, например, пороговое сокращение мышцы, т.е. по каким-либо объективным критериям определяются оптимальные параметры. Какие электрические параметры