Разработка компактного устройства для коррекции нервных тиков методом БОС-терапии

Баринов Кирилл Русланович 11 класс ГАОУ АО ДО «РШТ» Зеленчуков Ярослав Олегович, педагог дополнительного образования Лисицын Сергей Андреевич, методист

Актуальность темы

В настоящее время среди детей и молодежи достаточно широко распространена проблема нервных тиков. Они могут проявляться как в стрессовых ситуациях, так и в ходе формирования нервной системы в целом. В основном тики лечатся медикаментозно, а также с помощью массажей и различных процедур лечебной физической культуры (ЛФК). Актуальным и перспективным методом лечения тиков является терапия с использованием биологической обратной связи (БОС-терапия). Данный метод лечения основан на взаимодействии компьютерных технологий и различных датчиков, измеряющих показатели физиологических процессов в реальном времени, с нервной системой человека, включенной в контур обратной связи, при этом, благодаря применению позитивных и негативных стимулов и явлению нейропластичности мозга, достигается коррекция нервных тиков. Несмотря на наличие стационарных устройств для БОС-терапии, применяемых в клинической практике, актуально создание компактного, мобильного, понятного и простого в использовании прибора, с помощью которого человек даже без медицинского образования сможет провести БОС-терапию дома или в любом другом комфортном месте. Подобное устройство может быть индивидуализированным, адаптируемым к особенностям конкретного пациента, а также может использоваться постоянно, что существенно ускоряет процесс коррекции нервных тиков.

Цель и задачи

Цель работы: создание компактного устройства для полного подавления или частичной коррекции нервных тиков методом БОС-терапии.

Задачи:
1. Изучение природы возникновения и методов лечения нервных тиков;
2. Создание макета устройства с использованием микроконтроллерной платформы и электромиографического (ЭМГ) датчика;
3. Разработка логического алгоритма программы с помощью языка Python;
4. Создание программного приложения для проведения БОС-терапии с реализацией графического интерфейса, сопряженного с программой управления микроконтроллером;
5. Проверка работы устройства с пациентами, у которых наблюдаются нервные тики.

Предмет, объект исследования

Объект исследования – биологическая обратная связь в терапии нервных тиков. Предмет исследования – разработка технических средств для практической реализации терапии с использованием биологической обратной связи в целях коррекции нервных тиков у детей и молодежи.

Методы исследования

В настоящей работе проведен анализ литературы по теме исследования, изучены и обобщены сведения о методах терапии нервных тиков, в том числе с использованием БОС, выбран метод анализа биоэлектрических потенциалов, генерируемых мышцами при сокращении, для управления позитивной и негативной стимуляцией. Осуществлялось наблюдение за процессами возникновения, развития и прекращения нервных тиков благодаря управлению стимулами, на основе результатов наблюдения подтверждена эффективность выбранного метода терапии нервных тиков. Выполнены измерения биоэлектрических потенциалов на коже в состояниях расслабления и сокращения мышц, экспериментальным путем определены их пороговые значения, позволяющие характеризовать возникновение нервного тика. При реализации устройства как аппаратнопрограммного комплекса использовались методы системного анализа, структурный подход к разработке аппаратного и программного обеспечения, функциональное моделирование, объектно-ориентированный анализ и синтез алгоритмов, современные инструментальные среды разработки программного обеспечения.

Основное содержание работы

В ходе работы было разработано полноценное устройство для анализа мышечных потенциалов электромиографическим методом, а также приложение для персонального компьютера, позволяющее проводить БОС-терапию. Положительное стимулирование в процессе БОС-терапии реализовано с помощью управления просмотром интересного для пациента фильма, зависимого от возникновения непроизвольного сокращения контролируемой мышцы, вызывающего превышение заданного порога биоэлектрического потенциала. При просмотре видеоплеер получает данные о биоэлектрическом потенциале от устройства и ставит видео на паузу, если величина потенциал больше порогового значения, либо продолжает проигрывание видео, если значение потенциала не превысило пороговое (снизилось ниже порога). Такой метод просмотра фильма является БОС-тренировкой, в ходе которой у пациента (при многократном применении) формируется рефлекс, позволяющий ему приостанавливать развитие нервного тика.

Устройство построено с использованием микроконтроллера и модуля ЭМГ-датчика с электродами, закрепляемыми на коже рядом с контролируемой мышцей. При сокращении мышцы датчик ЭМГ считывает и усиливает биоэлектрический потенциал, микроконтроллер переводит его величину в цифровую форму, сравнивает с пороговым значением и при его превышении выводит сигнал, считываемый программой управления воспроизведением видеозаписи. Проверена возможность датчика ЭМГ точно улавливать сокращение мышц в определенных диапазонах значений их активности, в том числе, на мышцах бицепса, а также на лицевых мышцах, где датчик ЭМГ показал хорошую точность замера биоэлектрического потенциала мышцы с широким запасом по диапазону.

Автором проведено успешное первичное испытание работы устройства на примере контроля сокращения бицепса и лицевой мышцы, показавшее эффективность реализации БОС-терапии.

Выводы

На данный момент полностью готов прототип устройства, ведется работа над формированием фокус-группы людей, имеющих нервные тики, для проведения испытаний. Проект находится в промежуточной стадии разработки, планируется проведение испытаний на реальных пациентах и экспериментальная проверка его эффективности. Существует обоснованное предположение, что будут получены положительные результаты испытаний, так как устройство достоверно реализует клинически проверенный эффективный метод БОС-терапии нервных тиков. Также ведется работа над созданием нового устройства, которое будет полностью автономным и переносным, предназначенным для повседневного использования, и будет представлять из себя манжету с датчиком ЭМГ и микроконтроллером, который с помощью вибромотора будет сигнализировать о проявлении нервного тика. Также ведется работа над созданием программы, использующей компьютерное зрение для определения лицевых нервных тиков.

Дополнительные материалы Видео и презентация работы: https://drive.google.com/drive/folders/1DtKxDXamEh... EmtvdGQuNzE1bKqGX?usp=share_link

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование