pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2025-16-2-168-174pimi-963Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsВзаимосвязь оптимального значения частоты электростимуляции, величины максимума фазового сдвига и усилия, развиваемого мышцейRelationship between the Electrical Stimulation Frequency Optimal Value and the Magnitude of the Maximum Phase Shift, and the Force Developed by the MuscleОсиповА. Н.OsipovA. N.

П. Бровки, 6, г. Минск 220013

P. Brovki str., 6, Minsk 220013

ХазановскийИ. О.KhazanovskyI. O.

Адрес для переписки:Хазановский И.О. -ООО «Горнэлектроникс»,ул. Козлова, 50 В, г. Минск 220088, Беларусь e-mail: khaz_igor@yahoo.com

Address for correspondence: Khazanovsky I.O.  Gornelektronics LLC,Kozlova str. 50 B, Minsk 220088, Belarus, e-mail: khaz_igor@yahoo.com

khaz_igor@yahoo.comПацеевА. В.PaceevA. V.

ул. Макаёнка, 17, г. Минск 220114

Makayonka str., 17, Minsk 220114

ПацеевС. В.PaceevS. V.

ул. Игнатенко, 8, г. Минск 220035

Ignatenko str., 8, Minsk 220035

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусь1Belarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarusГорнэлектроникс ОООБеларусьGornelektronics LLCBelarusРеспубликанский центр медреабилитации и бальнеолеченияБеларусьRepublican Center for Medical Rehabilitation and BalneotherapyBelarusКлиника «Мерси»БеларусьClinic "Mercy" LLCBelarus202502072025162168174Copyright © Осипов А.Н., Хазановский И.О., Пацеев А.В., Пацеев С.В., 20252025Осипов А.Н., Хазановский И.О., Пацеев А.В., Пацеев С.В.Osipov A.N., Khazanovsky I.O., Paceev A.V., Paceev S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/963

Важным моментом в процессе восстановительного лечения заболеваний нервно-мышечного аппарата является электростимуляция. Выбор частотно-временных параметров сигнала и его согласование с электрическими параметрами биологических тканей является одним из основных факторов в практике электростимуляции. Целью данной работы являлась оптимизация параметров электрического воздействия в соответствии с функциональным состоянием мышц. Исследования проводились на двуглавой мышце плеча верхней конечности испытуемого и включали исследование зависимости усилия, развиваемого мышцей, от амплитуды напряжения стимулирующего сигнала и исследование фазочастотной характеристики межэлектродного импеданса двуглавой мышцы плеча верхней конечности испытуемых. Определена взаимосвязь оптимального значения частоты электростимуляции, вызывающей максимальное усилие мышцы, и величины фазового сдвига фазочастотной характеристики тканей. Изучена зависимость усилия, развиваемого мышцей при электростимуляции, от величины амплитуды стимулирующего сигнала при различных значениях частоты электростимуляции. Установлено, что при увеличении амплитуды стимулирующего сигнала увеличивается частота экстремума фазочастотной характеристики биоткани, а соответственно и увеличивается частота электростимуляции, вызывающая максимальное усилие мышц. Результаты работы могут быть использованы при проектировании систем электростимуляции опорно-двигательного аппарата с обратной связью.

Electrical stimulation restorative treatment’s process of neuromuscular system’s diseases very important. Choice of the signal frequency-time parameters and its coordination with the biological tissues electrical parameters one of the main factors in the practice of electrical stimulation. The purpose of this article was to optimize the electrical action parameters in accordance with the muscles’s functional state. The studies were conducted on the biceps brachii of the upper limb of the subject and included: study of dependence of the effort developed by the muscle on the amplitude of the stimulating signal’s voltage and study of the interelectrode impedance phase-frequency characteristic of the upper limb biceps brachii of the subjects. As a result, relationship between the optimal value of the electrical stimulation frequency causing the maximum effort of the muscle and the magnitude of the phase shift of the phase-frequency characteristic of the tissues was determined. Dependence of the effort developed by the muscle during electrical stimulation on the amplitude of the stimulating signal magnitude at different values of electrical stimulation frequency was studied. It was established that with an increase of the stimulating signal amplitude, frequency of the phase-frequency characteristic’s extremum of the biotissue increases and accordingly the frequency of electrical stimulation that causes maximum muscle effort increases. Results of the work can be used in the design of electrical stimulation systems for musculoskeletal system with feedback.

частота электростимуляцииамплитуда стимулирующего сигналавеличина фазового сдвигафазочастотная характеристика биотканиelectrical stimulation frequencystimulation signal amplitudephase shift magnitudephase-frequency characteristic of biological tissueReferencesГурьянова У.А. Функциональная электростимуляция при восстановлении ходьбы после инсульта. / У.А. Гурьянова, В.В. Ковальчук, О.А. Тихоплав, Ф.Г. Литвак // Обзор литературы. Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. – 2020. – Т. 2. – № 3. – С. 244-262. doi: 10/36425/rehab34831Guryanova UA, Kovalchuk VV, Tikhoplav OA, Litvak FG. Functional electrical stimulation in gait recovery after stroke. Literature review. Physical and rehabilitation medicine, medical rehabilitation. 2020;2(3):244-262. DOI: 10/36425/rehab34831Moineau B., Marquez-Chin C., Alizadeh-Meghrazi M., [et al.] Garments for functional electrical stimulation: design and proofs of concept. J. Rehabil. Assist. Technol. Eng. 2019,6:205566831985434. doi: 10.1177/2055668319854340Moineau B, Marquez-Chin C, Alizadeh-Meghrazi M. [et al.] Garments for functional electrical stimulation: design and proofs of concept. J. Rehabil. Assist. Technol. Eng. 2019,6:205566831985434. doi: 10.1177/2055668319854340Вовк М.И. Биотехнические системы управления двигательными функциями человека. / М.И. Вовк // Кибернетика и вычислительная техника. Киев. – 2017. – Т. 187. – № 1. – С. 49-66.Vovk MI. Biotechnical systems for controlling human motor functions. Cybernetics and computing engineering. Kyiv. 2017;1(187):49-66.Осипов А.Н. Синтез сигналов электро-стимуляции на основе частотно-временного анализа электромиограмм. / А.Н. Осипов, И.О. Хазановский, Д.А. Котов, П.И. Балтрукович // Проблемы физики, математики и техники. Гомель. – 2022. – Т. 50. –№ 1.– С. 33-36.Osipov AN, Khazanovsky IO, Kotov DA, Baltrukovich PI. Synthesis of electrical stimulation signals based on time-frequency analysis of electromyograms. Problems of Physics, Mathematics and Technology. Gomel. 2022;1(50):33-36.Голдырев Е.О., Функциональная электростимуляция в комбинации с фармакотерапией в нейрореабилитации при церебральных ишемиях и болевых синдромах. / Е.О. Голдырев, Л.Р. Ахмадеева, Э.М. Харисова // Эффективная фармакотерапия. – 2024. – Т. 20. – № 34. – С. 44–49. doi: 10.33978/2307-3586-2024-20-34-44-49Goldyrev EO, Akhmadeeva LR, Kharisova EM. Functional electrical stimulation in combination with pharmacotherapy in neurorehabilitation of cerebral ischemia and pain syndromes. Effective pharmacotherapy. 2024;20(34):44-49. doi: 10.33978/2307-3586-2024-20-34-44-49Jovanovic L.I., Kapadia N., Zivanovic V. [et al.] Brain–computer interface-triggered functional electrical stimulation therapy for rehabilitation of reaching and grasping after spinal cord injury: a feasibility study. Spinal Cord Series and Cases. 2021;7(24). doi: 10.1038/s41394-020-00380-4Jovanovic LI, Kapadia N, Zivanovic V. [et al.] Brain–computer interface-triggered functional electrical stimulation therapy for rehabilitation of reaching and grasping after spinal cord injury: a feasibility study. Spinal Cord Series and Cases. 2021;7(24). doi: 10.1038/s41394-020-00380-4Osuagwu B.C.A., Wallace L., Fraser M., [et al.] Rehabilitation of hand in subacute tetraplegic patients based on brain computer interface and functional electrical stimulation: a randomized pilot study. Journal of Neural Engineering. 2016;13(6):065002. doi: 10.1088/1741-2560/13/6/065002Osuagwu BCA, Wallace L, Fraser M. [et al.] Rehabilitation of hand in subacute tetraplegic patients based on brain computer interface and functional electrical stimulation: a randomized pilot study. Journal of Neural Engineering. 2016;13(6):065002. doi: 10.1088/1741-2560/13/6/065002Arpin DJ, Ugiliweneza B, Forrest G, Harkema SJ and Rejc E (2019) Optimizing Neuromuscular Electrical Stimulation Pulse Width and Amplitude to PromoteCentral Activation in Individuals With Severe Spinal Cord Injury. Front. Physiol. 10:1310. doi: 10.3389/fphys.2019.01310Arpin DJ, Ugiliweneza B, Forrest G, Harkema SJ and Rejc E. Optimizing Neuromuscular Electrical Stimulation Pulse Width and Amplitude to Promote Central Activation in Individuals With Severe Spinal Cord Injury. Front. Physiol. 2019;10:1310. DOI: 10.3389/fphys.2019.01310Глущук С.Ф. Адаптивные электростимуляторы желудочно-кишечного тракта / С.Ф. Глущук, Я.С. Пеккер // Известия томского политехнического университета. – Т. 308. – № 4. – С. 164–166.Glushchuk SF, Pekker YaS. Adaptive electrical stimulators of the gastrointestinal tract. Bulletin of Tomsk Polytechnic University. 308(4):164-166.Arpin D.J., Forrest G., Harkema S.J., Rejc E. (2018). Submaximal marker for investigating peak muscle torque using neuromuscular electrical stimulation after paralysis. J. Neurotrauma. 36,930–936. doi: 10.1089/neu.2018.5848Arpin DJ, Forrest G, Harkema SJ, and Rejc E. Submaximal marker for investigating peak muscle torque using neuromuscular electrical stimulation after paralysis. J. Neurotrauma. 2018;36,930-936. doi: 10.1089/neu.2018.5848Малыгин А.В. Определение оптимальных параметров транскраниальной электростимуляции на основе математической модели нейронных структур. / А.В. Малыгин // Медицинские компьютерные технологии. – 2009. – № 5. – С. 25–32.Malygin AV. Determination of optimal parameters of transcranial electrical stimulation based on a mathematical model of neural structures, Medical Computer Technologies, 2009;5:25-32.Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей / Под редакцией Р.И. Утямышева и М. Враны – М.: Энергоатомиздат, 2000. – С. 384.Electronic equipment for stimulation of organs and tissues / Edited by R.I. Utyamyshev and M. Vrana. Moscow: Energoatomizdat. 2000, p. 384.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.