Метод детекції моргання в одноканальному сигналі інвазивної електроміограми
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2021.85.48-52Ключові слова:
електроміографія, параліч лицьового нерву, детектування морганняАнотація
Пошкодження лицьового нерва - це розлад черепної нервової системи, який часто призводить до паралічу м’язів обличчя, який можна ефективно відновити за допомогою функціональної електричної стимуляції повністю або частково денервованого кругового м’яза ока, щоб досягти скорочення м’язів для закриття повіки. Для управління системою інвазивної стимуляції в якості пускового механізму використовується автоматичне виявлення події моргання в неушкодженому оці. Для цього в роботі запропоновано новий підхід до аналізу одноканального сигналу інвазивної електроміограми (ЕМГ).
Комбінований часово-спектральний підхід до виявлення моргання складається з двох етапів, починаючи з порівняння з порогом відфільтрованих ЕМГ-сигналів у ковзному вікні, за яким слідує порівняння загальної спектральної потужності в області Фур'є з мінімальним та максимальним порогами. Якщо виконуються дві умови, вважається, що ЕМГ у поточному вікні містить подію моргання.
В експерименті використовуються дані ЕМГ, записані від одного дорослого здорового чоловіка-добровольця; сигнал містив прийнятну кількість артефактів і визнаний таким, що відображає звичайну ЕМГ. Чутливість (TPR), позитивне прогнозне значення (PPV), коефіцієнт помилкового виявлення (FDR) та хибно-негативний коефіцієнт (FNR) використовуються як показники ефективності.
В результаті застосування запропонованого алгоритму виявлення моргання з тривалістю часового вікна 500 мс та перекриттям 100 мс отримані такі показники ефективності: TPR =93%, PPV = 63%, FDR = 7%, FNR = 37%.
Прийнятна чутливість виявлення моргання свідчить про те, що метод є перспективним для більш широкого застосування в клінічних умовах і може бути застосований у прототипах імплантованих систем відновлення паралічу м’язів обличчя за допомогою функціональної електричної стимуляції для їх подальшого розвитку.
Посилання
References
Samii M., Matthies C. (1994). Indication, technique and results of facial nerve reconstruction. Acta Neurochirurgica, Vol. 130(1-4), pp. 125–139. DOI: 10.1007/bf01405512.
Manni J. (2012). Atlas of Surgery of the Facial Nerve. Chapter-18 Facial-Hypoglossal Nerve Jump Anastomosis for Reanimation of the Paralyzed Face. Jaypee Brothers Medical Publishers (P) Ltd., 2nd ed., pp. 177–177. DOI: 10.5005/jp/books/11709_18.
Tretiak I.B. (2007). Prolonged electrical stimulation of peripheral nerves and plexus damage. Ukrainian Neurosurgical Journal, Vol. 2 (2007), pp. 58-61. DOI: 10.25305/unj.130686. [In Russian].
Willand M. P. (2015). Electrical stimulation enhances reinnervation after nerve injury. European Journal of Translational Myology, Vol. 25, Iss. 4. DOI: 10.4081/ejtm.2015.5243.
Bigard A.-X. et al. (1993). Effects of surface electrostimulation on the structure and metabolic properties in monkey skeletal muscle. Medicine & Science in Sports & Exercise, Vol. 25, Iss. 3, p. 355-362. DOI: 10.1249/00005768-199303000-00010.
Gittins J., Martin R., Sheldrick J., Reddy A., Thean L. (1999). Electrical stimulation as a therapeutic option to improve eyelid function in chronic facial nerve disorders. Investigative ophthalmology & visual science, Vol. 40, Iss. 3, pp. 547-554.
Mokrusch T., Neundörfer B. (1994). Electrotherapy of permanently denervated muscle: long-term experience with a new method. European journal of physical medicine & rehabilitation, Vol. 4, Iss. 5, pp. 166-173.
Salerno G., McClellan G. A., Bleicher J. N., Stromberg B. V., Cheng S.-C. (1991). Electrical Stimulation Treatment of Dog's Denervated Orbicularis Oculi Muscle. Annals of Plastic Surgery, Vol. 26, Iss. 5, pp. 431–440. DOI: 10.1097/00000637-199105000-00004.
Kalivaraprasad B., Prasad V. M. D., Harshavardhan L. (2021). Development of Blink Restoration Model for Facial Paralysis Detection. Journal of Physics: Conference Series, 1804, 012175. DOI: 10.1088/1742-6596/1804/1/012175.
Frigerio A., Cavallari P., Frigeni M., Pedrocchi A., Sarasola A., Ferrante S. (2014). Surface Electromyographic Mapping of the Orbicularis Oculi Muscle for Real-Time Blink Detection. JAMA Facial Plastic Surgery, Vol. 16, Iss. 5, pp. 335–342. DOI: 10.1001/jamafacial.2014.283.
Jia J., Yi X., Wang M., Wang G., Deng S., Shen G. (2012). A blink restoration system with contralateral EMG triggered stimulation and real-time software based artifact blanking. 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 1536-1539. DOI: 10.1109/iscas.2012.6271543.
Yu Y., Liu Y., Yin E., Jiang J., Zhou Z., Hu D. (2019). An Asynchronous Hybrid Spelling Approach Based on EEG–EOG Signals for Chinese Character Input. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 27, No. 6, pp. 1292-1302. doi: 10.1109/TNSRE.2019.2914916.
Huang Q., Zhang Z., Yu T., He S., Li Y. (2019). An EEG-/EOG-Based Hybrid Brain-Computer Interface: Application on Controlling an Integrated Wheelchair Robotic Arm System. Frontiers in neuroscience, 13: 1243. DOI: 10.3389/fnins.2019.01243.
Baruaa S., Ahmed M. U., Ahlströmb C., Beguma S. (2019). Automatic driver sleepiness detection using EEG, EOG and contextual information. Expert systems with applications, Vol. 115, pp. 121-135. DOI: 10.1016/j.eswa.2018.07.054.
Batulin D., Popov A., Bobrov A., Tretiakova A. (2017). Eye blink detection for the implantable system for functional restoration of orbicularis oculi muscle. 2017 Signal Processing Symposium (SPSympo), pp. 1-4, doi: 10.1109/SPS.2017.8053650.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Андрій Бобров, Олег Борисенко, Anton Popov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
