신경 - 기계 인터페이스 (NMI)는 사용자의 운동 모드를 식별하기 위해 개발되었다. 이러한 NMI가 잠재적으로 전원이 공급되는 인공 다리의 신경 제어에 유용하지만 완전히 입증되지 않았다. 쉽게 구현 및 신경 제어 개발 전원 하체 보철을위한 안전하고 낮은 사지 절단 환자에 neurally 제어 인공 다리를 평가하는 실험실 환경 (2) 실험 장치 및 프로토콜에 대한 (1) 우리의 설계 엔지니어링 플랫폼 제공이 논문 효율적.
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이 논문에서
요약
초록
전원이 공급되는 인공 다리의 직관적 인 조작을 가능하게하려면, 사용자의 운동 의도를 인식 할 수있는 사용자와 보철물 사이의 인터페이스가 요구되고있다. 우리의 이전 연구에서 개발 된 신경 근육 기계 융합을 기반으로하는 새로운 신경 - 기계 인터페이스 (NMI)는 정확하게 대퇴 절단 수술을받은 사람의 의도 된 움직임을 식별 할 수있는 큰 잠재력을 보여 주었다. 그러나,이 인터페이스는 아직 진정한 신경 제어를위한 전원 철 다리와 통합되지 않았습니다. (1) 유연한 플랫폼 구현 및 최적화 전원 하체 보철의 신경 제어 (2) 실험 장치 및 프로토콜 낮은 사지 절단 환자에 대한 신경 보철 제어를 평가하는보고하고자 하였다. 처음으로 PC와 카메라 프로그래밍 환경을 기반 플랫폼 NMI 훈련 알고리즘, NMI 온라인 테스트 알고리즘 및 극한 제어 알고리즘 등 보철물 제어 알고리즘을 구현하기 위해 개발되었다. 설명하기 위해이 플랫폼의 기능은이 연구에서 신경 근육 기계의 융합에 따라 NMI는 계층 적으로 원형 대퇴 의지의 고유의 제어와 통합했다. 일방적 인 대퇴 절단 한 환자는 이러한 서, 레벨 지상 산책, 램프 상승 등의 활동을 수행 할 때 우리의 구현 신경 컨트롤러를 평가하고, 실험실에서 지속적으로 하강 램프에 채용되었다. 신규 실험 구성 및 프로토콜이 안전하고 효율적으로 새로운 보철물 컨트롤을 테스트하기 위해 개발되었다. 제시된 증거의 개념 플랫폼 및 실험 장치 및 프로토콜은 neurally 제어 전원 인공 다리의 미래 발전과 응용 프로그램을 보조 할 수 있습니다.
서론
전원 하체 보철는 상업 시장 1, 2 및 연구 커뮤니티 3-5 모두에서 증가하고 관심을 얻고있다. 기존의 수동적 인 보철 다리에 비해, 동력 인공 관절은 낮은 사지 절단 수술을받은 사람보다 효율적으로 수동 소자를 착용 할 때 힘들거나 불가능한 작업을 수행 할 수있는 이점이있다. 그러나, 현재, (계단 상승에 걸어 레벨 지상에서 예) 부드럽고 원활한 활동 전환은 여전히 전원 철 다리 사용자를위한 어려운 문제입니다. 이러한 어려움은 사용자의 동작 의도가 "읽기"기민 원활 활성 모드로 전환 할 수있게하기 위해 보철 제어 파라미터를 조정할 수있는 사용자 - 기계 인터페이스의 부족에 주로 기인한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 사용자 - 기계 인터페이스를 설계하는 다양한 방법이 연구되어왔다. NMI는 근전도 (E에 따라 항에있어서,MG) 신호는 전원 하체 보철을 직관적으로 제어 할 수있는 큰 잠재력을 보여 주었다. 최근 두 연구 6,7는 장착 위치 중에 잔류 근육에서 기록 된 EMG 신호를 모니터링하여 대퇴 절단 장애인의 누락 무릎의 의도 된 동작을 디코딩 보도했다. 오 등. 5 개 transtibial 수족 절단 수술받은 사람의 두 가....
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프로토콜
1. 강화 대퇴 보철의 신경 제어의 구현을위한 플랫폼
엔지니어링 플랫폼은 전원 인공 다리의 신경 제어를 구현하고 평가하기 위해 본 연구에서 개발되었다. 하드웨어는 2.8 GHz의 CPU 및 4기가바이트 RAM, 아날로그 - 디지털 컨버터 (ADC) 및 디지털 - 아날로그 컨버터 (DAC)를 모두 가진 다기능 데이터 수집 보드, 모터 컨트롤러, 디지털 I으로 데스크톱 PC를 포함 / O를, 그리고 우리의 그룹 12에 설계 프로토 타입 전원 공급 대퇴 의지. 아날로그 센서 입력은 우선의 ADC에 의해 디지털화 및 신호 프로세싱을위한 데스크탑 PC로 스트리밍 하였다. DAC는 모터 제어기를 통해 보철물에 DC 모터를 구동하는 제어 출력을 위해 사용되었다. 디지털 I / O의 수는 비활성화 / 모터 제어를 가능하게하는 데 사용되었다. 전원 보철물은 데스크톱 PC에 닿는, 24 V 전원 공급 장치에서 전원을 공급했다.
이 소프트웨어는 광고에 프로그래밍 된데스크탑 PC에서 실행되는 가상 기기에 적합한 evelopment 환경. 개발 환경은 효과적으로 사용자 정의 플랫폼을 구현하는 사용자 정의 된 소프트웨어 및 하드웨어를 결합한 가상 계측 기반으로했다. 그래픽 블록도의 구성을 사용함으....
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결과
그림 4a는 그가 엉덩이 굴곡 / 연장을 수행 할 때 프로토콜 3.2.6에 설명 된대로. (b)는 피사체에 왔을 때 기록 된 EMG 신호의 여섯 보행주기를 보여줍니다 피사체의 잔류 다리의 허벅지 근육에서 측정 한 표면 근전도 신호의 일곱 채널을 보여줍니다 레벨 지상 도보 경로, 프로토콜 3.3.4시. 이 도면으로부터, 새로운 설계 EMG 전극 소켓 인터페이스 표면 EMG 신호 측정의 좋은 품질을 제공 할 수 있음을 알 수있다.
그림 5는 제어 모드를 보여줍니다 단계를 감지, 무릎 한 대표 온라인 테스트 시험에서 neurally 제어 전원 대퇴 삽입물의 관절 각을 만들었습니다. 피사체가 서있는 위치에서 시작하게되었다, 다음 레벨 지상 산책, 램프 상승, 레벨 지상 산책 및 전환은 산책로의 끝에서 중지합니다. 피사체는 t 따라 일본어 시작점에 반환그 경로를 역.......
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토론
엔지니어링 플랫폼은이 연구를 쉽게 구현, 최적화 및 전원 보철물의 진정한 신경 통제를 개발하기 위해 개발되었습니다. 전체 플랫폼은 가상 계측 기반의 개발 환경에서 프로그램 및 데스크탑 PC에서 구현되었습니다. 제어 소프트웨어는 특정 기능 (즉 NMI 의도를 인식하고, 고유 제어)을 실행 된 각각 여러 독립적 인 교체가 가능하고 모듈로 구성되었다. 이러한 모듈 디자인의 장점은 각각의 기능 블록은 쉽게, 디버깅, 수정 및 업데이트 할 수있다. 또한, 추가 또는 삭제하는 기능 또는 모듈 간의 연결을 용이하게 변경하는 것은 이러한 컴퓨터 프로그램에서 수행 될 수있다. 따라서, 플랫폼은 쉽게 다른 신경 제어 정보에 기초하여 다른 NMI을 구현하기 위해 적용하거나 다른 사용자 의도 인식 기술에 기초 할 수있다. EEG 기반 신경 - 기계 인터페이스가 개발 될 때 예를 들어, 쉽게 구현도 될 수있다데이터 수집 모듈과 의도 인식 모듈을 수정하여이 플랫폼에 공감; 새로운 의도 복호 법에 의한 신경 - 기계 인터페이스가 개발 될.......
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공개 사항
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
감사의 글
이 작품은 국립 부여 0931820에서 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에 의해 부분적으로 부여 RHD064968A에서 건강 연구소, 1149385을 부여하고, 부여 1,361,549에 의해 부분적으로 지원, 그랜트 H133G120165에서 장애 및 재활 연구소에있는 국립 연구소에 의해 부분적으로 하였다. 저자는 좋은 제안이 연구의 지원, 린 뒤, 딩 왕과 제럴드 Hefferman로드 아일랜드 대학에서, 그리고 마이클 J. 수녀원 수녀원 정형용에서 보철 기술, LLC 감사합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Trigno 무선 EMG 센서 | Delsys, Inc. | ||
| Trigno 무선 EMG 기지국 | Delsys, Inc. | ||
| 다기능 DAQ 카드 1개 (PCI-6259) | National Instruments, Inc. | ||
| 전위차계 (RDC503013A) | ALPS Electric CO., LTD | 1 | |
| 인코더 (MR 시리즈) | Maxon Precision Motors, Inc. | ||
| 1 모터 컨트롤러(ADS50/10) | Maxon 정밀 모터, Inc. | ||
| 24V 전원 공급 장치(DPP480) | TDK-Lambda Americas, Inc. | ||
| 6 DOF 로드셀 (Mini58) | ATI 산업 자동화 | 1 | |
| 천장 레일 시스템 | RoMedic, Inc. | ||
| NI LabView 2011 | 내쇼날인스트루먼트, Inc. |
참고문헌
- The POWER KNEE. , http://www.ossur.com/prosthetic-solutions/products/knees-and-legs/bionic-knees/power-knee (2014).
- Walk. BiOM Ankle System. , http://www.biom.com (2014).
- Martinez-Villalpando, E. C., Herr, H. Agonist-antagonist active knee prosthesis: a preliminary stu....
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재인쇄 및 허가
