Method Article

منصة الهندسة وبروتوكول التجريبية للتصميم والتقييم لبدعم Transfemoral تعويضات تسيطر العصبي-

DOI:

10.3791/51059

⸱

July 22nd, 2014

 ,  ,  ,  , 
1Joint Department of Biomedical Engineering, North Carolina State University & University of North Carolina at Chapel Hill, 2Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of North Carolina School of Medicine, 3Atlantic Prosthetics & Orthotics, LLC

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم تطوير واجهات العصبية والآلة (NMI) لتحديد وضع تنقل المستخدم. هذه هي معاهد القياس الوطنية يمكن أن تكون مفيدة من أجل السيطرة العصبية للأرجل اصطناعية تعمل بالطاقة، ولكن لم يتم أثبتت تماما. هذه الورقة قدمت (1) لدينا منصة الهندسية المصممة لتنفيذ سهل وتطوير التحكم العصبي للانخفاض بالطاقة الأعضاء الاصطناعية و (2) على الإعداد التجريبية والبروتوكول في بيئة معملية لتقييم الساقين الاصطناعي تسيطر العصبي على المرضى الذين يعانون من بتر الأطراف السفلى بأمان وكفاءة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لتمكين عملية بديهية من الأرجل الاصطناعية بالطاقة، هو المطلوب واجهة بين المستخدم وبدلة التي يمكن التعرف على نوايا حركة المستخدم. وقد أثبت رواية واجهة العصبية آلة (NMI) على أساس العصبية والعضلية-الميكانيكية الانصهار وضعت في دراسة سابقة لدينا إمكانات كبيرة لتحديد دقيق لحركة المقصود من مبتوري الأطراف transfemoral. ومع ذلك، لم يتم دمج هذه الواجهة مع الساق الاصطناعية بالطاقة من أجل السيطرة العصبية الحقيقية. هذه الدراسة تهدف إلى تقديم تقرير (1) منصة مرنة لتنفيذ وتحسين التحكم العصبي في أقل بالطاقة بدلة أطرافهم و (2) على الإعداد التجريبية وبروتوكول لتقييم مراقبة بدلة العصبية في المرضى الذين يعانون من بتر الأطراف السفلية. تم تطوير أول منصة تستند على جهاز كمبيوتر وبيئة البرمجة المرئية لتنفيذ خوارزميات التحكم بدلة، بما في ذلك NMI خوارزمية التدريب، NMI خوارزمية اختبار عبر الإنترنت، وخوارزمية التحكم الجوهرية. للتدليل علىوظيفة من هذا المنبر، في هذه الدراسة NMI استنادا-العصبية والعضلية الميكانيكية الانصهار تم دمج هرميا مع التحكم الجوهرية لبدلة transfemoral تنميط. تم تجنيده مريض واحد مع بتر transfemoral من جانب واحد لتقييم موقعنا تحكم العصبية تنفيذها عند تنفيذ الأنشطة، مثل الوقوف والمشي مستوى الأرض، منحدر الصعود، والطريق المنحدر أصل مستمر في المختبر. ووضعت الإعداد التجريبية الرواية والبروتوكول من أجل اختبار عنصر التحكم بدلة جديدة بأمان وكفاءة. وقدمت إثبات صحة مفهوم منصة والإعداد التجريبية وبروتوكول يمكن أن تساعد على التنمية المستقبلية وتطبيق التحكم العصبي الساقين الاصطناعي بالطاقة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اكتسبت بالطاقة أقل الاصطناعية الطرف اهتماما متزايدا في كل من السوق التجاري ومجتمع البحوث 1،2 3-5. مقارنة الساقين الاصطناعية السلبي التقليدية والمفاصل الاصطناعية الآلية لديها ميزة السماح أقل مبتوري الأطراف الطرف لتنفيذ الأنشطة التي يصعب أو يستحيل عند ارتداء أجهزة السلبي بشكل أكثر كفاءة. ومع ذلك، في الوقت الراهن، على نحو سلس وسلس الانتقال النشاط (على سبيل المثال، من مستوى سطح الأرض يسير إلى درج الصعود) لا تزال قضية صعبة بالنسبة للمستخدمين الساق الاصطناعية بالطاقة. ويرجع ذلك أساسا إلى عدم وجود واجهة المستخدم والآلة التي يمكن "قراءة" نية الحركة للمستخدم وعلى الفور ضبط معايير الرقابة بدلة من أجل تمكين المستخدمين ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. منهاج تنفيذ التحكم من العصبية بالطاقة Transfemoral الاصطناعية

وقد وضعت على منصة في هذه الدراسة الهندسية لتنفيذ وتقييم التحكم العصبي في الساقين الاصطناعي بالطاقة. وشملت الأجهزة جهاز كمبيوتر سطح المكتب مع وحدة المعالجة المركزية 2.8 غيغاهرتز و 4 غيغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي، ومتعددة الوظائف متن الحصول على البيانات مع كل من التناظرية إلى الرقمية محولات (ADCS) والمحولات الرقمية إلى تناظرية (DACS)، وحدة تحكم المحرك، وأنا الرقمي / الإخراج، وبدلة transfemoral بالطاقة تنميط مصممة في مجموعتنا 12. تم ترقيم المدخلات التناظرية استشعار أول مرة من قبل ADCS و....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويبين الشكل 4a سبع قنوات إشارات EMG السطحية من قياس عضلات الفخذ من أطرافهم المتبقية هذا الموضوع عندما كان يقوم ثني الورك / تمديد، كما هو موضح في البروتوكول 3.2.6. الشكل يبين 4B ست دورات مشية إشارات EMG المسجلة عندما مشى على هذا الموضوع مسار المشي على مستوى الأرض، وأثناء بروتوكول 3.3.4. من هذا الرقم، فإنه يمكن أن نرى أن تصميم واجهة الكهربائي EMG المقبس الجديدة يمكن أن توفر نوعية جيدة من القياسات إشارة EMG السطح.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد وضعت على منصة في هذه الدراسة الهندسية لتنفيذ بسهولة، وتحسين، وتطوير السيطرة العصبية الحقيقي للالاصطناعية بالطاقة. كان مبرمجا النظام الأساسي بأكمله في بيئة التنمية القائمة على الأجهزة الافتراضية وتنفيذها على جهاز كمبيوتر سطح المكتب. كان يتألف البرنامج من عدة وحدات تحكم مستقلة وقابلة للتبديل، في كل واحدة منها تم تنفيذ وظائف محددة (أي NMI الاعتراف النية، والسيطرة الذاتية). ميزة هذا تصميم وحدات هي أن كل كتلة وظيفة يمكن تصحيحه بسهولة، تعديل، وتحديثها. بالإضافة إلى ذلك، إضا.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أعلن عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل في جزء من المعاهد الوطنية للصحة في إطار منحة RHD064968A، في جزء منه من قبل مؤسسة العلوم الوطنية في إطار المنحة 0931820، 1149385 المنحة، ومنحة 1361549، وجزئيا من قبل المعهد الوطني للإعاقة وإعادة التأهيل تحت بحوث غرانت H133G120165. المؤلفين أشكر لين دو، أقرع وانغ وجيرالد Hefferman في جامعة رود آيلاند، ومايكل ج دير في دير تقويم العظام والأطراف الاصطناعية التكنولوجيا، ذ م م، لاقتراح عظيم والمساعدة في هذه الدراسة.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
مستشعرات Trigno الكهربية الكهربية الكهربية اللاسلكيةDelsys، Inc.7
قاعدة Trigno اللاسلكية EMGDelsys، Inc.1
بطاقة DAQ متعددة الوظائف (PCI-6259) NationalInstruments، Inc.1
مقياس الجهد (RDC503013A)ALPS Electric CO.، LTD1
Encoder (سلسلة MR) MaxonPrecision Motors، Inc.1
وحدة تحكم في المحرك (ADS50 / 10)   ؛ماكسون بريسيشن موتورز ، إنك.1
مصدر طاقة 24 فولت (DPP480)TDK-Lambda Americas، Inc.1
6 خلية تحميل DOF (Mini58)أتمتة صناعية ATI1
نظام سكة حديد السقفRoMedic، Inc.1
NI LabView 2011National Instruments، Inc.1
محطة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. The POWER KNEE. , http://www.ossur.com/prosthetic-solutions/products/knees-and-legs/bionic-knees/power-knee (2014).
  2. Walk. BiOM Ankle System. , http://www.biom.com (2014).
  3. Martinez-Villalpando, E. C., Herr, H. Agonist-antagonist active knee prosthesis: a preliminary stu....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Neural Machine InterfacePowered Prosthetic LegSurface EMG MeasurementProsthesis Alignment CalibrationTraining Data CollectionClassifier TrainingNeural Control TestingActivity Mode TransitionsExperimental Setup ProtocolLower Limb Amputation

Related Articles