工程平台和设计一个Neurally控制供电采用经假体与评价实验方案

该程序的总体目标是在图书馆环境中提供实验设置和协议，以评估下肢截肢患者的神经控制假肢。这是通过首先准备从受试者的残余下肢肌肉进行表面 EMG 信号测量来实现的。然后对齐和校准招募受试者上的动力假肢。

接下来，收集训练数据并训练神经机接口中的分类器。最后一步是测试电动假肢对招募的截肢受试者的神经控制性能。最终，神经控制的动力假肢用于允许受试者在实验室中安全连续地进行各种活动，例如站立水平、地面行走坡道、上升和坡道下降。

该设计工程平台的主要优点是每个功能块都可以轻松调试、修改和更新。此外，添加或删除功能或更改模型之间的连接都可以在计算机程序中轻松完成。新的电极插座接口设计可以提供高质量的 EMG 信号记录、紧密的插座悬挂和良好的用户舒适度。

因此，这种设计可用于研究下肢截肢者静止肢体的肌肉特性或功能。演示该程序将被视为其中之一。威廉·博特赖特和亚伦·弗莱明。

我们实验室的学生 戴上适合尺寸的防坠落安全带并将其连接到天花板导轨系统，为测试对象做准备。接下来，选择七个充满电的无线 EMG 传感器。输入将 EMG 传感器放入准备好位置的定制抽吸插座中。

记下传感器的订单号，并将它们与肌电图位置相关联。用异丙醇清洁受试者残肢的皮肤后，用金字塔适配器将电动假肢连接到吸座上。协助受试者戴上吸座，并确认吸槽牢固地连接到受试者的残肢上。

接下来打开实时 EMG 模拟数据流软件。然后让受试者进行髋关节屈伸、髋关节外展和外展，想象膝关节屈伸，并检查 EMG 信号以验证 EMG 电极接触和数据传输以对齐和校准动力假肢。从受试者开始 在站立姿势上，握住辅助助行器助行器，调整适配器上的一组旋转螺钉，直到假肢的位置与接受腔在几何上对齐。

让受试者将假肢从地面上抬起，并校准假肢挂架上的称重传感器。指导受试者练习在不同地形上行走、水平地面坡道上升和坡道下降。佩戴电动假肢时，让受试者继续工作，直到他或她对使用电动设备行走感到自信并产生一致的步态模式。

在每个活动中，向受试者解释预定义的步行路径，并指示受试者站在步行路径的起始位置。接下来，打开 power prosthesis 并将参数加载到 intrinsic controller 中。运行训练数据收集计算机程序，并通过单击图形用户界面上的站立按钮或 gooey 将内部控件设置为站立模式。

然后指导受试者以他或她自己选择的舒适步行速度走过平地。同时，在被摄体前腿脚趾离开之前点击粘糊糊的行走按钮，它会自动将固有控制设置为水平地面行走模式。当受试者接近坡道边缘时，在假肢脚趾离开之前点击粘液上的坡道上升按钮，踩在坡道上，将本征控制切换到坡道作为气味模式以确保安全。

允许拍摄对象在坡道上行走时使用扶手。当主体来到坡道边缘时，再次点按行走按钮。在假肢的后跟撞击水平平台之前，将假肢本征控制切换到水平地面行走模式。

在步行路径的尽头，指示主题停下来并保持站立。在双站态阶段之前单击站立按钮，这会将本质控制切换回站立模式。大约 5 秒后，单击 stop （停止） 按钮终止数据收集。

当被试以相反的路线走回起始位置时，重复该过程。唯一的区别是将 intrinsic control 切换到 ramp descent 模式。当受试者在下坡道上行走时，重复在坡道上上下行走 10 次，然后检查收集的训练数据集的信号质量。

接下来，通过离线训练模块在神经机界面中训练模式识别分类器。使用收集的 EMG 和机械信号、训练过程中标记的活动模式以及检测到的阶段来构建相位依赖模式。分类器会自动保存分类器的参数，以供以后的在线测试会话使用。

通过指示受试者站在步行路径的起点来开始下一组测试。打开动力修复后，将经过训练的分类器加载到在线测试模块，并将参数加载到内部控制器。接下来，指示受试者以站立姿势开始测试试验。

然后不断过渡到水平地面行走、坡道行走水平、再次进行地面行走，最后停止。在步行路径的尽头，指导受试者以舒适的速度进行每项活动。在试验之间留出休息时间，以避免在每次测试试验期间疲劳。

在监视器上显示假体的活动模式和膝关节角度读数，保存所有测量值和控制输出以供以后评估。当受试者在髋关节屈曲和髋关节伸展之间交替时，从受试者残肢的大腿肌肉记录的原始 EMG 信号表现出特征模式。从这些图中可以看出，当受试者在平坦的地面行走路径上行走时记录的原始 EMG 信号，可以看出 EMG 电极插座接口可以提供高质量的接口。

肌电图信号测量。受试者被要求从站立姿势开始，过渡到水平、地面行走坡道、上升水平、地面行走，然后在步行路径的尽头停下来。然后，受试者沿着相反的路线向原来的起点移动，受试者能够根据他想要的活动模式顺利切换动力经股骨假体控制模式。

红色虚线表示从水平地面、步行到斜坡、上升或下降以及从站立到步行的过渡的每个活动模式过渡的定义关键时间。关键时机是摆动阶段的开始，即从斜坡、上升或下降到平地行走以及从行走到站立的过渡。关键时间是开始接受重量，即脚跟接触水平地面。

该试验进行大约 18 秒后，由于神经机界面错误地识别了用户的意图，当受试者在水平地面上行走时，假肢错误地切换到了斜坡上升模式。诸如此类的错误不会引起受试者行走运动学的显着变化，并且受试者不会察觉到。然而，在一些测试试验中观察到一些干扰受试者步态稳定性的错误，但没有一个导致受试者跌倒。

我们的概念验证平台实验设置和方案可以提供方便的工具，以进一步优化粉末下肢假体的神经控制和内在控制，并有助于开发真正的仿生下肢假肢，用户可以轻松、可靠、直观地作。观看此视频后，您应该对如何应用开发的工程平台在实验室环境中安全有效地评估神经控制的下肢截肢假肢患者有很好的了解。