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Technische Plattform und experimentelles Protokoll für Entwurf und Evaluation eines Neural-kontro...
Technische Plattform und experimentelles Protokoll für Entwurf und Evaluation eines Neural-kontro...
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JoVE Journal Bioengineering
Engineering Platform and Experimental Protocol for Design and Evaluation of a Neurally-controlled Powered Transfemoral Prosthesis

Technische Plattform und experimentelles Protokoll für Entwurf und Evaluation eines Neural-kontrollierten Powered Oberschenkelprothese

Full Text
16,753 Views
11:16 min
July 22, 2014

DOI: 10.3791/51059-v

Fan Zhang1, Ming Liu1, Stephen Harper2,3, Michael Lee3, He Huang1

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

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents an experimental setup and protocol to evaluate neurally controlled artificial legs for patients with lower limb amputations. The research aims to enhance the functionality of powered prosthetic devices through neural-machine interfaces (NMI).

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Biomedical Engineering
  • Prosthetics

Background

  • Neural-machine interfaces (NMI) can identify locomotion modes.
  • NMIs have potential applications in controlling powered artificial legs.
  • Previous implementations have not been fully demonstrated.
  • This study aims to bridge that gap through practical evaluation.

Purpose of Study

  • To develop a platform for neural control of powered lower limb prostheses.
  • To evaluate the performance of neurally controlled artificial legs.
  • To ensure safety and efficiency in testing with amputee subjects.

Methods Used

  • Preparation for surface EMG signal measurement from residual limb muscles.
  • Alignment and calibration of the powered prosthetic leg.
  • Collection of training data and training classifiers in the NMI.
  • Testing the performance of the neural control system during various activities.

Main Results

  • The neurally controlled prosthetic leg enabled subjects to perform activities like standing and walking.
  • Safe and continuous operation was achieved during laboratory testing.
  • Data collected supports the efficacy of the neural control system.
  • Results indicate potential for improved user experience with powered prosthetics.

Conclusions

  • The study successfully demonstrated the feasibility of neurally controlled artificial legs.
  • Further research is needed to optimize the technology for broader applications.
  • Findings contribute to the development of advanced prosthetic solutions for amputees.

Frequently Asked Questions

What is the main goal of this study?
The main goal is to evaluate neurally controlled artificial legs for patients with lower limb amputations.
How are surface EMG signals measured?
Surface EMG signals are measured from the subject's residual lower limb muscles during the setup.
What activities can subjects perform with the prosthetic leg?
Subjects can perform activities such as standing, walking on ground, ascending, and descending ramps.
What is the significance of the neural-machine interface?
The NMI allows for the identification of locomotion modes, enhancing control over the prosthetic leg.
What are the next steps after this study?
Further research is needed to optimize the technology for broader applications in prosthetics.

Neural-Maschine-Schnittstellen (NMI) wurden entwickelt, um Bewegungsmodus des Benutzers zu identifizieren. Diese NMI sind potentiell nützlich für neuronale Steuerung von Geräten und künstlichen Beinen, aber noch nicht vollständig nachgewiesen. Dieses Papier präsentiert (1) unsere Engineering-Plattform entwickelt, für die einfache Implementierung und Entwicklung von neuronalen Steuerung für Motorbeinprothesen und (2) einem Versuchsaufbau und Protokoll in einer Laborumgebung zu neural gesteuerte künstliche Beine auf Patienten mit Amputationen der unteren Extremitäten sicher beurteilen und effizient.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, einen experimentellen Aufbau und ein Protokoll in einer Bibliotheksumgebung zu präsentieren, um neuronal gesteuerte künstliche Beine bei Patienten mit Amputationen der unteren Gliedmaßen zu evaluieren. Dies wird erreicht, indem zunächst die Messung des Oberflächen-EMG-Signals von den verbleibenden Muskeln der unteren Gliedmaßen des Probanden vorbereitet wird. Dann wird die motorisierte Beinprothese des rekrutierten Probanden ausgerichtet und kalibriert.

Als nächstes werden die Trainingsdaten gesammelt und die Klassifikatoren in der Schnittstelle der neuronalen Maschine trainiert. Der letzte Schritt besteht darin, die Leistung der neuronalen Kontrolle der angetriebenen Beinprothese an dem rekrutierten amputierten Probanden zu testen. Letztendlich wird die neuronal gesteuerte motorisierte Beinprothese verwendet, um es dem Probanden zu ermöglichen, verschiedene Aktivitäten wie Stehen, Bodenlauframpe, Auf- und Abstieg der Rampe sicher und kontinuierlich im Labor durchzuführen.

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Biomedical Engineering Ausgabe 89 neuronale Steuerung angetrieben Oberschenkelprothese Elektromyographie (EMG) Neuronale-Maschine-Schnittstelle Versuchsaufbau und Protokoll

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