Method Article

פלטפורמה להנדסה ולפרוטוקול ניסויי לעיצוב והערכה של Transfemoral תותב מופעל בשליטה עצבית

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

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

ממשקים עצביים במכונה (NMI) פותחו כדי לזהות מצב התנועה של המשתמש. NMIs אלה הם שעשויים להיות שימושיים לבקרה עצבית של רגליים מלאכותיות המופעלים, אך לא הוכח באופן מלא. מאמר זה הציג (1) פלטפורמת ההנדסה נועדה ליישום קל ופיתוח של שליטה עצבית לתותבות גפיים התחתונות מופעל ו( 2) התקנה ניסיונית ופרוטוקול בסביבת מעבדה על מנת להעריך את הרגליים מלאכותיות עצבית בשליטה על חולים עם קטיעות גפה תחתונה בבטחה וביעילות.

Abstract

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

כדי לאפשר פעולה אינטואיטיבית של רגליים מלאכותיות המופעלים, ממשק בין המשתמש ותותב שיכול לזהות כוונות התנועה של המשתמש הוא רצוי. ממשק עצבי מכונת רומן (NMI) המבוסס על היתוך התוקפת מכנית שפותח במחקר הקודם שלנו הוכיח פוטנציאל גדול כדי לזהות את התנועה המיועדת של קטועי גפיים transfemoral במדויק. עם זאת, ממשק זה עדיין לא משולב עם רגל תותבת מופעל לבקרה אמיתית עצבית. מחקר זה נועד לדווח (1) פלטפורמה גמישה ליישום ולייעל את שליטה עצבית של תותבת גפיים תחתונה מופעל ו( 2) התקנה ופרוטוקול ניסוי להעריך שליטת תותב עצבית בחולים עם קטיעות גפיים התחתונות. ראשון פלטפורמה הבוסס על מחשב ותכנות בסביבה חזותית שפותחה כדי ליישם את אלגוריתמי בקרה התותבת, כולל אלגוריתם NMI אימונים, אלגוריתם בדיקה באינטרנט NMI, ואלגוריתם בקרה פנימי. כדי להדגים אתפונקציה של פלטפורמה זו, במחקר זה NMI מבוסס על היתוך התוקפת מכנית היה משולב באופן היררכי עם שליטה פנימית של תותבת transfemoral טיפוסית. חולה אחד עם קטיעת transfemoral חד צדדית גויס כדי להעריך בקר העצבי מיושם שלנו בעת ביצוע פעולות, כגון עמידה, הליכה בגובה פני הקרקע, עליית רמפה, ורמפת ירידה ברציפות במעבדה. התקנה ניסיונית חדשנית ופרוטוקול שפותחו על מנת לבחון את שליטת התותבת החדשה בבטחה וביעילות. הפלטפורמה הוצגה הוכחה של הקונספט וההתקנה ופרוטוקול ניסוי יכולים לסייע בפיתוח ויישום העתידי של רגליים מלאכותיות מופעל עצבית בשליטה.

Introduction

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

תותבות גפיים התחתונות מופעל צברו תשומת לב גוברת בשני שוק מסחרי 1,2 וקהילת מחקר 3-5. בהשוואה לרגליים תותבות פסיביות מסורתיות, יש לי מפרקים תותבים ממונעים היתרון של שמאפשר קטועי גפיים גפיים התחתונים כדי לבצע ביעילות רבה יותר פעילויות שקשים או בלתי אפשריים כאשר לובשים התקנים פסיביים. עם זאת, כיום, מעבר חלק וללא תפרים פעילות (לדוגמא, מקרקע ברמת הליכה לעליית מדרגות) הוא עדיין נושא מאתגר עבור משתמשי רגל תותבים מופעל. קושי זה נובע בעיקר מהמחסור בממשק המשתמש של מכונה שיכולה "לקרוא" כוונות התנועה של המשתמש ומייד להתאים את הפרמטרים שליטת תותבת על מנת לאפשר למשתמשים לעבור למצב הפעילות בצורה חלקה.

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

Protocol

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

1. פלטפורמה ליישום הבקרה עצבית של תותבי Transfemoral מופעל

פלטפורמת הנדסה פותחה במחקר זה כדי ליישם ולהעריך את הבקרה עצבית של רגליים מלאכותיות מופעל. החומרה כלולה מחשב שולחני עם מעבד GHz 2.8 ו 4 GB זיכרון RAM, נתונים רכישת לוח רב תפקודית בשני ממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC) וממירים דיגיטליים לאנלוגי (DAC), בקר מנוע, אני דיגיטלי / OS, ותותבת transfemoral מופעל טיפוסית שנועדה בקבוצה שלנו 12. תשומות החיישן האנלוגית היו דיגיטציה לראשונה על ידי ממירי ADC וזרמו לשולחן העבודה במחשב לעיבוד אותות. DAC שימש לפלט שליטה לנהוג מנוע DC בתותבת באמצעות בקר מנוע. Digi....

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

Results

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

תרשים 4 א מציג שבעה ערוצים של אותות EMG פני השטח נמדדו משרירי הירך של איבר שיורי של הנבדק כאשר הוא ביצע כיפוף ירך / הארכה, כמפורט בפרוטוקול 3.2.6. איור 4 מציג שישה מחזורי הליכה של אותות EMG נרשמו כאשר הנושא הלך על מסלול הליכה בגובה פני הקרקע, בפרוטוקול 3.3.4. מתוך נתון זה, ניתן לראות כי ממשק אלקטרודה-socket החדש שנועד EMG יכול לספק איכות טובה של מדידות אות EMG פני השטח.

א.......

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

Discussion

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

פלטפורמת הנדסה פותחה במחקר זה ליישם בקלות, לייעל ולפתח שליטה עצבית אמיתית של תותבות המופעלים. הפלטפורמה כולה הייתה מתוכנת בסביבת פיתוח מבוססת מכשור וירטואלי ומיושמת על מחשב השולחני. תוכנת השליטה הייתה מורכבת ממספר מודולים עצמאיים והחלפה, בכל אחד מהם פונקציונלי ספציפי הוצא להורג (כלומר הכרת NMI כוונה, ובקרה פנימית). היתרון של העיצוב המודולרי הזה הוא שכל בלוק פונקציה ניתן מדובג קלות, שינוי ומעודכן. בנוסף, הוספה או מחיקה של פונקציות או שינוי הקשרים בין המודולים ניתן לעשות זא.......

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

Disclosures

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

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

Acknowledgements

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

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות תחת גרנט RHD064968A, בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע תחת גרנט 0,931,820, גרנט 1,149,385, וגרנט 1,361,549, ובחלקו על ידי המכון הלאומי על נכות ושיקום מחקר תחת גרנט H133G120165. המחברים מודים לין דו, דינג וואנג וג'רלד Hefferman באוניברסיטת רוד איילנד, ומייקל ג'יי מנזר בOrthotic המנזר ותותב טכנולוגיה, LLC, להצעת סיוע במחקר זה הגדול שלהם.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
חיישני EMG אלחוטיים של TrignoDelsys, Inc.
תחנת בסיס EMG אלחוטית TrignoDelsys, Inc.
כרטיס DAQ רב תכליתי (PCI-6259)National Instruments, Inc.
פוטנציומטר (RDC503013A)ALPS Electric Co., LTD1
מקודד (סדרת MR)Maxon Precision Motors, Inc.
בקר מנוע (ADS50/10) מקסון דיוק מוטורס, בע"מ
ספק כוח 24 וולט (DPP480)TDK-Lambda Americas, Inc.
6 תא עומס DOF (Mini58)ATI אוטומציה תעשייתית1
מערכת מסילות תקרהRoMedic, Inc.
NI LabView 2011National Instruments, Inc.
71111111

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