Method Article

Plataforma Engenharia e protocolo experimental para Projeto e Avaliação de um motorizado Transfemoral Prótese controlada pelo Neurally

DOI:

10.3791/51059

July 22nd, 2014

In This Article

Summary

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

Interfaces de Neural-máquina (MNI) foram desenvolvidos para identificar o modo de locomoção do usuário. Estes NMIs são potencialmente úteis para o controle neural de pernas artificiais alimentados, mas não têm sido plenamente demonstrada. Este artigo apresentou (1) a nossa plataforma de engenharia projetada para fácil implementação e desenvolvimento do controle neural para próteses de membros inferiores com alimentação e (2) uma montagem experimental e protocolo em um ambiente de laboratório para avaliar pernas artificiais controlados neurally em pacientes com amputações de membros inferiores com segurança e eficientemente.

Abstract

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

Para permitir uma operação intuitiva de pernas artificiais alimentados, uma interface entre o usuário eo prótese que pode reconhecer a intenção de movimento do usuário é desejada. Uma nova interface neural-máquina (NMI) baseado em fusão neuromuscular-mecânico desenvolvido em nosso estudo anterior demonstrou um grande potencial para identificar com precisão o movimento pretendido de amputados transfemoral. No entanto, esta interface ainda não foi integrado com uma perna protética alimentado por verdadeiro controle neural. Este estudo teve como objetivo relatar (1) uma plataforma flexível para implementar e otimizar o controle neural de potência inferior próteses para membros e (2) uma montagem experimental e protocolo para avaliar o controle da prótese neural em pacientes com amputações de membros inferiores. Primeiro, uma plataforma baseada em um PC e um ambiente de programação visual foram desenvolvidas para implementar os algoritmos de controle de próteses, incluindo algoritmo NMI treinamento, o algoritmo de testes on-line de MNI, e algoritmo de controle intrínseco. Para demonstrar ofunção desta plataforma, neste estudo, o NMI com base na fusão neuromuscular-mecânico foi hierarquicamente integrados com controle intrínseco de uma prótese transfemoral protótipo. Um paciente com amputação transfemoral unilateral foi recrutado para avaliar o nosso controlador neural implementada ao realizar atividades, como a pé, andando nível do solo, a subida de rampas, e rampa de descida contínua no laboratório. Uma nova configuração eo protocolo experimental foram desenvolvidos a fim de testar o novo controle de prótese de forma segura e eficiente. A plataforma apresentada prova-de-conceito e montagem experimental e protocolo poderia ajudar o futuro desenvolvimento e aplicação de pernas artificiais movidos controlados neurally.

Introduction

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

Próteses dos membros inferiores Desenvolvido ganharam uma atenção crescente, tanto no mercado comercial 1,2 e comunidade de pesquisa 3-5. Em comparação com próteses passivas tradicionais, articulações protéticas motorizados têm a vantagem de permitir que amputados de membros inferiores para realizar atividades que são difíceis ou impossíveis quando usar dispositivos passivos de forma mais eficiente. No entanto, atualmente, a transição suave e contínua atividade (por exemplo, a partir do nível do solo caminhando para escada subida) ainda é uma questão desafiadora para os usuários movidos pernas protéticas. Essa dificuldade deve-se princi....

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

Protocol

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

1. Plataforma de Implementação de Controle Neural de powered Transfemurais Próteses

Uma plataforma de engenharia foi desenvolvido neste trabalho para implementar e avaliar o controle neural de pernas artificiais alimentados. O hardware inclui um PC desktop com CPU de 2,8 GHz e 4 GB de RAM, uma placa de aquisição de dados multi-funcional, com os dois analógicos para digital conversores (ADCs) e conversores digital-analógico (DACs), um controlador de motor, digitais / Os, e uma prótese transfemoral alimentado protótipo projetado em nosso grupo 12. As entradas de sensores analógicos foram digitalizados pela primeira vez pelos ADCs e....

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

Results

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

Figura 4a mostra sete canais de sinais de EMG de superfície medida da coxa músculos do membro residual do sujeito quando ele se apresentou quadril flexão / extensão, conforme descrito no Protocolo 3.2.6. Figura 4b mostra seis ciclos da marcha de sinais EMG gravados quando o assunto pisado um caminho a pé terra-nível, durante o protocolo 3.3.4. A partir desta figura, pode ver-se que o novo concebido EMG interface de eléctrodo de encaixe pode proporcionar uma boa qualidade de medições do .......

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

Discussion

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

Uma plataforma de engenharia foi desenvolvido neste trabalho para implementar facilmente, otimizar e desenvolver o verdadeiro controle neural de próteses potência. Toda a plataforma foi programado em um ambiente de desenvolvimento baseado instrumentação virtual e implementado em um PC desktop. O software de controle foi composto por vários módulos independentes e intercambiáveis, em cada um dos quais uma funcionalidade específica foi executado (ie NMI reconhecimento intenção e controle intrínseco). A vantagem d.......

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

Disclosures

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

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

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

Este trabalho foi financiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde sob Grant RHD064968A, em parte pela National Science Foundation, Grant 0.931.820, 1.149.385, e Grant Grant 1.361.549, e em parte pelo Instituto Nacional sobre Deficiência e Reabilitação de Investigação no âmbito Grant H133G120165. Os autores agradecem Lin Du, Ding Wang e Gerald Hefferman da Universidade de Rhode Island, e Michael J. Convento no Convento Ortopédica e Protética Technology, LLC, por sua grande sugestão e assistência no estudo.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Sensores EMG sem fio TrignoDelsys, Inc.
Estação base EMG sem fio TrignoDelsys, Inc.
Placa DAQ multifuncional (PCI-6259)National Instruments, Inc.
Potenciômetro (RDC503013A)ALPS Electric CO., LTD1
Encoder (série MR)Maxon Precision Motors, Inc.
Controlador de motor (ADS50/10) Maxon Precision Motors, Inc.
Fonte de alimentação de 24 V (DPP480)TDK-Lambda Americas, Inc.
6 Célula de carga DOF (Mini58)ATI Industrial Automation1
Sistema de trilho de tetoRoMedic, Inc.
NI LabView 2011National Instruments, Inc.
71111111

References

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