Mühendisliği Platformu ve Nöral kontrollü Enerjili Transfemoral Protez Tasarım ve Değerlendirme Deneysel Protokol

Bu prosedürün genel amacı, alt ekstremite amputasyonu olan hastalarda nöral kontrollü yapay bacakları değerlendirmek için bir kütüphane ortamında deneysel bir düzenek ve protokol sunmaktır. Bu, önce deneğin rezidüel alt ekstremite kaslarından yüzey EMG sinyal ölçümü için hazırlık yapılarak gerçekleştirilir. Daha sonra işe alınan denek üzerindeki güçlendirilmiş protez bacak hizalanır ve kalibre edilir.

Daha sonra, eğitim verileri toplanır ve nöral makine arayüzündeki sınıflandırıcılar eğitilir. Son adım, işe alınan ampute denek üzerinde güçlendirilmiş protez bacağın nöral kontrolünün performansını test etmektir. Sonuç olarak, nöral kontrollü motorlu protez bacak, deneğin laboratuvarda ayakta durma, yerde yürüme rampası, tırmanma ve rampa inişi gibi çeşitli aktiviteleri güvenli ve sürekli olarak gerçekleştirmesini sağlamak için kullanılır.

Bu tasarım mühendisliği platformunun ana avantajı, her bir işlev bloğunun kolayca hata ayıklanabilmesi, değiştirilebilmesi ve güncellenebilmesidir. Ek olarak, fonksiyon ekleme veya silme veya modeller arasındaki bağlantıyı değiştirme işlemleri bilgisayar programında kolayca yapılabilir. Yeni elektrot soketi arayüz tasarımı, yüksek kaliteli bir EMG sinyal kaydı, sıkı soket süspansiyonu ve iyi bir kullanıcı konforu sağlayabilir.

Bu nedenle, bu tasarım, alt ekstremite amputelerinin geri kalan uzuvlarındaki kas özelliğini veya işlevini araştırmak için kullanılabilir. Prosedürün gösterilmesi bir prosedür olarak kabul edilecektir. William Boatwright ve Aaron Fleming.

Laboratuvarımızdaki öğrenciler, bedene uygun bir düşme önleyici emniyet kemeri takarak ve tavan rayı sistemine takarak deneği teste hazırlayın. Ardından, yedi adet tam şarjlı kablosuz EMG sensörü seçin. Girin mon EMG sensörlerini hazırlanan yerlerde özelleştirilmiş emme soketine yerleştirin.

Sensörlerin sipariş numarasını not edin ve bunları EMG konumlarıyla ilişkilendirin. Deneğin güdük derisini izopropil alkolle temizledikten sonra, elektrikli protezi bir piramit adaptörle emme soketine takın. Bir deneğe emme soketini takmasında yardımcı olun ve soketin deneğin güdüğüne sıkıca takıldığını doğrulayın.

Ardından, gerçek zamanlı EMG analog veri akışı yazılımını açın. Daha sonra denekten kalça fleksiyonu ve ekstansiyonu, kalça abdüksiyonu ve abdüksiyonu gerçekleştirmesini ve diz fleksiyonu ve ekstansiyonunu hayal etmesini isteyin ve güç protezini hizalamak ve kalibre etmek için EMG elektrot temasını ve veri iletimini doğrulamak için EMG sinyallerini inceleyin. Konu ile başlayın Yardımcı bir yürüteç tutarken ayakta durur pozisyonda, protezin konumu soket ile geometrik olarak hizalanana kadar adaptör üzerindeki bir dizi döndürme vidasını ayarlayın.

Denekten protezi yerden kaldırmasını ve protez pilon üzerindeki yük hücresini kalibre etmesini isteyin. Deneğe farklı arazilerde yürüme pratiği yapmasını söyleyin: düz zemin, rampa çıkışı ve rampa inişi. Motorlu protez bacağı takarken, deneğin elektrikli cihazla yürüme konusunda kendinden emin hissedene ve tutarlı bir yürüyüş paterni elde edene kadar devam etmesini sağlayın.

Her aktivitede, deneğe önceden tanımlanmış yürüyüş yolunu açıklayın ve deneğe yürüyüş yolunun başlangıç yerinde durmasını söyleyin. Ardından, güç protezini açın ve parametreleri iç denetleyiciye yükleyin. Bir eğitim veri toplama bilgisayar programı çalıştırın ve grafik kullanıcı arayüzündeki ayakta düğmesine tıklayarak veya yapışkan olarak iç kontrolü ayakta durma moduna ayarlayın.

Ardından, deneğe kendi seçtiği, rahat yürüme hızında düz bir zeminde yürümesini söyleyin. Aynı zamanda, nesnenin ön ayağının ön ayağından ayak parmağınızı çıkarmadan önce yapışkan üzerindeki yürüme düğmesine tıklayın, bu da içsel kontrolü otomatik olarak düz zemin yürüme moduna ayarlar. Denek rampanın kenarına yaklaştığında, protez bacağın ayak parmağından önceki yapışkan üzerindeki rampa çıkış düğmesine tıklayın, rampaya basın, bu da güvenlik için içsel kontrolü koku modu olarak rampaya geçirir.

Deneğin rampada yürürken tırabzan kullanmasına izin verin. Konu rampanın kenarına geldiğinde tekrar yürüme düğmesine tıklayın. Protez bacağın topuğu düz platforma çarpmadan önce, protez iç kontrolünü düz zemin yürüyüş moduna geçirir.

Yürüyüş yolunun sonunda, deneğe aynı anda durması ve ayakta kalması talimatını verin. İç kontrolü tekrar ayakta durma moduna geçiren çift duruş aşamasından önce ayakta durma düğmesine tıklayın. Yaklaşık beş saniye sonra, durdur düğmesine tıklayarak veri toplamayı sonlandırın.

Denek başlangıç konumuna geri dönmek için ters bir rotada yürürken prosedürü tekrarlayın. Tek fark, içsel kontrolü rampa iniş moduna geçirmektir. Denek aşağı rampada yürüdüğünde, rampada yukarı ve aşağı yürümeyi 10 kez tekrarlayın ve ardından toplanan egzersiz veri setinin sinyal kalitesini inceleyin.

Ardından, çevrimdışı bir eğitim modülü aracılığıyla nöral makine arabiriminde örüntü tanıma sınıflandırıcılarını eğitin. Faz bağımlı bir model oluşturmak için toplanan EMG ve mekanik sinyalleri, eğitim prosedürü sırasında etiketlenen aktivite modlarını ve tespit edilen fazları kullanın. Sınıflandırıcılar, sınıflandırıcıların parametrelerini daha sonraki çevrimiçi test oturumu için otomatik olarak kaydeder.

Deneğe yürüyüş yolunun başlangıç noktasında durması talimatını vererek bir sonraki test setine başlayın. Elektrikli protezi açtıktan sonra, eğitilen sınıflandırıcıyı çevrimiçi test modülüne ve parametreleri içsel kontrolöre yükleyin. Ardından, deneğe test denemelerine ayakta durma pozisyonunda başlamasını söyleyin.

Daha sonra sürekli olarak düz zemin yürüyüşüne, rampa yürüyüş seviyesine, tekrar yer yürüyüşüne geçin ve son olarak durun. Yürüyüş yolunun sonunda, deneğe her aktiviteyi rahat bir hızda gerçekleştirmesi talimatını verin. Her test denemesi sırasında yorgunluğu önlemek için denemeler arasında dinlenme sürelerine izin verin.

Protezin aktivite modlarını ve diz eklemi açısı okumalarını bir monitörde görüntüleyin, tüm ölçümleri ve kontrol çıktılarını daha sonra değerlendirmek üzere kaydedin. Deneğin güdüğünün uyluk kaslarından kaydedilen ham EMG sinyalleri, denek kalça fleksiyonu ve kalça ekstansiyonu arasında geçiş yaptığında karakteristik bir model sergiler. Denek düz bir zemin yürüyüş yolunda yürüdüğünde kaydedilen ham EMG sinyalleri burada bu şekillerden gösterilmektedir, EMG elektrot soket arayüzünün kaliteli bir arayüz sağlayabileceği görülebilir.

EMG sinyal ölçümleri. Denekten ayakta durma pozisyonunda başlaması, düzlüğe geçmesi, yer yürüyüş rampası, çıkış seviyesi, yer yürüyüşü yapması ve ardından yürüyüş yolunun sonunda durması istendi. Denek daha sonra ters rota boyunca orijinal başlangıç noktasına, denek, amaçlanan aktivite modlarına göre güç transfemoral protez kontrol modunu sorunsuz bir şekilde değiştirebildi.

Kırmızı çizgi çizgisi, düz zeminden, yürüyüşten rampaya, çıkışa veya inişe ve ayakta durmaktan yürümeye geçişler için her bir aktivite modu geçişinin tanımlanan kritik zamanlamasını gösterir. Kritik zamanlama, rampa, çıkış veya inişten düz zemin yürüyüşüne ve yürüyüşten ayakta durmaya geçişler için ayak parmağı kapalı olan salınım aşamasının başlangıcıydı. Kritik zamanlama, ağırlık kabulünün başlangıcıydı, yani düz zeminde topuk teması.

Bu denemenin yaklaşık 18 saniyesinde, kullanıcının niyetinin nöral makine arayüzü tarafından hatalı bir şekilde tanınması nedeniyle, denek düz bir zeminde yürüdüğünde protez yanlış bir şekilde rampa yükselme moduna geçti. Bunun gibi hatalar, deneğin yürüme kinematiğinde önemli bir değişiklik meydana getirmedi ve denek tarafından algılanmadı. Bununla birlikte, bazı test denemelerinde deneğin yürüyüş stabilitesini bozan bazı hatalar gözlendi, ancak hiçbiri deneğin düşmesine neden olmadı.

Kavram kanıtlama platformu deney düzeneğimiz ve protokolümüz, toz alt ekstremite protezinin nöro kontrolünü ve içsel kontrolünü daha da optimize etmek için uygun araçlar sağlayabilir ve kullanıcılar tarafından kolay, güvenilir ve sezgisel olarak çalıştırılabilen gerçek bir biyonik alt ekstremite protezinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Bu videoyu izledikten sonra, alt ekstremite amputasyonu olan nöro kontrollü yapay bacak hastalarını laboratuvar ortamında güvenli ve verimli bir şekilde değerlendirmek için geliştirilen mühendislik platformunun nasıl uygulanacağını iyi anlamış olmalısınız.