Przetwarzanie biosygnałów: jak to działa

Postępy w dziedzinie protez oferują użytkownikom większą funkcjonalność i zwinność niż kiedykolwiek wcześniej. W szczególności zastosowanie przetwarzania biosygnałów zmieniło sposób działania protez w powiązaniu z ciałem użytkownika. Przetwarzanie biosygnałów pozwala użytkownikom kontrolować bioniczne ramię w sposób podobny do tego, w jaki kontrolowali ramię utracone w wyniku amputacji. 

W rezultacie nowe ramię stanowi w pełni funkcjonalne przedłużenie ciała użytkownika, a nie jedynie akcesorium. Jeśli chcesz dokładnie dowiedzieć się, jak działa przetwarzanie biosygnałów w bionicznym ramieniu, czytaj dalej. 

Tło

Na początek omówimy trochę tła dotyczącego tego, jak przetwarzanie biosygnałów powstało. W przeszłości jedyne dostępne protezy miały bardzo proste funkcje otwierania i zamykania dłoni. Problem polegał na tym, że proteza ramienia była zaprojektowana jako substytut zdrowej dłoni, ale te protezy ostatecznie miały znacznie mniej stopni swobody.

Dodatkowo większość zadań wykonywanych przez protezę była niezręczna, ponieważ sterowanie protezą nie było powiązane z działaniem normalnej kończyny. Na przykład ruch łokcia protezy ramienia wynikał z ruchu barku amputowanego, podczas gdy normalny łokieć mógłby poruszać się niezależnie od barku.

Po rozpoznaniu tych problemów ośrodki protetyczne zaczęły szukać nowego rozwiązania. W toku badań zaobserwowano, że sygnały biologiczne kontrolujące czynności ciała, które uważano za utracone w wyniku amputacji, nadal były obecne w ciele amputowanego. 

Sygnały te mogły być wykorzystywane do sterowania protezą zamiast używania zgrubnych ruchów ciała, jak w tradycyjnych protezach kończyn, takich jak protezy napędzane siłą ciała. W związku z tym zdolność amputowanego do kontrolowania urządzenia przewyższałaby jego zdolność do kontrolowania konwencjonalnej protezy. Główną zaletą byłoby to, że tryb sterowania protezą byłby podobny do trybu odpowiadającej jej amputowanej kończyny, a przez to bardziej intuicyjny. 

Wykorzystanie sygnałów nerwowych

Po tym odkryciu stwierdzono, że wykorzystanie sygnałów nerwowych do celów sterowania może zapewnić znacznie lepszą rehabilitację równolegle z użyciem sygnałów mięśniowych. Sygnały nerwowe umożliwiają czynności dowolne i mimowolne w wykonywaniu funkcji organizmu, w tym odbieranie doznań fizycznych. Dzięki wykorzystaniu pozostałych nerwów w ramieniu, które zawiera zarówno włókna czuciowe, jak i ruchowe, osoby po amputacji mogły kontrolować swoją protezę ramienia. 

Jak więc działa to połączenie? Badania wykazały, że sygnały elektromiograficzne (EMG) były najbardziej praktycznym bioelektrycznym sygnałem do celów sterowania. Te sygnały elektryczne mogły być generowane przez skurcz mięśni w pozostałej części kończyny pacjenta. 

Najprostszą metodą obserwacji sygnałów EMG w ciele jest umieszczenie dowolnej pary elektrod na powierzchni skóry nad mięśniem. Gdy elektroda zostanie przymocowana taśmą, będzie wyszukiwać sygnały przypominające wyjście generatora szumu oraz zwiększać się i zmniejszać odpowiednio do napięcia mięśniowego. W rezultacie zachowanie sterowania w protezie ramienia będzie podobne do tego w normalnym ramieniu. 

Należy jednak zaznaczyć, że umiejscowienie elektrod i ich zdolność do obserwacji sygnałów EMG zależy od anatomii osoby po amputacji. Możliwość wykorzystania sygnałów EMG jest ważna przy użyciu urządzenia mioelektrycznego, ponieważ to te sygnały obsługują dłoń.  Na szczęście nawet przy bardzo słabych sygnałach obsługa bionicznej dłoni jest nadal możliwa.  Podczas oceny pacjenta przez protetyka te miejsca EMG zostaną przetestowane

Bioniczne ramię

Bioniczne ramię zostało zaprojektowane tak, aby stworzyć protezę odpowiednią do sterowania EMG, którą można dopasować do amputowanego w celu działania z ulepszoną kontrolą. Gdy bioniczna dłoń styka się ze skórą amputowanego, elektrody mogą odbierać sygnały z mięśni użytkownika znajdujących się pod skórą. Po podłączeniu dłoń zaczyna działać zgodnie z kontrolą użytkownika. 

Równolegle z elektrodami i sygnałami EMG dłoń wymaga także części programu odpowiedzialnej za sterowanie silnikiem. Zasadniczo program próbkował będzie sygnały w pętli przetwarzania i obliczał różnicę między tym sygnałem a wynikiem sygnału EMG. Sygnały te będą następnie przetwarzane i przesyłały wynik z powrotem z komputera do silnika. 

Po dopasowaniu bionicznego ramienia do pacjenta i jego prawidłowym zaprogramowaniu użytkownik może zacząć bez wysiłku kontrolować swoje ramię. Ponieważ ramię jest sterowane sygnałami, będzie poruszać się możliwie najbliżej normalnego ramienia, z większą kontrolą i zręcznością niż inne tradycyjne protezy. Ponadto, dzięki wysokofunkcjonalnemu ramieniu, użytkownicy mogą nawet kontrolować ruch poszczególnych palców, co zapewnia im większą kontrolę i funkcjonalność. 

Jak wykorzystujemy przetwarzanie biosygnałów

Nasz własny produkt, Zeus, to wysokofunkcjonalna, wieloprzegubowa bioniczna dłoń sterowana procesami biosygnałowymi. Zaawansowane przetwarzanie sygnału i bezprzewodowa regulacja wzmocnienia w naszych czujnikach EMG, w połączeniu z proporcjonalną prędkością, umożliwiają płynne przejście między precyzyjnymi, a jednocześnie mocnymi chwytami. 

Po dopasowaniu do ramienia użytkownicy mogą łatwo kontrolować urządzenie, które będzie zbierać sygnały dla optymalnej kontroli. To, w połączeniu z naszym wysoce zaawansowanym oprogramowaniem, pozwala użytkownikom dostosowywać chwyty poszczególnych palców do ich unikalnych potrzeb. Dzięki Zeusowi użytkownicy osiągają większą kontrolę i siłę niż w przypadku alternatywnych protez, co zapewnia im poziom funkcjonalności podobny do normalnej dłoni.  

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o Zeusie i o tym, jak działa, odwiedź naszą stronę internetową lub umów bezpłatną konsultację.