Обработка биосигналов: как это работает

Разработки в области протезов предлагают пациентам больше функциональности и подвижности, чем когда-либо прежде. В частности, использование биосигнальной обработки изменило то, как протезы работают в связке с телом пациента. Биосигнальная обработка позволяет пациентам управлять своей бионической рукой так же, как они управляли рукой, утраченной в результате ампутации. 

В результате новая рука служит полноценным продолжением тела пациента, а не просто аксессуаром. Если вам интересно узнать, как именно биосигнальная обработка работает в бионической руке, продолжайте читать. 

Предпосылки

Для начала мы рассмотрим некоторые предпосылки того, как появилась биосигнальная обработка. В прошлом единственными доступными протезами были очень простые конструкции с функциями открытия и закрытия кисти. Проблема заключалась в том, что протез руки был разработан как замена здоровой кисти, но в итоге такие протезные кисти обладали гораздо меньшим числом степеней свободы.

Кроме того, большинство задач, выполняемых протезом, были неудобными, поскольку элементы управления протезом не были связаны с движениями обычной конечности. Например, движение локтя протезной руки зависело бы от плеча ампутанта, тогда как обычный локоть мог бы двигаться независимо от плеча.

Осознав эти проблемы, протезные центры начали искать новое решение. В ходе исследований было замечено, что биологические сигналы, управлявшие движениями тела и считавшиеся утраченными при ампутации, всё ещё присутствуют в теле ампутанта. 

Эти сигналы можно было использовать для управления протезом вместо использования крупных движений тела, как в традиционных протезах конечностей, например в протезах с телесным приводом. Таким образом, способность ампутанта управлять устройством превосходила бы его способность управлять обычным протезом. Главное преимущество этого заключалось бы в том, что способ управления протезом был бы похож на управление соответствующей утраченной конечностью и был бы более интуитивным. 

Использование нервных сигналов

После этого открытия было обнаружено, что использование нервных сигналов для целей управления может значительно улучшить реабилитацию в сочетании с использованием мышечных сигналов. Нервные сигналы обеспечивают произвольные и непроизвольные действия при выполнении функций организма, включая восприятие физических ощущений. Используя оставшиеся нервы в руке, содержащие как сенсорные, так и моторные нервные волокна, ампутанты могли бы управлять своим протезом руки. 

Итак, как работает это соединение? Исследования показали, что электромиографические сигналы (EMG) являются наиболее практичным биоэлектрическим сигналом для целей управления. Эти электрические сигналы могут возникать при сокращении мышц в оставшейся части конечности пациента. 

Самый простой способ наблюдать EMG-сигналы в организме - разместить любую пару электродов на поверхности кожи над мышцей. После того как электрод закреплён лентой, он будет искать сигналы, похожие на выход генератора шума, и увеличиваться или уменьшаться в соответствии с любым мышечным напряжением. В результате поведение управления протезной рукой будет похоже на управление обычной рукой. 

Тем не менее, размещение электродов и их способность регистрировать EMG-сигналы зависят от анатомии ампутанта. Возможность использовать EMG-сигналы важна для применения миоэлектрического устройства, поскольку именно эти сигналы управляют кистью.  К счастью, даже при очень слабых сигналах управление бионической рукой всё ещё возможно.  Во время оценки пациента у протезиста эти EMG-точки будут проверены

Бионическая рука

Бионическая рука была разработана для создания протеза, подходящего для управления по EMG, который можно было бы подогнать под ампутанта, чтобы обеспечить улучшенное управление. Когда бионическая кисть соприкасается с кожей ампутанта, электроды могут получать сигналы от расположенных под кожей мышц пациента. После подключения кисть начнёт функционировать в соответствии с управлением пациента. 

В сочетании с электродами и EMG-сигналами кисти также потребуется часть программы, отвечающая за управление мотором. По сути, программа будет считывать сигналы в цикле обработки и вычислять разницу между этим сигналом и результатом EMG-сигнала. Затем эти сигналы будут обработаны, а результат передан из компьютера обратно на мотор. 

После установки бионической руки пациенту и правильного программирования пациент сможет без усилий управлять своей рукой. Поскольку рука управляется сигналами, она будет двигаться максимально близко к обычной руке, обеспечивая более высокий уровень контроля и ловкости, чем другие традиционные протезы. Более того, с высокофункциональной рукой пациенты могут даже контролировать движение отдельных пальцев, получая ещё больший контроль и функциональность. 

Как мы используем биосигнальную обработку

Наш собственный продукт, Zeus, - это высокофункциональная бионическая кисть с несколькими подвижными суставами, управляемая биосигнальными процессами. Продвинутая обработка сигналов и беспроводная регулировка усиления в наших EMG-датчиках в сочетании с пропорциональной скоростью обеспечивают плавный переход между точными, но при этом сильными захватами. 

После установки на руку пациенты могут легко управлять устройством, которое будет собирать сигналы для оптимального контроля. Это в сочетании с нашим высокоразвитым программным обеспечением позволяет пациентам настраивать захваты отдельных пальцев под свои уникальные потребности. С Zeus пациенты получают больший контроль и силу, чем с альтернативными протезами, что обеспечивает им уровень функциональности, похожий на обычную руку.  

Если вы хотите узнать больше о Zeus и о том, как он работает, посетите наш веб-сайт или запишитесь на бесплатную консультацию.