Обробка біосигналів: як це працює

Досягнення в протезуванні пропонують пацієнтам більше функціональності та спритності, ніж будь-коли раніше. Зокрема, використання обробки біосигналів змінило те, як протези працюють у взаємозв’язку з тілом пацієнта. Обробка біосигналів дає змогу пацієнтам керувати своєю біонічною рукою так само, як вони керували втраченою внаслідок ампутації рукою. 

У результаті нова рука слугує повноцінним продовженням тіла пацієнта, а не просто аксесуаром. Якщо вам цікаво дізнатися, як саме обробка біосигналів працює всередині біонічної руки, читайте далі. 

Передумови

Для початку ми розглянемо деякі передумови того, як обробка біосигналів виникла. У минулому всі доступні протези мали дуже прості функції відкривання та закривання кисті. Проблема полягала в тому, що протез руки був розроблений як заміна здоровій руці, але ці протезні кисті врешті-решт мали значно менший діапазон рухів.

Крім того, більшість завдань, які виконувались протезом, були незручними, оскільки керування протезом не було пов’язане з діями нормальної кінцівки. Наприклад, рух ліктя протезної руки відбувався б завдяки плечу ампутованої людини, тоді як нормальний лікоть міг би рухатися незалежно від плеча.

Усвідомивши ці проблеми, протезні центри почали шукати нове рішення. У ході досліджень було виявлено, що біологічні сигнали, які керували рухами тіла й які, як вважалося, були втрачені під час ампутації, все ще присутні в тілі ампутованої людини. 

Ці сигнали можна було використовувати для керування протезом замість великих рухів тіла, як у традиційних протезах кінцівок, наприклад у протезах з тілесним приводом. Таким чином, здатність ампутованої людини керувати пристроєм перевищувала б її здатність керувати звичайним протезом. Основна перевага цього полягає в тому, що режим керування протезом був би подібний до режиму керування відповідною ампутованою кінцівкою і був би більш інтуїтивним. 

Використання нервових сигналів

Після цього усвідомлення було виявлено, що використання нервових сигналів для керування може забезпечити значно кращу реабілітацію паралельно з використанням м’язових сигналів. Нервові сигнали забезпечують довільну та мимовільну діяльність під час виконання функцій тіла, зокрема сприйняття фізичних відчуттів. Використовуючи залишкові нерви в руці, яка містить як сенсорні, так і моторні нервові волокна, люди з ампутацією могли керувати своєю протезною рукою. 

Тож як працює це з’єднання? Дослідження показали, що електроміографічні сигнали (EMG) є найпрактичнішим біоелектричним сигналом для керування. Ці електричні сигнали можуть генеруватися скороченням м’язів у залишковій кінцівці пацієнта. 

Найпростіший спосіб спостерігати EMG-сигнали в тілі — розмістити будь-яку пару електродів на поверхні шкіри над м’язом. Після того як електрод буде закріплено на місці, він шукатиме сигнали, схожі на вихід шумогенератора, і їхня інтенсивність зростатиме та зменшуватиметься відповідно до будь-якої напруги м’язів. У результаті керувальна поведінка протезної руки буде подібною до поведінки нормальної руки. 

Треба зазначити, що розташування електродів і їхня здатність спостерігати EMG-сигнали залежать від анатомії ампутованої людини. Здатність використовувати EMG-сигнали важлива для застосування міоелектричного пристрою, оскільки саме ці сигнали керують кистю. На щастя, навіть за дуже слабких сигналів керування біонічною кистю все ще можливе.  Під час оцінювання пацієнта з протезистом ці EMG-ділянки будуть протестовані

Біонічна рука

Біонічну руку було розроблено для створення протеза, придатного для керування за допомогою EMG, який можна було б підігнати під ампутовану людину, щоб забезпечити розширене керування. Коли біонічна кисть контактує зі шкірою ампутованої людини, електроди можуть отримувати сигнали від розташованих під нею м’язів пацієнта. Після підключення кисть почне функціонувати відповідно до керування пацієнта. 

У поєднанні з електродами та EMG-сигналами кисті також знадобиться частина програми для керування мотором. По суті, програма буде вибірково зчитувати сигнали через цикл обробки та обчислювати різницю між цим сигналом і результатом EMG-сигналу. Потім ці сигнали буде оброблено, і результат буде передано назад із комп’ютера до мотора. 

Після підгонки біонічної руки до пацієнта та належного програмування пацієнт може почати без зусиль керувати своєю рукою. Оскільки рука керується за допомогою сигналів, вона рухатиметься якомога ближче до нормальної руки, забезпечуючи кращий контроль і спритність, ніж інші традиційні протези. Крім того, за наявності високофункціональної руки пацієнти можуть навіть керувати рухом окремих пальців, що забезпечує їм більший контроль і функціональність. 

Як ми використовуємо обробку біосигналів

Наш власний продукт, Zeus, — це високофункціональна біонічна кисть з багатьма рухомими з’єднаннями, керована процесами обробки біосигналів. Поглиблена обробка сигналів і бездротове регулювання підсилення в наших EMG-датчиках у поєднанні з пропорційною швидкістю забезпечують плавний перехід між точними, але сильними хватами. 

Після підгонки до руки пацієнти можуть легко керувати пристроєм, який збиратиме сигнали для оптимального контролю. У поєднанні з нашим надзвичайно передовим програмним забезпеченням це дає змогу пацієнтам налаштовувати хват окремих пальців відповідно до своїх унікальних потреб. З Zeus пацієнти досягають більшого контролю та сили, ніж із альтернативними протезами, отримуючи подібний рівень функціональності до звичайної кисті.  

Якщо ви хочете дізнатися більше про Zeus і про те, як він працює, відвідайте наш вебсайт або запишіться на безкоштовну консультацію.