Системы управления бионическими протезами нижних конечностей
Реабилитация инвалидов и различные типы протезов: косметические, тяговые, биоэлектрические. Основные свойства, определяющие качество протеза. Особенности бионических протезов. Обобщенная структурная схема системы блока управления подобным протезом.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.03.2019 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Системы управления бионическими протезами нижних конечностей
Солодимова Г.А.
Спиркин А.Н.
Пензенский государственный университет
Пенза, Россия
Во всем мире инвалидность относится к числу наиболее острых медикосоциальных проблем. Ежегодно только в России признаются инвалидами свыше 1 млн. человек, причем больше половины из них - это люди с ампутированными конечностями. К числу причин, приводящих к ампутации нижних конечностей, следует отнести военные конфликты, дорожный и производственный травматизм, стихийные бедствия и техногенные катастрофы, также такие заболевания, как облитерирующие поражения сосудов, атеросклероз и сахарный диабет. Потеря нижней конечности неминуемо приводит к внезапному ограничению двигательной активности, что в свою очередь отражается на физиологическом, психическом и чувственном состояниях всего организма человека, меняя его общественный статус и снижая качество жизни.
Для реабилитации инвалидов существуют различные типы протезов: косметические, тяговые, биоэлектрические и т.д. Основными свойствами, определяющими качество протеза, являются функциональность и косметичность. В настоящее время наиболее полно этими свойствами обладают бионические протезы, максимально приближенные по конструкции к ампутированной конечности, для управления которыми используются физиологические сигналы самого инвалида.
На Западе существует целая индустрия [1], создающая бионические протезы, позволяющая человеку, потерявшему конечность, оставаться полноценным членом общества. Отечественная реабилитационная техника предлагает, как правило, только косметические протезы, представляющие собой анатомические муляжи ампутированных нижних конечностей. На рынке представлены в основном зарубежные образцы бионических протезов, стоимость которых слишком высока для российского потребителя. Таким образом, разработка отечественных бионических протезов, не уступающих зарубежным образцам, является актуальной задачей, решение которой позволит улучшить качество функционирования протезов и значительно снизить их стоимость. реабилитация инвалид протез бионический
В настоящее время на кафедре «Информационно-измерительной техники и метрологии» Пензенского государственного университета ведутся работы по созданию системы управления бионического протеза нижних конечностей. Как известно [2], биоэлектрическое воздействие, передаваемое от центральной нервной системы к мышцам, отражается на поверхности кожи человека повышением амплитуды биопотенциалов. Электромиографические исследования показывают, что амплитуда биопотенциалов варьируется в пределах от 5-10 мкВ (мышца в состоянии покоя) до 500-1000 мкВ (при сокращении мышцы). Особенно ярко это явление выражено в двигательных точках - местах наибольшего скопления двигательных единиц (мышечных волокон, управляемых одним мотонейроном). Область двигательной точки является максимально возбудимым участком мышцы. С неё можно снимать биопотенциал с максимальной по всей мышцы амплитудой. Расположив электроды в этих областях, можно получить исходный сигнал для управления бионическим протезом.
Авторами предлагается обобщенная структурная схема системы управления бионическим протезом, приведенная на рисунке 1. В состав системы входят два блока - блок съёма и обработки информации и блок управления. С помощью матрицы, состоящей из N активных электродов (АЭ1…АЭn) и одного пассивного электрода (ПЭ), расположенных в двигательных точках оставшейся после ампутации части ноги, регистрируют биопотенциалы, которые далее усиливаются нормирующими усилителями (НУ1-НУn), фильтруются с помощью полосовых фильтров (ПФ1-ПФn) и поступают на коммутатор, управляемый микропроцессором (МП). Коммутатор поочередно подключает сигналы с выхода полосовых фильтров на вход АЦП1, преобразующего аналоговые сигналы в цифровой код, который далее поступает на МП.
Рисунок 1
После обработки поступивших сигналов МП подает команду на два контроллера - колена (КК) и ступни (КС). Они предназначены для управления пневматическими приводами колена (ППК) и ступни (ППС), которые управляют исполнительными механизмами (ИМ) «колена» и «ступни».
В состав блока управления встроен узел обратной связи, представленный датчиками наклона (ДН) и давления (ДД), которые посылают в МП информацию о движении тела, распределении веса и угле наклона. Это дает МП возможность предвидеть следующее движение владельца и среагировать на него. Датчик давления вмонтирован в подошву протеза и представляет собой набор тензометрических первичных преобразователей, включенных по схеме моста Уитстона (преобразователя сопротивления тензорезисторов в напряжение (ПСН)). Датчик наклона располагается в месте «голеностопного сустава» и представляет преобразователь на основе конденсатора. Емкость датчика наклона преобразуется в напряжение с помощью преобразователя емкости в напряжение (ПЕН). Схема расположения датчиков и электродов разработанной системы управления бионическим протезом приведена на рисунке 2.
Рисунок 2
Реализация классических алгоритмов управления протезом с учетом всех возможных режимов работы приводила бы к усложнению блока управления и снижению быстродействия работы исполнительных механизмов. Использование искусственной нейронной сети позволяет значительно упростить алгоритмы управления и получить надежные и интуитивные способы передвижения.
Список литературы
1. Roy SH, De Luca G, Cheng S, Johansson A, Gilmore LD, De Luca CJ. ElectroMechanical stability of surface EMG sensors. - Medical and biological engineering and computing, 45, 2007.
2. Славуцкий Я.Л. Физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. - М.: Медицина, 1982.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История развития съемных протезов, их использование при полной или частичной утрате зубов. Разделение съемных зубных протезов на категории. Полные съемные пластиночные протезы, их крепление к челюстям. Назначение иммедиат-протезов или "бабочек".
презентация [109,1 K], добавлен 08.06.2014Теоретические аспекты изготовления протезов из разных базисных материалов. Техника изготовления съемного пластиночного протеза при полном отсутствии зубов из базисного материала. Особенность снятия протезов для соблюдения должной гигиены полости рта.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.11.2022Клинико-лабораторные этапы изготовления металлокерамического и металлопластмассового мостовидных протезов. Особенности препарирования зубов. Создание каркаса и восковой модели протеза. Медикаментозная обработка и припасовка готового протеза в полости рта.
презентация [12,1 M], добавлен 28.10.2014Показания к применению бюгельных протезов. Классификация протезов по типу фиксации. Составные элементы опорно-удерживающего кламмера. Клинико-лабораторные этапы изготовления бюгельного протеза. Основные преимущества и недостатки бюгельного протеза.
презентация [1,0 M], добавлен 09.05.2016Значение искусственных органов в современной медицине. Активные и пассивные протезы рук. Правильный выбор протеза для человека с физическим повреждением нижних конечностей. Прототипы эффективных имплантируемых искусственно человеку протезов всего сердца.
реферат [28,3 K], добавлен 09.04.2016Показания к протезированию на имплантатах, противопоказания. Виды съемных протезов с опорой на имплантаты, специфика их крепления. Балочное протезирование. Преимущества и слабые стороны балочных протезов. Технология мини-имплантатов, шаровидного протеза.
презентация [9,3 M], добавлен 24.05.2016Медико-биологическая и социальная реабилитация инвалидов. Физкультура и спорт как средство адаптации детей-инвалидов с ампутацией нижних конечностей; занятия волейболом сидя, подготовка паралимпийцев. Методики тестирования физической работоспособности.
курсовая работа [47,0 K], добавлен 27.11.2012Общая характеристика мостовидных протезов, основные принципы конструирования и биомеханика, показания к протезированию и общие особенности изготовления и применения. Форма промежуточной части протеза и ее отношение к окружающим тканям протезного ложа.
курсовая работа [37,5 K], добавлен 01.06.2015Некоторые аспекты реабилитации инвалидов. Особенности реабилитации детей с умственной отсталостью. Реабилитация при дефектах зрения, слуха и нижних конечностей. Методика обучения инвалидов двигательным действиям и формирование двигательных навыков.
реферат [18,0 K], добавлен 09.04.2010Виды съемных протезов. Анатомическое строение полости рта зубного ряда. Влияние съемных зубных протезов на ткани полости рта. Клинические и технологические ошибки при изготовлении съемных зубных протезов. Частота возникновения осложнений при лечении.
курсовая работа [74,9 K], добавлен 04.06.2015Причины ампутаций и анатомо-физиологические особенности культей нижних конечностей. Плавание как средство двигательной реабилитации инвалидов. Период овладения протезом. Особенности методики лечебной гимнастики для детей с односторонней ампутацией голени.
дипломная работа [82,1 K], добавлен 20.05.2015Функциональная значимость Иммедиат-протезов, их влияние на сближение краев ран, обменные процессы в костной ткани, ускорение репаративных процессов в альвеолярном отростке. Классификация исследуемых протезов. Этапы изготовления непосредственного протеза.
презентация [296,5 K], добавлен 14.05.2019Строение и классификация имплантатов. Типы имплантации, показания, противопоказания. Материалы, применяемые для имплантации. Планирование и особенности ортопедического лечения. Уход за искусственными коронками, мостовидными протезами и съемными протезами.
презентация [2,3 M], добавлен 12.09.2014Изучение съемных протезов, таких как пластмассовые пластинчатые протезы, пластмассовые пластинчатые иммедиатпротезы, бюгельные протезы, съемные сектора, сегменты зубных рядов. Протезы на телескопических коронках. Уход за пластиночным съемным протезом.
контрольная работа [24,3 K], добавлен 17.11.2010Механический вид фиксации, достигаемый при помощи механических приспособлений - кламмеров, телескопических коронок, балок, замковой системы фиксации. Требования к кламмерной системе, ее классификация и типы. Эффективность фиксации бюгельных протезов.
презентация [3,4 M], добавлен 27.06.2015Способы изготовления и показания к применению съемных зубных протезов, их классификация: полные съемные, частичные съемные, съемные сектора зубных рядов. Варианты закрепления съемных протезов во рту (при помощи кламмеров и аттачменов) и правила гигиены.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 04.12.2013Причины поломок съемных пластиночных протезов из-за недостаточной прочности базисных пластинок, ошибок, допущенных лечащим врачом или техником. Некоторые поломки, связанные с несоответствием протезного ложа базису протеза в результате атрофии челюстей.
презентация [4,1 M], добавлен 20.04.2019Основные типы протезов, применяемые при частичных дефектах зубных рядов. Изучение показаний к применению частичного съемного пластиночного протеза. Обзор расположения элементов протеза на протезном ложе. Приспособления для его удержания в ротовой полости.
презентация [906,8 K], добавлен 13.03.2016Восстановление поврежденных или замена полностью утраченных в результате болезни или травмы отдельных органов человека. Создание протезов с биоэлектрической системой управления и биоуправляемых протезов. Электронная система искусственного зрения.
доклад [7,9 K], добавлен 12.05.2010Применение золота и серебра, как основного металла для изготовления зубных протезов. Современные золотые, серебрянные и палладиевые сплавы. Температура плавления титанового и кобальто-хромовый сплавов, нержавеющей стали. Сплав на основе свинца и олова.
презентация [10,8 M], добавлен 06.09.2016
