昔时夜脑指示肌肉活动时,EMG传感器垫会检测出在肌肉系统内产生的眇小仿照电旗子暗记。
通过利用通过表面安装的传感器和检测器连接来自大脑的旗子暗记的当代修复设备,办理了当现代界上条记本电脑和手机的利用问题。新的传感器技能与高性能的微布线相结合,扩展了有源肌电假体的性能和可靠性。新开拓的微处理器芯片传感器的发展供应了从大脑到假体设备的高等通信。当肌肉从松弛模式运动到紧缩状态时,肌电芯片可以监测和丈量肌肉产生的力,并且可以通报强度和肌肉旗子暗记速率。具有隔离衰落布线的表面安装式肌电传感器可吸收从大脑发送的仿照旗子暗记,以进行捕获并将其转换为数字旗子暗记。
新的传感器技能促进了假肢设备的开拓,从而延长了截肢患者的寿命。美国国立卫生研究院支持各种EMG传感器设备和系统的进一步开拓。(来源:NIH)未来的表面肌电图。
高质量人机界面系统的关键是广泛但严格且定义明确。视情形而定,辅导假肢运动的选项包括利用人体动力,利用电赞助动力以及对付更大略的运用程序利用被动或气动装置。所选的修复方法应优化患者及其生活办法的修复设备利用率。多年来,工业界一贯致力于深层肌电图(EMG),以从前臂内部区域网络肌肉旗子暗记,以供假手利用。然而,如今,表面水平肌电图(sEMG)已显著改进了数据采集能力,是无创的,并且已经发展为遮盖了与手术干系的修复过程。
改进人机界面
数据处理系统由一个电极接口,一个旗子暗记调节单元和一个设计成小型密封设备的电源组成。从驱动机器仪表的传感器中得到可靠且有用的旗子暗记须要几个步骤。在该点上,将两到三个传感器垫小心地放在手臂的外部,以显示强烈的肌肉旗子暗记活动。传感器的位置必须靠近进入肌肉的腱突出以网络最佳旗子暗记。电极放置的空想位置是在神经支配区(或运动单元)与肌肉组织附着于肌腱的位置之间。
昔时夜脑指示肌肉活动时,传感器板会检测出在肌肉系统内产生的眇小仿照电旗子暗记。这些旗子暗记在高频和低频处都经由滤波,以肃清电噪声并使旗子暗记与潜在的电源滋扰隔离。在某些情形下,可变旗子暗记电阻被用作数字电位器,以帮助掌握旗子暗记增益的稳定性,由于在利用过程中旗子暗记有时会高下颠簸。净化后的旗子暗记随后经由整流,以供应数字旗子暗记,该旗子暗记在5–12 V的范例范围内表现出可确定的电压漂移。在某些情形下,利用放大器设置旗子暗记电平和增益以优化电路中的布线阻抗和驱动机制。假肢。根据设计,
须要专门的电线和电缆设计来保护和隔离EMG的眇小数字旗子暗记与电动机的电源接线。
这种人机界面的繁芜性显著增加了对驱动修复装置中多个自由度的过程掌握的需求。幸运的是,这些sEMG在不断改进,并为利用较旧的肌内肌电假体方法供应了利用机会。表面型电极很随意马虎在检测表面和人体皮肤之间形成可靠的电化学状态,因此电流可以流入电极。由于传感器的设计和旗子暗记网络仍旧是寻衅的关键成分,因此皮肤准备至关主要,尤其是在传感器领域。人们须要确保良好的数据采集和干净的旗子暗记传输到放大器。在安装传感器之前,必须先擦洗皮肤和头发以减少表皮堆积,然后彻底干燥。
为此,正在以多种形式测试神经旗子暗记检测电极。干式和凝胶表面传感器均已被研究。凝胶电极利用嵌入氯化银的有机硅电解浆料。这增加了旗子暗记传导性,并防止了金属氧化为皮肤界面。清洁时,电阻低,导电性足够强,可以阻挡外界和表面产生的旗子暗记噪声。干电极传感器常日利用带有多个网络点的小型前置放大器模块,并且在皮肤和设备之间不该用凝胶。只管在电子方面更好,但干式电极传感器更随意马虎受到冲击和振动,乃至汗水也会寻衅电路的稳定性。
供应力和振动反馈的运动学通讯的植入式换能器在须要同时激活多块肌肉的全腿和手臂假肢中特殊有用。
在许多情形下,EMG系统利用电动微型电机和/或齿轮,可以旋转手腕,打开和闭合手指并捡起物体,从而帮助患者进行神经活动部件。但是,除了肌肉旗子暗记传输以外,新型假肢还向系统或患者供应了觉得反馈。握力,触感和压力是模拟人肢自然利用所需的关键要素。包括传感器电子设备,以供应经典的掌握,可以捡起鸡蛋而不将其压碎。植入式肌电传感器(IMES)再次为改进肢体掌握和检测立足位置和压力铺平了道路。这些植入的换能器为患者供应了三维的力量觉得和振动反馈的良好的运动觉得通信。
在假肢运用(例如手和手臂掌握)中,操作员多个部分之间的同步交互已成为一项重大进步。皮肤包含生物传感器芯片,可检测电容和/或压力的变革,类似于机器人设备中利用的压力传感器。纳米级微机电系统(MEMS),芯片或电容感应场效应晶体管(FET)用于供应触觉,以反响人体皮肤中的压力,触觉和疼痛感想熏染器。皮肤通过电子办法连接得手臂神经,这些神经卖力将触摸和疼痛感通报给大脑。该过程许可患者以与原始手相似的办法来操作其新的义肢。
EMG传感器的未来
美国国立卫生研究院(NIH)和美国国家生物医学与生物工程研究所连续支持各种EMG传感器设备和系统的进一步开拓。两项不断发展的技能利用可皮肤安装的系统和前辈的电子设备。从在聚酰亚胺薄膜片上利用导电电路的图案电镀或3D打印开始,可能会逐渐发展出坚固,可穿着的外部安装在患者皮肤上的薄膜电路。
用于假肢的传感器和运动掌握系统在精度能力和操作更广泛的组件方面一贯在迅速扩展。紧凑的手和脚掌握设计正在扩展,以做事于全腿设备和外骨骼系统。旗子暗记检测和数据处理系统是先前设计的某种扩展,但是定向旗子暗记和相应信息的路由很快就变得更加详细,由于它们必须经由一定间隔。一些假肢系统的物理尺寸还哀求更高的电压或电流水平,以操作诸如臀部和膝盖电机之类的设备。这些系统的布线和互连物理可能成为一个寻衅。须要专门的电线和电缆设计来保护和隔离EMG的眇小数字旗子暗记与电动机的电源线。来自外部环境的电动势滋扰可能会使路由到假体设备某些部分的数字数据稠浊。电线和电缆在全体连续利用过程中必须保持相对较小和优柔,并在暴露于高温,高湿和溘然电击时供应旗子暗记完全性。分外的极化纳米(PZN)和圆形纳米连接器有助于将导线连接到系统内的电子元件。
肌电图和修复设备的开拓技能已发生重大变革。从研究中央到医疗设备行业,该流程都得到了很好的开拓,可以快速开拓针对个性化运用的定制设备。在设计假肢互连时,可以从详细列出个人用场,物理运用和环境暴露开始。与履历丰富的电子电路设计职员互助并利用快速旋转原型系统可以快速增强系统。通过利用实体建模软件,并与设计师在线协同事情,OEM可以开拓出精确的形式并适宜其特定功能。当实体模型软件看起来精确时,可以在每个元素的3D内置设备中实现它们,并且可以构建完全的假体装置的聚合物模型。然后,这将许可对旗子暗记路由系统进行最佳方案,以最好地做事于特定的设备系统。可以组装专用电缆和连接器以匹配设备的需求。