1 Классификация существующих протезов предплечья
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Определение положения электродов при биоэлектрическом управлении протезом предплечья. Для правильного определения положения электродов была изучена модель, в которой на здоровую часть конечности пациента 1 надевают приспособление для крепления датчиков на коже, представляющее собой эластичный перфорированный рукав 2 со множеством отверстий 3, в которые вставляют активные датчики 4.  Рисунок 10 – Устройство получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки Каждый из активных датчиков 4 выполнен на основе миниатюрной эллипсовидной печатной платы, на нижней стороне которой смонтированы два оппозитно расположенных неплоских гладких электрода длиной 6-10 мм, разнесенных друг от друга на 10-15 мм и выступающих над поверхностью платы на 1-2 мм, а на верхней стороне платы смонтирована электронная схема, включающая в себя последовательно включенные дифференциальный усилитель, фильтр и детектор. Модель относится к области медицинской техники и может быть использована в системах управления биоэлектрическими протезами верхних конечностей, а именно протезами предплечья или кисти. Устройства для получения биоэлектрических сигналов для управления протезами конечностей представляют собой, в общем случае, электромиографический датчик или систему датчиков, расположенных на здоровой части конечности с помощью каких-либо приспособлений для крепления этих датчиков на коже. Наилучшее качество сигнала обеспечивают имплантируемые датчики, электроды которых вживляются в биологическую ткань и имеют непосредственный гальванический контакт с периферическими нервными отростками. Так как удалить при необходимости вживленный датчик непросто, то при необходимости быстрого подсоединения и отсоединения протеза используют накладные электродные датчики с различными устройствами их крепления. Самым простым из известных решений является использование кусочков пластыря для приклеивания электродной системы датчиков к коже. Известны решения, когда для улучшения качества сигнала используют токопроводящие гели, заполняющие пространство между электродом датчика и кожей. Для качественного крепления электрода к коже используют также устройства с пневмоотсосом, позволяющие прижать электрод к коже за счет сильного разрежения воздуха в изолированном пространстве под специальным резиновым колпачком. Однако крепление описанных датчиков часто не обладает достаточным удобством использования и надежностью. Липкий состав может вызывать раздражение кожи. Использование гелей и присосок часто только усложняет и удлиняет процесс крепления датчиков. Кроме того, слабый электромиографический сигнал часто подвергается действию наводок и помех. Некоторые из описанных проблем решаются с помощью устройства, который для получения биоэлектрических сигналов содержит так называемый активный датчик плоской круглой формы и приспособление для его крепления на коже в виде кольца с липким слоем по краю датчика. Активным датчик называется потому, что он, кроме собственно множества электродов в виде маленьких иголок, имеет еще в своем составе активные электронные каскады, выполненные в микроэлектронном исполнении и размещенные на наружной плоскости самого датчика. Электроды-иголки слегка протыкают верхний слой эпидермиса при прикладывании и приклеивании датчика, чем обеспечивается надежность электрического контакта с кожей. Все электроды связаны с входом усилителя. Непосредственная близость усилительных и обрабатывающих каскадов к электродам позволяет минимизировать влияние наводок на полезный сигнал. Усиленный сигнал подается по экранированному проводу в схему управления протезом. Недостатки этого устройства: - частое прикрепление и открепление протеза должно сопровождаться заменой липкого элемента крепления; - длительное использование датчика с игольчатыми электродами вызывает раздражение кожи. Задачей, решаемой данной моделью, является повышение удобства использования устройства получения биоэлектрических сигналов за счет усовершенствования конструкции активных датчиков и приспособления для их крепления на поверхности кожи. Задача решается за счет того, что в известном устройстве получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки, содержащем активный датчик и приспособление дляего крепления на коже, имеются следующие отличительные особенности: активных датчиков может быть несколько, а приспособление для их крепления на коже едино для всех датчиков, каждый из активных датчиков выполнен на основе миниатюрной печатной платы эллипсовидной формы, на нижней стороне которой смонтированы два оппозитно расположенных неплоских гладких электрода длиной 6-10 мм, разнесенных друг от друга на 10-15 мм и выступающих над поверхностьюплаты на 12 мм, а на верхней стороне платы смонтирована электронная схема, включающая в себя последовательно включенные дифференциальный усилитель, фильтр и детектор, причем входы дифференциального усилителя электрически связаны с соответствующими электродами, в середине платы распаян жгут электрических проводов, соединяющий цепи питания и выход детектора датчика с соответствующими контактами на электроуправляемом протезе руки, приспособление для крепления активных датчиков на коже представляет собой эластичный перфорированный рукав из непроводящего материала, с одинаковыми круглыми отверстиями, диаметр которых равней или немного меньше малого диаметра эллипса платы.  Рисунок 11 – Расположение активного датчика в устройстве получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки На рисунке 11 показано расположение активного датчика между эластичным перфорированным рукавом и кожей пациента. В позициях на рисунках обозначены: 2 приспособление для крепления активных датчиков на коже, представляющее собой эластичный перфорированный рукав, 3 отверстия в эластичном перфорированном рукаве, 5 жгуты электрических проводов, 8 эллипсовидная плата активного датчика, 9 электроды активного датчика, 10 контактная колодка активного датчика, 14 кожный покров конечности пациента. Подготовка устройства к работе: на здоровую часть конечности пациента 1 надевают эластичный перфорированный рукав 2. Крепят на руке электроуправляемый протез 7. Затем закрепляют активные датчики 4. Каждый из них закрепляют в эластичном рукаве 2 путем проталкивания узкого конца платы 8 в отверстие 3 в эластичном перфорированном рукаве 2 электродами вниз. Причем при вставке активного датчика 4 деформируют отверстие 3 таким образом, чтобы и второй край эллипса платы 8 оказался под эластичным перфорированным рукавом 2. В результате эластичный перфорированный рукав 2 должен покрывать и прижимать плату 8 к поверхности кожи 14. Необходимо, чтобы длинная сторона платы 8 располагалась вдоль мышечных волокон. При этом обеспечивается качественный контакт электродов 9 с кожей, хорошемуконтактированию способствует также выпуклая форма электродов. Через отверстие 3 выходит жгут соединительных проводов 5, распаянный в середине платы. Другой конец жгута подсоединяют к разъему 6 на электроуправляемом протезе 7. Работа устройства: между электродами 9 активного датчика 4, прижатыми к поверхности кожи 14, при сокращении мышц появляется так называемый электромиографический сигнал в виде переменного напряжения, который усиливается дифференциальным усилителем 11, проходит через фильтр 12 и затем детектируется детектором 13, после которого уже в виде постоянного напряжения подается в электроуправляемый протез 7 для включения соответствующего привода. Перфорация в эластичном перфорированном рукаве 2 несет двойную функциональную нагрузку: во- первых, она является средством быстрого и легкого закрепления активных датчиков 4 в нужных местах; во-вторых, она является средством вентиляции, благодаря которому выделения пота испаряются с поверхности кожи. Достоинства данного устройства: - активные датчики электромиографического сигнала могут легко и быстро устанавливаться и извлекаться благодаря особой конструкции эластичного рукава и особой форме платы активного датчика; это обеспечивает быстроту установки и снятия всего протеза в целом; - благодаря множественной перфорации в эластичном рукаве есть возможность подбирать наилучшее расположение датчиков, располагая их в местах, обеспечивающих высокий уровень сигнала и избирательность к сокращению определенных групп мышц; - гладкие выпуклые электроды активных датчиков не раздражают и не травмируют кожу, и в то же время, они надежно прижаты; - достигается достаточная помехоустойчивость благодаря применению активных датчиков, в которых электроды расположены очень близко к усилителю, а также благодаря применению дифференциального усилителя и фильтра. |