尽管肌电假肢在实际应用中获得了巨大的成功,但当截肢者的残肢太 短,或者因瘫痪而导致肌肉萎缩时,就不能提供足够的肌电假肢所需要的控 制信息。同时,肌肉的疲劳、电极位置的改变、肌电信号的训练、体重的波 动都会使肌电信号的特征值发生变化,造成多自由度肌电假肢的控制准确度 难以提高。此外,由于使用者必须学习不自然的运动来驱动手的运动,同时也由于受对肌电信号的解码能力所限,肌电假肢所能控制的自由度也是很有限的。
肌电假肢的信息源来自残肢肌肉发放的动作电位。由于它能够反映人的 肢体运动信息,因此比机械牵动式假肢更为优越,不但受到患者的青睐拥有 广阔的市场,而且也成为上肢假肢研究中的一个热点。
5:结合其他的控制信息源以弥补肌电信息的不足。如残肢和肩膀的机械 运动等。
3:将反馈技术引入到肌电假肢中,以使肌电假肢能完成更多的功能。但 这还依赖于能够长时间同时刺激大量的神经纤维的新式电极的开发。
FFT tranform
本文所研究的重点是如何准确地控制具有自适应增力机构、采用空间开 式传动的单自由度肌电控制假手。所作的工作主要分为两大部分,一是对肌 电信号进行分析,提取特征值。即利用数字电路和模拟电路等相关知识,设计了具有输入阻抗大、共模抑制好、增益高等特点的肌电信号前置处理电路,利用“振通”数据采集仪对处理后的信号进行采集,并利用快速傅立叶变换 的相关知识编写了信号处理程序,对肌电信号进行了波形分析、幅值谱分析 和功率谱分析,提取了信号特征值,与相关资料的数据相比,基本一致:二 是利用肌电信号的特征值对肌电假手进行控制。利用电路设计的相关知识对 控制电路进行了设计,并取得了很好的控制效果。
利用从头皮记录的脑电EEG活动作为信息源,不需要神经肌肉控制,这 样即使最严重的残疾患者也能够使用。而且电刺激不会对脑电信号的记录产 生影响。然而脑电过程是非常复杂的,目前对它的研究也只是有限的。在构 造一个完全由脑电控制的系统上还有赖于脑科学研究的巨大突破,尚有很长 的路要走。
l、以身体的机械运动作为信息源
许多研究还证实,神经系统具有可塑性,不仅表现为对外界各种刺激的 代偿与适应能力,更重要的是在结构与功能上具有损伤后修复或重建的能 神经信息的上述特征为发展具有更为逼真仿生功能的高效多自由度上肢假肢奠定了基础。基于此,Wan等提出了用神经网络把人体上肢神经信号 转化为控制指令来控制假肢的思想。许多学者也在采用神经信息控制假肢技 术上作了有益的探讨,并取得了一下共识:
人的肢体是一个复杂而精巧的动力学系统,如何再造这种结构,是假肢 研究的主要内容。随着康复医学与康复工程、材料学、电子学和控制理论等技术的发展,假肢研究也发生了革命性交革。假肢已经不再仅仅作为一种装 饰品,人们对它的舒适性、实用性、准确性和灵活性提出了更高的要求,假 肢也向着智能型、美观型,类人型方向发展。目前,世界范围内的各种商品 化假肢已经不下千余种。
尽管经过几十年来成千上万的假肢患者的使用表明,这种类型的上肢假 肢可靠性高,鲁棒性好,但它所能实现的控制任务非常简单,加之残肢对人 脑指令反应的迟钝,使得灵活性不高,不适合用作高正确度且组合性强的信 息源。如文献“1所设计的假肢只能完成预定的梳头、拿电话和喝水三个动作, 假肢控制的准确度也只有85%。
1:采用新策略来提高单通道所能够控制的自由度数。
这种上肢假肢的控制思想主要是利用患者残存的运动功能,通过传动装 置触发相应的开关进行控制。截肢患者的残端肌肉的收缩/舒张和膨起、健 肢部位如胸部的扩张、肩部的提升/下垂及外展/内收等都可以用作假肢驱动 的信息源。这类假肢控制结构简单,造价低廉,因而受到了患者的欢迎,在 第一章绪论 将来一段时间内仍将拥有一定的市场。
3)神经的放电速率与上臂运动的空间方向之间有着较强的关系。
6、以脑磁作为信号源