Разработка и анализ функционального протеза предплечья с электромиографической системой управления

Описание

Применение 

Реабилитация и абилитация пациентов с врожденными и приобретенными дефектами верхних конечностей, сопровождающихся утратой дистальных сегментов и, как следствие, значимым снижением функции конечности, дееспособности, возможности самообслуживания и качества жизни.

Актуальность

Ежегодно на территории РФ более 8 000 людей нуждаются в протезировании в результате травм и врожденных патологий верхних конечностей. Одним из наиболее частых решений в данной ситуации является протезирование косметическим или тяговым протезом, которые не позволяют вернуть функции утраченной руки. Существующие на рынке функциональные протезы обладают высокой стоимостью и труднодоступны на территории РФ. Данный проект направлен на создание отечественного функционального протеза верхней конечности, превосходящего аналоги, а также открытие специализированного центра по протезированию на территории РФ. Впервые в России будет выполнена разработка и клиническое внедрение облегченного бионического протеза предплечья с семью степенями свободы движений, что позволит эффективно использовать его для протезирования подростков и взрослых. Будет разработана облегченная версия конструкции протеза с использованием современных сервоприводов, обеспечивающих максимальную скорость реакции на поступающие  миоэлектрические  сигналы.

Научная и практическая значимость

Проект направлен на разработку функционального протеза  верхней  конечности,  обладающего адаптивной нейрофизиологической системой управления.  Цель проекта заключается в создании протеза, максимально схожего с человеческой рукой: натуральный внешний вид; натуральные движения; низкий уровень шумов, создаваемых протезом; простая и естественная система управления. Также открытие центра реабилитации и протезирования пациентов с ампутациями верхних конечностей на территории РФ. Все приведенные характеристики протеза играют важную роль при выборе пациентом протеза,  не выделяют пациента в обществе, а также позволяют превзойти имеющиеся мировые аналоги.

Партнеры

  • ФГБУ "НИДОИ им. Г.И. ТУРНЕРА" Минздрава России

Используемые ресурсы и оборудование

1. Применение для снятия нейрофизиологических сигналов электродов, обладающие высокой помехоустойчивостью, требующих сухого контакта с кожей и обладающих широким спектром регистрируемых частот. Данные качества достигаются за счет расположения усилителя с большим диапазоном пропускаемых частот прямо на электроде и напылением на электрод покрытия AgCl. Также миниатюризация данного электрода (площадью < 1 см2), с целью расположения на культе массива электродов.

2. Применения для изготовления протеза технологии быстрого прототипирования, что позволяет за короткий срок и низкую себестоимость изготавливать протез.

3. Применение динамической электромиографии для оценки функциональных способностей имеющихся мышц культи или сегмента конечности при моделировании естественных движений.

4. Применение современных методов реабилитации для разработки имеющихся мышц культи или сегмента конечности.

Результаты

  • Разработан и собран аппаратный комплекс для регистрации электромиографического сигнала с применением двух электродов. Данный комплекс применен для управления протезом.
  • Разработан и собран функциональный протез предплечья, полностью изготовляемый с применением технологи 3D прототипирования (FDM принтер). Проведены испытания на пациенте.
  • Разработан и собран модульный протез кисти «Elegant Hand» из композитных материалов с применением технологии 3D прототипирования. Проведены испытания на пациенте.
    Испытания проводились на пациенте подросткового возраста с врожденным пороком развития (аплазией) верхней конечности на уровне верхней трети предплечья. Протез позволил пациенту осознанно манипулировать предметами, что значительно упростило его повседневную жизнь.

Технические характеристики

Возможность совершения двух основных видов схватов человеческой руки (цилиндрический, щипковый), а также возможность задания различных жестов (жест “окей”, указание и т.д.). Управление интуитивное, на основе электромиографии.

  • Количество схватов – 2
  • Количество управляющих каналов ЭМГ – более 2 (выбирается индивидуально, зависит от количества активных мышц)
  • Материал конструкции протеза – металлический каркас и облицовочный пластик
  • Удерживаемый и переносимый вес более 25 кг
  • Удерживаемый одним пальцем вес более 5 кг
  • Время работы без подзарядки более 12 часов

Руководитель проекта