神經(jīng)微系統(tǒng)與機器人-資料下載頁
2025-01-04 15:07本頁面
【正文】 的一個熱點 以聲音作為信號源 ? 聲控型假肢在幫助截癱病人恢復(fù)運動功能方面具有無可比擬的優(yōu)越性。利用患者的聲音信息通過數(shù)字處理技術(shù)，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制指令，不僅線路簡單，而且為發(fā)展多自由度假肢開辟了新的途徑。 ? 聲控假肢能進行的控制功能更多，更方便，精度也更高。它的不足之處在于平時患者與他人的交流也可能導(dǎo)致假肢產(chǎn)生誤動作。另外，如何提高聲控假肢的抗環(huán)境噪聲能力也是該類假肢的一個需要解決的問題。 以肌腱作為控制信息源 ? 在假手的控制上，采用肌腱作為信息源設(shè)計簡單、響應(yīng)速度快，被認為是一種比 EMG信號更優(yōu)越的控制方式。這種方法為增加假肢控制的靈敏度提供了可能。但這種方法需要肌腱完整未受損壞，否則對假肢的控制就有可能失效。 ? 另外，關(guān)節(jié)位置的改變（如手腕旋轉(zhuǎn)所引起的角度變化）很容易影響肌腱力的分布，從而產(chǎn)生誤動作。 ? 最后，肌腱的這種簡單往復(fù)運動不足以滿足多自由度假手的需求，不適合用于開發(fā)高效多自由度假肢的信息源。 以腦電（ EEG）作為信息源 ? EEG是根據(jù)大腦神經(jīng)系統(tǒng)工作過程中神經(jīng)突觸所產(chǎn)生的電位變化而采集到的信號電位變化圖，是進行腦功能研究和醫(yī)療診斷的強有力工具。 ? 利用從頭皮記錄的腦電（ EEG）活動作為信息源，不需要神經(jīng)肌肉控制，這樣即使最嚴重的殘疾患者也能夠使用。而且電刺激不會對腦電信號的記錄產(chǎn)生影響。 ? 然而腦電過程是非常復(fù)雜的，目前對它的研究還只限于開發(fā)簡單的腦機接口裝置。在構(gòu)造一個完全由腦電控制的假肢系統(tǒng)上還有賴于腦科學(xué)研究的巨大突破，尚有很長的路要走。 以腦磁作為信息源 ? 可以確信，腦磁與人體運動之間也必然存在某種相關(guān)性，原因在于：人體的活動都是由神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放的神經(jīng)沖動實現(xiàn)的。不同的運動理應(yīng)對應(yīng)不同的神經(jīng)沖動模式，從而產(chǎn)生不同的電場和磁場。發(fā)展腦磁控制假肢的思路可以借鑒EEG假肢，即在腦磁信號和假肢控制指令之間建立起合理的映射關(guān)系 以神經(jīng)信號作為信息源 ? 現(xiàn)代神經(jīng)生理學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)系統(tǒng)具有可塑性，不僅表現(xiàn)為對外界各種刺激有強烈的代償與適應(yīng)能力，更重要的是在結(jié)構(gòu)與功能上具有損傷后修復(fù)或重建的能力。另外，神經(jīng)的電生理活動不僅不受人體疲勞程度的影響，重復(fù)再現(xiàn)性高，而且神經(jīng)信息傳遞時彼此之間互不干擾，具有極佳的清晰度。 小結(jié) ? 綜上所述，假肢研究的關(guān)鍵在于運動控制，而運動控制的關(guān)鍵在于信息源。 ? 當(dāng)然并非所有的信息源都可以滿足假肢控制的需要，其必須滿足這些特性：同類運動下的信號模式需保持穩(wěn)定；對環(huán)境噪聲的抗干擾能力強，以避免誤動作的發(fā)生；信號的拾取方便，且有利于多自由控制的要求。 ? 從上面討論的信息源模式可以看出，以身體的機械運動，腦磁和腦電，聲音和肌電等信息源都存在較大的局限性，而 神經(jīng)信息源由于其具有獨特的特征，利用神經(jīng)埋藏電極引導(dǎo)出神經(jīng)信息，經(jīng)過模式分類后建立起神經(jīng)信息與肢體運動的映射關(guān)系，從而控制假肢運動將，是一種較為理想的假肢控制模式。 神經(jīng)假肢的關(guān)鍵技術(shù) ? ? ? ? 假肢的信號識別 ? 肌電的識別方法包括時域統(tǒng)計法，參數(shù)模型法，時頻分析法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和混沌分析法。 ? 目前使用最多的是參數(shù)模型法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和混沌分析法為現(xiàn)代分析方法，是目前肌電識別研究的熱點，這兩種方法的使用將有效提高對肌電假肢控制的準確性。 假肢的速度控制 ? 假肢設(shè)計者早就發(fā)現(xiàn)如果能對假肢的運動速度進行控制，對患者是很有好處的。 ? 在假肢設(shè)計的早期，這種需求并不迫切，因為當(dāng)時的假肢運動速度慢，沒有必要讓一個速度慢的假肢運動得更慢。然而，隨著高速動力假肢的出現(xiàn)，就需要假肢有不同的速度，使患者能夠有目的，準確地抓住物體。按需要進行速度控制的好處在于可以使目前的高速假手在必要時運動得慢些，使患者可以有目的，準確地抓住物體，迅速有效地移動假手的位置 假肢的自我感覺 ? 開發(fā)具有感覺系統(tǒng)的假手，將感覺信息作為反饋信號將極大地提高假手運動的準確性。假手控制器可以從假手的感覺器接收信息，并根據(jù)這些信息做出反應(yīng)，而不需患者的干預(yù)。 ? 要開發(fā)真正意義上的具有感覺系統(tǒng)的電子假手，需要對人類本身感覺系統(tǒng)的機理，電子感覺器及建立一個有效的人機界面進行深入研究，這將有很長的路要走。 假肢的自動適應(yīng) ? 用一個可編程的控制器可以輕而易舉地處理假肢的控制特性。例如，在一個肘下截肢患者的康復(fù)過程中，有可能從單點控制假手變到雙點控制，也有可能增加一個肌電控制的腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)器?？删幊痰目刂破骺梢酝ㄟ^改變程序而很容易地完成這些變化。 ? 起初，控制器被限定為處理一塊肌肉的電信號，選用頻率或波幅來控制假手的活動。隨著訓(xùn)練的進展，另一塊肌肉可用于肌電控制，改變控制器的程序使其變成傳統(tǒng)的雙點控制。再經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練后，當(dāng)安裝腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)器時，可以再更改控制器程序使其用同樣的兩塊肌肉控制腕關(guān)節(jié)。 本章小結(jié) ? 綜上所述，神經(jīng)假肢已經(jīng)成為神經(jīng)工程領(lǐng)域研究的熱點，無論在國內(nèi)外，神經(jīng)假肢作為一種新型的輔助傷殘人士的器械和康復(fù)工具，正在越來越多地受到關(guān)注，目前神經(jīng)假肢雖然能夠代替殘疾人完成某種特定的動作，但是相對于靈活的人類肢體來說，神經(jīng)假肢依舊有很長的路要走。
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