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什么是神经控制型假肢

时间:2021-11-11 / 作者:胖头鱼 / 分类:运动康复 / 浏览次数:127次 / 0个评论 发表评论

根据假肢功能的不同,大致可将其分为装饰性假肢、支撑型假肢、手动功能型假肢、智能假肢和神经控制假肢五种类型。装饰性假肢没有实际功能,仅用来对残缺的身体做修饰(例如:不能活动的假臂);支撑型假肢的关节不具有活动能力,但可以用来承重(例如:关节不能活动的假腿);手动功能型假肢的关节可以进行手动调节,以适应不同的运动需要(例如:假下肢的踝关节和膝关节角度可以根据不同的身体姿态进行手动调节);智能假肢的各个关节的角度和姿态可随运动模式的不同自动调节;神经控制型假肢的姿态和动作则可模拟真实的肢体,根据运动意识和主观意图“随意而动”。
今天我们重点来讨论神经控制型假肢。

神经控制型假手

什么是神经控制型假肢


所谓神经控制型假肢,即通过识别人体固有的神经信号并执行相应动作的假肢。人体的一切功能均受控于神经系统。神经系统包括中枢神经(例如:大脑)和周围神经(例如:控制手指屈伸功能的前臂正中神经、桡神经等),中枢神经是各路周围神经汇集交融的地方,人体绝大多数运动功能指令均来自于此;周围神经则主要负责环境的感知和运动指令的传递,其范围从脊柱以外的神经根一直延续到身体的各个角落。
当肢体被截断后,神经、肌肉、骨骼等组织发生中断,但残端以上的部分仍然是完整的。当我们根据习惯和意识想要驱动已经缺失的肢体做出某个动作时,残端以上的神经和肌肉组织依然会像以往一样会传递和产生不同的电信号。神经控制型假肢正是依靠对这些电信号的采集和分析,识别来自于中枢神经的指令,然后将这些指令划分为不同的机电信号,由各个电动马达驱动不同的手指完成各自的动作,进而实现特定的肢体功能。
除了从残端获取生物电信号以外,还有些假肢产品直接采集和识别头部的脑电波信号(中枢神经控制型假肢),其技术难度要更加复杂。

用神经控制型假手敲击健盘

神经控制假肢的技术路线和现状


1、内置电极型神经控制假肢。以手假肢为例,需要通过外科手术的形式在断端的不同位置植入一些电极,通过这些电极采集不同神经和肌肉的电信号(每根手指的动作最终都由不同的神经和肌肉控制),然后根据不同的电信号组合分别对假肢的各个手指发送指令,再由机电装置执行。这种技术应用了很多年,经过一定的训练后可以获得不错的效果,缺点是需要外科手术支持,后期维护成本也比较高。
2、外挂型神经控制假肢。通过假肢接受腔内的电极片采集残端皮肤表面的电信号,经反复的“训练”将动作意识和电信号特征对应起来,让假肢学会识别不同的动作意识并执行。与内置电极型假肢的区别主要有两个,一是不需要外科手术植入电极,购置成本和维护成本相对较低,二是需要对假肢做更多的“训练”以解锁不同的动作。
3、中枢型神经控制假肢。由脑电波方面的技术应用分支而来,需要在头部佩戴信号采集装置。由于脑电波信号丰富且杂乱,需要依赖于长期而深入的研究,还要进行一定的训练才能实现假肢控制,应用难度比较高,目前主要处于实验室研发阶段。

中枢神经控制型假肢

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