1 курс 2 сем БТС Боброва / Пункт 3 + выступление / 0501_Конунников

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра биотехнических систем

ОТЧЕТ по дисциплине «Введение в специальность»

ТЕМА: БИОНИЧЕСКИЙ ПРОТЕЗ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ

Оглавление

1 Выбор регистрируемого физиологического параметра, анализ основных заболеваний, методов регистрации, оценка плюсов/минусов

выбранного метода………………………………………………………………..3

1.1Обоснование физических основ регистрируемого параметра ………...3

1.2Обоснование медицинской составляющей регистрируемого физиологического параметра…………………………………………………….7

1.3Анализ заболеваний…………………………………………………...….7

1.4Методы регистрации……………………………………………………...7

1.5Оценка плюсов и минусов выбранного метода…………………………8

2.Разработка структурной и функциональных схем…………………………...9

2.1Структурная схема…………………………………………………...…...9

2.2Функциональная схема………………………………………...………..10

3.Разработка алгоритма регистрации и обработки сигнала……………….....12

Список литературы………………………………………………………………14

2

1. Выбор регистрируемого физиологического параметра, анализ основных заболеваний, методов регистрации, оценка плюсов/минусов выбранного метода

1.1 Обоснование физических основ регистрируемого параметра

Движения мышц человека связаны с тем, что по нервам, которые иннервируют эти мышцы, проходит электрический импульс. Он и вызывает сокращение мышечных волокон.

Когда человеку хочется сделать движение, мозг генерирует сигнал,

даже если конечность отсутствует. Этот сигнал перехватить, то после соответствующей обработки можно получить команду для управления протезом.

Воздействие специфического стимула в результате цепи биохимических реакций способствует повышению проницаемости мембран для ионов Na+, которые, проникая внутрь клетки, ведут к нарастанию деполяризации. Последующее повышение активности K–Na насоса приводит к массивному выбросу Na+ из клетки, что вызывает реполяризацию мембраны с возвращением потенциала к исходному значению.

В миелинизированном нервном волокне аксон окружен особой оболочкой, называемой миелином. Миелин по своей структуре – мембранное образование, состоящее преимущественно из фосфолипидов и по электрическим свойствам являющееся диэлектриком. Удельное сопротивление миелина достигает величины 500–800 Мом/см2. Другой важной особенностью миелина является малая величина удельной емкости.

Скорость проведения нервных импульсов различается в зависимости от нерва и участка нерва. В норме проведение по проксимальным отделам нерва быстрее, чем по дистальным. Этот эффект обусловлен более высокой температурой в туловище, приближающейся к температуре внутренних органов.[1].

3

где общ – общий к.п.д. привода; пер – к.п.д. передачи (ременной, зубчатой, цепной и т.д.); подш – к.п.д. одной пары подшипников качения;

Определение ориентировочной мощности электродвигателя происходит по формуле (9):

(9)

,

Определение ориентировочной частоты вращения вала электродвигателя происходит по формуле (10):

передаточное число привода.

Частота вращения ведущего вала привода равна частоте вращения

двигателя (11):

Частота вращения промежуточного вала привода определяется по формуле (13):

6

1.2 Обоснование медицинской составляющей регистрируемого

физиологического параметра

Амплитуда биопотенциалов при сокращении мышц увеличивается примерно в 100 раз (5–10 мкВ (мышца в состоянии покоя) до 500–1000 мкВ

(мышца в возбужденном состоянии)).[7].

1.3 Анализ заболеваний

●травматические ампутации конечностей;

●гангрена из–за инфекции, обморожения, ожога, электротравмы,

сосудистых заболеваний, диабета;

●сочетание повреждения кости, крупных сосудов и нервов, мягких тканей на значительном протяжении;

●злокачественные образования;

7

● острая раневая инфекция: остеомиелит, тяжелая флегмона.[5].

1.4 Методы регистрации

Для регистрации электрического импульса, сокращающий мышечные волокна, используется электромиография (ЭМГ). Это метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека

иживотных при возбуждении мышечных волокон; регистрация электрической активности мышц.[9].

Существуют следующие методы ЭМГ: поверхностный (неинвазивный)

иигольчатый (инвазивный), представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение методов регистрации ЭМГ–сигнала

1.5 Оценка плюсов/минусов выбранного метода

Выбран поверхностный (неинвазивный) способ, так как процесс крепления электродов безболезненный, относительно простой, исключает нарушение целостности кожного покрова. Все это является основой для длительного использования. Недостатками этого метода являются слабость и

8

малоразличимость сигналов, наличие шумов. Полученный сигнал является

суммарным.[2].

9

2. Разработка структурной и функциональных схем

2.1 Структурная схема

Структурная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема

Электроды расположены в местах расположения мотонейронов

(двигательных единиц). В момент возникновения намерения движения на электродах регистрируется биоэлектрическая активность, проявляющаяся ростом амплитуды сигнала ЭМГ. Сигнал ЭМГ усиливается нормирующим усилителем. Усиленный сигнал поступает на полосовой фильтр, полоса пропускания которого соответствует диапазону изменения сигнала ЭМГ.

Сигнал оцифровывается с помощью АЦП и поступает для дальнейшей обработки на центральное микропроцессор.

Датчик ускорения (акселерометр) расположен на оставшейся мышце бедра. Сигнал акселерометра поступает на блок интеграторов, выходной сигнал первого интегратора пропорционален угловой скорости движения бедра, выходной сигнал второго – углу вращения бедра в саггитальной плоскости (плоскости, делящей тело человека на левую и правую половину).

Выходной сигнал второго интегратора оцифровывается с помощью АЦП и поступает в центральное микропроцессор.

Центральный микропроцессор устройство обрабатывает полученную с АЦП блоков протеза информацию и создает команды для функционирования

10