Объектом исследовательской работы выступают бионические протезы конечностей, максимально приближенные по конструкции к ампутированным конечностям, для управления которыми используются биоэлектрические сигналы, возникающие в мышечных клетках и головном мозге.
В данной работе будут исследованы биотехнические системы, в которых взаимодействие живого организма с техническими устройствами осуществляется посредством биоэлектрических командных сигналов либо биоэлектрических сигналов, циркулирующих в контуре обратной связи, можно выделить в особый подкласс - биоэлектрические системы управления.
Предметом исследовательской работы методы и алгоритмы управления протезом конечностей.
Методы:
1. структурного и функционального анализа;
2. основных положений теории автоматического управления;
3. расширенной обратной связи;
4.
Где купить дипломную работу на заказ в Краснодаре ? Естественно Work5.
. адаптивные.
Целью работы выступает изучение биофизических механизмов формирования сигналов ЭМГ и ЭНГ при решении задач управления бионическими протезами.
В соответствии с целью ставятся следующие вопросы для дальнейшего изучения, а именно:
- определить основные понятия, необходимы для целостности всей исследовательской работы;
- произвести и обосновать классификацию биоэлектрических систем управления;
- произвести описание проблематики в области биопротезировании;
- произвести описание проблематики в области формирования и получения сигналов;
- произвести описание методов получения ЭМГ;
- произвести описание методов получения ЭНГ.
Актуальность данной исследовательской работы заключается в том, что будут рассмотрены наиболее востребованные методы с их практическим применением в жизни.
В первой главе описывается такие понятия, как:
1. электронейрография;
2. электромиограмма.
Дается их качественное и количественное определения, раскрываются особенности того или иного, а также производится некоторая классификация.
Затем производится классификация биоэлектрических систем управления:
1. По характеру:
1.2. Съемные.
1.3. Несъемные.
2. По назначению:
2.1. Верхние:
2.1.1. Активные.
2.1.2. Пассивные.
2.2. Нижние:
2.2.1. Протез стопы.
2.2.2. Протез голени.
2.2.3. Протез бедра.
2.2.4. Протез всей нижней конечности, который используется при ампутации с вычленением тазобедренного сустава.
В данной главе также были приведены общие характерные виды, с позиции внешнего устройства для съемных протезов верхних и нижних конечностей.
Были приведены некоторые технические особенности протезов нижних конечностей.
Наряду с этим были рассмотрены и описаны основные проблемы при получении, формировании и снятии сигналов ЭМГ и ЭНГ.
Были описаны проблемы, связанные:
1. со структурными особенностями самого протеза;
2. с биологической совместимости с вживленными электродами;
3. с особенностями формирования электрических сигналов;
4. с особенностями датчиков, принимающих сигналы;
5. извлечение информации о командах ЭМГ, поступившая к мышце из ЦНС;
6. при поверхностном отведении биоэлектрической активности трудно идентифицировать изолированные ЭМГ - сигналы от большого количества мышц;
7. выделение усредненной величины времени, в течении которого биоэлектрический сигнал превышает наперед установленный порог;
8. превышение пороговой амплитуды;
9. превышение пороговых аберраций по частоте.
Было выделено и описано основные проблемы на пути биопротезирования, а именно:
1. создание самого протеза;
2. создание механизма управления им.
С последующим описанием возможных путей решения и развития данной проблематики.
Во второй главе было произведено описание на основании вышенаписанного выбора мест отведения сигналов для формирования методик измерения ЭМГ и ЭНГ в первом пункте, в дальнейшем производилось описание методик измерения сигналов.
Причем, в ходе анализа было выявлено, что наиболее эффективным механизмом измерения выступает нервный импульс, направленный в мышцу, а именно в мышечные волокна, так называемые двигательные единицы.
Таким образом строился дальнейший анализ методик получения сигналов ЭМГ, а также ЭНГ.
Опираясь на вышеописанное, можно также сказать, что в были рассмотрены некоторые методики получения ЭМГ и ЭНГ, с помощью научных статей, результаты которых были апробированы на практике и получена положительная динамика.
Так были рассмотрены некоторые методики получения ЭМГ сигналов, а именно:
1. методы графического интерфейса, содержащие модуль с жидкокристаллическим дисплеем (LCD-модуль) и встроенными командами управления; метод огибающей МНК с применением СКО;
2. метод мышечной синергии;
3. метод с применением нейроинтерфесов;
4. неадаптивный метод связи; метод с биологической обратной связью.
Как выяснилось один из методов (метод огибающей МНК с применением СКО) оказался наиболее эффективным в апробации на практике. Так, для него была приведена блок схема устройства и полученный ЭМГ сигнал, а также, приведена математическая модель и характерные частотные диапазоны.
Затем, был описан один из методов получения ЭНГ при помощи специально разработанного прибора, с последующей электростимуляцией мышечной ткани.
Приведена блок схема прибора и записанные регистрируемые биопотенциалы для ЭКГ, ЭНГ, ЭМГ при помощи осциллографа, а также приведены характерные частотные диапазоны.
Данная работа состоит из трех глав, введения, заключения и списка литературы. Всего 35 страниц, список литературы из 13 пунктов.
Сокращения, используемые в работе:
ЭМГ – электромиограмма.
ЭНГ – электронейрография.
ЭЭГ– электроэнцефалографии.
ОС – оптическая система.
МУ – математические уравнения.
НМИ – нейромашинный интерфейс.
БЭСУ – биоэлектрические системы управления.
ЦНС – центральная нервная система.
35 страниц
65% уникальность
2020 год
63 просмотров
