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先进的信号处理技术大幅改善假肢功能
来源：网络转摘 发表日期： 2006/9/30 12:26:22
几年前，P9/wyW+"8|-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --*;E^\MO所有上肢假肢都采用模拟控制，?l1 P[2Z-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- ?@cYRn;CY也就是说，'B?^V$y;m-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --b4$'!o 用户完全要靠上肢肌肉运动来控制假肢。@$AA6--- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --"a3UR`!.N如果被截肢者不能完全使用上肢肌肉，6 e l(-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] ---e)3O$ Z^那么就难以使用假肢，n3 @MHGp-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --pM3w 或者只能用假肢实现一小部分功能。tl`$Ni__^-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --/z:0fZ2#1
QQlB\s\-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- x9k)N=s 假肢的抓握力由单一的预定义力量大小决定，*'p&H1@"-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --J)pwB_H W也就是说， ~FWb"-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --d_tad1f举起重物和握鸡蛋、握小孩子手所用的力量是一样的。k[mkN"e4| -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --v] )sWI~此外，_ U)D2&�-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --C/TO70传统的假肢只能同时控制三个部位，~[BafyP-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --v6wG]^ fZ即肘、腕以及手。4[Tz -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --*UV*#oAIW 1LcAW=l4r-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Y%r!T `不过，k d|Vy5oo{-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Vsdp ;$_C现在的新一代假肢采用基于信号处理的先进马达控制技术，n!F?j -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --_=/ d1l*|大幅改善了假肢的功能。r-Ss l-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --GLsYD'/=
dYNq"Z7,_-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --pCanj$通过充分利用基于DSP的控制技术， X:3g--- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --|f+L.nVx波士顿数字上肢假肢产品使用户能够控制五个部位的运动，QJ(hl*~v,-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --TT4o=KWG而其他的业界同类竞争方案只能控制三个部位。vd!c'O7=n-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --? qo"ULQ@O此外，V6GZH o[x-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --UOcSXA:oEV该新型假肢还可实现史无前例的灵活性与可编程性，cdJ\@5-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --=pHG*~D能够为用户提供优化的定制解决方案，#5X3C -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --1len-7=X;从而使假肢更趋近于真正的手臂，R?}of_3{S-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --j1=P =j}A其敏感度大为提高，vk${v?0-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --j=3?,/W~抓握时还能使用不同的力量。 8D7q0RFv-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --[Q ~V}XO
0&m8*5i`~v-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --h.0$t64ehS Dqc{c3i-#-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --+\{ %XQ为假肢选择核心处理器
Q w)-z-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --QGl= /+4 ?hlURiK,-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --HX}h}?$p8开发波士顿数字假肢系统时， Hrj7j^N3"-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --4F9? 4J]他们同时考虑了微控制器(MCU)与数字信号控制器。g`Z' z-U-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- ' F 6不过， A d9 yl=-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --F$ZDwFyta5这时的问题在于，=Tpos~V=0-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- Aefx|Z?l传统的模拟系统只能提供三种运动方向，F$]lj(!J-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --l@+nk %ey=微控制器似乎很难超过这一数量。LkL1J-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --h^3/H2RoU
M;&z }GV-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --O)N=uz4" (Vl~& U=!-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --d?%#P.Z 3$ ;R4tv@0L*-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- `/@(f?} 波士顿数字假肢系统采用TI的Code Composer Studio集成开发环境(IDE)进行开发， ~ Ggw :-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --v co$T @用户上肢未受损伤的一块或多块肌肉生成的信号对假肢进行控制。C]NG+d-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- �`Us{5*ETI推出的运算放大器与仪表放大器能够检测、调节并放大肌肉生成的相关信号。R~9 ! e/Vl-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --=C HHXPf然后C2000数字信号控制器则检测信号强度，8XU_xem�|?-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --.Ll&`M0%"将其与其他传感器的信号相对比，n=OP::iB-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --0t{PDb �并决定用多大的电压来驱动肘部、腕部以及手部的马达。BUom(] t-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --=x&F:( x ^Z5Q2FWWx-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --y[Kfj|数字信号控制器实现优化的马达控制
QJsI*S },-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --9 Dde| u:~4_p Z-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --uHv XbH" Liberating的工程师采用控制器的DSP处理功能和马达控制外设生成多个脉宽调制(PWM)输出， y;)97 K8-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --'CJ'?r 以便有效驱动三相无刷直接驱动DC马达，&&4T*=$ Q-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --}ZJ\NJlZ这些马达用于控制假肢的运动。)|H1Gf\ )o-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --~!a\h 基于MCU的解决方案需要两个MCU才能带动三个马达，J! =VsG?X-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --= jR 而仅需一颗DSP就能驱动五个马达，K N1b8)I7-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --�w]Bf;P若采用插件模块(add-on module)，O2 p3W]Nfw-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --=&1VMO甚至还能驱动9部马达。(s= Gr OR-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --tA eLm#3 +iZ\S+9i`-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --a P2 y^\7 增加受控马达的数量，X& 281V-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --lY(T�MG=就意味着被截肢者相对于以前的技术方案而言能控制更多的假肢部位，nza)J,6?-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --\^ wx;S此前的技术只能操作肘部、腕部和手部，D?A,{$-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --zZ0 �=而Liberating现在还能实现上肢肩部的机械运动，{i a"(-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --(& ll nB"b这样被截肢者就能在行走时自然摆臂，D.)(6-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --U?fq^%|k]再也不会发生手臂尴尬地垂在身侧的情况了。q 0ZQD5y-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --xX -lHX OKP?hT -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --8hc*)II|GX 此外，n A.S5`-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Z( r(|yCDSP强大的处理功使Liberating能转而采用三相马达，q / '{Xoyd-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --@IMw tDIq扭矩达到10尺磅，B8m8#vY-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --aHdR "f9比采用MCU技术的业界同类竞争解决方案的做功能力大三到四倍。 \Te"s`J-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --_" |!+|6我们通过改变PWM模块的占空比来控制马达的电压，lnnT%Mc,-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --G$x 0T0占空比则由PID模块来控制。v"QB+lI+x-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --=2^#C Y!这种方法能持续监视并调节定子电流，}N(HcB--- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --^Q9$ M58实现正确的操作速度，ZoVk!1U -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --.Rn=EHznK避免会导致用户发生定位故障的突入电流。}Dzv}m&^A-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --SYA1 YWc ?Pd LeP-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --q#z*)Q a控制手的抓握力
p $q4 b-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --RnN~Uc ]5Qy%nmN-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --15#!&T 控制器的可编程性是波士顿数字假肢系统的关键组成部分。K 9T? NyE-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --lB# �4O?数字信号控制器经过编程，0d=mi!jT-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --k**Y$vE�可监控马达的耗电情况，ltjjzp/-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --?}L erXUFS并将相关信号反馈给控制器以实现闭环控制方案。uzQ /,2Ah-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- o zCjh)如果马达达到预设的用电限度，E~ u}!wF4-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --zmQ \那么就会降速，UgQjpa v -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --O7p #xdX避免其消耗电池电量过快或者导致系统过热。rP~3\K xC-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --a0? g T #S[r;k-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --KJB ^bI4/ 给假肢的供电也有限制，2Dt6^pO-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --( OBGnO避免设备在执行握手和拿握鸡蛋等物品时用力过大。gU]~g\)I-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --s =ED:}.与许多其他假肢不同，B`{A? %N-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --71-- -c波士顿数字假肢系统使用户能根据不同的任务控制并调节抓握力度。%=7WG"H7{-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --ixZQw~此外，QKh?3d5N:-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Y=}wf?Otr有的假肢外表还采用仿真皮肤技术， QTeJgS-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --x0HR{ 3Iw成本约5,000至8,000美元。'5K@VnmZ-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --T UL}A, +r由于限制了假肢的用力，"'suT=M93-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- '?"3$Z因此能大幅延长假肢表皮的使用寿命。�ZJk._n-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --j=JQ gS@ DHl];yN^Y-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --; vN]S 此外利用控制器的灵活性对假肢安装的不同设备（如手、钩子、夹子等）设置不同的功率限制，4lMkJLeS-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --?.e ] 0/l不同设备的力度存储在数字信号控制器的查询表中。9MS =@ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --9qU _)$Liberating还就如何向使用者反馈假肢使用的力度检测了不同的方法，Ax&;VU^H4G-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --3_Ho*^'T帮助用户控制假肢的用力大小。zu )1Pby-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --A^5c k c,目前根据每次脉冲来限制电流的大小，:ZT)9W-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --;)9 gP/ 由比较器根据可编程的输入级加以控制，)N{||.Z-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Tck "ZS今后可能的方法之一是根据用力大小反馈不同的声音来指示。yR_jKXuIhr-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --' 7=Ssh +G $u -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- j# ]&{ 使用者皮肤上安装的微型传感器可捕获肌肉收缩时生成的肌电信号。j[e3 z-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --1 z!=0E信号强度较低，qE)sk[~Og-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --8Du�L7}这意味着信号易受环境噪声（如荧光灯产生的噪声）的干扰。y{19[Wy&\-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --oJyXn,%yDSP具备的数字滤波执行功能使Liberating能够对可选的陷波滤波器进行轻松编程，3Y5;P`v -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --5'[/FHX 其工作频率为60Hz，9/u9 _-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --VvmU )9适用于美国假肢；但若工作频率为50Hz时则适用于欧洲的假肢。=Q0kwDfW-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --G8 U8ci #将上述功能相集成，[!12Ig-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --epLqNk1\^就意味着Liberating能够避免添加外部分立式组件，iLr(Gv:@-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --.^$( 3Y�X但如果采用模拟电子器件和微处理器而非DSP技术的话，$4f\_DZ-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --nqr =#$?那么就不得不需要外部组件的帮助了。?T:e-%hR-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --n}?! scD, ]:C[2,:5-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- w Akfb|提供丰富的控制方案
K?$YA X-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Vw fC_m3 H/~!=6_4~ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --U? #;8Jqz 上一代上肢假肢产品只能采用单一的控制方案，kfrz_RL?6-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --y�D�k*gY?.用户通过运动二头肌和三头肌来移动手臂。"}olsue -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --`o0|8=%这种方法适用于大多数用户，r ?{D t-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --V'KQ=~Ep/但如果病人的上肢肌肉损坏，r^V/w\N =0-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --PE , h6G就不能使用这种假肢。|:?mN|y-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --~ [e[1!3*波士顿数字假肢系统的突破性特点之一在于， "S8Y^-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --ZMYS@?k控制器非常灵活，&.KP`-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --RS O_A~T~输入／输出(I/O)功能很强，vDl%hm0A-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --3$7} F!C能对设备进行多种控制方案的编程，&L`v(,mx-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- E kw lO| 这就意味着这种上肢假肢对患者的不同需要具有很强的适应性。8Qq$N#aK8-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --nGl*Ei7Y& Y-( ,`,E_[-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --S �i7MU; 举例来说，Vddy7^A(zE-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --}X3Sv?0yWI采用Liberating产品的患者以前是电工，$upo|4 =Xr-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --6p7!__�V因为不小心碰到高压线而丢掉了双臂。? dx=H|-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Nh%"l@|u医生给他肩膀、肘部、腕部以及手部断裂的神经做了处理，U_;]vi+ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --TZ&|?B|8连接到大胸肌。 uCOU-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --`mXY)x&AS这样， zwF y-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --M ]XGs=OFo如果患者的大脑发送“活动肘部”或“转动腕部”信号，�L"|f/-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --sOc'q $ '那么他的大胸肌就会反应。9Fw ^m_#-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --9ijK35r ~Liberating对波士顿数字假肢进行编程， i)~6}M-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --oj7T P He使其能够响应于胸部肌肉的运动，?23 B{ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --\!O6l\I从而使马达进行适当的运动。7maB k\ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --S2~91' 自数字假肢推出以来，f:SS* l7-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --I` -I$z该公司已经推出了36种控制方案，6� di54#Q.-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --'h8~GuK?7而且仍在不断增加新的控制方案。=\ �UZ=?-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --x=MV . j O23k.`-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --ql[%X@|_g 数字信号控制器的嵌入式闪存存储器和现场可再编程性使Liberating能用新软件不断更新并定制波士顿数字假肢。finPg dJ -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --n c +90^90现在，*2G$Y2�-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- ?�hd. ]mw患者可购买预编程的通用系统，"\7i�Ks4:i-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --! YIm HF@k经过远程再编程，8!Lnvty-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- X0/N PA该系统可采用Liberating的任何控制方案。 6 QH9{0wl-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --FqfA6#*9 U/ s W/n-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --Z"=lTWQ2T Hanson指出：“患者可不断试用不同的控制方案，~k1Mijhee-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --.[DL% ^直至找到最合适的为止。uXs]%cbT-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --U?="QC&&(我们只需坐在办公室里监视患者手臂发出的信号，@qqv0 `o-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --K|�lCi~即时进行调节即可，Cx!oUs�$-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --(?y ^;Gy5~从而获得最佳的控制方案。4\P| o(-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --J~P,\TKb最近，G;I[~ S-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --y*uRz\d[我们为两肩部位截肢的患者推出了一种带有语音指令的系统，`XUEx/e3O-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] -- PD;t&O;*这种系统是史无前例的，\;Y !I6~SA-- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --);G za非常之灵活。bj80U6C -- 转自济南恩德莱 [www.jnedl.com] --HaSP`iK”0
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[作者：佚名 关键词：假肢矫形器 录入：Admin 责编：Admin 阅读次数：3553]
