СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗОМ ОТ КУЛЬТИ
SYSTEM OF CONTROLLING PROSTHESIS FROM STUMP

Изобретение относится к системе, состоящей из вкладыша, расположенного между культей и телом протеза, и миоэлектрического электродного узла для регистрации миоэлектрических сигналов с целью управления протезом от культи.
Миоэлектрод служит для регистрации и обработки поверхностной миограммы, на основании которой посредством моторного привода осуществляется управление элементами протеза. Полное функционирование такого протеза, в частности протеза руки, зависит непосредственно от качества миоэлектрода. В соответствии с современным уровнем техники известны активные миоэлектроды, состоящие из отводящих электродов для отвода электромиограммы и элементов усиления и обработки сигналов.
Электроды, изготавливаемые до настоящей поры в закрытом пластмассовом корпусе, состоят из входной точки размыкания, направленной к культе, и выходной точки размыкания, направленной к протезу. Входная точка размыкания образуется из металлических отводящих электродов, расположенных на поверхности корпуса. Выходная точка размыкания подает на протез усиленный и обработанный сигнал электромиограммы в аналоговой или цифровой форме.
За последние годы техника протезирования отличается модификациями в направлении к так называемой комбинации вкладыш - тело протеза. При этом пациенту в отличие от обычного протеза сначала надевается на культю мягкая в виде чулка часть, обозначаемая, как "вкладыш". Затем поверх надетого вкладыша пациент одевает протез. Вкладыш образует своего рода прокладку между культей и телом протеза, которая с одной стороны улучшает примыкание тела протеза к культе, а с другой стороны повышает комфортность при носке протеза. Вкладыш изготавливается из таких материалов, как силикон или полиуретан, и обладает отличными свойствами примыкания к культе, которые в значительной степени улучшаются в результате герметичного смыкания вкладыша и культи.
Известные в настоящее время миоэлектроды с кабельной проводкой в комбинации с вкладышем неприменимы. Так как эти миоэлектроды в теле протеза подвешены в гибком положении, то для обеспечения контакта между отводящими электродами и кожей культи во вкладыше должно быть прорезано окошко. Это повлечет за собой снижение свойств примыкания вкладыша к культе. Кроме этого, вкладыш нужно будет надевать на культю с чрезвычайной точностью, чтобы обеспечить соответствующее положение окошка во вкладыше относительно миоэлектрода в теле протеза.
В задачу изобретения входило создание такой системы, благодаря которой можно избавиться от недостатков уровня техники. Согласно изобретению это достигается благодаря системе, в которой предусмотрены измерительный блок, размещенный на стороне вкладыша, обращенной к культе, и приемный блок на стороне вкладыша, удаленной от культи, при этом измерительный блок имеет датчик для беспроволочной передачи миоэлектрических сигналов на приемный блок. За счет этого стало возможным с одной стороны использовать преимущества применения вкладыша относительно комфортности в эксплуатации протеза, качеств его примыкания, с другой стороны применять протез с миоэлектрическим управлением. В изобретении представлен телеметрический миоэлектрод, состоящий из двух блоков, один из которых находится внутри вкладыша и обращен к коже культи, другой - приемный блок - устанавливается между вкладышем и телом протеза, желательно на теле протеза.
Изобретение также предусматривает, чтобы в составе измерительного блока находились усилитель миоэлектрических сигналов, аналого-цифровой преобразователь для преобразования непрерывных величин сигналов в цифровые, а также кодирующий элемент для кодирования сигналов. Благодаря этому усиленный, преобразованный в цифровую форму и закодированный сигнал может быть передан посредством датчика беспроводным путем на приемный блок, расположенный вне вкладыша. Приемный блок направляет принятый сигнал электромиограммы на дальнейшую обработку внутри протеза. Измерительный блок может быть жестко установлен внутри вкладыша, например, приклеен или приварен, благодаря этому вкладыш легко надевается на культю. Предпочтительное исполнение измерительного блока - капсула плоской формы, вмонтированная непосредственно во вкладыш. Телеметрический миоэлектрический способ позволяет тем самым применять закрытый вкладыш внутри тела протеза, отделяющий механотронные компоненты протеза от культи.
Для того чтобы исполнение измерительного блока было износоустойчивым и не требующим профилактики, в блоке размещаются индукционная катушка и устройство для преобразования электромагнитных переменных полей, что позволяет отказаться от источников энергии в виде аккумуляторов. Передача энергии производится за счет электромагнитного переменного поля, генерируемого в приемном блоке, и таким образом осуществляется телеметрическая передача энергии.
Наряду с передачей миоэлектрических сигналов электромагнитными волнами предусмотрено оптическое исполнение датчика, а приемник в приемном блоке является оптическим сенсорным компонентом. Таким образом, осуществляется оптическая передача сигналов. В измерительном блоке может быть встроен светодиод с большим кпд, посылающий преобразованный в цифровую величину бинарный сигнал с отводящих электродов модуляцией силы света на приемный блок, расположенный на другой стороне вкладыша.
Передача сигнала может также производиться с использованием частотной модуляции, при этом передача электропитания сопряжена с передачей сигнала электромиограммы. При этом измерительным блоком производится рассогласование резонансного контура, применяемого для передачи энергии питания. Рассогласование модулируется бинарным сигналом. Это рассогласование обнаруживается в приемном блоке и демодулируется.
Передача сигнала может также производиться с использованием амплитудной модуляции, при этом передача электропитания сопряжена с передачей сигнала электромиограммы. Измерительный блок при этом гасит резонансный контур, применяемый для передачи энергии питания. Гашение модулируется бинарным сигналом. Это гашение обнаруживается в приемном блоке и демодулируется.
Предусматривается также передача сигнала носителем с амплитудным модулированием. При этом сгенерированный в датчике носитель модулируется бинарным информационным током. Носитель через собственное электромагнитное соединение, независимое от энергопитания, направляется в приемный блок и там демодулируется.
Ниже на основе прилагаемых чертежей подробнее поясняется исполнение системы согласно изобретению.
Фиг.1 - демонстрирует сочетание культи, вкладыша и протеза.
Фиг.2 - демонстрирует примыкание электродного узла к культе и
вкладышу.
Фиг.3 - детальное изображение функциональных элементов электродного узла.
На фиг.1 продемонстрирована принципиальная схема соединения протеза 3 с культей 1, при этом между культей 1 и телом протеза 3 вставляется вкладыш 2. Вкладыш 2, изготавливаемый из силикона, полиуретана или других защитных, предпочтительно хорошо прилегаемых к культе материалов, примеряется к культе индивидуально и надевается перед наложением протеза 3. Вкладыш 2 относительно мягкий и образует соединительную прокладку между кожей культи 1 и внутренней обкладкой тела протеза.
Чтобы осуществлять управление подвижными компонентами тела протеза 3, к примеру, в области пальцев, через неизображенный здесь миоэлектрод подаются сигналы мускульной активности пациента. Так называемая поверхностная миограмма принимается и после обработки сигналов последние обеспечивают управление механотронными компонентами.
На фиг.2 изображено в сечении схематическое расположение электродного узла, составленного из измерительного блока 4 и приемного блока 5. Измерительный блок 4 размещается между поверхностью культи 1 и вкладышем 2 у кожной поверхности культи 1. Отводящие электроды 41 и общий электрод 42 лежат непосредственно на кожной поверхности культи 1 и регистрируют миоэлектрические сигналы. Эти сигналы обрабатываются в измерительном блоке 4 и посредством датчика беспроводным путем направляются через вкладыш 2 к расположенному на другой стороне вкладыша приемному блоку 5. Передача сигналов 6 осуществляется беспроводным способом посредством оптических сигналов или альтернативно амплитудной модуляцией электромагнитных сигналов.
Для снабжения измерительного блока 4 энергией на него направляется ток электромагнитного переменного поля 7, где, к примеру, через индукционную катушку ток индуцируется.
Передача сигналов 6 может осуществляться также с использованием частотной или амплитудной модуляций. При этом передача тока питания 7 сопряжена с передачей 6 сигнала электромиограммы. При этом измерительным блоком 4 производится рассогласование резонансного контура, применяемого для передачи энергоснабжения 7 на измерительный блок 4. Рассогласование модулируется бинарным сигнальным током и может быть опознано и демодулировано приемным блоком 5. Альтернативно передача сигнала 6 может осуществляться с использованием амплитудной модуляции.
В приемном блоке 5 размещены устройства обработки сигналов и приемник, которые обрабатывают полученные сигналы и, предпочтительно, по проводу 8 передают их на механотронные компоненты протеза. Приемный блок 5 предпочтительно размещать на внутренней стороне тела протеза.
На фиг.3 в детальном виде представлена конструкция измерительного блока 4 и приемного блока 5. Отводящие электроды 41 и общие электроды 42 размещены непосредственно у культи 1. От отводящих электродов 41 сигнал направляется через операционный усилитель 43 на фильтр 44, с которого он затем через аналого-цифровой преобразователь 45 выводится на кодирующий и модулирующий датчик 46. Этот кодирующий и модулирующий датчик 46 передает телеметрически сигнальный ток 6 через вкладыш 2 на приемный модуль 51, в котором сигнал демодулируется и декодируется. От приемного модуля 51 демодулированный и декодированный сигнал передается на дальнейшую обработку в соответствующее устройство обработки сигналов 52, с которого по показанному на чертежах проводу он направляется к элементам внутри тела протеза 3.
Приемный блок 5 крепится на внутренней стороне тела протеза, в то время как измерительный блок 4 размещается на внутренней стороне вкладыша 2. Предпочтительно, чтобы измерительный блок 4 и приемный блок 5 размещались по одной оси относительно друг друга. Благодаря этому обеспечивается хорошая телеметрическая передача сигнала. Передача сигнала может производиться как оптически, так и электромагнитным способом.
Для снабжения фильтра 44, аналого-цифрового преобразователя 45, кодирующего устройства и датчика 46, а также операционного усилителя 43 энергией устанавливается элемент питания с выпрямителем, посредством чего преобразуются электромагнитные переменные поля, посылаемые инвертором 53. При этом образуется электромагнитное соединение между измерительным блоком 4 и приемным блоком 5, используемое для передачи тока питания 7.