Name: engineering platform and experimental protocol for design and evaluation of a neurally-controlled powered transfemoral prosthesis
Uploaded: 2014-07-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Engineering Platform and Experimental Protocol for Design and Evaluation of a Neurally-controlled Powered Transfemoral Prosthesis at JoVE.com

Эта работа была частично поддержана Национальными Институтами Здоровья в рамках гранта RHD064968A, в части, установленными Национальным научным фондом под Грантом 0931820, Грант 1149385 и Грант 1361549, а в части Национальным институтом по проблемам инвалидности и реабилитации исследований при Грант H133G120165. Авторы благодарят Линь Ду, Дин Ван и Джеральд Хефферман в Университете Род-Айленда, и Майкл Дж. женский монастырь в женский монастырь ортопедических и протезирования технологии, ООО, для их большое предложение и помощь в работе.

1. Платформа для реализации нейронных управление подключенными к сети Transfemoral Протезы Инженерная платформа была разработана в этом исследовании для осуществления и оценки нейронной управление подключенными к сети искусственных ногах. Крепеж входит в настольный ПК с 2,8 Г...

<ol>
	<li>Martinez-Villalpando, E. C., Herr, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agonist-antagonist+active+knee+prosthesis:+a+preliminary+study+in+level-ground+walking.">Agonist-antagonist active knee prosthesis: a preliminary study in level-ground walking.</a> J Rehabil Res Dev. 46, 361-373 (2009).</li><li>Sup, F., Bohara, A., Goldfarb, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+Control+of+a+Powered+Transfemoral+Prosthesis.">Design and Control of a Powered Transfemoral Prosthesis.</a> Int J Rob Res. 27, 263-273 (2008).</li><li>Au, S., Berniker, M., Herr, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powered+ankle-foot+prosthesis+to+assist+level-ground+and+stair-descent+gaits.">Powered ankle-foot prosthesis to assist level-ground and stair-descent gaits.</a> Neural Netw. 21, 654-666 (2008).</li><li>Hargrove, L. J., Simon, A. M., Lipschutz, R. D., Finucane, S. B., Kuiken, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+myoelectric+control+of+knee+and+ankle+motions+for+transfemoral+amputees.">Real-time myoelectric control of knee and ankle motions for transfemoral amputees.</a> JAMA. 305, 1542-1544 (2011).</li><li>Ha, K. H., Varol, H. A., Goldfarb, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volitional+control+of+a+prosthetic+knee+using+surface+electromyography.">Volitional control of a prosthetic knee using surface electromyography.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 58, 144-151 (2011).</li><li>Huang, H., Kuiken, T. A., Lipschutz, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+strategy+for+identifying+locomotion+modes+using+surface+electromyography.">A strategy for identifying locomotion modes using surface electromyography.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 56, 65-73 (2009).</li><li>Huang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Locomotion+Mode+Identification+for+Prosthetic+Legs+based+on+Neuromuscular-Mechanical+Fusion.">Continuous Locomotion Mode Identification for Prosthetic Legs based on Neuromuscular-Mechanical Fusion.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 58, 2867-2875 (2011).</li><li>Zhang, F., Dou, Z., Nunnery, M., Huang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+implementation+of+an+intent+recognition+system+for+artificial+legs.">Real-time implementation of an intent recognition system for artificial legs.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2011, 2997-3000 (2011).</li><li>Zhang, F., Huang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Source+Selection+for+Real-time+User+Intent+Recognition+towards+Volitional.">Source Selection for Real-time User Intent Recognition towards Volitional.</a> Control of Artificial Legs IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics. PP, (2013).</li><li>Liu, M., Datseris, P., Huang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+prototype+for+smart+prosthetic+legs:+analysis+and+mechanical+design.">A prototype for smart prosthetic legs: analysis and mechanical design.</a> Proceedings of the International Conference on Control, Robotics and Cybernetics. , 139-143 (2011).</li></ol>

Инженерная платформа была разработана в этом исследовании легко реализовать, оптимизации и развития истинного нейронной управление подключенными к сети протезов. Вся платформа была запрограммирована в основе среды разработки виртуальных приборов и реализованы на настольном ПК. Про...

Powered Протезы нижних конечностей получили все большее внимание как в коммерческом рынке 1,2 и исследования сообщества 3-5. По сравнению с традиционными пассивных протез ноги, моторизованные протезно суставы имеют то преимущество, что позволяет более низкие ампутированными конечностями конечностей, чтобы более эффективно осуществлять деятельность, которые трудно или невозможно при ношении пассивные устройства. Тем не менее, в настоящее время, гладкой и бесшовной деятельность переход (например, от уровня местах, чтобы идти к лестнице восхождения) все еще ​​является сложной проблемой для активных протезов пользователей ног. Эта трудность в основном связано с отсутствием интерфейса пользовательских устройств, которые могут &quot;читать&quot; намерения движения пользователя и оперативно корректировать параметры управления протез для того, чтобы дать возможность пользователям легко переключаться в режим активности. Для решения этих задач, различные подходы в проектировании интерфейса пользовательского устройства были изучены. В чем НМИ на основе электромиографии (EMG) сигналы продемонстрировала большой потенциал, чтобы позволить интуитивное управление подключенными к сети Протезы нижних конечностей. Два недавних исследования 6,7 сообщила декодирования, предназначенное движение пропавшего колена transfemoral с ампутированными конечностями, контролируя сигналы ЭМГ, записанные с остаточными мышц во время сидячем положении. Au и др.. 5 использовали сигналы ЭМГ измеренные от остаточных мышц голени определить два режима передвижения (уровень-земля пешеходные и лестницы спуска) одного transtibial ампутантов. Хуанг и др.. 8 предложил поэтапного зависит EMG шаблон подход распознавания, который может распознавать семь режимов деятельности с примерно 90%-ной точностью, как показано на двух transfemoral ампутированными конечностями. Чтобы лучше повысить производительность намерение распознавания, НМИ на основе нервно-мышечной-механические слияния была разработана в нашей группе 9 и онлайн оценены на transfemoral с ампутированными конечностями, носящих пассивных протезов ног для пристального признания 10,11. Это НМИ может точно определитьпредназначенные деятельность пользователя и предсказания активности переходы 9, который был потенциально полезны для нервной контролем силовых искусственных ногах. Нынешний вопрос, стоящий перед нами, как интегрировать нашу NMI в систему управления протез, с тем чтобы интуитивно понятное управление протеза и обеспечения безопасности пользователя. Разработка истинные ЦНС-контролируемых протезы требуется гибкую платформу в лаборатории для легкого внедрения и оптимизации алгоритмов управления протез. Таким образом, целью данного исследования является отчет гибкую инженерной платформы, разработанной в нашей лаборатории для тестирования и оптимизации алгоритмов управления протез. Кроме того, новая экспериментальная установка и протокол представлены для оценки ЦНС-контролируемых приведенные в действие transfemoral протезы на пациентов с ампутаций нижних конечностей безопасно и эффективно. Платформа и опытно-конструкторских представлены в данном исследовании могут воспользоваться в будущем развитию верных ЦНС-контролируемых, питание искусственных ногах.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="823">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Trigno Wireless EMG Sensors</td>
			<td style="width:221px;">Delsys, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">7</td>
			<td style="width:211px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Trigno Wireless EMG Base Station</td>
			<td style="width:221px;">Delsys, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:248px;">Multi-functional DAQ card (PCI-6259)</td>
			<td style="width:221px;">National Instruments, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Potentiometer (RDC503013A)</td>
			<td style="width:221px;">ALPS Electric CO., LTD</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Encoder (MR series)</td>
			<td style="width:221px;">Maxon Precision Motors, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Motor controller (ADS50/10)&#160;</td>
			<td style="width:221px;">Maxon Precision Motors, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">24 V Power Supply (DPP480)</td>
			<td style="width:221px;">TDK-Lambda Americas, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">6 DOF Load Cell (Mini58)</td>
			<td style="width:221px;">ATI Industrial Automation</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Ceiling Rail System</td>
			<td style="width:221px;">RoMedic, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">NI LabView 2011</td>
			<td style="width:221px;">National Instruments, Inc.</td>
			<td style="width:143px;">1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

engineering platform and experimental protocol for design and evaluation of a neurally-controlled powered transfemoral prosthesis

Чтобы включить интуитивного управления питанием искусственные ноги, интерфейс между пользователем и протеза, что может распознать намерения движения пользователя требуется. Роман интерфейс нейронная-машина (НМИ) на основе нервно-мышечной-механические слияния, разработанной в нашем предыдущем исследовании продемонстрировала большой потенциал, чтобы точно определить предполагаемую движение transfemoral ампутированными конечностями. Однако этот интерфейс до сих пор не интегрированы с питанием протеза ноги истинного нервной контролем. Это исследование с целью сообщить (1) гибкую платформу для реализации и оптимизации нейронной контроль питанием нижней протеза конечности и (2) Экспериментальная установка и протокол для оценки нейронной контроль протеза на пациентов с ампутаций нижних конечностей. Первая платформа, основанная на ПК и визуальной среде программирования были разработаны для реализации алгоритмов управления протез, в том числе НМИ алгоритма обучения, НМИ алгоритма онлайн тестирования и внутренней алгоритма управления. Для демонстрацииФункция этой платформы, в данном исследовании НМИ на основе нервно-мышечной-механические слияния был иерархически интегрированы с внутренней контролем прототипа transfemoral протеза. Один пациент с односторонним transfemoral ампутации был призван оценить наш реализованный нейронной контроллер при выполнении мероприятий, таких как положения, уровня первом ходьба, рампы подъема, и пандус спуск непрерывно в лаборатории. Роман Экспериментальная установка и протокол были разработаны для того, чтобы проверить новый элемент управления протеза безопасно и эффективно. Представленная доказательство правильности концепции платформы и экспериментальной установки и протокол может помочь дальнейшее развитие и применение ЦНС контролируемых активных искусственных ногах.

На рисунке 4а показаны семь каналов ЭМГ сигналов поверхности, измеренная от бедра мышц культи субъекта, когда он выступал хип сгибании / разгибании, как описано в Протоколе 3.2.6. Рисунок 4б показывает шесть походки циклы сигналов ЭМГ записанные, когда объект вошел на уро...

Watch this Scientific Journal Video about Engineering Platform and Experimental Protocol for Design and Evaluation of a Neurally-controlled Powered Transfemoral Prosthesis at JoVE.com

Engineering Platform and Experimental Protocol for Design and Evaluation of a Neurally-controlled Powered Transfemoral Prosthesis

Neural-машинные интерфейсы (НМИ) были разработаны для идентификации режима локомоции пользователя. Эти НМИ потенциально полезны для нервной контролем силовых искусственные ноги, но не были в полной мере продемонстрировали. Это документ, представленный (1) наш разработан инженерно платформы для легкого внедрения и развития нервной контроля за питанием Протезы нижних конечностей и (2) экспериментальной установки и протокола в лабораторных условиях, чтобы оценить ЦНС-контролируемых протезы на пациентов с ампутаций нижних конечностей безопасно и эффективно.

Инжиниринг Платформа и Экспериментальный протокол для разработки и оценки в ЦНС контролируемой Powered Transfemoral протезирования

To enable intuitive operation of powered artificial legs, an interface between user and prosthesis that can recognize the user's movement intent is ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Экологически-контролируемое Microtensile Тестирование Механически адаптивных полимерных нанокомпозитов для<em&gt; Экс естественных условиях</em&gt; Характеристика

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

Дизайн двухосных механических биореактор загрузка для тканевой инженерии

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Проектирование и строительство искусственного внеклеточного матрикса (aECM) Белки<em&gt; Кишечная палочка</em&gt; Для кожи тканевой инженерии

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

Протокол для биоинспирированных Design: A Цокольный пробоотборник на основе морского ежа Челюсти

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Микрожидком Платформа с высокой пропускной способностью изоляции одноклеточные и культуры

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Экспериментальный и конечные элементы протокол по расследованию транспорта нейтральных и заряженных растворенных веществ через суставной хрящ

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Микрожидкостных Платформа с уплотненными электронным детектором для пространственного слежения частиц

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

A Protocol for Decellularizing Mouse Cochleae for Inner Ear Tissue Engineering

Протокол для Decellularizing Cochleae мыши для внутреннего уха тканевая инженерия

In mammals, mechanosensory hair cells that facilitate hearing lack the ability to regenerate, which has limited treatments for hearing loss. Current ...

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

Роман хирургической техники как основы для в естественных условиях частичной печени инженерии в крыса

Organ engineering is a novel strategy to generate liver organ substitutes that can potentially be used in transplantation. Recently, in vivo liver ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

Дизайн и синтез аккордеон Шкаф реконфигурируемых ДНК

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...