Текущая версия |
Ваш текст |
Строка 20: |
Строка 20: |
| Утрата руки для любого человека становиться большой трагедией в жизни и меняет ее переломным образом. Человек начинает испытывать большой дискомфорт в ведении повседневных дел, ему сложно выполнять даже простейшие операции, будь то почистить мандарин или завязать шнурки. Если утрачена одна рука, человек способен в большинстве бытовых ситуаций справить второй рукой. Если утеряны обе конечности, то человек становиться полностью не дееспособным. Можно ли представить, какая это трагедия для музыканта, художника, инженера? Что в такой ситуации делать отцу или матери, которые воспитывают детей? | | Утрата руки для любого человека становиться большой трагедией в жизни и меняет ее переломным образом. Человек начинает испытывать большой дискомфорт в ведении повседневных дел, ему сложно выполнять даже простейшие операции, будь то почистить мандарин или завязать шнурки. Если утрачена одна рука, человек способен в большинстве бытовых ситуаций справить второй рукой. Если утеряны обе конечности, то человек становиться полностью не дееспособным. Можно ли представить, какая это трагедия для музыканта, художника, инженера? Что в такой ситуации делать отцу или матери, которые воспитывают детей? |
| | | |
− | Согласно статистике, на 10000 мужского и женского населения России четыре человека в год утрачивают конечность в результате травмы. Среди больных с ампутационными дефектами, лица с ампутациями верхних конечностей составляют 8%. При этом вычленение и ампутационная культя плеча на различных уровнях — в 24.5% случаев, культя предплечья — 29.4%, культя кисти — 3.9%, культя пальцев кисти — 42.2%. | + | Согласно статистике, на $10000$ мужского и женского населения России четыре человека в год утрачивают конечность в результате травмы \cite{Travm}. Среди больных с ампутационными дефектами, лица с ампутациями верхних конечностей составляют $8\%$. При этом вычленение и ампутационная культя плеча на различных уровнях — в $24.5\%$ случаев, культя предплечья — $29.4\%$, культя кисти — $3.9\%$, культя пальцев кисти — $42.2\%$ \cite{MSE}. |
− | Таким образом, в год число людей, нуждающихся в протезировании в результате травм, по городу Санкт-Петербург (с численностью населения более 5 млн. человек) составляет более 160 человек. По России – более 4 592 человек в год. С учетом пациентов, нуждающихся в протезировании в результате патологий, не связанных с травмами (диабет, болезни сосудов, врожденные патологии и т. д.), число нуждающихся в протезировании значительно превышает 4 592 человек в год. С учетом пациентов, получивших травму в предыдущие годы, данная цифра значительно возрастет. Согласно источнику ежегодно в России на протезно-ортопедических предприятиях выпускается до 8.5 тысяч косметических и тяговых протезов верхних конечностей (данные до 2006 года). | + | Таким образом, в год число людей, нуждающихся в протезировании в результате травм, по городу Санкт-Петербург (с численностью населения более $5$ млн. человек) составляет более $160$ человек. По России – более $4 592$ человек в год. С учетом пациентов, нуждающихся в протезировании в результате патологий, не связанных с травмами (диабет, болезни сосудов, врожденные патологии и т. д.), число нуждающихся в протезировании значительно превышает $4 592$ человек в год. С учетом пациентов, получивших травму в предыдущие годы, данная цифра значительно возрастет. Согласно источнику \cite{Struct} ежегодно в России на протезно-ортопедических предприятиях выпускается до $8.5$ тысяч косметических и тяговых протезов верхних конечностей (данные до $2006$ года). |
| | | |
| Не вызывает сомнений, что задача по возврату человеку функций утраченной руки представляет большую актуальность. При современном развитии науки и техники, а также медицины, наиболее возможным вариантом представляется создание электромеханических протезов, по внешнему виду и функционалу походящих на природные конечности. | | Не вызывает сомнений, что задача по возврату человеку функций утраченной руки представляет большую актуальность. При современном развитии науки и техники, а также медицины, наиболее возможным вариантом представляется создание электромеханических протезов, по внешнему виду и функционалу походящих на природные конечности. |
− |
| |
− | ==Цель работы==
| |
− | Как было показано выше, создание функционального протеза прядставляет большую актуальность для современной медицины, а главное, современное состояние науки и техники уже позволяет создавать искусственные руки, которые могут облегчать жизнь людей, утративших верхнюю конечность. Но существующие протезы требуют дальнейших доработок с целью их усовершенствования.
| |
− |
| |
− | Целью данной работы является разработка и анализ функционального протеза руки, максимально схожего с человеческой рукой и обладающего адаптивной нейрофизиологической системой управления.
| |
− |
| |
− | ==Результаты работы==
| |
− | В данной работе проводится разработка и исследование функционального протеза руки с нейрофизиологической системой управления. Получены следующие результаты:
| |
− |
| |
− | * Проведен анализ анатомии и принципов работы человеческой руки. Определены основные параметры, которым должен удовлетворять протез. Определены основные виды жестов, которые протез должен воспроизводить.
| |
− |
| |
− | * Разработана и собрана модель функционального протеза руки на нитевых тягах. Для изготовления применена технология 3D прототипирования.
| |
− |
| |
− | * Разработана и собрана модель модульного протеза руки.
| |
− |
| |
− | * Проведен анализ кинематики модульного протеза руки. Получены уравнения траекторий фаланг и кончика пальца. Проведен анализ основных видов захватов, которые может совершать протез. Достигнута повторяемость 6 из 7-ми видов захватов.
| |
− |
| |
− | * Проведен анализ динамики модульного протеза руки. Получено выражение для усилий, развиваемых на кончике пальца. Данных усилий достаточно, чтобы протезом можно было брать и удерживать большую часть предметов, используемых в быту.
| |
− |
| |
− | * Проведено конечноэлементное моделирование модуля палец. Проанализировано распределения напряжений в деталях. По результатам моделирования получено в каких местах возникают концентраторы напряжений и из каких материалов стоит изготавливать протез.
| |
− |
| |
− | * Разработана система регистрации мышечной активности на основе датчиков электрического потенциала с сухим контактом с кожей. Система позволяет управлять протезом осознанно.
| |
− |
| |
− | * Проведены клинические испытания на пациенте подросткового возраста с врожденным пороком развития (аплазией) верхней конечности на уровне верхней трети предплечья.
| |
− |
| |
− | Функциональный протез в связке с электромиографической системой управления позволил пациенту осознанно манипулировать предметами, что значительно упростило его повседневную жизнь.
| |
− |
| |
− | Полученные результаты направлены на создание функционального протеза, и позволят в дальнейшем создать устройство максимально схожее с человеческой рукой как по внешнему виду, так и по функционалу (с учетом достижений современных науки и техники).
| |
− |
| |
− | Дальнейшие шаги, планируемые в данной работе:
| |
− |
| |
− | * Снижение уровня шумов, создаваемых двигателями.
| |
− |
| |
− | * Анализ усилий, создаваемых протезом при различных видах хватов.
| |
− |
| |
− | * Организация системы обратной связи для протеза.
| |
− |
| |
− | * Применение массива электродов для регистрации сигналов с мышц, что позволит создать более совершенное управление протезом.
| |
− |
| |
− | ==Литература==
| |
− | *Иван Б. Матев. Реабилитация при повреждениях руки. Медицина ифизкультура. София. 1981.
| |
− |
| |
− | *Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir. Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review. // Journal of Rehabilitation Research \& Development. 2013. P. 599-618.
| |
− |
| |
− | *Christine Connolly. Prosthetic hands from Touch Bionics. // Industrial Robot. 2008. P 290-293.
| |
− |
| |
− | *Травматизм в Российской Федерации на основе данных статистики. http://vestnik.mednet.ru/content/view/234/30/lang,ru/
| |
− |
| |
− | *МСЭ и инвалидность при ампутациях конечностей. http://www.invalidnost.com/publ/mediko\_socialnaja\_ehkspertiza\_pri\_nekotorykh\_zabolevanijakh/mseh\_i\_invalidnost\_pri\_amputacijakh\_konechnostej/2-1-0-460
| |
− |
| |
− | *Ф. М. Биктимирова. Структура инвалидности, связанной с ампутацией конечности. Казанский протезно-ортопедический центр “Реабилитация инвалидов”. Казанский медицинский журнал, 2011г., тоб 92, №2.
| |
− | http://cyberleninka.ru/article/n/struktura-invalidnosti-svyazannoy-s-amputatsiey-konechnostey
| |
− |
| |
− | *Интегральные роботы. Сборник статей под ред. Е. Поздняка, М., Мир, 1973,
| |
− | вып.1, 1975, вып.2.
| |
− |
| |
− | *Rohseim, M.E., Robot Evolution: The Development of Anthrobotics, New York, NY, USA: John Wiley $\&$ Sons, Inc., 1994, pp. 189-225
| |
− |
| |
− | *Shadow Robot Company, “Shadow Dexterous Hand”, London, England: Shadow Robot Company, 2016. http://www.shadowrobot.com/.
| |
− |
| |
− | *Butterfass, J., Hirzinger, G., Knoch, S. and Liu H., “DLR’s Mulitsenosry Articulated
| |
− | Hand Part1: Hard- and Software Architecture”, IEEE Conference of Robotics and
| |
− | Automation, Belgium, vol.3, Leuven, Belgium, May 1998, pp. 2081-2086.
| |
− |
| |
− | *Butterfass, J., Grbenstein, M., Liu, H. and Hirzinger G., “DLR-Hand II: Next Generation
| |
− | of a Dexterous Robot Hand”, Proc. of the IEEE International Conference of Robotics $\&$
| |
− | Automation, vol. 1 , Seoul, Korea, May 2001, pp. 109-114.
| |
− |
| |
− | *Lovchik, C.S. and Diftler, M.A., “The Robonaut Hand: A Dexterous Robot Hand For Space”, Proc. of the IEEE International Conference on Robotics $\&$ Automation, vol. 2, Michigan, USA, May 1999, pp. 907-912
| |
− |
| |
− | *http://www.youbionic.com/
| |
− |
| |
− | *http://bebionic.com/
| |
− |
| |
− | *http://www.prensilia.com/
| |
− |
| |
− | *http://schunk-microsite.com/
| |
− |
| |
− | *Jacobsen, S.C, Wood, J.E., Knutti, D.F. and Biggers, K.B., “The UTAH/MIT dexterous hand: work in progress”, Robotics Research: 1st International Symposium, 1984, pp.601-653.
| |
− |
| |
− | *Li-Ren Lin; Han-Pang Huang. “Mechanism design of a new multifingered robot hand”,
| |
− | Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Vol 2., Apr 1996, pp. 1471-1476
| |
− |
| |
− | *Chappell, P.H., Light, M., “Development of a lightweight and adaptable multiple-axis hand prosthesis”, Medical Engineering $\&$ Physics, v 22, n 10, Dec. 2000, 679-84.
| |
− |
| |
− | *Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, патент № 013443.
| |
− |
| |
− | *Kyberd, P.J. and Chappell, P.H., “The Southampton Hand: An intelligent myoelectric prosthesis”, Journal of Rehabilitation Research $\&$ Development, vol. 31, no. 4, pp. 326-335, Nov 94.
| |
− |
| |
− | *Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir. Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review. // Journal of Rehabilitation Research $\&$ Development. 2013. P. 599-618.
| |
− |
| |
− | *Christine Connolly. Prosthetic hands from Touch Bionics. // Industrial Robot. 2008. P 290-293.
| |
− |
| |
− | *Tatiana Tommasi, Francesco Orabona, Claudio Castellini and Barbara, Caputo"Improving Control of Dexterous Hand Prostheses Using Adaptive Learning", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, VOL. 29, NO. 1 pp. 207-219, 2013.
| |
− |
| |
− | *Xueyan Tang, Yunhui Liu, Congyi Lv and Dong Sun. Hand Motion Classification Using a Multi-Channel Surface Electromyography Sensors. // Sensors. 2012. P. 1130-1147.
| |
− |
| |
− | *М. Г. Серебренников, А. А. Первозванский. Выявление скрытых периодичностей. // Физматлит, 1965 год.
| |
− |
| |
− | *C J Harland, T D Clark, N S Peters, M J Everitt and P B Stiffell. A compact electric potential sensor array for the acquisition and reconstruction of the 7-lead electrocardiogram without electrical charge contact to the skin. // Physiological Measurement, 26 (6). 2005. P. 939-950.
| |