平行运动学操纵器(PKM)的特征是封闭的运动环,由于四肢平行排列,但也是由于四肢中存在运动环。此外,许多PKM都是由通过串行组合运动环构建的四肢构建的。这样的四肢称为混合动力,形成了特定类别的复杂四肢。设计和基于模型的控制需要精确的动态PKM模型,而无需简化模型。动力学建模需要在PKM的标准运动学建模中具有运动关系,在该模型中,仅计算了操纵器的正向和逆运动解(相关输入和输出运动)。这与杂种四肢的PKM更加涉及。在本文中采用模块化建模方法,分别处理四肢,并且动作的单个动态方程(EOM)随后将其组装到整体模型中。运动模型的关键是四肢内单个循环的约束分辨率。此局部约束分辨率是一般约束嵌入技术的特殊情况。提出的方法最终允许对一般PKM进行系统的建模。该方法用于IRSBOT-2,其中每个肢体包含两个独立的回路。©2022作者。由Elsevier B.V.这是CC下的开放访问文章(http://creativecommons.org/licenses/4.0/)。
摘要:我们建议使用计算机视觉对上肢外骨骼进行自适应半自治控制,以帮助患有严重四方的用户增加独立性和生活质量。将基于舌的界面与半自主控制一起使用,因此,尽管从颈部瘫痪,但具有完全四倍体的人能够使用它。半自主控制使用计算机视觉来检测附近的物体,并估算如何掌握它们以帮助用户控制外骨骼。测试了三个控制方案:非自主(即使用舌头的手动控制)对照,半自主控制具有固定自治水平的,以及具有基于结合的适应性自治水平的半自主控制。进行了有或没有四肽的实验参与者的研究。根据其性能,对控制方案进行了评估,例如完成给定任务所需的时间和命令数以及用户的评分。研究表明,当使用任何一种半自主控制方案时,性能和用户评分都有明显的改善。自适应半自主控制在某些情况下,在更复杂的任务中,在使用该系统方面进行了更多培训的用户,在某些情况下,固定版本优于固定版本。
摘要 大量文献记录了躯体感觉和运动皮层中身体皮层表征的变化。最近,为帮助瘫痪患者而设计的脑机接口临床研究提供了记录和刺激人类后顶叶皮层躯体感觉、运动和动作相关区域的机会。这些研究表明,皮层躯体运动系统的结构得到了相当大的保留。运动皮层可以立即控制辅助设备,刺激躯体感觉皮层会在有序的躯体位置图中产生感觉,后顶叶皮层显示出认知动作变量的高维表征。这些结果与健康受试者的预期结果惊人地相似,表明成人皮层即使在严重受伤后也具有相当大的稳定性,尽管同一皮层区域内可能因可塑性而产生新的激活。从临床上讲,这些结果强调了针对皮层区域发送与其正常功能作用一致的 BMI 控制信号的重要性。
通过植入皮层或皮层下结构与大脑交互的设备对于感觉或运动功能障碍患者的恢复和康复具有巨大潜力。典型的植入手术是根据完整功能生成的大脑活动图来规划的。然而,由于目标人群的残留功能异常,以及越来越多的植入硬件与 MRI 不兼容,因此绘制大脑活动图以规划植入手术具有挑战性。在这里,我们介绍了在瘫痪患者和现有脑机接口 (BCI) 设备中绘制受损体感和运动功能的方法和结果。脑磁图 (MEG) 用于直接绘制经皮电刺激和受损手部尝试运动期间引起的神经活动。发现诱发场与预期的解剖学和躯体组织相符。这种方法可能对引导植入物在其他应用中很有价值,例如用于疼痛的皮层刺激以及改善植入物定位以帮助减小开颅尺寸。
摘要 — 高位脊髓损伤大大降低了伤者的生活质量。各种系统试图以各种单模或多模设计来连接受伤后仍然完整或残留的能力,以补偿受到严重影响的活动能力。口内感应舌计算机接口 (ITCI) 旨在为计算机和辅助设备提供实时离散和比例控制,并满足四肢瘫痪患者的特殊要求。在一项短期培训研究中,向两名四肢瘫痪患者演示了 ITCI 对轮椅控制的操作。此外,两名健全人也参与了这项研究。对于每位参与者,通过报告沿车道的速度和撞到的障碍物数量,比较了使用 ITCI 驾驶 Permobil C500 的能力与使用操纵杆(一种情况下是口操纵杆)沿两条 39 米的不同车道驾驶轮椅的能力。车道由 90 0、360 0 和由线性段连接的复杂机动段组成。 ITCI 的特点是口含两个电感传感器垫、驱动电子设备和电池。口含器通过牙齿固定器固定在参与者口腔的上颚。舌头上附有一个类似穿刺器的激活装置。数据通过有线接口无线传输到控制轮椅的中央单元。在所有参与者中,使用 ITCI 驾驶时,A 或 B 车道的平均速度达到最大值 0.42 至 0.74 米/秒,相当于使用操纵杆驾驶时速度的 41% 至 71%。
背景:超过一半的脊髓损伤 (SCI) 发生在颈部,导致上肢功能丧失、活动受限和独立性降低。已经开发出多种技术来辅助 SCI 人群的上肢功能。目的:目前尚无关于当前辅助技术对颈椎 SCI 人群的有效性的明确临床共识,因此本研究回顾了 1999 年至 2019 年之间的文献。方法:对支持和改善颈椎 SCI 人群受损上肢功能的最新辅助技术进行了系统评价。搜索中使用了辅助技术、SCI 和上肢等术语组合,共得到 1770 篇文章。对选定的研究进行了数据提取,包括总结辅助技术的详细信息、研究参与者的特征、结果测量以及使用该设备时上肢功能的改善。结果:共发现 24 篇文章,分为五类,包括神经假体(侵入式和非侵入式)、矫形器、混合系统、机器人和手臂支撑。只有少数选定的研究全面报告了参与者的特征。结果测量范围很广,所有研究都报告了使用这些设备后上肢功能的改善。结论:本研究强调,辅助技术可以改善 SCI 患者的上肢功能。由于招募的参与者的异质性、广泛的结果测量以及所采用的不同技术等因素,很难得出可推广的结论。
1 凯斯西储大学生物医学工程系,俄亥俄州克利夫兰 44106,2 斯坦福大学神经外科系,加利福尼亚州斯坦福 94035,3 斯坦福大学电气工程系,加利福尼亚州斯坦福 94035,4 VA 医学中心路易斯斯托克斯克利夫兰系,俄亥俄州克利夫兰 44106,5 布朗大学神经科学系,罗德岛州普罗维登斯 02912,6 布朗大学罗伯特 J. 和南希 D. 卡尼脑科学研究所,罗德岛州普罗维登斯 02912,7 VA RR&D 神经修复和神经技术中心,罗德岛州普罗维登斯 02912,8 克利夫兰大学医院医学中心神经外科系,俄亥俄州克利夫兰 44106,9 凯斯西储医学院神经外科系,俄亥俄州克利夫兰 44106,10克利夫兰大学医院医学中心神经内科,俄亥俄州克利夫兰 44106,11 布朗大学工程学院,罗德岛州普罗维登斯 02912,12 麻省总医院神经内科神经技术和神经康复中心,马萨诸塞州波士顿 02114,13 哈佛医学院神经内科,马萨诸塞州波士顿 02114,14 斯坦福大学生物工程系,加利福尼亚州斯坦福 94035,15 斯坦福大学神经生物学系,加利福尼亚州斯坦福 94035,16 斯坦福大学霍华德休斯医学研究所,加利福尼亚州斯坦福 94035,17 斯坦福大学吴仔神经科学研究所,加利福尼亚州斯坦福 94035,以及 18 斯坦福大学 Bio-X 项目,加利福尼亚州斯坦福 94035
大多数日常任务都需要同时控制双手。在这里,我们使用从四肢瘫痪参与者的双侧运动和体感皮层记录的多单元活动来展示双手手势的同时分类。使用针对每只手分别训练的分层线性判别模型对尝试的手势进行分类。在一项在线实验中,手势被连续分类并用于控制两个机械臂进行中心向外运动任务。需要保持一只手静止的双手试验产生了最佳表现(70.6%),其次是对称运动试验(50%)和非对称运动试验(22.7%)。我们的结果表明,可以使用两个独立训练的手部模型同时解码双手的手势,但随着双手手势组合的复杂性增加,使用这种方法进行在线控制变得更加困难。这项研究展示了使用双侧皮层内脑机接口恢复双手同时控制的潜力。
1 凯斯西储大学生物医学工程系,俄亥俄州克利夫兰,44106;2 斯坦福大学神经外科系,加利福尼亚州斯坦福,94035;3 斯坦福大学电气工程系,加利福尼亚州斯坦福,94035;4 退伍军人事务部克利夫兰路易斯斯托克斯医学中心,俄亥俄州克利夫兰,44106;5 布朗大学神经科学系,罗德岛州普罗维登斯,02912;6 布朗大学罗伯特 J. 和 Nancy D. 卡尼脑科学研究所,罗德岛州普罗维登斯,02912;7 VA RR&D 神经修复和神经技术中心,罗德岛州普罗维登斯,02912;8 休斯顿大学克利夫兰医学中心神经外科系,俄亥俄州克利夫兰,44106; 9 克里夫兰凯斯西储大学医学院神经外科系,俄亥俄州克利夫兰 44106;10 克里夫兰大学医学中心神经内科系,俄亥俄州克利夫兰 44106;11 布朗大学工程学院,罗德岛州普罗维登斯 02912;12 麻省总医院神经内科神经技术和神经康复中心,马萨诸塞州波士顿 02114;13 哈佛医学院神经内科系,马萨诸塞州波士顿 02114;14 斯坦福大学生物工程系,加利福尼亚州斯坦福 94035;15 斯坦福大学神经生物学系,加利福尼亚州斯坦福 94035;16 斯坦福大学霍华德休斯医学研究所,加利福尼亚州斯坦福 94035;17 斯坦福大学吴仔神经科学研究所,Bio-X 项目,加利福尼亚州斯坦福 94035
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