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研究人员发现了超声波技术帮助截肢患者的新用途

  • 科技
  • 2020-03-27 17:06:09
  • 来源:

由于国家科学基金会和国防部资助的新研究,失去手臂或腿的人有希望过上更好的生活。

乔治梅森大学的研究人员正在开发尖端的超声波技术,以帮助人们更好地控制他们的手臂、手和腿的假肢。

梅森工程(MasonEngineering)生物工程系副教授Siddhartha Sikdar说:“我们的目标是帮助截肢者改善日常生活。” Sikdar对使用新的超声波系统的截肢者进行了一项试验性可行性研究。

他说,目前,上肢假肢(手臂和手)通常由一种感觉肌肉活动的电方法来控制。 当截肢者试图进行动作时,皮肤表面的电极会在残余肢体中拾取肌肉的电活动。

问题是,皮肤表面的电极不能很容易地区分来自控制手指和拇指的前臂许多不同肌肉的信号。

截肢者经常因这种方法的局限性而气馁,一项研究表明,大约一半的人不使用他们昂贵的假肢,因为假肢不能提高他们的生活质量,Sikdar说。

他说:“这真的是一个耻辱,因为现代假肢是复杂的系统。” “最大的挑战是为用户提供一种可靠、无创、直观的方法来控制这些设备。”

Sikdar的团队一直在研究一种利用超声波来感知肌肉活动的新方法来操作假体。 这项研究由两项$100万赠款资助,一项来自国家科学基金会,一项来自国防部。

该团队正在设计和评估微型超声换能器,这些换能器是作为前臂或假肢外壳下的一个小波段佩戴的紧凑设备..

换能器将声波送入人体,感知反射声波。 然后利用计算机算法对这些信号进行分析,以识别肌肉活动。

这种方法能够感觉到组织内部的肌肉活动,并且它区分不同的肌肉群比皮肤表面的电极更好。

Sikdar说,他们的实验室研究表明,超声波技术可以很好地控制上半身假肢,包括对手指和拇指的微调运动控制。

在实验室中,他们已经证明计算机算法可以使用这种超声方法来学习精确区分15种不同的手和手腕运动。 用户可以稳健地执行部分运动和高度的控制。 他说:“军方正在资助这项技术,以此来改善那些在行动中受伤的人的生活。”

在另一个由国家科学基金会资助的项目中,Sikdar的团队正在应用基于超声的方法来感知肌肉活动,为脊髓损伤的人开发新型外骨骼..

他们还在探索这项研究的其他几个领域,包括开发更简单、更便宜的上肢假肢;将基于超声波的控制方法扩展到下肢假肢;以及通过电子游戏培训人们使用假肢。

Sikdar已经申请了这项工作的专利,如果最新的研究证明成功,它正在寻找商业化的方法。

最终,这些发展可能不仅有助于美国的截肢者,而且也有助于世界各地的截肢者。 他说:“知道这项技术有可能帮助真正的人,使我们所有人都保持高度的积极性。”


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