Які переваги використання міоелектричної руки замість традиційної протезної руки?

Інтуїтивне, високоточне керування за допомогою м’язових сигналів

Міоелектричні руки працюють, виявляючи ті крихітні електричні сигнали, що надходять від решток м'язів після ампутації. Ми називаємо цей процес електроміографією, або скорочено ЕМГ. Коли людина намагається рухати втраченою рукою, наприклад, розкрити долоню чи зробити кулак, ці пристрої насправді відчувають нейром'язову активність, яка відбувається всередині тіла. Потім вони перекладають намір людини у реальні рухи протезної руки. Сенсори розташовані безпосередньо в гнізді, де пристрій кріпиться до руки. Ці маленькі пристрої фіксують скорочення м'язів, але також мають ігнорувати різноманітні фонові перешкоди. У той же час вони посилюють біологічні сигнали, щоб система могла правильно зрозуміти, чого саме хоче досягти користувач своїм протезом.

Як виявлення ЕМГ дозволяє розпізнавати природні наміри руху

Системи ЕМГ спираються на масиви електродів, які фіксують унікальні способи активності м'язів під час різних рухів кисті. Уявіть, що хтось думає про те, щоб підняти чашку з кавою. Датчики насправді вловлюють ці мікрорухи м'язів передпліччя та передають цю інформацію до процесувальних блоків. Перш ніж потрапити на основний етап аналізу, ці первинні сигнали потрібно очистити від фонових перешкод і посилити, щоб вони були достатньо сильними для обробки. Потім настає найцікавіша частина — програмне забезпечення співставляє очищені сигнали з відомими шаблонами різних хватів, таких як защемлення, повний захоплюючий рух або обертання. Найсучасніші системи ЕМГ сьогодні можуть розпізнавати наміри людини щодо рухів кисті приблизно в 95 % випадків завдяки аналізу того, як сигнали поширюються через кілька точок. Це означає, що люди можуть плавно перемикатися між різними діями кисті, не вдаючись до постійного ручного налаштування параметрів.

Розпізнавання шаблонів у реальному часі та адаптивне навчання в сучасних міоелектричних протезах кисті

Останні процесори оснащені згортковими нейронними мережами (CNN), які постійно покращують інтерпретацію жестів шляхом аналізу потокових даних ЕМГ. Системи фіксують незначні зміни в часі та силі активації м'язів, забезпечуючи адаптивну реакцію в реальному часі. Візьмемо ситуацію, коли хват ослаблюється після тривалого використання пристрою — це часто трапляється, коли людина втомлюється. Система автоматично регулює вихідну потужність двигуна, щоб продуктивність залишалася стабільною протягом усього часу. Дослідження показують, що такі адаптації скорочують зайві рухи приблизно на 29 відсотків і роблять застосування зусиль значно стабільнішим — фактично на 22% краще. Усе це означає, що для виконання повсякденних завдань потрібно менше розумових зусиль.

Покращений комфорт і зниження втому користувача

Відмова від ременів і механічних тросів: перехід до беззусильного приводу

Традиційні протези, що працюють за рахунок рухів тіла, функціонують завдяки наплічним ременям, з'єднаним тросами, які натягуються при русі тіла людини й приводять у дію кисть. Ці механічні зв'язки створюють болючі тискові ділянки на плечах і руках, через що людина змушенна виконувати додаткові рухи, аби забезпечити базові функції. Ця компенсація призводить до утворення шкірних виразок, постійного болю і обмеження рухливості з часом. Міоелектричні кисті вирішують цю проблему абсолютно інакше. Вони використовують маленькі сенсори, розташовані на шкірі, щоб сприймати електричні сигнали від решткових м’язів руки. Ці сигнали потім перетворюються на реальні рухи кисті без необхідності тягти чи штовхати. Позбутися дратівливих тросів і систем ременів дозволяє зменшити навантаження на м’язи приблизно на дві третини, про що свідчать дослідження, опубліковані минулого року в журналі «Journal of Rehabilitation Research & Development». Люди, які переходять на ці новіші моделі, відзначають, що тепер можуть набагато легше виконувати різні дії, наприклад, брати крихкі предмети, не руйнуючи їх, або комфортно друкувати довгий час. Більше немає потреби займатися нудними регулюваннями блоків або утримувати незручні пози, які згодом викликають біль.

Знижена метаболічна потреба — особливо важливо для дітей та активних дорослих користувачів

Використання протезів, що працюють за рахунок рухів тіла, дуже виснажує організм. Дослідження показують, що люди, які користуються такими системами, витрачають на 30–50 відсотків більше калорій під час виконання повсякденних справ, таких як покупка продуктів, — про це свідчить журнал Clinical Biomechanics минулого року. Додаткове витрачання енергії особливо сильно впливає на дітей, оскільки ростучим організмам потрібні ці калорії для розвитку. Активні дорослі, які мають виконувати завдання, що вимагають витривалості, також стикаються з додатковим навантаженням. Міоелектричні пристрої допомагають зменшити цю проблему завдяки своїй системі руху, що працює від батарей. Діти, які носять ці сучасні моделі, фактично споживають приблизно на 40% менше кисню під час ходьби порівняно з традиційними протезами. Дорослі відзначають, що можуть довше працювати, не відчуваючи втому. Кращий обмін речовин означає, що все більше людей схильні вибирати протези загалом. Молодші користувачі знову можуть грати у ігри та брати участь у шкільних заходах, тоді як дорослі можуть насолоджуватися пригодами на свіжому повітрі, використовуючи спеціальні кріплення для велосипедів або пішохідних маршрутів.

Збільшена функціональна незалежність завдяки програмованому хвату та силі

Кілька режимів хвату та адаптивне керування зусиллям для повсякденних завдань

Міоелектричні руки з передовими функціями оснащені різними типами хвату, такими як точковий, трипод та силовий, які автоматично підлаштовуються залежно від поточних потреб людини. Система використовує вбудовані сенсори для аналізу ситуації. Щодо утримання предметів, ці протези мають адаптивний контроль зусиль, що означає здатність змінювати міцність хвату залежно від об'єкта. Уявіть, як беруться в дуже ніжні предмети, наприклад, яйця, або піднімаються важчі речі, такі як сумки з продуктами з багажника автомобіля, без необхідності постійно вручну коригувати налаштування. Ці пристрої також мають двигуни з чутливістю до тиску, які запобігають випадінню предметів або їхньому руйнуванню, полегшуючи життя тим, хто повинен зосереджуватися на інших аспектах своїх завдань, а не постійно думати про силу хвату. Усю цю функціональність забезпечує технологія безконтактних двигунів постійного струму, яка забезпечує плавну роботу практично весь час. Силу хвату вимірюють із точністю до часток ньютона, тому є досить високий рівень контролю над тим, наскільки безпечно і чутливо рука реагує на взаємодію з предметами в повсякденних ситуаціях.

Віддалена настройка та сумісність із цільовою реіннервацією м’язів (TMR)

Завдяки додаткам для смартфонів, які вже доступні на ринку, люди можуть налаштовувати параметри хвату в режимі реального часу — такі як контроль швидкості, зусилля стискання та момент увімкнення різних режимів — не виходячи з дому, без відвідування клініки. Ще більше підвищує ефективність те, що це чудово поєднується з процедурою, відомою як цільова реіннервація м’язів (або TMR). Ця операція полягає в тому, що нерви ампутованої кінцівки перенаправляють до певних ділянок тіла, щоб вони могли надсилати чіткі сигнали. Результат? Сучасні протези досить добре розпізнають ці м’язові сигнали, дозволяючи одночасно обертати зап’ястям і рухати пальцями. Для людей, які втратили руку вище плеча, це поєднання відкриває цілком нові можливості. Вони отримують контроль, схожий на природний рефлекс, пропорційно регульований, як справжня рука.