假肢

革新修复术项目概述

开始于2006年, 美国国防高级研究计划局(DARPA)的“革命假肢”计划开始为今天受伤的战士扩展假肢臂的选择. 该项目资助了两个团队来创建先进的拟人化机械手臂和控制系统:DEKA研究和发展公司将手臂控制系统快速推向市场, 另一种是由APL作为系统集成商和领导者生产完全神经集成的上肢假体,为临床试验和生产过渡提供适当的文件. APL正在创建一个模块化架构和可扩展平台,为九卅体育或其他人的未来开发提供了一个框架.

为了反映生物肢体的特性,假体需要具备以下特征:

  • 传感器的接触, 温度, 振动, 本体感觉(感觉手臂和手相对于身体其他部位的位置的能力)
  • 允许长时间使用的电源
  • 能提供强度和环境耐受性的机械部件, 冷, 水, 湿度, 灰尘, 等.)

有了这个新的假肢, 上肢截肢者将能够像正常人一样感觉和操作物体.

集成技术

虚拟集成环境(2006年1月至今)

基础研究, 设计, 在革新修复术项目的各个阶段中,开发的是虚拟集成环境(VIE). 该VIE是模块化和可配置的,以支持各种肢体模型和算法,以促进高度灵活的控制上肢假肢. 它是一个完整的肢体系统仿真环境,支持神经集成. VIE用于可视化和监视各种设计方法的性能, 先导神经信号分析算法, 模拟新兴的机电元件. 它提供了一个框架,使许多地理分布的贡献者同步研究和努力,以便将神经研究转化为工程现实. 从临床和病人的角度, VIE用于训练终端用户控制真实或虚拟的神经假体设备, 配置和定制临床和带回家的设备.

VIE开发仍在继续,增强了简化, 与MPL平台无关的通信接口和改进的三维MPL模拟环境,具有可脚本化的场景.

神经学研究(2006年1月至今)

从革命修复术项目开始, 研究人员已经推动了神经假体控制科学的发展.

九卅体育目前专注于脊髓损伤患者的MPL皮层控制技术演示. (注意: 美国国立卫生研究院(NIH)也在支持其他脑机接口(BCI)研究人员证明他们的方法可能对控制MPL有效.) The neuroscientific goals are to evaluate the efficacy of cortical microstimulation for tactile and proprioceptive feedback in humans; to develop active and wireless implantable microelectrodes for stimulating, 记录, and demonstrating the viability of chronic implantation; and to evaluate the feasibility of bilateral closed-loop cortical control. 第一个用来自后顶叶皮层的信号控制神经假体系统的实验,以及第一个使用运动皮层和顶叶到达区记录和初级体感皮层刺激的灵巧神经假体的闭环皮质控制的演示正在计划中. 此外,九卅体育将确定神经假体技术的商业过渡伙伴.

这些活动带来的研究突破将不仅为截肢者提供假肢控制选择,还将为那些因中风或肌萎缩性侧索硬化症(ALS)等退行性疾病而无法控制其原生肢体的患者提供假肢控制选择。.

MPL

MPL和触觉灵敏度

模块化假肢(2009年12月至今)

第一个版本的模块化假肢(MPL v1.0)于2009年12月竣工. 它的特点是拟人化的形式因素和外观, 像人类一样的力量和灵巧, 高分辨率触觉和位置感知, 和皮质神经界面直观和自然的闭环控制. 由轻质碳纤维和高强度合金制成, 手臂有25个自由度, 或者关节运动(人的手臂大约有30个关节运动). 这种肢体是模块化的,可根据患者的受伤程度进行配置. MPL v2.0在2010年12月完工, 九卅体育目前的工作重点是通过增量设计改进MPL系统技术,以提高可靠性, 增加简单, 利用子系统之间的通用性, 最大化性能, 改进软件和控制算法. MPL系统正在分发给临床合作伙伴,用于基于神经的研究和开发皮质编码和解码策略.

原型2

固有手前的最终装配

原型2(2007年8月)

在原型1开发过程中, “革命修复术”团队进行并行研究, 选择分析, 设计, 假肢设计的发展努力包括:包括所有自由度的仿生操作, 速度, 灵巧, and force; electromechanical actuation mechanisms; communications, 信号分析, and control strategies; and comfort and appearance (socket and cosmesis). 这些努力的机电高潮在2007年8月完成. 原型2设计了两个版本——一个带有内置的手,使用现成的无刷直流电动机, 另一种是有一只外伸手的前臂用一个cobotic装置用一个马达来控制手腕和手. 手指上安装了大约25个微处理器(计算机芯片)和80个触觉传感器, 指尖, 手, 手腕, 和肘部. 原型2的分支在许多技术上都取得了重大进展, 最终设计出了MPL.

原型1

用原型1显示的美容效果

原型1(2006年12月)

原型1 (原型1)有8个自由度,这一控制水平远远超过了目前假肢的技术水平. 作为一个快速开发的原型, 原型1利用了许多商业现成的组件,目的是支持神经集成研究,并作为评估触觉反馈和间接感觉感知方法的试验台. 另外, 原型1应用于无创和低创控制装置的分类算法演示先进的假体功能. 原型1安装在革命性的修复术临床评估开始使用表面肌电图控制 定向肌肉神经再植 2007年1月芝加哥康复研究所的病人.

时间轴

开始于2006年, DARPA的“革命假肢”项目旨在为当今受伤的战士提供更多的假肢选择. 该项目资助了两个团队来创建先进的拟人化机械手臂和控制系统:DEKA研究和发展公司将手臂控制系统快速推向市场, 另一种——APL作为系统集成商和领导者——生产一个完全神经集成的上肢假体,并提供适当的临床试验文件, 食品和药物管理局(FDA)批准, 和制造业转型. APL正在创建一个模块化架构和可扩展平台,为九卅体育或其他人的未来开发提供了一个框架.

为了反映生物肢体的特性,假体需要具备以下特征:

  • 传感器的接触, 温度, 振动, 本体感觉(感觉手臂和手相对于身体其他部位的位置的能力)
  • 允许长时间使用的电源
  • 能提供强度和环境耐受性的机械部件, 冷, 水, 湿度, 灰尘, 等.)

有了这个新的假肢, 上肢截肢者将能够像正常人一样感觉和操作物体.

重大事件

2019 第一个人(革命假肢参与者4)被植入六个微电极阵列, 两个位于参与者左半球的主要运动皮层(M1)手区,两个位于主要感觉皮层(S1)手区, 因为参与者是右撇子), 右侧(非主侧)M1和S1各有一个.
2017年8月 FDA批准将微电极阵列植入人类候选人的两个半球的运动皮质和体感皮质.
2016–2017 参与者3演示了在飞行员模拟器中控制多架虚拟飞机.
2016–2017 参与者3展示了在隐形环境中导航的能力, 红外信息通过刺激S1在皮质内反馈给他.
2016 参与者3能够通过刺激体感觉皮层,感知施加在MPL每根指尖传感器上的力.
2015 第一个人(革命假肢参与者3)被植入四个微电极阵列, 两个在运动皮层,两个在参与者左侧的感觉皮层, 因为参与者是右撇子).
2014 第一个人(革命假肢参与者2)演示了飞行模拟器的非拟人化控制.
2014年5月 MPL v3.0是完成.
2013 FDA批准在体感(S1)皮层植入微电极阵列,用于记录和传递电刺激.
2013年4月 人类首次在顶叶皮层植入两个微电极阵列(AIP和BA5), 迄今为止没有与器械相关的不良事件.
2012年12月 突破性进展:由大脑移动的机械肢体 哥伦比亚广播公司的 60分钟.
2012年12月 临床试验结果 发表在 《九卅体育app》.
2011年9月 MPL由患者在手术过程中使用ECoG控制 UPMC 和匹兹堡大学的实验.
2011年2月 首次在手部初级运动皮层(M1)区植入两个微电极阵列, 迄今为止没有与器械相关的不良事件.
2010年12月 MPL v2.0是完成.
2010年9月 APL革命假肢团队第三阶段启动会议.
2009年12月 模块化假肢的版本1 (MPL v1.0)完成了17个自由度.
2008年4月 APL革命假肢团队第二阶段启动会议.
2007年8月 原型2的两个版本完成了22个自由度. 外部驱动手采用前臂的协同机器人驱动手, 手腕, 和径向旋转. 内在驱动的手是由马达驱动的.
2007年1月 原型1(原型1), 有8个自由度, 开始使用表面肌电控制进行临床前评估. 采用虚拟集成环境(VIE)进行临床医师界面和患者培训.
2006年1月 APL革命假肢团队第一阶段启动会议.

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