假肢

革命性的假肢计划概述

2006年开始, 美国国防高级研究计划局(DARPA)的“革命性义肢”项目旨在为当今受伤的战士提供更多的义肢选择. 该计划资助了两个团队来创建先进的拟人机械臂和控制系统:DEKA研究和开发公司将手臂控制系统快速推向市场, 另一个是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和生产过渡文件. 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一个框架.

为了反映生物肢体的特性,假肢需要具备以下特征:

  • 触觉传感器, 温度, 振动, 本体感觉(感觉手臂和手相对于身体其他部位位置的能力)
  • 允许长期使用的功率
  • 提供强度和环境耐受性(耐热)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手一样感受和操作物体.

集成技术

虚拟集成环境(2006年1月至今)

研究的基础, 设计, 在革命性假肢项目的各个阶段的发展是虚拟集成环境(VIE). VIE是模块化和可配置的,以支持各种肢体模型和算法,以促进高度灵活的上肢假体控制. 它作为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, 导频神经信号分析算法, 并模拟新兴的机电元件. 它提供了一个框架,可以在许多地理分布的贡献者之间同步研究和努力,以便将神经研究转化为工程现实. 从临床和病人的角度来看, VIE用于训练终端用户控制真实或虚拟的神经义肢设备, 配置和定制临床和带回家的设备.

VIE的开发仍在继续,不断增强简化的VIE, 与MPL的平台无关的通信接口和改进的三维MPL仿真环境,具有可脚本化的场景.

神经研究(2006年1月至今)

从革命性义肢项目开始, 研究人员已经提高了神经假体控制的科学水平.

九卅体育目前专注于脊髓损伤患者皮层控制MPL的技术演示. (注意: 美国国立卫生研究院(NIH)也支持其他脑机接口(BCI)研究人员证明他们的方法可能有效地控制MPL.) 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. 第一个神经假体系统的实验由来自后顶叶皮层的信号控制,以及第一个灵活神经假体的闭环皮层控制演示,使用来自运动皮层和顶叶到达区域的记录和初级体感觉皮层的刺激正在计划中. 此外,九卅体育将确定神经假肢技术的商业过渡伙伴.

这些活动所带来的研究突破不仅将为截肢者提供假肢控制选择,而且还将为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

模块化义肢(2009年12月至今)

模块化假肢(MPL v1)的第一个版本.0)已于2009年12月落成. 它的特点是拟人化的形式因素和外观, 人类般的力量和灵巧, 高分辨率触觉和位置传感, 以及一个皮质神经界面,用于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(人类手臂大约有30个关节). 这种肢体是模块化的,可以根据病人的受伤程度进行配置. MPL v2.0号于2010年12月竣工, 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, 利用子系统之间的共性, 最大化性能, 改进软件和控制算法. MPL系统正被分发给临床合作伙伴,用于基于神经的皮质编码和解码策略的研究和开发.

原型2

总装前的固有手

原型2(2007年8月)

在原型1开发过程中, “革命性义肢”团队同时进行研究, 备选方案分析, 设计, 以及针对肢体设计的开发工作,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. 两种版本的原型2被设计出来——一种带有内置的手,使用现成的无刷直流电机, 另一种是外伸手,前臂上有一个协同装置,用一个马达控制手腕和手. 手指内装有大约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的四肢融合了许多技术上的重大进步, 最终设计出了MPL.

原型1

宇宙显示与原型1

原型1(2006年12月)

原型1 (原型1)拥有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. 作为一个快速发展的原型, 原型1使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官知觉方法的测试平台. 另外, 原型1被用于展示先进的假体功能,并采用分类算法用于非侵入性和低侵入性控制设备. 原型1适用于革命性义肢临床评估的开始,使用表面肌电图控制 定向肌肉神经移植 2007年1月,芝加哥康复研究所的病人.

时间轴

2006年开始, DARPA的“革命性义肢”项目旨在为当今受伤的战士提供更多的义肢选择. 该计划资助了两个团队来创建先进的拟人机械臂和控制系统:DEKA研究和开发公司将手臂控制系统快速推向市场, 另一种是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,并提供适当的临床试验文件, 食品和药物管理局(FDA)批准, 以及制造业转型. 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一个框架.

为了反映生物肢体的特性,假肢需要具备以下特征:

  • 触觉传感器, 温度, 振动, 本体感觉(感觉手臂和手相对于身体其他部位位置的能力)
  • 允许长期使用的功率
  • 提供强度和环境耐受性(耐热)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手一样感受和操作物体.

重大事件

2019 第一个人(革命性假肢参与者4)被植入六个微电极阵列, 两个位于受试者左半球的初级运动皮层(M1)手区,两个位于受试者左半球的初级感觉皮层(S1)手区, 因为参与者是右撇子), 一个在M1,一个在右侧(非显性)S1.
2017年8月 FDA批准将微电极阵列植入人体两个半球的运动皮层和体感皮层.
2016–2017 革命性的假肢参与者3演示了在飞行员模拟器中控制多个虚拟飞机.
2016–2017 革命性义肢参与者3展示了在隐形环境中导航的能力, 红外信息通过刺激S1在皮层内反馈给他.
2016 革命性的义肢参与者3能够通过刺激体感皮层感知施加在MPL每个指尖传感器上的力.
2015 第一个人(革命性假肢参与者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(显性), 因为参与者是右撇子).
2014 第一个人(革命性义肢参与者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), 迄今为止未发生与器械相关的不良事件.
2012年12月 "突破:由意念移动的机械肢体" 哥伦比亚广播公司的 60分钟.
2012年12月 临床试验结果 均在 《九卅体育》.
2011年9月 MPL由患者在一次手术中使用ECoG控制 UPMC 和匹兹堡大学的实验.
2011年2月 首次在人的初级运动皮层(M1)手部区域植入两个微电极阵列, 迄今为止未发生与器械相关的不良事件.
2010年12月 MPL v2.0完成.
2010年9月 APL革命性义肢团队第三阶段启动会议.
2009年12月 模块化假肢(MPL v1 . 1)的版本1.0)用17个自由度完成.
2008年4月 APL革命性义肢团队第二阶段启动会议.
2007年8月 两个版本的原型2都是用22个自由度完成的. 外部驱动的手在前臂使用一个合作机器人来驱动手, 手腕, 径向旋转器. 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. 虚拟集成环境(VIE)用于临床医生界面和患者培训.
2006年1月 APL革命性义肢团队第一阶段启动会议.

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