Transcript PPT verzia
Medical Laboratories Členovia firmy Marek Neupauer (prezident firmy) Viktor Palai (promo manager ) Pavol Maliňák (analytik) Marek Lapko (odborný manager) Mirka Mandzáková (sales manager) Lucia Bérešová (prezentačný manager) Ľudská končatina je veľmi dôležitou časťou ľudského tela a nevyhnutnou súčasťou pre vykonávanie mnohých činností. Častokrát si to ani neuvedomíme, kým ju nestratíme. No ten, kto úrazom alebo iným spôsobom o končatinu príde, má mnoho problémov a častokrát je odkázaný na pomoc druhých. Tradičné protetické prostriedky síce pomáhajú, no len do obmedzenej miery... Firma Medical Laboratories sa zaoberá výrobou inteligentných protetických pomôcok pre ľudí so sníženým stupňom mobility s cieľom ich plnšieho začlenenia do spoločnosti. Definícia úlohy Pohyb končatiny je spôsobený zmenou elektrického potenciálu v istých svalových partiách Impulz pre takú zmenu vysiela orgán CNS – mozog Impulz sa šíri nervovou sústavou až k svalu, v ktorom vyvolá reakciu Potrebná je správna klasifikácia elektrických signálov, ktoré vysiela mozog Súčasný stav vo svete Špičková úroveň exemplárov vo vývojových laboratóriách prípadne produktov niektorých firiem Paradoxne ostrý kontrast reálných výrobkov na trhu Kontrast pravdepodobne zapríčinený cenou produktov, ktoré majú extrémne nároky na výskum, ako aj nutnosť odstránenia disproporcie vzhľadom na zdravú končatinu Technológie výroby Sú chránené patentovými právami a „nadovšetko“ strážené samotným výrobcom, preto je k nim obmedzený prístup Široký aplikačný potenciál má použitie tlakových a podtlakových svalov rôznej konštrukcie, hydraulických a pneumatických motorov, elektromotorov, prípadne materiálov s tvarovou pamäťou, či myopotenciálov Myopotenciály Vysoká úroveň riadenia Elektrické signály vznikajúce vo svaloch, vyvolané úmyselne alebo neúmyselne, pričom aktivácia svalu je interpretovaná ako riadiaci signál Výskumy sú zamerané dokonca na získanie impulzov priamo z nervových vlákien Najznámejší výrobcovia Otto Bock (Berlín 1919) – prvý mikroprocesorom riadený hydraulický kolenný kĺb na svete C-LEG LIT – produkt New Servo-Myo Boston Digital Arm, ktorého protetický lakeť je ovládaný pozičným servo – riadením, ruka a zápästie sú riadené myopotenciálmi Blatchford – mikroprocesorovo riadené, hydraulicko – pneumatické koleno Adaptive knee – má výraznú prispôsobivosť individuálnym charakteristikám chôdze Hosmer Dorrance Companies – produkcia protetiky horných končatín Motion Control – myoelektrické externe napájané systémy Moiton Control Hand a ProHand, ponúkajú výhodu ľahkého odpojenia „ zápästia“ Texas Assistive Devices RSL Steeper Advanced Dynamics Výskumné centrá Laboratórium humánnych náhrad NTTGroup v Kanagawe – vývoj elektrickej protézy predlaktia, umožňujúcu ovládať všetkých 5 prstov Stredisko pre riadenie hybnosti IOMED (USA) – myoprotéza umožňujúca ovládať veľkosť a rýchlosť zovretia a aj ich silu IRIS – kompletná, mikroprocesorom riadená protéza celej ruky, schopná riadiť širokú škálu pohybov Osobnosti v odbore Eric A. Wan – vyvinul model mechanickej protetickej ruky s takmer dokonalou spätnou väzbou. Aplikoval lokálnu neurónovú sieť komunikujúcu s nervovým systémom človeka. Táto umelá končatina je schopná prijímať, vyhodnocovať, využívať a od snímačov vracať impulzy prichádzajúce alebo smerujúce do nervového systému. Kevin Warwick – nechal si do ľavého ramena chirurgicky implantovať mikročip obsahujúci pole sto elektród napojených priamo na nervové vlákno blízko lakťa. Signál z každej elektródy je zosilňovaný 25 – kanálovým zosilňovačom, filtrovaný a privedený na neuro – signálový procesor, kde prebieha jeho digitalizácia. Profesor bol vďaka tomuto rozhraniu schopný riadiť invalidný vozík a inteligentnú umelú ruku, vyvinutú dr. P. Kyberdom Protézy od firmy Otto Bock v reálnom živote Mikročip s poľom elektród, implantovaný do tela K. Warwicka Nami navrhované riešenie Nami navrhovaná neurónová sieť sa bude učiť kontrolovaným učením, preto aj dáta, podľa ktorých sa bude učiť musia obsahovať vstupy a k nim patriace (očakávané) výstupy. Preto pri meraní dát snímame súčasne EMG potenciály z povrchu pokožky a kinetické pohyby končatiny. Meranie EMG potenciálov a kinetických pohybov ruky (pozícií kĺbov) pri rôznej záťaži. Naše dáta boli namerané na dolnej končatine u desiatich rôznych osôb, pri dvoch pohyboch: pohybe do strany a ohnutí nohy ( v kĺboch ), pri frekvencii cca 300 Hz, každý pohyb bol nameraný 2x. EMG dáta predstavujú myopoteciály z okolia 12 rôznych svalov. Kinetické zasa uhly (rotácia v členku, ohyb v členku, ohyb, priťahovanie a odťahovanie kolena... spolu 8 rôznych pohybov) ktoré boli namerané súčasne s EMG. Experimentálne je dokázaná funkčná závislosť medzi EMG signálmi snímanými z povrchu pokožky a pohybmi. Čiže sa jedná o klasifikáciu EMG signálov do jednotlivých tried (pohybov). Preto sme sa rozhodli pre systém založený na NN. Ďalšou výhodou je, že tieto signály sú u všetkých ľudí veľmi podobné. To znamená, že ak sa NN naučí na jedom človeku, dá sa použiť na hocikom. Grafická analýza našich dát Závislosť uhlu ohybu v kolene od EMG myopotencialov nameraných v blizkosti dvoch svalov hornej časti dolnej končatiny. Konkrétne protéza pre chýbajúcu dolnú končatinu by sa skladala zo snímačov EMG umiestnených v hornej časti protézy pri styku s pokožkou. Merané myopotenciály by vstupovali do neurónovej siete (ďalej NN). Výstup NN, ktorý predstavuje uhly pre jednotlivé kĺby, by bol signálom pre riadenie v umelých kĺboch protézy o koľko a v ktorom smere sa má daná končatina pohnúť. Bloková schéma navrhovaného systému je na nasledujúcom obrázku: Je použitá rekurentná NN so 7 vstupmi EMG zo svalov (vastus lateralis, rectus femoris, biceps femoris, gluteus maximus, gluteus medius, adductor magnus, vastus medialis), s dvomi skrytými vrstvami (1. skrytá vrstva 9 neurónov, 2. s.v. 4 neuróny ) a výstupnou vrstvou s piatimi neurónmi (uhly kĺbov pri pohybe). Kontakt s firmami Kontaktovali sme tieto firmy: Otto Bock, Liberating Technologies, Blatchford, The Fillauer Companies, Hosmer Dorrance Corporation, Motion Control, NTT Group, IOMED, IRIS - Žiaľ každá firma si svoje dáta primerane stráži, a tak sa nám vrámci reálnych firiem nepodarilo obohatiť našu prácu o dáta nimi poskytnuté... Použitá literatúra http://www.studio-delos.com/glossary/m.htm http://www.ottobock.sk/sk_win/konsens1.html http://www.liberatingtechnologies.com/ http://www.blatchford.co.uk/ http://www.endolite.com/ http://www.fillauer.com/ http://www.hosmer.com/aboutus/index.html http://www.utaharm.com/ http://www.ntt.co.jp/index_e.html http://www.iris.mavt.ethz.ch/ http://www.cse.ogi.edu/~ericwan/ http://www.cse.ogi.edu/~ericwan/ http://www.kevinwarwick.com/ http://www.vasi.on.ca/prosthetic/myomicro/myomicro. html http://www.vcl.uh.edu/~rcv03/materials/grant/020846 8.1064607281.pdf http://www.isbweb.org/data/rrn/ Poďakovanie Na záver by sme chceli poďakovať Ing. Alene Galajdovej a Prof. Dušanovi Šimšíkovi, PhD. z Katedry prístrojového a biomedicínskeho inžinirstva Strojníckej fakulty za pomoc pri hľadaní ťažko dostupných dát.