Studii Si Cercetari Privind Proiectarea Unei Proteze de Mana Actionata Electric cu Posibilitatea de a Fi Comandata Mioelectric

Această pagina se ignora.

INTRODUCERE

Ingineria medicală reprezintă un domeniu în creștere, fiind bazată pe unul dintre cele mai utilizate și productive domenii la nivel global, sistemul medical. O ramură a ingineriei medicale o reprezintă partea de protezare, care cere cunoștințe vaste în mai multe branșe inginerești, precum inginerie mecanică, inginerie electrică, electronică, reacții de biocompatibilitate, dar și cunoștințe de anatomie umană.

Datorită procentului din ce în ce mai ridicat al persoanelor ce au nevoie de amputări ale membrelor, apare și o creștere tot mai mare a cererii de protezare a membrelor. Alături de nevoia inițială a pacientului de un membru artificial, apare și necesitatea schimbării sau efectuării unor reparații și modificări asupra membrului protezat. În cazul copiilor, înlocuirea protezei se face de obicei la 6-12 luni, iar adulții trebuie sa înlocuiască proteza la aproximativ 3-5 ani. Așadar, persoanele ce utilizează o proteză de la varste fragede ajung sa folosească pe parcursul vieții aproximativ 25 de proteze, iar adulții vor utiliza cam 20 de membre artificiale. [1]

În urma unor studii facute în America, s-a descoperit că principalele cauze ale amputării membrelor sunt bolile vasculare(54%), traumatismele (45%) și cancerul (mai puțin de 2%). [2] Pe de altă parte, în țările afectate de războaie, precum Cambodgia, Iran sau Afghanistan, 80-85% dintre cei amputați sunt supraviețuitori ai exploziilor cauzate de mine. La nivel global, în fiecare an există mai mult de un milion de operații de amputare. [3]

Principalul rol al unei proteze este de înlocuire a funcțiilor membrului pierdut pe cât posibil, iar pe de altă parte trebuie sa respecte și condiții estetice pentru ca pacientul sa nu fie afectat din punct de vedere social.

Protezele trebuie sa fie adaptate la dimensiunile fiecărui pacient, la modul de viata, pentru că majoritatea oamenilor ce au nevoie de un membru artificial iși câstigă salariul printr-o muncă fizică. Acest lucru este complicat datorită faptului că în regiunile în care este cea mai mare nevoie de proteze nu sunt destule materiale, resurse sau personal instruit.

Protezele de membru superior pot fi atat funcționale, cât și cosmetice. Protezele funcționale sunt de obicei mai scumpe, iar pacientul are nevoie de mult antrenament pentru a utiliza proteza la capacitate maximă. Protezele estetice, pe de altă parte, sunt cele mai utilizate, deoarece oferă mai mult sprijin emoțional pacienților.

Pentru îmbunătățirea atât funcțiilor cat și a esteticii, protezele mioelectrice înlocuiesc treptat membrele artificiale cu funcții simple, dar cu dezavantajul costurilor. Protezele mioelectrice sunt comandate muscular de către pacient, cu ajutorul unor electrozi ce preiau semnal de la mușchii incă existenți.

Această lucrare urmareste studiul fiziologiei umane, din punct de vedere osos și muscular, influența grupelor de mușchi asupra tipurilor de mișcări ale mâinii, clasificarea protezelor de membru superior în funcție de diverse criterii, detaliindu-se trei tipuri de proteze mioelectrice.

Pentru partea practică a lucrarii se doreste proiectarea unei mâini protetice acționate electric, ce poate fi acționată și mioelectric, și poate face o mișcare de flexie – extensie a degetelor.

CAPITOLUL I – FIZIOLOGIA MÂINII

Scheletul mâinii: este format din oasele carpiene, metacarpiene și falange.

Oasele carpiene 

Oasele carpiene sunt așezate pe două rânduri: [5]

Rândul proximal este format din scafoid, semilunar, piramidal și pisiform.

Al doilea rând este format din trapez, trapezoid, osul mare și osul cu cârlig.

Oasele metacarpiene 

Oasele metacarpiene sunt 5 oase lungi, cu o baza, un corp și un cap convex.

Metcarpianul I – este cel mai scurt și cel mai gros. Baza sa are o față articulară pentru osul trapez.[4]

Metacarpianul II – este cel mai lung, prezentând superior trei fețe articulare pentru trapez, trapezoid și osul mare. Pe fața palmară este inserat mușchiul flexor radial al carpului, iar pe fața dorsală mușchiul lung extensor radial al carpului. [4]

Metcarpianul III – este de dimensiune intermediară, se articulează superior cu osul mare, iar lateral prezintă fețe articulare pentru metacarpul II și IV. La baza sa este inserat mușchiul scurt extensor radial al carpului. [4]

Metacarpianul IV – se articulează superior cu osul cu cârlig. [4]

Metacarpianul V – este cel mai mic și cel mai subțire. La bază este inserat mușchiul extensor ulnar al carpului. [4]

Falangele 

Falangele formează scheletul degetelor; pentru degetele II-V sunt în numar de trei (falanga proximală, medie și distală), iar policele are numai două (proximală și distală). Sunt oase lungi cu baza de forma piramidală și cu o față articulară concavă.

Scheletul antebrațului

Ulna

Ulna este un os lung ce are un corp și două extremități. Se află la nivelul scheletului antebrațului. În zona proximală se articulează cu capul radiusului, iar inferior acestei zone de articulație se află punctul de inserție al mușchiului brahial. [4]

Corpul ulnei are formă prismatic – triunghiulară și prezintă: [4]

O față anterioară concavă proximal, unde se insera mușchiul flexor profund al degetelor și plană sau convexă distal, unde se inseră mușchiul pătrat pronator;

O față posterioară în a cărei parte distală își au originea mușchii supinator, abductor lung al policelui, extensor scurt al policelui, extensor lung al policelui și extensor al indexului;

O față medială pe care se inseră mușchiul flexor profund al degetelor proximal, iar distal se îngustează și devine superficială.

O margine anterioară proeminentă pe care iși au originea mușchii flexor profund al degetelor și pătrat pronator.

O margine interosoasă ascuțită pe care se inseră membrana interosoasa. Aceasta se bifurcă superior și definește locul de inserție al mușchiului supinator.

Extremitatea distală reprezintă capul ulnei și are forma aproximativ sferică. [4]

Radiusul

Radiusul se află în partea laterală a ulnei, având și el rol la formarea scheletului antebrațului.

Radiusul prezintă o extremitate proximală numită capul radiusului, ce are formă cilindrică, prin intermediul său facându-se articulația cu ulna. [4]

Corpul radiusului are formă cilindrică proximal și prismatic-triunghiulară distal. Acesta prezintă: [4]

Trei margini: marginea anterioară (pe care se inseră mușchiul flexor superficial al degetelor), marginea posterioară și marginea interosoasă;

O față anterioară pe care se inseră mușchiul flexor lung al policelui, iar medial de el mușchiul flexor profund al degetelor;

Pe fața posterioară se inseră mușchiul supinator, lung abductor al policelui și scurt extensor al policelui;

Fața laterală prezintă în zona proximală locul de inserție al mușchiului supinator și o rugozitate pe care se inseră mușchiul rotund pronator.

Extremitatea distală are forma unui trunchi de piramidă patrulateră și prezintă: [4]

O apofiză care se prelungește lateral numită proces stiloid pe care se inseră mușchiul brahioradial;

O față anterioară pe care se inseră mușchiul pătrat pronator;

O față posterioară care prezintă două șanțuri:

Medial, prin care trec tendoanele mușchilor extensor al degetelor și extensor al indexului;

Lateral, prin care trece tendonul mușchiului lung al policelui;

O față laterală cu două șanțuri verticale:

Medial, transversal de tendoanele mușchilor lung și scurt extensor radial al carpului;

Lateral, transversal de tendoanele mușchilor lung abductor și scurt extensor al policelui.

Musculatura antebrațului

Musculatura antebrațului se împarte în trei zone:

Anterioară

Posterioară

Laterală

Mușchii anteriori ai antebrațului

Mușchii zonei anteriorioare sunt, de asemenea, împărțiti în patru planuri: [4]

Planul 1 (superficial) care este format din mușchiul rotund pronator, mușchiul flexor radial al carpului, mușchiul palmar lung și mușchiul flexor ulnar al carpului;

Planul 2 este format din mușchiul flexor superficial al degetelor;

Planul 3 are în componență mușchiul flexor profund al degetelor și mușchiul flexor lung al policelui;

Planul 4 (profund) în a cărui componență intră doar mușchiul patrat pronator.

Rolul fiecaruia din mușchii anteriori ai antebrațului în mișcarea degetelor: [4]

Mușchiul flexor superficial al degetelor:

– flexor al falangei mijlocii a degetelor II-V;

– flexor al degetelor pe mână;

– flexor al mâinii pe antebraț;

– flexor al antebrațului pe braț.

Mușchiul flexor profund al degetelor

– flexor al falangei distale;

– flexor al degetelor pe mână;

– flexor al mâinii pe antebraț;

Mușchiul flexor lung al policelui

– flexor al falangei distale a policelui;

– flexor al falangei proximale a policelui pe metacarpianul I

Mușchii posteriori ai antebrațului

Rolul fiecaruia din mușchii posteriori ai antebrațului în mișcarea degetelor: [4]

Mușchiul extensor al degetelor:

– extensor al falangei mijlocii pe falanga proximală;

– extensor al falangei distale pe falanga mijlocie;

– extensor al degetelor pe metacarp;

– extensor al mâinii pe antebraț;

Mușchiul extensor al degetului mic

– extensor al degetului mic.

Mușchiul lung abductor al policelui

– abducția policelui;

– anteductia policelui;

– abducția mâinii;

Mușchiul extensor al policelui

– extensor al falangei proximale a policelui

– abductor al policelui;

Mușchiul lung extensor al policelui

– extensor al policelui;

– abductor al policelui.

Mușchiul extensor al indexului – extensor al indicelui.

Musculatura mâinii

Rolul mușchilor mâinii în mișcările degetelor: [4]

Mușchiul scurt abductor al policelui

– abductor al policelui;

Mușchiul scurt flexor al policelui

– rotator al metacarpianului în jurul axului său longitudinal;

– participă la mișcarea de abducție a policelui;

– Participă la mișcarea de opoziție a policelui.

Mușchiul opozant al policelui

– aduce metacarpianul I medial și anterior;

– rotește metacarpianul I în jurul axului său longitudinal;

– împreună cu mușchiul scurt abductor al policelui și mușchiul lung abductor al policelui realizează opoziția policelui.

Mușchiul adductor al policelui:

– adductor al policelui.

Mușchiul abductor al degetului mic

– abductor al degetului mic.

Mușchiul flexor al degetului mic

– flexor al degetului V.

Mușchiul opozant al degetului mic:

– apropie metacarpianul V de axul mâinii.

Mușchii lombricali:

– flexori ai falangei proximale;

– extensori ai falangelor mijlocii și distale.

Mușchii interososi palmari

– flexori ai falangelor proximale;

– extensori ai falangelor mijlocii și distale;

– adductori ai degetelor.

Mușchii interososi dorsali

– flexori ai falangelor proximale;

– extensori ai falangelor mijlocii și distale;

– abductori ai degetelor.

Se observă ca pentru un singur tip de mișcare sunt folosite mai multe grupe de mușchi, atât din antebraț, cât și mușchi ai mâinii. [4]

Mișcările mâinii

Articulațiile

Articulațiile joacă un rol important în mișcările mâinii și sunt de mai multe tipuri: [6]

Oasele carpiene se articulează cu capetele metacarpienelor prin articulația carpometacarpiană;

Metacarpienele II-V prezintă articulații plane (artrodii);

Între osul trapez și ultimul metacarpian apare o articulație selară;

Între ultimele metacarpiene apare articulația intermetacarpiană, acestea articulându-se prin bazele lor și formându-se trei artrodii;

La capetele distale ale metacarpienelor apar articulațiile metacarpofalangiene;

Între prima și a doua falangă apar articulațiile interfalangiene proximale, iar între a doua și a treia falangă apar articulațiile interfalangiene distale, ambele articulații fiind trohleartroze;

În cazul policelui, acesta are propria sa articulație carpometacarpiană (articulația între osul trapez și metacarp) și o singură articulație interfalangiană.

Tipurile de mișcări ale mâinii

articulațiile carpometacarpiene și cele intercarpiene permit doar mișcări de alunecare;

articulațiile degetelor permit (in articulațiile metacarpofalangiene) :

flexia

extensia

abducția 

adducția

circumductia,

opoziția. [7]

Mișcarea de flexie este realizată, în principal, cu mușchii flexori ai carpului și degetelor si, auxiliar, cu lungul abductor al policelui. Mișcarea de flexie este limitata totuși de ligamentul radiocarpian posterior și de tendoanele musculaturii extensoare. [7]

Mișcarea de extensie este realizată cu ajutorul mușchilor extensori ai carpului și degetelor. Aceasta este limitata de ligamentul radiocarpian anterior și de către tendoanele musculaturii flexoare. [7]

Mișcările de abducție – adducție au loc în articulația radiocarpiană și în cea mediocarpiană. În abducție:[7]

Osul scafoid este deplasat medial;

Osul piramidal alunecă în jos;

Limitarea este cauzata de ligamentul colateral ulnar al carpului;

Mișcarea se datorează musculaturii flexoare și extensoare radiale a carpului.

Mișcarea de adducție este datorată cotracției concomitente a mușchilor flexor și extensor ulnar al carpului. [7]

Mișcarea de circumducție rezultă în urma unei succesiuni a mișcărilor de flexie – abducție, extensie – adducție sau invers. Această mișcare este o elipsă. Mișcarea de opoziție reprezintă apropierea întregii coloane a policelui de celelalte patru degete. [7]

CAPITOLUL II – PROTEZE DE MEMBRU SUPERIOR

Principalele componente ale unei proteze de membru superior sunt manșeta, un element de legatură, o secțiune de antebraț sau o extensie a acestuia, un sistem de suspensie pentru a se asigura poziția fixă a protezei și un dispozitiv terminal sau o mână. [8]

2.1 Tipuri de proteze

Protezele de membru superior pot fi clasificate după 3 criterii.

În funcție de nivelul amputației, protezele de membru superior pot fi clasificate astfel:

Proteză parțială de dezarticulație de mână: [9]

poate fi funcțională sau cosmetică;

este recomandată pentru amputațiile parțiale de mână, cu excepția încheieturii mâinii.

Proteză de dezarticulație de încheietura mâinii și de antebraț: [9]

prezintă un sistem suplimentar de fixare cu manșetă de braț (proteză de antebraț);

este recomandată pentru amputațiile de încheietură a mâinii, respectiv pentru amputațiile de antebraț;

proteza de dezarticulație de încheietura mâinii și de antebraț poate fi simplă, funcțională, acționată prin cablu sau acționată mioelectric;

poate prezenta un sistem de fixare și activare (mișcare de prehensiune) cu ham de umăr;

poate prezenta mecanism de rotire a încheieturii mâinii;

în cazul protezelor mioelectrice, mișcările mâinii protetice sunt comandate prin impulsurile electrice ale musculaturii bontului.

Proteza dezarticulație de cot cosmetică: [9]

este recomandată pentru amputațiile de dezarticulație de cot;

articulația de cot poate fi liberă sau cu blocare.

Proteza de dezarticulație de cot funcțională: [9]

poate fi acționată prin cablu sau mioelectric

are structură exoscheletică

această proteză de mâna poate avea articulație de cot liberă sau cu blocare;

poate avea un sistem de fixare și activare (mișcările de prehensiune și flexia – extensia cotului) cu ham de umăr;

poate prezenta mecanism de rotire a încheieturii mâinii;

proteza de dezarticulație de cot funcțională este recomandată pentru amputațiile de dezarticulație de cot.

Proteza de brat cosmetică: [9]

are o structură exoscheletică;

poate avea articulație de cot liberă sau cu blocare;

poate avea un sistem de fixare cu ham de umăr;

este recomandată pentru amputațiile de brat.

Proteză de braț funcțională: [9]

poate fi acționată prin cablu sau mioelectric;

are o structură exoscheletică;

poate avea articulație de cot Iiberă sau cu blocare;

poate avea un sistem de fixare și activare (mișcări de prehensiune și flexia – extensia cotului) cu ham de umar;

poate avea mecanism de rotire a încheieturii mâinii;

proteza de braț funcțională se recomandă pentru amputațiile de brat.

Proteză de dezarticulație de umăr cosmetică: [9]

are structură exoscheletică;

poate avea articulație de cot liberă sau cu blocare;

prezintă sistemul cu ham de umăr pentru o fixare sigură a acesteia;

proteza de dezarticulație de umăr cosmetică se recomandă pentru amputațiile de dezarticulație de umăr.

Proteza de dezarticulație de umăr funcțională: [9]

poate fi acționată prin cablu sau mioelectric;

are structură exoscheletică;

poate avea articulație de cot liberă sau cu blocare;

poate avea sistem de fixare și activare (mișcări de prehensiune și flexia – extensia cotului) cu ham de umăr;

poate avea un mecanism de rotire a încheieturii mâinii;

este recomandată pentru amputațiile de dezarticulație de umăr.

După criteriul funcțional, protezele pot fi: [10]

Active

Cu energie corporală

Forță directă

Forță indirectă

Cu energie extracorporală

Electrice

Cu control mioelectric

Cu control prin intrerupătoare

Pneumatice

Hibride

Pasive

Estetice

De lucru

Dupa criteriul comercial, protezele sunt clasificate în: [10]

Proteze cosmetice;

Proteze cu comandă prin tracțiune;

Proteze cu comandă mioelectrică;

Proteze hibride.

Proteze mioelectrice

Proteza mioelectrică reprezintă un membru artificial acționat cu ajutorul comenzilor primite de la mușchi. Forța și viteza mișcărilor pot fi controlate prin variația intensității activității musculare.

Schema bloc a unei proteze mioelectrice

Semnalul analogic preluat de la mușchi cu ajutorul unor electrozi este filtrat de zgomot în etajul de filtrare, apoi amplificat. Semnalul este convertit în semnal digital pentru a putea fi procesat de către microcontroler care comandă sistemului de acționare tipul de mișcare pe care să o adopte membrul artificial.

Sursa semnalului EMG

Mușchii scheletici ai unui adult reprezintă 40% din masa sa corporală și sunt de diferite mărimi: de la mușchii mari de la nivelul picioarelor, la mușchii mici ce controlează globul ocular. [11]

In figura 2.11 este prezentată structura țesutului muscular. Acesta este format din fascicule musculare, care sunt alcătuite din fibre musculare. Fibrele musculare, la rândul lor, sunt alcătuite din unități mai mici. Fibra musculară se întinde de-a lungul întregului mușchi. Fiecare din acestea este inervata de o singură terminație nervoasă, amplasată la mijlocul fibrei, cu excepția a 2% din sistemul muscular. [11]

Membrana celulara a fibrei musculare este numită sarcolemă, aceasta fiind acoperită de plasmă și de un strat exterior de polizaharide cu conținut de fibre subțiri de colagen. La fiecare capăt al fibrelor musculare, acest strat al sarcolemei se îmbină cu o fibră de tendon. [11]

Fiecare fibră musculară conține între câteva sute și câteva mii de miofibrile (figura 2.11). Fiecare miofibrilă are în componență aproximativ 1500 filamente de miosină adiacente și 3000 filamente de actină. Acestea sunt molecule de proteine mari polimerizate, ce se ocupă cu contracția mușchiului (figura 2.1 E-L). Filamentele de miosină sunt groase, iar cele de actină sunt subțiri. [11]

În figura 2.11 E se observă suprapunerea ocazională a filamentelor de actină și miosină, ceea ce determină diferențele de luminozitate ale benzilor miofibrilelor (fig 2.11 D). Benzile luminoase conțin doar filamente de actină (benzi I datorită anizotropicității față de lumina polarizată). Benzile intunecate sunt constituite din filamente de miosină și capetele filamentelor de actină (benzi A , datorită anizotropicității față de lumina polarizată). În figura 2.11 E și L se observă niște proeminențe la suprafața filamentelor de miosină, numite punți. Interacțiunea acestor punți cu filamentele de actină cauzează contracția musculară. [11]

Sarcomera reprezintă unitatea morfofuncțională a miofibrilelor musculaturii striate. La contracție musculară, lungimea sarcomerei scade la aproximativ 2 micrometri (figura 2.11). În acest moment, filamentele de actină și cele de miosină se suprapun complet; capetele filamentelor de actină incep sa se suprapună. Acesta este momentul în care mușchiul poate genera forța maximă de contracție. [11]

Pentru apariția contracției fibrelor musculare, este nevoie de un stimul electric.Acest stimul electric este dat de către nervii motorii, un nerv având posibilitatea de inervare a mai multor fibre musculare. Numărul fibrelor musculare alături de nervul motor formează o unitate funcțională numită unitate motorie (UM). Într-o unitate motorie, numărul fibrelor variază în funcție de mușchi, de la 3 fibre în cazul mușchilor globului ocular, până la 120 de fibre pentru mușchii implicați în deplasare. [11]

Mușchii scheletici nu conțin celule pacemaker care sa inițieze excitarea și depolarizarea celulei musculare, precum țesutul cardiac. Așadar, impulsurile electrice de la sistemul nervos sunt responsabile de intițierea depolarizării și a contracției musculare. [11]

Etapele contracției musculare:[11]

Sistemul nervos transmite impulsul electric prin nervul motor la nivelul fibrei musculare;

La capetele nervului este secretată o cantitate mică de substantă neurotransmitatoară numită acetilcolină;

Acetilcolina determină deschiderea unor canale de sodiu din cadrul membranei;

Deschiderea canalelor permite difuzia unor cantități mari de ioni de sodiu în membrana fibrei musculare, determinând inițierea unui potential de acțiune (unda de depolarizare) la nivelul membranei;

Acest potențial de actiune traversează fibra musculară;

Potențialul de actiune depolarizează membrana musculară, circulând prin centrul fibrei musculare datorită sistemului transversal foarte ramificat de tuburi (sistem T). Sunt eliberate cantități mari de ioni de calciu;

Între filamentele de miosină și actină sunt inițiate forțe de atracție, care determină practic procesul de contracție musculară;

Ionii de calciu sunt pompati înapoi de o pompă specifică de Ca2+ aflată la nivelul membranei, astfel oprindu-se contracția. Acesti ioni rămân depozitați până la ajungerea altui potențial de actiune la suprafața membranei.

Senzori și electrozi

Un senzor reprezintă un dispozitiv ce convertește mărimi fizice în mărimi electrice. În cazul electromiografiei, senzorul preia informația de la mușchi – care este reprezentată de un potențial electric – și este transformată într-un semnal electric ce poate fi citit de microcontrolerul la care este conectat senzorul.

Există două categorii de electrozi pentru semnalul EMG și anume: [11]

Electrozi intramusculari – aceștia se introduc în mușchi. Electrodul înregistrează o formă de undă variabilă în timp, fără a oferi informație spațială. Deși pare a fi un dezavantaj, un eletromiografist cu experiență poate extrage intuitiv informația ascunsă din forma de undă variabilă în timp, având cunoștiințe detaliate despre sursa bioelectrică, a volumului conductor (mediul de propagare) și a funcționării electrozilor de tip ac.

Informații despre electrozii intramusculari: [11]

Electrodul concentric restrânge domeniul spațial de achiziționare; senzitivitatea cea mai mare este la suprafața oblică și eliptică a vârfului.

Electrodul multipolar – potențialele măsurate de fiecare fir sunt măsurate față de un potențial de referință; permite o înregistrare detaliată a mărimii unității motorii, putându-se realiza o descompunere automată a semnalului EMG în componentele potențialelor unităților motorii.

Electrodul cu fir izolat – reprezintă un fir metalic introdus în mușchi cu ajutorul unei canule, care se scoate după inserție și poziționare. Disconfortul creat de acest electrod este mult mai redus față de alți electrozi intramusculari, permițând astfel contracții mai puternice pentru perioade mai îndelungate de timp. Dezavantajul lor este că, odată inserați, nu se poate schimba poziția lor.

Analiza semnalelor EMG se realizează analizând caracteristici precum: [11]

amplitudinea – este dată de prezența fibrelor musculare active din apropierea vârfului electrodului.

timpul de creștere – în funcție de distanța dintre electrod și cea mai apropiată fibră musculară activă,

numărul de faze – arată complexitatea potențialului unității motorii și gradul de nealiniere a potențialelor fibrelor musculare active din unitatea motorie.

durată – este intervalul de timp între prima și ultima depășire a unui prag de amplitudine,

aria – indică numărul de fibre adiacente electrodului,

întoarceri (puncte de inflexiune) – măsoară complexitatea potențialului unității motorii, spre deosebire de numărul fazelor, acestea nu mai țin cont de trecerile prin zero și întoarcerile sunt mult mai senzitive la schimbările ce apar în potențialul unității motorii.

Electrozi de suprafață – sunt realizați, de obicei, din Ag – AgCl și pot fi amplasați individual sau pot fi organizați în rețele de senzori cu scopul de a îmbunătăți selectivitatea spațială. Cu ajutorul rețelelor de electrozi pot fi calculați diverși parametri fiziologici, precum: viteza de conducție a fibrei musculare sau determinarea distribuției spațiale a activității electrice a mușchiului.

Se poate plasa de-a lungul fibrei musculare o rețea liniară de electrozi pentru estimarea vitezei de conducție a fibrei si, de asemenea, pentru a afla informații privind procesele de generare și excitare a potențialelor de acțiune. Rețeaua de electrozi se poate plasa și circular, pentru măsurarea activității mușchilor aranjați pe o circumferință, precum mușchii sfincterului anal. Se pot afla numărul și zonele de inervare, pentru a putea fi evitate la viitoarea intervenție chirurgicală. [11]

CAPITOLUL III – STADIUL ACTUAL DE DEZVOLTARE PENTRU PROTEZELE MIOELECTRICE DE BRAT

În ultimul deceniu, cererea de proteze de membru superior cât mai estetice și cât mai performante a crescut. Spre deosebire de protezele cosmetice sau cele acționate cu cablu, protezele mioelectrice sunt puțin mai grele, din cauză că utilizează un sistem motor, roți dințate și o sursă de alimentare, toate integrate în proteză.

Mulțumită avansurilor tehnologice în domeniile materialelor și componentelor electronice, pacienții cu amputație de membru superior beneficiază acum de proteze estetice, cu funcționalitate ridicată și mult mai ușoare. [12]

i-limb

Proteza de mâna i-limb este prima mână bionica complet articulată, apărută în 2007, ce folosește principiul mioelectric pentru acționare. Pacientul o controlează cu ajutorul mușchilor rămași în bont, trimițând un impuls electric către microcontrolerul amplasat în proteză, care deslușește informația și o clasifică astfel încât să se activeze motorașele adecvate mișcării ce se dorește a fi obținute. Pacienții au la dispoziție o gamă larga de 36 de tipuri de apucări și gesturi ce pot fi în continuare customizate. [12][13]

Din punct de vedere cosmetic, partea exterioara a acestei proteze este confecționată dintr-un aluminiu ușor, ce poate fi îmbrăcat în materiale asemănătoare pielii cu tonuri de culoare apropiate de ale pacientului. [12]

Inițial, inventatorul acestei mâini, David Gow, a utilizat un motor centralizat pentru toate degetele, dar a ajuns la concluzia că acesta ar trebui sa fie mult prea mare pentru a putea încăpea într-o proteză pentru copii. Așadar, el s-a gândit să echipeze fiecare deget cu motorul sau propriu. Pe lângă asta, proteza conține și un sistem inovativ cu roți dințate ce efectuează o prindere puternică și rapidă. Acest sistem conține și un dispozitiv de detecție a poziției fiecărui deget, astfel încât atunci când degetul ajunge în poziția dorită, motoarele se opresc, consumând astfel mai puțină energie și crescând durata de viață a bateriei. [12]

În funcție de lungimea membrului de amputat, proteza i-limb poate costa între £25,000 și £80,000. [14]

Tabel 3.1: Date tehnice pentru proteza mioelectrică de mâna i-limb [13]

Între anii 2008 și 2009 s-a înregistrat o creștere a vânzărilor mai mare de 100%, iar în trei ani de la apariția pe piață 1400 de pacienți au avut oportunitatea de a o folosi. [12]

bebionic

Proteza de mână bebionic a fost lansată de către RSLSteeper în mai, 2010 în Germania. Această proteză deține motoare și microprocesoare individuale fiecărui deget și funcționează datorită impulsurilor electrice date de bicepsul și tricepsul pacientului. [15]

Bebionic are 14 tipuri de prindere și mișcări ale mâinii și poate prinde obiecte foarte mici și subțiri, precum carduri, chei sau farfurii. Cu ajutorul programului bebalance, poate fi programată și customizată wireless pentru a face față diferitelor cerințe zilnice.[16]

Pentru cosmetizarea protezei, sunt disponibile mănuși din silicon ce imită foarte bine pielea umană valabile în 19 nuanțe diferite. [16]

Tabel 3.2: Dimensiunile principale ale protezei mioelectrice de mână bebionic [16]

Tabel3.3: Specificații tehnice pentru proteza mioelectrică de mână bebionic [16]

Din punct de vedere financiar, proteza bebionic este cea mai accesibilă proteză mioelectrică la momentul actual (≈ 9000 €). [17]

Michelangelo

Proteza de mână Michelangelo a fost lansată în anul 2011 de către compania germană Otto Bock și partenerul său american Advanced Arm Dynamics. Este prima proteză cu un police acționat electronic ce imită mișcările naturale ale mâinii. Până în prezent a fost folosită atât de cadre militare cât și de civili. [18]

Elementele active sunt policele, indexul și degetul mijlociu, acestea trei fiind urmate pasiv de inelar și degetul mic. [19]

Pentru a stabili anumite setări pentru fiecare pacient în parte, există un program numit AxonSoft de ajustare a tipurilor de prindere și a mișcărilor. Acest program poate evalua semnalul muscular pentru ajustarea optimă a electrozilor, poate configura parametrii în funcție de indicațiile pacientului și are un istoric al tuturor datelor fiecărui utilizator.[19]

Mănușile din PVC sunt disponibile în șase culori și protejează proteza de praf, umezeală sau alți parametri de mediu, dar de asemenea conferă și un aspect cât mai natural (se poate utiliza și oja).

Mâna bionica Michelangelo are șase tipuri de prindere: prinderea laterală, strângerea laterală, abducția/adducția degetului, prindere în trei puncte, prindere opozabilă, palma deschisă și modul natural. [19]

Tabel3.4: Specificații tehnice pentru proteza mioelectrică de mână Michelangelo [19]

CAPITOLUL IV – DESCRIEREA DISPOZITIVULUI

In acest capitol este prezentat modul de lucru și echipamentele utilizate în dezvoltarea proiectului practic. Proiectul este constituit din doua componente: partea de electronica și partea mecanică.

Componenta electronică

Pentru partea electronică s-au folosit următoarele dispozitive: microcontrolerul Arduino UNO, Senzorul EMG v3 și diverse auxiliare precum baterii, cabluri și electrozi.

Figura 4.1: Imagine de ansamblu a componentelor electronice pentru acționarea mioelectrică

Auxiliare

Elementele auxiliare regăsite în acest proiect sunt: electrozii ce se lipesc pe piele, cablul ce transfera semnalul de la electrozi la senzorul EMG, firele conectoare și două surse de alimentare.

Electrozii de suprafață ce preiau semnalul sunt de tipul Ag – AgCl cu gel pentru o conductivitate și o adeziune mai bună.

După curățarea pielii cu un tifon și cu alcool medicinal pentru a reduce impedanța între electrod și suprafața pielii, electrozii se atașează după cum urmează:

Un electrod se plasează pe vârful sau pe mijlocul mușchiului, unde este semnalul mai puternic – în cazul mușchiului brahioradial electrodul Vin- este amplasat în vârful mușchiului (capătul proximal);

Un electrod Vin+ este amplasat pe capătul celălalt al mușchiului (capătul distal), unde semnalul este minim;

Electrodul de masă se plasează într-o zonă în care nu există semnal muscular, precum o zonă osoasă (încheietura mâinii sau cot).

Cablul de legătură între electrozi și senzorul EMG are rolul de a conduce semnalul captat de electrozi la senzorul EMG. La unul dintre capete are o ieșire jack 3.5 mm pentru conectarea la senzor, iar celălalt capăt are trei ramificații pentru cei trei electrozi, fiecare ramificație fiind etichetată corespunzător, negru-masă, roșu – Vin+, albastru – Vin- .

Firele conectoare ajută la conexiunile între pinii microcontrolerului cu senzorul, sau a acestora cu sursele de alimentare. Acestea pot fi de tip mamă-mamă , tată-tată sau mamă-tată.

Atât pentru microcontrolerul Arduino, cât și pentru senzorul EMG este nevoie de câte o sursa de alimentare. Microcontrolerul Arduino UNO este alimentat de patru baterii AA de 1.5 V puse în serie, iar pentru senzorul EMG, alimentarea este constituita din două baterii de 9V conectate la cei 3 pini de pe senzor.

Senzorul EMG

Senzorul EMG are rolul de a măsura activitatea electrică a mușchiului, amplificând-o și filtrând-o. Acesta are o intrare jack pentru cablul de legătură și 5 pini, dintre care doi sunt folosiți pentru transmiterea semnalului către un microcontroler și ground-ul aferent, iar ceilalți trei pini sunt folosiți pentru alimentare (V+, V-, masa). Alimentarea este recomandată în jurul a ±5V, iar valorile de ieșire sunt între 0 V și V+. [20]

Amplificarea poate fi ajustată cu ajutorul unui potențiometru aflat pe plăcuta.

Acest senzor este foarte util datorită dimensiunilor reduse (2.54×2.54 cm) [20], putând fi incorporat cu ușurință într-o proteză, fără a-i mari dimensiunile și a o face inestetică.

Microcontroler Arduino UNO

Arduino este o companie ce produce microcontrolere, dar și software pentru acestea. Aceste microcontrolere sunt utilizate pentru a construi dispozitive digitale și obiecte interactive.

Pentru această aplicație a fost ales Arduino UNO, datorită costului redus și faptului că pentru acest tip de aplicație nu este nevoie de performante deosebite.

Arduino UNO – are 14 pini digitali, 6 intrări analogice, un rezonator ceramic de 16 MHz, o conexiune USB, o alimentare de tip jack, și un buton de reset. [21]

Acest microcontroler este programat cu ajutorul software-ului Arduino.

Microcontrolerul preia semnalul analogic de la senzorul EMG, semnal aflat în intervalul 0-1023, îl mapeaza pe 5 intervale mai mici și dă o comandă servomotorului. în funcție de intervalul în care se află valoarea citită de pe pinul analogic, servomotorul va efectua o anumita rotație.

Tabel 4.1: Fisa tehnică microcontroler Arduino UNO [21]

Figura 4.5: Imagine de ansamblu a componentelor electronice pentru acționarea cu buton

Schema logica reprezentată anterior reprezintă explicația codului pentru microcontrolerul Arduino UNO, după cum urmează:

Blocul „Citire variabile” face citirea valorilor de la senzorul EMG, conectat la plăcuță în pinul 7, valorile se stochează în variabila val. Secvența cod:

…

val = analogRead(A5);

…

Blocurile „Scalare variabile” și „Prelucrare date”: valorile ce ajung la placa Arduino sunt între 0 și 5 V, cuantizate pe 10 biți, astfel vor fi 1024 de cuante. Aceste 1024 de cuante sunt mapate pe 5 trepte: 0, 1, 2, 3, 4. Astfel, valorile semnalului de intrare aflate între 0 și 205 vor lua valoarea 0, valorile aflate între 206 și 410 vor lua valoarea 1, și așa mai departe. Aceste valori sunt stocate în variabila mapare. Secvența cod:

…

mapare = map(val, 0, 1023, 0, 4);

…

Blocul „Valori de ieșire”: pentru valori ale semnalului de intrare mapate pe 0, servomotorul va avea poziția de 10° ( de obicei, între aceste valori sunt zgomote). Pentru valori ale semnalului de intrare mapate pe 1, servomotorul se va duce în poziția 50°. Astfel, servomotorul va avea 5 trepte de parcurs pentru închiderea totală și mai exact 10°, 50°, 90°, 130°, 170°. Aceste valori sunt stocate în variabila servo, care reprezintă poziția servomotorului. Secvența cod:

…

servo= mapare * 40 + 10;

…

Blocul „comandă servomotor” reprezintă transmiterea informației de poziție, adică variabila servo, la pinul pe care este conectat servomotorul. Secvența cod:

…

myservo.write(servo);

…

Blocul „afișare date” este opțional. Pentru o mai bună înțelegere, se pot observa datele de intrare și de ieșire prin intermediul opțiunii „Serial Monitor” din programul Arduino.

Astfel, cu cât mușchiul este mai contractat, cu atât scade și unghiul de prindere.

Codul pentru Arduino cu comanda mioelectrică se găsește în Anexa 3.

Codul pentru Arduino comandat cu buton se găsește în Anexa 2.

Componenta mecanică

Partea mecanică urmărește înlocuirea mâinii amputate cu un dispozitiv mecanic ce poate avea diferite funcționalități, în funcție de modul de viată, locul de muncă și dorințele estetice ale pacientului, dar și în funcție de costurile de proiectare.

Pentru acest proiect s-a ales replicarea funcțiilor de flexie și extensie ale degetelor, deoarece una dintre cele mai importante funcții ale mâinii este cea de prehensiune.

Se dorește acționarea acestui prototip de mână cu ajutorul contracției mușchiului brahioradial.

Urmărind măsurătorile antropometrice pentru dimensionalizare, s-a decis că cea mai bună opțiune ca echivalent anatomic pentru falange sunt bucăți de lemn de dimensiuni adecvate. Falangele sunt legate între ele prin niște articulații de tip balama. Palma este înlocuită de o plăcuță de aluminiu tăiată corespunzător dimensiunilor, iar tendoanele sunt reprezentate de niște cabluri de plastic legate la servomotoare.

Dispozitivele ce pun în acțiune acest mecanism sunt trei servomotoare ce iau locul mușchilor. Un servomotor înlocuiește mușchiul flexor lung al policelui și mușchiul scurt flexor al policelui. Alte două motoare înlocuiesc mușchiul flexor superficial al degetelor, mușchiul flexor profund al degetelor și mușchii interososi palmari, unul dintre ele pentru degetele II și III și altul pentru degetele IV și V.

Suport palmă

Palma a fost înlocuita cu o placă subțire de aluminiu. Aceasta are rol de suport pentru metacarpiene și tendoane, fiind prelungită cu un suport de aluminiu, pe post de antebraț, în care sunt fixate trei servomotoare. Placa de aluminiu este prevazută cu câte două găuri în dreptul fieăarui deget, pentru prinderea bucăților de lemn ce înlocuiesc metacarpienele. Această prindere reprezintă articulația oaselor metacarpiene cu rândul distal de oase carpiene.

Am ales ca material pentru această parte aluminiul, deoarece este foarte ușor și maleabil. Utilizarea unei proteze care nu este în concordanță cu proporțiile corpului poate duce la probleme grave ale coloanei vertebrale.

Dimensiunile sale și proiectarea se regasesc în Anexa 1.

Falange din lemn

Am ales un lemn cu masa mică, ieftin și ușor de prelucrat. Fiecare falangă are o formă de trunchi de piramidă dreptunghiulară, partea interioară a falangei fiind micșorată pentru a se creste unghiul între două falange, și astfel crearea posibilității mișcării de prehensiune.

Tabel 4.2 Dimensiunile degetelor mainii de replicat

Spre deosebire de fiziologia corpului uman, acest prototip prezintă un police cu trei falange. Motivul pentru această decizie îl reprezintă alegerea materialului pentru falange. Pentru îmbunătățirea mișcării de prehensiune si, deci, a funcționalității protezei, am introdus o falanga suplimentara, inexistenta în fiziologie. Din cauza materialului folosit și elasticității sale reduse, mișcarea de prehensiune nu a fost obținută în încercarea anterioara, cu numai două falange.

De asemenea pentru mișcarea de prehensiune, policele execută o mișcare de opoziție și una de flexie, aceste mișcări fiind executate cu ajutorul a cinci mușchi: lungul flexor al policelui, scurtul flexor al policelui, mușchiul opozant al policelui, lungul abductor al policelui și scurtul abductor al policelui.

Pentru acest prototip de proteză, importanța cea mai mare a fost acordata părții funcționale, abordând partea estetică la o limită minimă.

Articulații de tip balama

Articulațiile de tip balama înlocuiesc articulațiile interfalangiene. Cu excepția policelui, care are o singură articulație de acest fel, toate celelalte patru degete au câte două articulații interfalangiene. Aceste articulații permit flexia și extensia falangelor.

Tendoanele

Prin intermediul tendoanelor se inseră mușchii pe suprafețele osoase. Tendoanele sunt reprezentate de niște cabluri de plastic ce trec prin interiorul fiecărei falange.

Într-un capăt sunt înnodate după falanga distală, iar celălalt capăt este legat de un servo motor.

Motoarele

Motoarele înlocuiesc cea mai importantă parte din funcționarea mâinii: mușchii. În acest proiect. cele trei motoarele vor fi acționate cu ajutorul mușchiului brahioradial, amplasat pe antebraț.

Tabel 4.3: Rezultate obținute în cadrul unui experiment pentru forța de prehensiune și semnal EMG, utilizând sistemul de achiziție de date Biopac

Pentru alegerea unui motor, trebuie aflată forța maxima de apucare a mâinii și, deci, cuplul motorului. Pentru acest lucru am efectuat un experiment cu ajutorul unui sistem de achiziție de date biomedicale, Biopac, și a unui dinamometru. În figura 4.9 se observa un semnal EMG brut, forța de prehensiune a mâinii și un semnal EMG integrat ( amplificat și filtrat).

In tabelul 4.3 se poate observa diferența între forțele maxime de apucare pentru cele două mâini: dominantă și nedominantă, jumătate din aceasta și timpul până la atingerea oboselii. Se observă că forța maximă pentru mâna dreapta este de aproximativ 350 N. Pentru alegerea motorului am luat în considerare jumătate din forța maximă a mâinii drepte, pentru verificarea funcționalității programului.

Deoarece am luat în considerare și factorul financiar, iar cele trei motoare contribuie destul de mult la prețul final al protezei, am ales ca pentru acest experiment sa folosesc un servomotor GMServo S03N STD care are un cuplu de 3.5 kg∙cm, fiind necesar pentru o prehensiune fără a ridica un obiect.[21]

CAPITOLUL VI – ÎMBUNĂTĂȚIRI VIITOARE

Având în vedere dezvoltarea domeniului tehnologic, se poate justifica dorința de îmbunătățire la nivelul oricărui concept din domeniul ingineriei medicale.

Una dintre tendințele generale dorite pentru orice proiect, și în special pentru proiectul în discuție, este miniaturizarea. În cazul de față, folosirea unui senzor EMG în loc de un sistem de achiziție de semnal a redus semnificativ dimensiunile protezei finale și face ca echipamentul rezultat sa fie mobil. Totuși, se poate avea în vedere utilizarea unui microcontroler mult mai mic si, astfel, posibilitatea utilizării mai multor microcontrolere pentru fiecare deget în parte, dar, de asemenea, și utilizarea mai multor senzori pentru preluarea mai multor semnale de la diferiți mușchi, astfel încât mișcările mâinii protetice să fie cât mai ample și mai diversificate, ajungând sa imite foarte bine mâna umană. Așadar, o a doua îmbunătățire ar fi creșterea funcționalității protezei prin integrarea mai multor senzori si/sau microcontrolere.

Deoarece semnalul de la mușchi cu valori de ordinul milivolților are nevoie de o amplificare de ordinul miilor, o altă îmbunătățire este ecranarea senzorului EMG.

Electrozii ce se lipesc pe piele pot fi înlocuiți cu niște electrozi mai mici si mai performanți, cu posibilitatea utilizării multiple. De asemenea, și cablurile care transmit semnalul la senzorul EMG necesită o ecranare mai bună, pentru ca raportul semnal-zgomot sa fie cât mai mare.

Din punct de vedere mecanic, masa întregii proteze trebuie redusă cât mai mult posibil, pentru a nu provoca daune coloanei vertebrale prin inegalitatea greutăților membrelor. Așadar, trebuie alese materiale cât mai ușoare, cu un aspect cat mai apropiat de fizionomia mâinii și care pot fi prelucrate cu cât mai multă ușurință. Elementele ce pot provoca zgârieturi sau leziuni, precum șuruburi sau balamale, ar trebui mascate. Dacă acest lucru nu este posibil, se poate utiliza o mănușă cosmetică pentru a da un aspect cât mai natural mâinii protetice.

Un alt aspect ce trebuie îmbunătățit este fizionomia si funcționalitatea policelui cu ajutorul a două servomotoare. Având în vedere că prototipul construit are policele poziționat la aproximativ 90° față de așezarea fiziologică, din punct de vedere estetic, proteza poate fi îmbunătățită pe viitor prin așezarea acestuia conform anatomiei mâinii, dar pentru a își executa funcțiile, mai ales pe cea de prehensiune, acesta face două mișcări: cea de opoziție și cea de flexie. Aceste două mișcări, și mai exact cei doi mușchi care fac acest lucru, trebuie înlocuiți de două servomotoare, în loc de unul singur. De asemenea, fiecare deget ar trebui sa aibă propriul servomotor, pentru imitarea cât mai bună a mișcărilor naturale ale mâinii.

Cele două surse de alimentare pentru Arduino și pentru senzorul EMG pot fi înlocuite de o singură sursă. Bateria trebuie sa fie cât mai mică și cu capacitate cât mai mare de stocare. Aceasta poate fi reîncărcată cu energie provenind de la mișcările obișnuite, de zi cu zi, precum mersul, respiratul, mișcările mâinilor, puls sau alte activități, în funcție de modul de viață.

Prinderea obiectelor ar trebui făcută în trepte, în funcție de nivelul de încordare al mușchiului din bont, pentru a nu distruge anumite obiecte fine sau pentru interacția cu alți oameni, copii sau animale. Altfel, poate fi utilizat un sistem de feedback ce utilizează senzori pentru fiecare deget și un element vibrator sau un difuzor.

Un aspect foarte important este cel financiar. Deși sunt multe persoane care au nevoie de o proteză cât mai funcțională, nu toți își permit, așa că se vor mulțumi cu o proteză mai ieftina. Prețul final trebuie luat în considerare de la începerea proiectului îmbunătățit, astfel încât majoritatea populației sa își permită proteza. Costul acestui proiect a fost de aproximativ 500 de lei. Dacă se iau în considerare toate îmbunătățirile discutate anterior, prețul protezei îmbunătățite va crește drastic. Astfel trebuie să se facă și un echilibru între funcționalitate, estetic și cost final.

CONCLUZII

Progresul continuu în domeniul protezelor comandate mioelectric demonstrează că există posibilitatea îmbunătățirii celor existente, astfel încât pacienții să se simtă confortabil, să își poată păstra locul de muncă, pasiunile, sau sa se afișeze în societate fără a fi afectați emoțional.

Deși există cel puțin trei variante cunoscute de proteze mioelectrice pe piață, majoritatea pacienților nu și le pot permite sau nu sunt informați de existența acestora, astfel trebuie luat în considerare și factorul financiar pentru dezvoltări viitoare, chiar dacă se face un compromis cu scăderea funcționalității protezei.

Proiectul practic dezvoltat în această lucrare reprezintă o combinație intre două domenii diferite ale ingineriei medicale, domeniul mecanic și cel electronic, îmbinarea dintre cele doua creând un domeniu de sine stătător.

Deoarece am întâmpinat probleme in a citi semnalul de la senzorul EMG, cauzate de raportul semnal/zgomot foarte mic, nu a fost posibila comandarea servomotorului folosind semnale bioelectrice. Cantitatea mare de zgomot se datorează in mare parte electrozilor care nu au o ecranare corespunzătoare si a calității senzorului, ale cărui calități au fost probabil sacrificate de către producător in favoarea prețului atractiv si a dimensiunilor reduse.

Ca alternativă în această situație, am înlocuit semnalul EMG cu o comandă de buton. Semnalul variabil a fost astfel înlocuit cu un semnal treapta ce comandă proteza să execute acțiunea de prehensiune cât timp este apăsat butonul. Codul pentru aceasta soluție se găsește in Anexa 2.

Deși proiectul nu a avut ca rezultat o proteză mioelectrică funcțională, au fost studiate și urmate etapele esențiale creării unui astfel de echipament.

BIBLIOGRAFIE

[1] – Prosthetics Outreach Foundation, 2005

[2] – Ziegler‐Graham K, MacKenzie EJ, Ephraim PL, Travison TG, Brookmeyer R. Estimating the Prevalence of Limb Loss în the United States: 2005 to 2050. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 2008

[3] – Berry, Dale. From Land mines to Lawn Mowers Prosthetic Rehabilitation Proceeds One foot at a Time. August 2001. The Washington Diplomat. 19 January 2005.

[4] – Terteliu F., Diaconescu B., Bulescu I.. Anatomie – Pereții trunchiului și membrele – Lucrări practice, Editura Universitara „Carol Davila”, București 2010

[5] – http://kcfac.kilgore.edu/kcap1/practical_2.html (accesat la data de 20 iunie 2015)

[6] – http://www.esanatos.com/anatomie/membrul-superior/Articulațiile-mâinii52427.php (accesat la data de 16 iunie 2015)

[7] – Drosescu, Paula. Biomecanica aparatului locomotor; Editura Tehnopress, 2005

[8] – Strait E., Prosthetics în Developing Countries, January 2006

[9] – http://www.ortopedica.ro/proteze-de-membru-superior-c19/ (accesat la data de 29 mai 2015)

[10] Bucur Doina, Echipamente de protezare și ortezare, notițe de curs -2014

[11] Țarălungă Dragoș-Daniel, Instrumentație biomedicală – măsurarea și analiza biopotențialelor, Editura Matrix Rom, București, iunie 2013

[12] https://www.epo.org/learning-events/european-inventor/finalists/2013/gow/feature.html (accesat la data de 4 iulie 2015)

[13] http://www.touchbionics.com/resources/document-library (accesat la data de 7 iunie 2015)

[14] – http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2313507/i-limb-ultra-revolution-The-16-year-old-boy-Britains-app-controlled-bionic-hand.html (accesat la data de 7 iunie 2015)

[15] https://en.wikipedia.org/wiki/Bebionic (accesat la data de 7 iunie 2015)

[16] http://bebionic.com/downloads/product_literature (accesat la data de 7 iunie 2015)

[17] http://singularityhub.com/2010/06/30/how-much-is-the-newest-advanced-artificial-hand-11000-usd-video/ (accesat la data de 7 iunie 2015)

[18] https://en.wikipedia.org/wiki/Michelangelo_Hand (accesat la data de 8 iunie 2015)

[19] http://www.ottobockus.com/prosthetics/upper-limb-prosthetics/solution-overview/below-elbow-prosthesis-featuring-michelangelo/ (accesat la data de 8 iunie 2015)

[20] http://www.robofun.ro/senzori/biometric/muscle-sensor-v3 (accesat la data de 6 aprilie 2015)

[21] https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno (accesat la data de 6 aprilie 2015)

[22] http://www.robotshop.com/en/gws-standard-s03n-std-servo-motor.html (accesat la data de 11 iunie 2015)

ANEXA 1

Desen de proiectare in SolidWorks a capătului terminal al protezei

ANEXA 2

Codul pentru acționare cu ajutorul unui buton

#include <Servo.h>

Servo servom1;

Servo servom2;

Servo servom3;

const int buttonPin = 2; // pinul la care se conectează butonul

const int ledPin = 12; // pinul la care se conectează LED-ul

int buttonState = 0; // variabila în care se citește starea butonului

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // LED-ul este de tip ieșire

pinMode(buttonPin, INPUT); // butonul este de tip intrare

servom1.attach(7); //Declararea pinului de ieșire pentru comanda servomotorului 1

servom2.attach(8); //Declararea pinului de ieșire pentru comanda servomotorului 2

servom3.attach(9); //Declararea pinului de ieșire pentru comanda servomotorului 3

}

void loop()

{

buttonState = digitalRead(buttonPin);// citirea stării butonului

if (buttonState == LOW) // dacă butonul este apăsat

{

servom1.write(100); // servomotorul 1 se duce în poziția 100°

servom2.write(80); // servomotorul 2 se duce în poziția 80°

servom3.write(80); // servomotorul 3 se duce în poziția 80°

digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED-ul se aprinde

}

else // dacă butonul nu este apăsat

{

servom1.write(10); // servomotorul 1 se duce în poziția 10°

servom2.write(10); // servomotorul 2 se duce în poziția 10°

servom3.write(10); // servomotorul 3 se duce în poziția 10°

digitalWrite(ledPin, LOW); // LED-ul este oprit

}

delay(10); // perioada de lucru

}

ANEXA 3

Codul Arduino pentru acționare mioelectrică

#include <Servo.h>

Servo myservo;

int val;

int mapare;

int servo;

void setup()

{ Serial.begin(9600);

myservo.attach(7); // servo-ul se atașează pe pinul digital 7

}

void loop()

{

val = analogRead(A5); // citește valoarea de la senzorul EMG de pe pinul analogic 5

//(valoare intre 0 și 1023)

mapare = map(val, 0, 1023, 0, 4); //scalarea valorilor în domeniul 0 – 4

mapare = round(mapare); //rotunjire la cel mai apropiat întreg

servo= mapare * 40 + 10; //calculul unghiului de rotire a servomotorului

myservo.write(servo);

delay(10); // perioada de lucru

}