プロテーゼには3つのタイプがあります。
- 筋電プロテーゼは、筋肉の収縮によって生成される信号によって制御されるプロテーゼです。これらの収縮は、筋電図（EMG）センサーを使用して読み取られます。また、筋電義足の別名を見つけることもできます。外部エネルギー源を備えたバイオニックまたはバイオエレクトリックです。
- 美容補綴物は、装飾機能のみを実行する制御不能な補綴物です。
- トラクションプロテーゼ-制御がロッドによって実行され、電子機器なしで本人の努力によって完全に制御されるプロテーゼ。このような義手は、反対側の肩の機械的牽引力（伸ばす-ケーブルを弱める）により、人工の手を圧縮することができます。
現在、ロシアでは、年間最大7000人の患者が上肢義足で義足を使用しています。基本的に、これらは、手を握るという最も単純な機能を備えた美容または牽引プロテーゼです。海外では、拮抗筋の電位が制御信号の発生源である筋電義足の割合は50％ですが、我が国では2〜3％に過ぎません。
筋肉拮抗薬は、1つの関節の2つの筋肉（または2つの筋肉グループ）であり、収縮すると反対方向に引っ張られます。前腕の屈曲は肩の上腕二頭筋によって行われ、前腕の伸展は肩の上腕三頭筋によって行われます。これらの2つの筋肉は、肘関節に対して反対方向に引っ張られるため、拮抗筋です。一方の筋肉（上腕二頭筋）は屈曲に関与し、もう一方（上腕三頭筋）は伸展に関与します。
バイオニックプロテーゼは非常に高価であるため、ロシアでは人気がありません。さらに、視覚的には、そのようなデバイスは金属接続とワイヤーの集まりですが、化粧品のプロセスは人間の手のイメージをほぼ正確に繰り返します。さらに、このタイプのプロテーゼを適切に調整できる専門家は国内に多くありません。必要な印象を与え、センサーを配置します。
プロテーゼの筋電制御の可能性は、切断のレベルによって制限されることにも留意する必要があります。残りの機能している筋肉の数。肘の上の腕切断患者のリハビリテーションでは、筋電制御の使用は実用的ではありません。このような場合、神経プロテーゼ（ブレインコンピューターインターフェース）またはTarget Muscle Reinnervation（TMR）テクノロジーが使用されます。TMR法は、以前は腕の機能的作用を担っていた神経が切断後に保存された他の筋肉に運ばれ、そこから感覚センサーが信号を受信し、それを電気モーターを制御するプロセッサーに送信するという事実に基づいています。プロテーゼを動かします。
入れ歯のしくみ
生体制御または神経制御の生体工学装置を開発する場合、まず、実行されている動作に関する情報を取得する方法を決定する必要があります。ヒューマンコンピュータインタラクションシステム（ヒューマンコンピュータインタラクション-HCI）などの最新の生物工学的手段では、生体信号が使用されます：脳波（EEG）、筋電図（EMG）、筋電図（ENG）、眼電図（EOG）。
最も普及しているのは筋電図の使用です。
さまざまな機能的な動きを制御することを可能にするのは筋電義足です。たとえば、現代の市販の前腕プロテーゼでは、患者は2つの動き（グリップと回転）を制御し、実行速度を制御できます。しかし、これらの単純な動きでさえも学ぶ必要があります。このために、8つのレッスンのプログラムが開発され、そこで彼らは「彼らの新しい体」を研究し、それを使おうとします。
筋収縮の開始は、筋線維に入る神経幹の電気インパルスによって開始されます。これらのインパルスは筋細胞の膜を脱分極させ、その結果、活動電位が筋線維に生成され、それが神経線維に沿って急速に広がり、その収縮につながります。さらに、還元はこの活動電位によってのみ開始され、還元プロセス自体ははるかに長くなります。針（侵襲的）または表面電極を使用して、プロセスに関与するすべての細胞の活動電位の合計を登録することが可能です。
「握り開く」機能を実行するには、手を曲げたり曲げたりする必要があります。つまり、プロテーゼの制御は自然ではなく（擬人化）、追加の患者トレーニングが必要になります。これには数週間かかります。アクチュエータは、中間位置なしで「端から端へ」移動します。これは、EMG信号が筋肉収縮の機械的パラメータを反映していないためです。患者が制御できる唯一のことは、動きの速度を比例的に制御することです。
既存の方法の欠如
プロテーゼの筋電図制御のすべての既知の方法の欠点は、同時に刺激された筋肉からの脱分極信号が重ね合わされることであり、したがって、特定の筋肉の活動に関するEMG信号を受信することは非常に困難です。さらに、隣接する筋肉からのクロストーク（干渉）ノイズの影響は、測定電極間の距離が増加するにつれて増加します。
2つの動きの切り替えは、機械的に、または隠しスイッチを使用して行われます。多くの機能がある場合-モールス信号またはRFIDタグの特別なコーディング、アパート全体に貼り付けられます。
世界中の科学者が直面しているグローバルな課題は、相互分類を達成することです。補助的な切り替えなしで、グリップ/オープンと回転を同時に行う機能を提供します。
モスクワ国立工科大学のBMT-2「生物医学技術」学部の開発チームは同じタスクを持っていました-2つの動き（手のグリップと回転）の制御を実装すると同時に、制御しますが、これらの動きの擬人化を維持します。擬人化は、患者がリアルタイムで考えている動きを正確に実行することとして理解されます。バウマンの科学者はこの仕事に従事しています-BMT-2部門の従業員。
開発とその機能
本発明の技術的目的は、高品質で安定した信号を取得する可能性を提供することであり、これは、技術的装置によって制御されると、筋肉収縮の程度に比例する制御動作を、遅延なしで形成することを可能にする。 120ミリ秒以上。
この問題を解決するために、開発者は組み合わせたアプローチを適用しました。その本質は、筋電図と単一電極システムからの電気インピーダンスのアクティブコンポーネントの共同登録です。電気インピーダンスミオグラフィーは、筋肉の収縮中に発生する筋肉の電気インピーダンスの変化の測定に基づいています。
安定した振幅の交流電流がプロービング電極に供給され、電圧が測定電極から記録されます。測定電極は、チャネルの周波数分離後、EMGと身体領域のアクティブ抵抗に変換されます。機械的な筋肉の収縮。筋肉の収縮が、この筋肉の投射に記録された活動抵抗の比例変化につながることが実験的に確立されています。
PJSC RSCEnergiaによって製造されたプロテーゼ
動作原理
この場合の技術的結果は、時間内の筋収縮の登録に基づいて制御信号を取得する可能性を提供することです。
この場合、筋センサーを使用して筋肉から生体電位を除去する既知の方法は収縮の開始のみを記録するのに対し、時間内に「筋肉の動きそのもの」を追跡、登録、および制御信号に変えることが可能になりました。
制御には、筋電義足と同じように、拮抗筋の突起の切り株に配置された2つの電極システムが使用されます。したがって、確立された補綴技術に違反することはありません。
電気インピーダンス信号は、電気生理学的信号として使用されます。
上の図は、「ハンドグリップ」動作を実行するときの指の屈筋の上の皮膚の表面にある電極からの電気生理学的信号（電気インピーダンスと筋電図（EMG）信号）の同期レジストレーションを示しています。モスクワ国立工科大学の開発者は、擬人化された動きを実行する可能性を達成することを可能にするような明確な信号を達成することに成功しました。
この方法を実装するために、著者は上記のデバイスのブロック図を作成しました。ここで、TEは電流電極、IEは測定電極、MTは測定トランスデューサです。
著者らはまた、4つの電極が固定されたベース（ゴムまたはプラスチック製）である電極システムを開発しました。これらの電極を介して電流が供給され（電流電極）、電圧は電極（電位電極）間の電位差として測定されます。この方法は、以下に示す構造図に従って実装されます。
EMG信号は、50 Hz〜400 Hzの帯域幅のバンドパスフィルター（EMGチャネルフィルター）によって電気インピーダンス信号から分離されます。振幅変調された電気インピーダンス信号は、10 kHz〜1 MHzの通過帯域を持つバンドパスフィルター（インピーダンスチャネルフィルター）によってEMG信号から分離され、同期検出器によって検出されます。同期検波器をキャリア基準周波数として動作させるために、マイクロプロセッサは対応する電流源と同じ基準信号を生成します。追加の増幅後、両方のチャネルがアナログ-デジタルコンバータ（ADC）によってデジタル化されます。これは、制御信号が1つの筋肉から受信される方法です。
ただし、技術デバイスのより優れた安定した制御信号を取得するには、デバイスの2番目のチャネルを使用する必要があります。これは、同様の方法で、2番目の筋肉からの電気インピーダンス信号とEMG信号を登録します。拮抗筋。
2つの電気インピーダンスチャネルの相互影響を排除するために、チャネルの位相または時間分離が使用されます。
提案された方法を使用するための可能なオプションの１つは、手プロテーゼの生体制御のためのデバイスであり、これは、以下からなる。２つの四極電極システム。2チャンネルインピーダンス測定トランスデューサ; 処理装置; コントロールユニットとアクチュエーター-図に示すように、義手。
変更のないこのアプローチは、上肢だけでなく下肢の制御にも使用できます。
さらなる展望
この分野の研究のさらなる方向性は、複雑な擬人化運動の実装です（たとえば、手の握りと回転の同時実行）。同時に、確立された補綴技術を混乱させないように、電極システムの数とそれらの場所の面積は同じままでなければなりません。