Протез предплечья с биоэлектрическим управлением для детей

Союз Соеетскик Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лн 766594(51)М. Кл.61 Г 1/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт протезированияи протезостроения(54) ПРОТЕЗ ПРЕДПЛЕЧЬЯ С БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ДЕТЕЙИзобретение относится к медицинеа именно к протезированию и протезостроению и касается протезов верхних конечностей с биоэлектрическим 5управлением,Известен .протез предплечья с,биоэлектрическим управлением, содержащий искусственную кисть с электроприводом и косметической оболочкой, 10механизм пассивной ротации, гильзупредплечья, токосъемное устройствов виде потенциальных электродов иэлектрода масса, электронныйблок управления, включающий усилители биопотенциалов и импульсный преобразователь 1 .Однако известный протез предплечьяне может быть использован для протезирования детей, особенно младшеговозраста, так как не дает возможности производить замену приемной гильзы с изменением размеров культипредплечья, вызванным ростом ребенка и, кроме того, требует значительных энергозатрат ребенка при пользовании протезом,Целью изобретения является обеспечение воэможности протезированияв условиях ускоренного роста костных 30 и мышечных тканей культи, а такжеповышение надежности отведения биопотенциалов со слабых и аномальнорасположенных ьюшц предплечья приврожденных недоразвитиях конечностии, кроме того, снижение энергозатратребенка,Поставленная цель достигается тем,что гильза предплечья выполнена издвух частей - несущей и приемнойгильз, электроды установлены наприемйой гильзе помощью регулировочных прокладок из синтетическогоматериала и раздельно закрепленывинтами с гайками и металлическимилепестками, причем косметическая оболочка выполнена в виде саемной крагииз синтетического материала, анесущая гильза соединена с приемнойгильзой и механизмом ротации телескопически с помощью винтов.Кроме того, в электронный блок управления введена времязадающая цепочка, состоящая из параплельно соединенных резистора и конденсатора, включенных в эмиттерную цепь первого транзистора импульсного. преобразователя, атакже конденсатор, включенный междубазой второго и эмиттером третьего:ранзистора импульсного преобразователя,На фиг, 1 изображен предлагаемыйпротез, общий вид; на фиг. 2 - раз -рез А-А на фиг. 1; на фиг3 - принци пи ал ьн ая зле ктри че с к ая схем а эл е ктронного блока управления протезом,Протез содержит искусственнуюкисть 1 с электроприводом 2, механизм3 пассивной ротации, гильзу предплечья, выполненную из двух чаЧтей - несущей гильзы 4 и приемной гильзы 5,косметическую оболочку 6, выполненную в виде съемной краги из поливинилхлоридной пленки, токосъемное устройство в виде потенциальных электродов 7 и электрода 8 масса, укрепленных раздельно при помощи винтов 9,которые с наружной стороны приемнойгильзы 5 укреплены гайками 10 с установленными под ними металлическими лепестками 11, электронный блок 2012 управления, включающий в себяусилители 13 и 14 биопотенциалов иимпульсный преобразователь 15 Причем электронный блок 12 управлениясодержит времязадающую цепочку, сос дтаящую из параллельно соединенныхрезистора 16 и конденсатора 17,включенных в эмиттерную цепь первоготранзистора 18 импульсного преобразователя 15, и конденсатор 19, включенный между базой второго транзистора20 и эмиттером третьего транзистора21 импульсного преобразователя 15,Кроме того, несущая гильза 4 предплечья соединена с механизмом 3 пассивной ротации и с приемной гильзой5 винтами 22, а токосъемное устройст.во содержит регулировочные прокладки 23 различной толщины из полиэти -лен а.Протез предплечья работает сле Одующим образом,Пэскольку электронный блок 12управления состоит иэ двух идентичных каналов, предназначенных дляусиления и преобразования биоэлектрических сигналов, отводимых с мышцсгибателя и раэгибателя кисти, опи -сание его работы приведено дляслучая отведения сигнала с мышцы-сгибателя, При отведении сигналов смышцы-раз гибателя протекают аналогичные процессы во втором канале.Управляющий биоэлектрический сигнал, отводимый с мышцы-сгибателя кисти, посредством токосъемного устройства усиливается:усилителем 13 биопотен циалов,выполненным на интегральноймикросхеме 24 и транзисторе 25, ипоступает на вход импульсного преобразователя 15, где при помощи активного детектора, выполненного на дио- Щ)де 26 и транзисторе 18, преобразуетсяв последовательность однополярныхимпульсов, Последние поступают навход триггера с одним устойчивымсостоянием - транзисторы 20 и 21В исходном состоянии транзистор 20открыт, транзистор 21 закрыт, а конденсатор 19 полностью заряжен, при -чем его положительная обкладка приложена к базе транзистора 20, В моментпоявления на коллекторе транзистора18 отрицател ьных импульсов конде н сатор 19 начинает разряжаться по следующей цепи: открытый транзистор 18,резисторы 16 и 27, Уменьшение положительного потенциала на базе транзистора 20 приводит к его закрыванию, что,в свою очередь, вызывает лавинообразное открывание транзистора 21, т.е.происходит переброс триггера иэ одного состояния в другое, На выходетриггера (эмиттер транзистора 21)формируется последовательность прямоугольных импульсов, частота следования и длительность которых пропорциональны частоте следования и длительности импульсов входного биоэлектрического сигнала на уровне, определя -емом порогом срабатывания импульсного преобразователя 15, Порог срабатывания последнего определяется, главным образом, параметрами активногодетектора, Оба канала импульсногопреобразователя 15 имеют одинаковыепороги срабатывания, что позволяетограничиваться лишь одной времязадающей цепочкой, состоящей из конденсатора 17 и резистора 16 для обоих каналов "разу,После прекращени я подачи биоэлектрического сигнала транзистор 18закрывается, и начинается процесспереэаряда конденсатора 19 в исходной полярности по следующей цепи:плюс источника питания, резистор 28,конденсатор 19, резистор 27, минусисточника питания. До тех пор, покаположительный потенциал на конденсаторе 19 (т.е, на базе транзистора20) не станет достаточным для отпирания, триггер находится в переброшенном состоянии, т,е, на его выходесохраняется премоугольный импульс,Последовательность положительных прямоугольных импульсов с выхода триггера (эмиттер транзистора 21) поступает на базу усилителя мощности (тран -зистор 29), Усиленные по мощностиимпульсы с коллектора транзистора 29поступают на вход транзисторного моста (транзисторы 30-33), Транзисторы30 и 31 открываются, что обеспечивает подключение электропривода 2 к источнику питания в определенной полярности, т,е. происходит схват кисти,При подаче на вход второго каналауправляющего биоэлектрического сигнала, отводимого с мышцы-разгибателякисти, происходят аналогичные процессы., но электропривод 2 подключаетсяк источнику питания в противоположной полярности, т.е, происходит раскрытие кисти,формул а и з о бр ет е ни я 1, Протез предплечья с биоэлектрическим управлением для детей, содержащий искусственную кисть с электро принодом и косметической оболочкой,механизм пассивной ротации, гильзупредплечья, токосъемное устройствов виде потенциальных электродов иэлектрода ф 1 масса, электронный блокупрайлейия, включающий усилители ф 0 биопотенциалов и импульсный преобразователь, отличающийсятем, что, с целью обеспечения воэможности протезирования в условиях ускоренного роста костных и мышечных Весьма важной особенностью такойсхемы является использование конденсатора 19. Как указывалось выше, триггер находится в переброшенном состоянии дэ тех пор, пока не закончитсяпроцесс перезаряда конденсатора 19до исходного значения, Поскольку время перезаряда конденсатора 19 определяется в основном большой величиной резистора 28, задний фронт импульсов будет несколько затянут, Это обстоятельство приводит к тому, что переброс триггера н исходное состояниепроисходит не сразу после окончаниядействия входного биоэлектрическогоимпульса, а с некоторой задержкой,т.е. импульсы, поступающие на электропривод 2 кисти 1 имеют длительность,превышающую длительность импульсоввходного, биоэлектрического сигнала,В данной системе управления в качестве управляющего параметра используется среднее нремя превышения биоэлектрическим сигналом определенногоуровня, Известно, что в пределах50 максимальной биоэлектоическойактивности мышцы (что соответствуетдиапазону пропорционального управления) этот параметр линейно нарастает,т,е, большей активности соответствует большее среднее время превышения.Очевидно, что для получения максимальной скорости движения исполнительного механизма, н случае применения среднего времени превышенияв качестве управляющего параметра,необходимо приложить активность,близкую с максимальной. Использование же конденсатора 19 позволяетполучить максимальную скорость перемещения и силу схната пальцев кистипри значительно меньшем уровне активности мышц, т.е. позволяет связать ско рость перемещения пальцев кисти иактивность мышцы большим коэффициентом пропорциональности. Учитываяспецифику протезирования детей, этообстоятельство следует признать весьма важным, поскольку энергозатраты 45оператора (ребенка) значительноуменьшаются,Применение конденсатора 19 имеетеще одно преимущество. Благодарясвоим частотно зависимым свойствам 50он позволяет из всего частотногоспектра биоэлектрического сигналавыбрать достаточно узкий интервал,на котором обеспечивается наиболееширокий динамический диапазон управления. Подбором величины емкостиконденсатора 19 осуществляется изменение наклона регулировочной характеристики, т,е, изменение упомянутого выше коэффициента пропорциональностиВремязадающая цепочка, включающаяконденсатор 17 и резистор 16, предназначена для ограничения временипотребления электроприводом 2 тока от источника питания, При подачена вход биоэлектрического сигналабольшей амплитуды (соответствующеймаксимальной скорости перемещенияпальцев кчсти)электропрннод переходитв режим работы на постоянном токе,т.екоэффициент заполнения выходных импульсов становится равным единице.При длительном удержании такого сигнала на входе, в цепи электроприводабудет протекать максимальный ток,Время полного схвата и раскрытия кисти, составляет около одной секунды.Поэтому время заряда конденсатора 17н 1,5-2 раза больше в случае протекания через транзистор 18 максимальноФго значения среднего тока. В моментотпирания транзистора 18 конденсатор 17 начинает заряжаться по следующей цепи; источник питания, резистор 28, транзистор 18, конденсатор17. Если на входе действует биоэлектрический сигнал с малым коэффициентом заполнения, то конденсатор 17,успевает разряжаться в паузах междуимпульсами через резистор 16. Еслиже коэффициент заполнения входныхбиоэлектрических импульсов близок кединице, то через 1,5-2 секунды конденсатор 17 полностью зарядится,чтопрактически приведет к разрыву цепипитания транзистора 18, т.е. к прекращению работы всего канала,а следовательно, к обесточиванию электропривода, При прекращении подачи на входбольшого биоэлектрического сигналаконденсатор 17 очень быстро разряжается через малое сопрстинление резистора 16 и схема нозвращается в исходное состояние,Таким образом, в результ ате вышеизложенного выполнения протеза предплечья обеспечивает воэможность протезирования в усЛовиях ускоренногороста костных и жпаечных тканей культи, повышается надежность отведениябиопотенциалон со слабых и аномальнорасположенных мышц предплечья принрожденных недоразвитиях конечностии достигается снижение энергозатратребенка766594 ф ю фни4-4 Фии.РСоставитель В. Головин дактор Г. Прусова Техред О. Легеза Коста орректо одписно 7036/2ВНИИПИпо д113035 а Тираж 673осударственного комиам изобретений и отМосква, Ж, Раушс тета СССРрытийая наб., д. 4/ илнал ППП ффПатент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 тканей культи, а также повышения надежности отведения биопотенциалов со слабых и аномально расположенных мышц предплечья при врожденных недоразвитиях конечности, гильза предплечья выполнена из двух частей - несущей и приемной гильз, электроды установлены на приемной гильзе с помощью регулировочных прокладок из синтетического материала и раздельно закреплены винтами с гайками и металлическими лепестками, причем косметическая оболочка выполнена в виде съемной краги иэ синтетического материала, а несущая гильза соединена с приемной гильзой и механизмом ротации телескопически с помощью винтов.2, Протез по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что, с целью снижения энергозатрат ребенка, в электронный блок управления введена времязадающая цепочка, состоящая из параллельно соединенных резистора и конденсатора, включенных в эмиттерную цепь первого транзистора импульсного преобразователя, а также конденсаторГ включенный между базой второго и эмиттером третьего транзистора импульсного преобр аз ов ателя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Шнейдер А. Ю. Услитель мощности с импульсным преобразователем для биоэлектрических систем пропорциональ 15 НОго управления, - ПротезИрование и протезостроение, вып, ХХУ 11,ЦНИИПИ (прототип)