發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 19:02

　　 殘肢患者手臂的失去,使其同時(shí)失去了手部的運(yùn)動(dòng)功能和感覺反饋功能。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外假手能在一定程度上幫助殘肢患者恢復(fù)手部的運(yùn)動(dòng)功能,但仍無法有效恢復(fù)其感覺反饋功能,包括軀體感覺和觸覺。本文研制了一款多通道集成化的電刺激器,為患者提供電觸覺反饋。進(jìn)行了基于電觸覺反饋的假手預(yù)期抓取力訓(xùn)練研究。最后進(jìn)行了多模態(tài)感覺反饋生機(jī)實(shí)驗(yàn)。本文首先闡述了課題背景,調(diào)查了國(guó)內(nèi)外感覺反饋的研究現(xiàn)狀,闡述了各種感覺反饋方式的基本情況,確定了以電刺激反饋為主的技術(shù)方案。為了給假手用戶提供電觸覺反饋,本文首先進(jìn)行了分時(shí)復(fù)用預(yù)實(shí)驗(yàn),闡述了分時(shí)復(fù)用的基本原理,并測(cè)量了最小刺激脈寬和最小脈寬間隔。并基于分時(shí)復(fù)用原理研制了一款多通道集成化的電刺激器,電刺激器具備電流檢測(cè)能力,可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流經(jīng)人體皮膚表面的電流,保證電刺激感覺的穩(wěn)定性。為了提高假手用戶前饋控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,本文搭建了虛擬假手訓(xùn)練平臺(tái),并基于電觸覺反饋在虛擬平臺(tái)上訓(xùn)練受試的預(yù)期抓取力。基于電極陣列提出了有效的電觸覺反饋策略。經(jīng)過訓(xùn)練受試可以在一定程度上控制預(yù)期抓取力。為了給用戶同時(shí)提供軀體感覺和觸覺的反饋,本文使用振動(dòng)模塊為用戶提供假手關(guān)節(jié)空間位置反饋,使用電刺激器為用戶提供抓握力反饋,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于具備振動(dòng)反饋和電刺激反饋功能的假手,用戶能有效進(jìn)行假手位置控制和力控制,具備實(shí)用意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R496;TP273
【部分圖文】：

圖 1-2 各種感覺反饋示意圖2 非侵入式感覺反饋1）振動(dòng)感覺反饋 這種反饋方式是一種感覺替代反饋，例如將假為振動(dòng)反饋給用戶。振動(dòng)觸覺反饋是研究觸覺反饋中最常用的方法以調(diào)制振幅、頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間和任務(wù)周期等參數(shù)來傳遞不同信2 d）即為振動(dòng)反饋示意圖。振動(dòng)觸覺反饋在 1953 年由 Conzelman 等人激觸覺反饋相比，它與表面肌電信號(hào)的相容性更好。Andrew Erwin 針對(duì)一個(gè)單自由度的虛擬手臂用三個(gè)不同的振動(dòng)元件組成陣列來進(jìn)制，結(jié)果表明與無反饋模式相比，振動(dòng)觸覺反饋可以準(zhǔn)確定位虛擬位置[19]。Camilo 等人針對(duì)實(shí)際使用肌電假肢的患者設(shè)計(jì)了虛擬實(shí)驗(yàn)離機(jī)械觸覺和振動(dòng)觸覺反饋假肢信息，結(jié)果表明兩種觸覺反饋均有表現(xiàn)[20]。圖 1-3 為商業(yè)假手（VINCENTevolution 2），它使用振動(dòng)感信息[21]。振動(dòng)觸覺反饋具備易于使用，低功耗，尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。2）機(jī)械感覺反饋 該技術(shù)通常被描述為一個(gè)物體垂直對(duì)皮膚施加傳感器檢測(cè)到的力，通過圖 1-2 e）所示的方式傳遞給殘肢，它也是

圖 1-3 帶觸覺反饋商業(yè)假手 INCENTevolution 2 圖 1-4 便攜式機(jī)械觸覺反饋裝置（3）電刺激感覺反饋 這種感覺反饋方式通過局部電流刺激感覺傳入神經(jīng)梢，來喚起皮膚內(nèi)的感覺，如圖 1-5 所示。電刺激觸覺反饋同樣可以通過調(diào)節(jié)振、脈沖波形（雙相/單相、正弦波/矩形波）、脈沖頻率和持續(xù)時(shí)間等參數(shù)來傳遞同信息。隨著調(diào)制參數(shù)的不同，被試者可能會(huì)感受到刺痛、瘙癢、振動(dòng)、觸摸按壓等感覺。但是產(chǎn)生感覺的部位不一定在電刺激電極的正下方，當(dāng)電極放置傳入神經(jīng)束附近時(shí)，產(chǎn)生的感覺可能會(huì)沿著神經(jīng)束而傳遞。電觸覺反饋具有重輕，噪音小的優(yōu)點(diǎn)。圖 1-2 f）為電刺激觸覺反饋示意圖。電信號(hào)是人類神經(jīng)系內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)妮d體，電刺激可以直接給皮膚傳遞電信號(hào)來刺激外圍神經(jīng)系統(tǒng)，有可能產(chǎn)生自然的觸感[6]。使用電刺激感覺反饋的缺點(diǎn)是其在空間產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)制假肢手的肌電信號(hào)會(huì)產(chǎn)生干擾[8]。Strahinja Dosen 等人通過實(shí)驗(yàn)指出電觸覺的度編碼優(yōu)于空間編碼[23]。Bo Geng 等人研究了電刺激模式對(duì)皮膚感覺閾值的影，并提出了建議[24]。C. Hartmann 等人通過使用陣列電極為用戶傳遞感覺信息[25]圖 1-6 所示。

圖 1-3 帶觸覺反饋商業(yè)假手 INCENTevolution 2 圖 1-4 便攜式機(jī)械觸覺反饋裝置（3）電刺激感覺反饋 這種感覺反饋方式通過局部電流刺激感覺傳入神經(jīng)梢，來喚起皮膚內(nèi)的感覺，如圖 1-5 所示。電刺激觸覺反饋同樣可以通過調(diào)節(jié)振、脈沖波形（雙相/單相、正弦波/矩形波）、脈沖頻率和持續(xù)時(shí)間等參數(shù)來傳遞同信息。隨著調(diào)制參數(shù)的不同，被試者可能會(huì)感受到刺痛、瘙癢、振動(dòng)、觸摸按壓等感覺。但是產(chǎn)生感覺的部位不一定在電刺激電極的正下方，當(dāng)電極放置傳入神經(jīng)束附近時(shí)，產(chǎn)生的感覺可能會(huì)沿著神經(jīng)束而傳遞。電觸覺反饋具有重輕，噪音小的優(yōu)點(diǎn)。圖 1-2 f）為電刺激觸覺反饋示意圖。電信號(hào)是人類神經(jīng)系內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)妮d體，電刺激可以直接給皮膚傳遞電信號(hào)來刺激外圍神經(jīng)系統(tǒng)，有可能產(chǎn)生自然的觸感[6]。使用電刺激感覺反饋的缺點(diǎn)是其在空間產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)制假肢手的肌電信號(hào)會(huì)產(chǎn)生干擾[8]。Strahinja Dosen 等人通過實(shí)驗(yàn)指出電觸覺的度編碼優(yōu)于空間編碼[23]。Bo Geng 等人研究了電刺激模式對(duì)皮膚感覺閾值的影，并提出了建議[24]。C. Hartmann 等人通過使用陣列電極為用戶傳遞感覺信息[25]圖 1-6 所示。
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本文編號(hào)：2875201