專利名稱：用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用植入電極檢測人體內(nèi)生物電信號來控制骨植入式假肢的方法，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
骨植入式假肢借鑒種植牙和人工關(guān)節(jié)植入技術(shù)，將植入體一端與殘端骨接合，另一端伸出體外，在伸出體外一端連接假肢。這種假肢沒有傳統(tǒng)假肢用于傳遞運動和動力的接受腔，直接通過植入體傳力于主干骨，符合人體生物力學(xué)規(guī)律，從根本上解決了傳統(tǒng)假肢因接受腔-殘肢介面環(huán)境和透氣性差、因磨擦引起的殘肢感染、肢體活動范圍受到限制等缺陷，而且可解決殘肢過短的患者無法安裝假肢的問題。
傳統(tǒng)的肌電假肢主要是利用從皮表檢測到的肌肉電信號來進行控制。在96年3月6日公開的中國專利ZL95105468.6中，德國奧托·伯克假肢矯形器工業(yè)公司提出的用肌肉電控制假肢的方法，以及在96年2月21日公開的中國專利ZL95207624.1中，才德容提出的肌電控制前臂電動假肢都是采用從皮膚表面提取肌電信號來控制假肢。傳統(tǒng)的肌電假肢利用表面肌電信號進行控制主要考慮以下兩個因素1)表面電極放在皮膚表面，安裝調(diào)節(jié)方便；2)傳統(tǒng)假肢有接受腔，表面電極可以固定在接受腔內(nèi)。骨植入式假肢不存在接受腔，因此表面電極如何固定是其面臨的新問題。一種解決辦法是仍然利用表面肌電控制，則需將電極綁附在皮膚表面，綁帶和皮膚之間的界面盡管比接受腔好，但仍然存在透氣性不好的問題，而且不易保證電極在皮膚表面穩(wěn)定定位，從而影響了骨植入式假肢的優(yōu)越性的充分體現(xiàn)。另一方面，由于骨植入式假肢已存在植入體，可使檢測到的體內(nèi)生物電信號經(jīng)植入體引出體外，并不涉及引線與皮膚間的密封問題。因此利用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢是一種新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決信號源與骨植入式假肢間的配合問題，減少線纜與皮膚接觸而帶來的感染等缺陷。本發(fā)明提供了一種用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將帶孔的植入體上端插入截肢者殘肢的殘存骨內(nèi)，下端伸出體外與假肢相連；2)將用于檢測生物電信號的電極通過手術(shù)植入軟組織中的神經(jīng)束或肌肉束；3)將所述電極的引線經(jīng)所述植入體上的通孔引到體外的信號調(diào)理器，電極引線引出后，對所述植入體上的孔眼進行密封，體內(nèi)一側(cè)的孔眼用生物相容性材料密封；
4)所述電極采集的體內(nèi)生物電信號首先經(jīng)所述信號調(diào)理器進行放大濾波，然后經(jīng)信號處理器映射成假肢運動的控制信號，所述控制信號經(jīng)功率放大器后，傳給電機驅(qū)動假肢運動。
體內(nèi)生物電信號直接從人體內(nèi)部提取，比從皮膚表面檢測出的表面肌電信號要準(zhǔn)確、清晰。體內(nèi)生物電信號與表面肌電信號相比，干擾信號少，電路處理簡單，可靠性高，不存在表面肌電信號存在的與皮膚接觸不良導(dǎo)致誤動作的問題。同時體內(nèi)生物電信號的信號源就是電極植入的神經(jīng)束或肌肉束，位置準(zhǔn)確可知，不存在表面肌電信號很難分辨出是哪塊肌肉發(fā)出電信號，使得利用多路體內(nèi)生物電信號可以很方便地控制多個電機或其他裝置，非常適合于多自由度假肢的控制。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明提出的用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢方法的實施例的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來具體說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖1所示，本發(fā)明所述的用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法，包括如下步驟1)將帶孔的植入體3上端插入截肢者殘肢1的殘存骨2內(nèi)，下端伸出體外與假肢相連；2)將用于檢測生物電信號的電極5通過手術(shù)植入軟組織4中的神經(jīng)束或肌肉束；3)將所述電極的引線6經(jīng)所述植入體上的通孔引到體外的信號調(diào)理器7，電極引線引出后，對所述植入體上的孔眼進行密封，體內(nèi)一側(cè)的孔眼用生物相容性材料密封；4)所述電極采集的體內(nèi)生物電信號首先經(jīng)所述信號調(diào)理器7進行放大濾波，然后經(jīng)信號處理器8映射成假肢運動的控制信號，所述控制信號經(jīng)功率放大器9后，傳給電機驅(qū)動假肢運動。
根據(jù)所控制的運動和所采用的控制信號的不同，電極植入的位置也不同。在控制上肢假肢運動時如果選用肌電信號作為控制信號，可以將電極植入到橈側(cè)腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌或者肱二頭肌、肱三頭?。蝗绻x用神經(jīng)電信號作為控制信號，可以將電極植入到正中神經(jīng)、橈神經(jīng)和肌皮神經(jīng)。在控制下肢假肢運動時如果選用肌電信號作為控制信號，可以將電極植入到長收肌、短收肌、骨二頭肌、股四頭肌和半腱肌等；如果選用神經(jīng)電信號作為控制信號，可以將電極植入到閉孔神經(jīng)、肌支神經(jīng)、股神經(jīng)等。
這種信號提取方法，通過植入體進行引線并應(yīng)用在骨植入式假肢上。無需使用表面電極和必要的表面信號線纜，從而解決了信號源與骨植入式假肢間的配合問題。在結(jié)構(gòu)上更加緊湊，安裝更為合理。殘肢者在安裝假肢后的運動也更為方便。另外這種方法不通過人體皮膚引線，減少了由于線纜與皮膚接觸而帶來的感染等問題。
權(quán)利要求
1.用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將帶孔的植入體上端插入截肢者殘肢的殘存骨內(nèi)，下端伸出體外與假肢相連；2)將用于檢測生物電信號的電極通過手術(shù)植入軟組織中的神經(jīng)束或肌肉束；3)將所述電極的引線經(jīng)所述植入體上的通孔引到體外的信號調(diào)理器，電極引線引出后，對所述植入體上的孔眼進行密封，體內(nèi)一側(cè)的孔眼用生物相容性材料密封；4)所述電極采集的體內(nèi)生物電信號首先經(jīng)所述信號調(diào)理器進行放大濾波，然后經(jīng)信號處理器映射成假肢運動的控制信號，所述控制信號經(jīng)功率放大器后，傳給電機驅(qū)動假肢運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在用于控制上肢假肢運動時，所述電極被植入到肱二頭肌和肱三頭肌中，檢測其肌電信號控制上肢假肢運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在用于控制上肢假肢運動時，所述電極被植入到橈側(cè)腕屈肌和橈側(cè)腕伸肌中，檢測其肌電信號控制上肢假肢運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在用于控制上肢假肢運動時，所述電極被植入到正中神經(jīng)、橈神經(jīng)和肌皮神經(jīng)中，檢測其神經(jīng)電信號控制上肢運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在用于控制下肢假肢運動時，所述電極被植入到長收肌、短收肌、骨二頭肌、股四頭肌和半腱肌中，檢測其肌電信號控制下肢假肢運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在用于控制下肢假肢運動時，所述電極被植入閉孔神經(jīng)、肌支神經(jīng)和股神經(jīng)中，檢測其神經(jīng)電信號控制下肢假肢運動。
全文摘要
用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。為了解決信號源與骨植入式假肢配合問題，減少線纜與皮膚接觸帶來的感染等缺陷，本發(fā)明公開了一種用體內(nèi)生物電信號控制骨植入式假肢的方法，包括如下步驟將帶孔的植入體上端插入截肢者殘肢的殘存骨內(nèi)，下端伸出體外與假肢相連；將用于檢測生物電信號的電極通過手術(shù)植入軟組織中的神經(jīng)束或肌肉束；將電極引線經(jīng)植入體上的通孔引到體外的信號調(diào)理器，電極引線引出后，對所述植入體上的孔眼進行密封，體內(nèi)一側(cè)的孔眼用生物相容性材料密封；電極采集的信號經(jīng)所述信號調(diào)理器進行放大濾波，然后經(jīng)信號處理器映射成假肢運動的控制信號，控制信號經(jīng)功率放大器后，傳給電機驅(qū)動假肢運動。
文檔編號A61F2/72GK1545988SQ20031011554
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者王人成, 姜明文, 張濟川, 金德聞 申請人:清華大學(xué)