Активные протезы ног с ЭМГ работают лучше

Снабженные приводом протезы ног лучше работают под управлением электрических сигналов, генерируемых мышцами, отмечается в отчете, опубликованном в журнале Американской медицинской ассоциации (JAMA). Полученные данные свидетельствуют о том, что бионические ноги с механическими датчиками для контроля перемещения могут быть значительно усовершенствованы за счет использования данных электромиографии (ЭМГ) и интерпретирующих их алгоритмов.

Исследователи из Реабилитационного института в Чикаго и Северо-Западного университета (США) опробовали свою систему на семи пациентах с ампутацией ноги выше колена. Каждый участник эксперимента был экипирован 9 датчиками ЭМГ на бедрах, которые были подключены к компьютеру. Участники использовали опытный экземпляр протеза, управляемого 13 механическими датчиками, которые измеряли инерцию, нагрузку, положение, угол, ускорение, скорость и крутящий момент в коленном и голеностопном суставах. Протез был разработан Майклом Гольдфарбом, профессором машиностроения из университета Вандербильта.

Участникам предложено было пройти по пандусу, лестнице и по ровной поверхности. Протезы, использовавшие лишь механические датчики, в течение 14,1 % времени работали с погрешностью. Но когда была подключена обработка данных ЭМГ, уровень погрешностей понизился до 7,9 % или стал в два раза реже.

"Это много", - считает Леви Харгрув, научный сотрудник Центра бионической медицины в чикагском Институте реабилитации, который возглавлял исследование. Семи участникам эксперимента не сообщили об использовании данных ЭМГ, но "каждый понял это сам», - сказал Харгрув. "В конце эксперимента, мы решили выяснить - какое из двух состояний предпочтительнее? И все без исключения выбрали вариант с использованием ЭМГ".

Этот прогресс - хорошая новость для людей с ампутацией ноги выше колена. Проектирование подобных протезов является сложной задачей, потому что они требуют четкой координации коленных и голеностопных движений. Особенно сложно происходит смена одного вида ходьбы на другой, как переход от ходьбы по ровной поверхности к подъему по лестнице.

Сегодня на рынке есть только два подобных протеза для ног. Один из них обеспечивает движение только коленного сустава и производится исландской компанией под названием Оссур. Другой, называемый Biom, с подвижной лодыжкой, был разработан группой Хью Герр в МИТ. Протезы, которые сочетают активное движение в колене и голеностопе, все еще находятся в экспериментальной стадии.

Проблема с этими механическими прототипами в том, что их конструкция не обеспечивают гибкость, необходимую для адаптации к различным типам походки. Пользователь должен остановиться и сделать какое-то специфическое движение корпусом или использовать пульт дистанционного управления, чтобы сообщить ноге, что нужно делать дальше. Это проблема, которая делает использование протеза зачастую неудобным и потенциально опасным.

Команда под руководством Харгрува стремится сделать процесс хождения спокойными и безопасными для людей с протезами ног. "Мы хотим, чтобы они имели возможность подойти и подняться вверх по лестнице так же, как это могу я»,- говорит Харгрув.