МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт–Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра биотехнических систем
отчет
по дисциплине «Введение в специальность»
Тема: Бионический протез нижней конечности
Студенты гр. 0501 |
|
Агапова К. И. |
|
Алещенкова А. В. |
|
|
Конунников Г. А. |
|
|
Костенко С. Н. |
|
|
Слободина Ю. А. |
|
Руководитель, ст. преп. |
|
Боброва Ю.О. |
Санкт–Петербург
2021
Оглавление
1 Выбор регистрируемого физиологического параметра, анализ основных заболеваний, методов регистрации, оценка плюсов/минусов выбранного метода……………………..…..3
1.1 Обоснование физических основ регистрируемого параметра ……………………....3
1.2 Обоснование медицинской составляющей регистрируемого физиологического параметра…………………………………………………………………………………...…….7
1.3 Анализ заболеваний……………………………………………………………..…...….7
1.4 Методы регистрации………………………………………………………….………...8
1.5 Оценка плюсов и минусов выбранного метода…………………………………….…8
2. Разработка структурной и функциональных схем……………………………………….......9
2.1 Структурная схема………………………………………………….........................…...9
2.2 Функциональная схема………………………………………...……………………...12
3. Разработка алгоритма регистрации и обработки сигнала……………………………........14
4. Обоснование эргономических особенностей прибора…………………………………….16
4.1 Общие требования к протезу нижней конечности ……………..…………………...16
4.2 Материал протеза ……………………………………………...………………..……..17
4.3 Описание эргономических особенностей протеза …………..………………….…..18
5 Анализ нормативной документации на предмет безопасности эксплуатации прибора…22
5.1 Общие требования……………………………………………………………………..22
5.2 Состав комплекта поставки и наличие маркировки……………...………………….23
5.3 Электробезопасность ………………………………………..…...…...……………….23
5.4 Требования к материалам……………………….…………...………………………..25
6 Ремонт и обслуживание медицинской техники………………..………...…………………27
6.1 Медико-экономическое обоснование …………..…………………..………………..27
6.2 Подготовка к протезированию ……………………………………………………….30
6.3 Особенности эксплуатации …………………………………...……………………....31
6.4 Утилизация……………………………………………………………..........................32
Список литературы……………………………………………………………………………..33
ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………...…………………………….....36
1. Выбор регистрируемого физиологического параметра, анализ основных заболеваний, методов регистрации, оценка плюсов/минусов выбранного метода
1.1 Обоснование физических основ регистрируемого параметра
Движения мышц человека связаны с тем, что по нервам, которые иннервируют эти мышцы, проходит электрический импульс. Он и вызывает сокращение мышечных волокон.
Когда человеку хочется сделать движение, мозг генерирует сигнал, даже если конечность отсутствует. Этот сигнал перехватить, то после соответствующей обработки можно получить команду для управления протезом.
Воздействие специфического стимула в результате цепи биохимических реакций способствует повышению проницаемости мембран для ионов Na+, которые, проникая внутрь клетки, ведут к нарастанию деполяризации. Последующее повышение активности K–Na насоса приводит к массивному выбросу Na+ из клетки, что вызывает реполяризацию мембраны с возвращением потенциала к исходному значению.
В миелинизированном нервном волокне аксон окружен особой оболочкой, называемой миелином. Миелин по своей структуре – мембранное образование, состоящее преимущественно из фосфолипидов и по электрическим свойствам являющееся диэлектриком. Удельное сопротивление миелина достигает величины 500–800 Мом/см2. Другой важной особенностью миелина является малая величина удельной емкости.
Скорость проведения нервных импульсов различается в зависимости от нерва и участка нерва. В норме проведение по проксимальным отделам нерва быстрее, чем по дистальным. Этот эффект обусловлен более высокой температурой в туловище, приближающейся к температуре внутренних органов.[1].
Для определения скорости проведения импульсов (СПИ) сначала измеряется время наступления потенциала действия мышцы (в миллисекундах) при стимуляции двигательного нерва возле самой мышцы (латентное время – Т2 – ответа в дистальной точке) и в точке, расположенной проксимальнее по ходу нерва на некотором расстоянии (латентное время – Т1 – в проксимальной точке). Зная расстояние между двумя точками стимуляции (S) и разность латентных периодов (Т1–Т2), можно вычислить скорость проведения нервного импульса (скорость распространения возбуждения – СРВ) по формуле (1):
|
(1) |
,Для большинства нервов в норме СПИ, или СРВ, составляет 45–60 мм/мс или м/с.[10].
В частотной области основными параметрами являются медианная частота и средняя частота. Медианная частота определяется как частота (2), делящая спектральную плотность мощности (СПМ) на две равные части. Вычисляется по формуле (2):
|
(2) |
,где MedF – медианная частота, Гц; P – спектральная плотность мощности, f – частота.
Для анализа медианной частоты, которая используется для характеристики усталости мышц (в норме медианная частота в процессе физической нагрузки снижается), запись сигнала поверхностной электромиограммы разделяется на интервалы по 1 секунде, перекрывающиеся на 50%. Для каждого односекундного интервала вычисляется СПМ (спектральная плотность мощности) и медианная частота.
Средняя частота – частота, на которой СПМ принимает среднее значение (3), вычисляется по формуле:
|
(3) |
,где MeanF – средняя частота, Гц.
Средняя частота – частота, разделяющая спектр мощности в выделенном диапазоне на два равные по площади участка.
Средняя мощность выделенного частотного диапазона характеризует мощность ритмов и выражается в децибелах (дб).
Для механической части протеза используется следующий ряд формул.
Диаметр вала для опасного участка определяется по формулам (4) и (5):
Из условия прочности:
|
(4) |
,Из условия жесткости:
|
(5) |
,Осевой момент сопротивления сечения, исходя из условия прочности определяется по формуле (6):
Wx
|
(6) |
,Недогрузка вала определяется по формуле (7):
|
(7) |
=
,Определение общего к.п.д. привода по формуле (8):
|
(8) |
,где
– общий к.п.д. привода;
– к.п.д. передачи (ременной, зубчатой,
цепной и т.д.);
– к.п.д. одной пары подшипников качения;
Определение ориентировочной мощности электродвигателя происходит по формуле (9):
|
(9) |
,Определение ориентировочной частоты вращения вала электродвигателя происходит по формуле (10):
|
(10) |
,
где
– ориентировочная частота вращения
вала двигателя, об/мин;
– частота вращения ведомого вала
привода, об/мин;
– общее передаточное число привода.
Частота вращения ведущего вала привода равна частоте вращения двигателя (11):
|
(11) |
,Угловая скорость ведущего вала привода определяется по формуле (12):
|
(12) |
,Частота вращения промежуточного вала привода определяется по формуле (13):
|
(13) |
,Определение мощности валов привода производится по формуле (14):
|
(14) |
,Определение вращающих моментов на ведущем, промежуточном и ведомом валах привода по формуле (15):
|
(15) |
,где
– вращающий момент соответствующего
вала, Нм;
– мощность соответствующего вала, Вт;
– угловая скорость соответствующего
вала, рад/с;[3].