Designing Minimalistic Powered Arm Orthosis for Brachial Plexus Injuries

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorKotsiubailo, A. V.
dc.contributor.authorSavchuk, A. V.
dc.contributor.authorOmelkyna, D. V.
dc.contributor.authorShoferystov, S. Ye.
dc.contributor.authorLavrenko, Ia. I.
dc.contributor.authorTretiak, I. B.
dc.contributor.authorYakovenko, S. M.
dc.contributor.authorLysenko, O. M.
dc.contributor.authorPopov, A. O.
dc.date.accessioned2024-11-26T08:19:47Z
dc.date.available2024-11-26T08:19:47Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractElbow paresis, often resulting from brachial plexus injury, presents a significant challenge in the field of rehabilitation. To address this, we have developed a prototype powered orthosis that utilizes non-invasive surface electromyography (EMG) signals from neck muscles, such as the sternocleidomastoid, for intuitive control. This EMG-driven system allows for the precise manipulation of the elbow joint, covering the full physiological range of motion. The prototype’s design integrates an EMG signal processor with an orthosis action operator, creating a seamless interface between human intent and mechanical action. Healthy participants were able to use neck muscle contractions to control elbow rotation effectively, demonstrating the system’s potential for real-world application. The scaled EMG envelope directly influences the orthosis’s rotational actuator, ensuring responsive and accurate control. Through rigorous sensitivity analysis, we optimized the control algorithm by adjusting EMG window lengths, signal filtering, and thresholding parameters. This optimization process ensures that the system can adapt to individual user needs, providing personalized and efficient control. The real-time control achieved with this prototype marks a significant step forward in the development of biomedical rehabilitation devices. It not only offers a practical solution for those affected by elbow paresis but also lays the groundwork for future advancements in neuromechanical interfaces. Our ongoing research aims to refine this technology further, exploring the integration of signal processing algorithms to predict and adapt to user movements, thereby creating a more natural and intuitive user experience. The ultimate goal is to develop a fully functional orthosis that can be readily implemented in clinical settings, providing a non-invasive, effective solution for elbow rehabilitation.
dc.description.abstractotherПарез лiктьового суглоба, що часто виникає внаслiдок травми плечового сплетiння, становить значну проблему в галузi реабiлiтацiї. Щоб вирiшити цю проблему, ми розробили прототип ортеза з електроприводом, який використовує неiнвазивнi сигнали поверхневої електромiографiї (ЕМГ) вiд м’язiв шиї, наприклад стерноклеїдомастоїдний, для iнтуїтивного управлiння. Ця система, керована ЕМГ, дозволяє точно манiпулювати лiктьовим суглобом, охоплюючи весь фiзiологiчний дiапазон рухiв. Конструкцiя прототипу iнтегрує процесор ЕМГсигналiв з оператором управлiння ортезом, створюючи єдиний iнтерфейс мiж намiрами людини та механiчною дiєю. Здоровi учасники мали змогу використовувати скорочення м’язiв шиї для ефективного контролю обертання лiктя, демонструючи таким чином можливостi системи для застосування в реальних умовах. Масштабована огинаюча ЕМГ безпосередньо впливає на привiд обертання ортеза, забезпечуючи чутливий i точний контроль. Завдяки ретельному аналiзу чутливостi ми оптимiзували алгоритм керування, вiдрегулювавши довжину вiкна ЕМГ, фiльтрацiю сигналу та параметри порогових значень. Завдяки цьому процесу оптимiзацiї система може адаптуватися до iндивiдуальних потреб користувача, забезпечуючи персоналiзований та ефективний контроль. Управлiння в режимi реального часу, досягнуте за допомогою цього прототипу, є вагомим кроком вперед у розвитку бiомедичних реабiлiтацiйних пристроїв. Вiн не тiльки пропонує практичне рiшення для людей з парезом лiктьового суглоба, але й закладає основу для майбутнiх досягнень в областi нейромеханiчних iнтерфейсiв. Нашi поточнi дослiдження спрямованi на подальше вдосконалення цiєї технологiї, вивчаючи iнтеграцiю алгоритмiв машинного навчання для прогнозування та адаптацiї до рухiв користувача, тим самим створюючи бiльш природний та iнтуїтивно зрозумiлий користувацький досвiд. Кiнцевою метою є розробка повнофункцiонального ортеза, який можна буде легко впровадити в клiнiчних умовах, забезпечуючи неiнвазивне, ефективне рiшення для реабiлiтацiї лiктя.
dc.format.pagerangeС. 50-61
dc.identifier.citationDesigning Minimalistic Powered Arm Orthosis for Brachial Plexus Injuries / Kotsiubailo A. V., Savchuk A. V., Omelkyna D. V., Shoferystov S. Ye., Lavrenko Ia. I., Tretiak I. B., Yakovenko S. M., Lysenko O. M., Popov A. O // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2024. – Вип. 96. – С. 50-61. – Бібліогр.: 16 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2024.96.50-61
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/70798
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 96
dc.subjectupper limb orthosis
dc.subjectelectromyography signal
dc.subjectneck muscle activity
dc.subjectортез верхньої кiнцiвки
dc.subjectелектромiографiя
dc.subjectактивнiсть шийних м’язiв
dc.titleDesigning Minimalistic Powered Arm Orthosis for Brachial Plexus Injuries
dc.title.alternativeРозробка мiнiмалiстичного ортезу руки з електроприводом для лiкування травм сплетiння плечового пояса
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
50-61.pdf
Розмір:
2.24 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 96