21.05.2020, Чт, 17:25, Мск

Сеть магазинов «Магнит» обучит сотрудников работе на удаленке и основам безопасности в условиях коронавируса с помощью решения «Talenttech.Обучение». Также компания протестирует и обучит сотрудников основам кибербезопасности, владению статистическим аппаратом, Excel и навыкам удаленной коммуникации.

На время карантина многим сотрудникам сети пришлось перейти на удаленный формат работы, преимущественно это коснулось офисного персонала – 85% из них. Руководство компании решило использовать это время для усиления компетенций команды и развития базовых цифровых навыков.

«Востребованные сейчас диджитал-компетенции сотрудников критически важны для удержания позиций на рынке, особенно в условиях перехода на удаленку. Во время кризиса выигрывают те компании, которые используют это время для развития и усиления навыков команды: повышение профподготовки приведет к росту производительности труда и общей конкурентоспособности. Наше решение предлагает компаниям бесплатный антикризисный пакет для развития таких навыков, как основы безопасности и удаленная работа – эти знания особенно важны сейчас. Наш опыт показывает, что 40% людей не справляются с тестом, однако после обучения 84% подтверждают владение навыком. Также адаптивность увеличивает скорость обучения на 50% – как показывает практика, тест на базовое владение навыком проходят за полчаса-час. Использование такого решения позволит ускорить цифровизацию бизнеса за счет сильных диджитал-компетенций команды, несмотря на сложное для компаний время карантина», – сказал

«Работа в режиме самоизоляции дала возможность нашим сотрудникам использовать свободное время с пользой для своего профессионального развития. В этом плане инструменты цифрового обучения, которые предоставляет Talenttech, очень актуальны. В настоящее время мы включили пакет цифровых тренингов в программу обучения персонала. Например, сотрудник проходит тестирование на платформе Talenttech, определяет свой уровень владения тем или иным цифровым навыком и после этого обучается конкретному направлению. Таким образом, работнику не надо осваивать весь курс, он учится только тому, что ему действительно необходимо. По итогам пройденного курса на платформе, исходя из потребности, мы зачисляем его уже на более высокий уровень на свой внутренний курс. Такой подход удобен и эффективен для сотрудников, экономит их время. Для компании это возможность сделать обучение более разнообразным, интересным и выгодным», – отметила

Большинство тестов адаптивны. Уровень сложности вопросов в тесте изменяется в зависимости от успешности ответа на предыдущие. Это позволяет примерно на 50% сократить время прохождения теста.

Решение составляет индивидуальный образовательный трек. Определяет и направляет пользователя на обучение только актуальным навыкам и темам внутри навыка. Это сокращает индивидуальный план развития (ИПР) примерно на 60% и экономит время за счет определения развитых зон и выявления конкретных тем внутри раздела, по которому надо дообучить сотрудника. Вовлеченность в обучение после тестов составляет 65%.

По итогу прохождения руководитель получает аналитику. В решение включен дэшборд по пользователям, навыкам и позициям, а также данные для принятия управленческого решения по топ-навыкам для последующего обучения. Решение не видит персональные данные сотрудников, только зарегистрированные номера телефонов и логины. Выгруженную аналитику компания получает автоматически.

Готовый контент по заданным навыкам. По итогам тестирования сотрудник получает подготовленный для него контент для развития по необходимым ему навыкам. Наличие данных для усиления навыков экономит время HR-отдела – им не нужно искать и планировать обучающую программу.

Микрообучение. Человеческий мозг легче воспринимает дозированную информацию, нежели большой объем данных сразу.

Качественная удаленная работа предполагает владение диджитал-навыками на высоком уровне. Это первый шаг к цифровой трансформации бизнеса.

С помощью «Talenttech.Обучения» «Магнит» планирует усилить навыки инфобезопасности в условиях дистанционной работы с данными, а также компетенции в удаленной коммуникации.

По результатам адаптивного теста каждый сотрудник получает индивидуальную программу обучения, основанную на его пробелах в знаниях. Это нужно для того, чтобы быстро и точечно закрывать конкретные потребности в навыках человека.

Решение «Talenttech.Обучение» предлагает как «пакетное» решение с готовыми тестами и мгновенным внедрением, так и кастомизацию – создание теста с нуля под конкретные задачи и цели клиента.

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПОДВЕСКИ РОЗЕТКИ ДЛЯ АМПУТ

Это изобретение было сделано при государственной поддержке в рамках гранта 90BI0034, предоставленного Национальным институтом исследований инвалидности, самостоятельного образа жизни и реабилитации (NIDILRR). Правительство имеет определенные права на изобретение.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе контроля подвеса гнезда для протезирования, в частности к системе по существу непрерывного контроля.

Ампутация — все еще распространенная процедура и обычно связана с высокими медицинскими расходами на протяжении всей жизни.В США ежегодно выполняется 185 000 ампутаций. Наибольшее количество пациентов с ампутированными конечностями старше шестидесяти пяти лет. В 2010 году около 73 000 нетравматических ампутаций нижних конечностей было выполнено взрослым в возрасте 20 лет и старше с диагностированным диабетом. Исследование Департамента по делам ветеранов показало, что средняя пожизненная стоимость протезирования и медицинской помощи при потере одной ноги для ветерана войн в Ираке или Афганистане составила более 1,4 миллиона долларов.

На долю лиц с ампутированными нижними конечностями приходится около 84% от 1.7 миллионов человек с ампутированными конечностями в США сейчас вынуждены полагаться на протезы ног, чтобы восстановить вертикальное движение. Гнезда для протезов и связанные с ними системы подвески служат единственным связующим звеном между остатками ампутированных конечностей и протезами и играют ключевую роль в здоровье и функциональности людей с ампутированными конечностями. Хорошо подогнанная розетка поможет инвалидам достичь удовлетворительной передачи нагрузки, устойчивости и эффективного управления мобильностью. Кроме того, эффективная система подвески предотвращает большое относительное движение между гнездом и остатком.

Люди с ампутированными нижними конечностями полагаются на протезы и подвесные системы для взаимодействия с протезами. Осложнения из-за плохо подогнанного гнезда включают неправильную походку, высокое потребление энергии во время передвижения и повторяющееся повреждение кожи, как показано на фиг. 1. Различные протезы показаны на фиг. 2, а анатомия голени показана на фиг. 3 для справки. К тому же объем культи меняется в течение дня. Примерный пень показан на фиг. 4. Неправильная установка розеток может отрицательно сказаться на здоровье и повлечь за собой независимость людей с ампутированными конечностями.

Несмотря на то, что ортопедические системы с подвесом для суставов тщательно разрабатываются хорошо обученными профессионалами, нет гарантии, что прилегание к суставам и эффективность системы подвески будут поддерживаться в течение длительного периода времени. Жесткая лунка не может адаптироваться к изменениям остаточного объема, которые включают 1) долгосрочные изменения, связанные с массой тела, и 2) краткосрочные изменения, такие как сокращение, вызванное повторяющейся нагрузкой на остаток или отек после движения из-за ослабленной сосудистой системы, связанной с диабетом.Следовательно, розетки могут оказаться плохо подогнанными, и система подвески может потерять свою эффективность.

Плохо подогнанные розетки и неэффективные подвесные системы отрицательно сказываются на здоровье и независимости людей с ампутированными конечностями. Неправильно подогнанное гнездо может вызвать недопустимое высокое давление на остатки, а неэффективная система подвески может вызвать сильное трение / трение между гнездом и остатком, что приводит к ссадинам на коже. Как недопустимое высокое давление, так и трение об остаток 1 ) вынуждают людей с ампутированными конечностями придерживаться неэффективной походки, что снижает их подвижность и способствует вторичным травмам (например,грамм. остеоартрит на неповрежденной стороне, остеопения на протезной стороне, боли в спине, 2) вызывают повреждение кожи, которое трудно излечить, и не позволяет инвалидам пользоваться протезами ног. Это снижение подвижности и травмы ограничивают независимость людей с ампутированными нижними конечностями и привязывают их к инвалидным креслам.

В настоящее время подгонка гнезда и эффективность подвешивания контролируются только инвалидами. Этот подход самоконтроля имеет свои ограничения: 1) инвалиды с невропатией не способны на этот подход.Но невропатия очень распространена среди пожилых людей с ампутированными конечностями и пациентов с диабетом, что является причиной номер один ампутации в США. Людям с ампутированными конечностями, страдающим невропатией, рекомендуется регулярно проверять свои остатки как визуально, так и тактильно на предмет повреждений кожи. Из-за высокой физической и психологической нагрузки, связанной с частым надеванием / снятием гнезда, инвалиды с нейропатией обычно плохо справляются с остаточным состоянием и страдают от повторных повреждений кожи. Некоторым инвалидам даже приходится полностью отказываться от протезов.2) Результаты самоконтроля очень субъективны, и точность мониторинга трудно оценить или улучшить. Проблемы с кожей продолжают оставаться одной из самых серьезных проблем для людей с ампутированными конечностями.

Непрерывный контроль подвешивания лунок также важен для врачей и протезистов при проведении профилактических вмешательств. В настоящее время любая информация, связанная с установкой гнезда и эффективностью подвески в повседневной жизни людей с ампутированными конечностями за пределами клиники, основана исключительно на отзывах пользователя, которые являются субъективными, возможно неточными / противоречивыми и обычно откладываются.Объективная количественная информация имеет решающее значение и более полезна для клиницистов и протезистов, чтобы понять взаимодействие между лункой и остатком в повседневной жизни людей с ампутированными конечностями. Информация, собранная с помощью системы непрерывного мониторинга, также может использоваться для выявления изменений в образе жизни людей с ампутированными конечностями. Например, резкое снижение частоты использования протезов может указывать на другие проблемы со здоровьем и социальные проблемы. Обладая этой информацией, врачи и протезисты смогут быстро принимать клинические решения и вмешиваться на более ранней стадии, чтобы предотвратить травмы, диагностировать проблемы со здоровьем и предоставить консультации.

Измерить поршневую нагрузку сложно из-за непрозрачности и жесткости протезов. В нескольких исследованиях использовались методы рентгенографии для оценки положения костных структур остаточной конечности относительно стенки лунки. Однако исследования на основе ионизирующего излучения в основном ограничивались статическим поршневым анализом и подвергались воздействию ненужного излучения. Оборудование, используемое в этих исследованиях, также очень дорогое и недоступно для врачей и протезистов.В последнее время количество поршней на границе «культя-гнездо» измеряется путем отслеживания положения маркеров, прикрепленных к вкладышу, с использованием фотографических и оптических методов захвата движения. Методы оптического захвата движения требуют прозрачного гнезда для доступа к маркерам внутри гнезда. Следовательно, этот метод не может быть использован для оценки часто непрозрачных повседневных глазниц пациентов. Бесконтактные фотоэлектрические датчики также недавно использовались для оценки динамического поршневого действия. Для размещения датчиков потребовались некоторые серьезные модификации, такие как сверление отверстий в гнезде.Такие модификации часто являются дорогостоящими и приводят к необратимому повреждению розетки.

Соответственно, настоящее изобретение направлено на систему и способ контроля подвески розетки для людей с ампутированными конечностями, которые устраняют одну или несколько проблем, связанных с ограничениями и недостатками предшествующего уровня техники.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить систему мониторинга для лиц с ампутированными конечностями, у которых есть протез с гнездом, где система включает в себя крышку или вкладыш для остатков, по крайней мере, один магнит, прикрепленный к крышке или вкладышу для остатков, и множество магнитных датчики в розетке.

В другом аспекте настоящего изобретения способ отслеживания движения остатка в протезе, где остаток покрыт подкладкой или крышкой, включающей по меньшей мере один магнит, а протез включает множество магнитных датчиков, включает в себя идентификацию расположение магнита вблизи, по меньшей мере, одного из магнитных датчиков; и определение смещения магнита по меньшей мере от одного магнитного датчика.

Дополнительные варианты осуществления, особенности и преимущества системы контроля подвески розеток, а также структура и работа различных вариантов осуществления системы контроля подвески розеток подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и последующее подробное описание являются только иллюстративными и пояснительными и не ограничивают заявленное изобретение.

Прилагаемые рисунки, которые включены в данное описание и составляют часть спецификации, иллюстрируют систему контроля подвески розеток. Вместе с описанием фигуры дополнительно служат для объяснения принципов описанной здесь системы контроля подвески розеток и, таким образом, позволяют специалисту в соответствующей области техники создавать и использовать систему контроля подвески розеток.

РИС. 1 представляет собой фотографию, показывающую пример повреждения остатков от плохо подогнанного носка или протеза.

РИС. 2 показаны различные протезы.

РИС. 3 показана анатомия голени.

РИС. 4 показан пример пня.

РИС. 5 иллюстрирует вариант осуществления системы мониторинга согласно принципам настоящего изобретения.

РИС. 6 показывает примерный магнит для использования в варианте осуществления настоящего изобретения.

РИС. 7 показывает примерное расположение сенсорных элементов в примерном варианте осуществления настоящего изобретения.

РИС. 8A показывает примерную конструкцию платформы калибровки датчика в соответствии с принципами настоящего изобретения.

РИС. 8В показан прототип калибровочной платформы.

РИС. 9A показано расположение датчика и соответствующая система координат, использованная в исследовании моделирования.

РИС. 9В показано распределение магнитного поля вокруг магнитного маркера на основе анализа методом конечных элементов.

РИС. 10A и 10B показывают измерение SSMS, основанное на моделировании.

РИС. 11 показана установка с одним датчиком.

РИС. 12A показывает конструкцию электронной печатной платы в соответствии с принципами настоящего раскрытия.

РИС. 12В иллюстрирует размер собранного прототипа системы мониторинга сокетов.

РИС. 13 иллюстрирует базовую структуру программного обеспечения в соответствии с описанными здесь принципами.

РИС. 14 — блок-схема, иллюстрирующая выбор сенсорного элемента.

РИС. 15 показаны необработанные данные от одного магнитного элемента, когда SSMS перемещается по параллельной направляющей.

РИС. 16 иллюстрирует сенсорный элемент trakSTAR, использованный в описанном здесь исследовании.

РИС. 17 иллюстрирует конфигурацию розетки с прикрепленными к ней маркерами.

РИС. 18 иллюстрирует платформу, используемую для калибровки двух систем захвата движения.

РИС. 19: Высота калибровочной платформы от беговой дорожки в зависимости от ошибки, связанной с калибровкой.

РИС. 20: Траектория магнитного зонда с использованием измерения системы trakSTAR и траектория магнитного зонда, определенная с помощью виртуальной точки на гнезде.

РИС. 21: среднеквадратичная ошибка системы магнитного захвата движения.

РИС. 22: Возможные места для магнитов на остатке.

РИС. 23: Типичное движение поршня, измеренное на пациенте с ампутированной конечностью.

РИС. 24: чтение SSMS, когда субъект шел с хорошей системой подвески.

РИС. 26: Изменение среднего уровня поршня в двух ситуациях подвески.

Теперь будет сделана подробная ссылка на варианты осуществления системы контроля подвески розеток со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения, не выходящие за рамки сущности или объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и вариации этого изобретения при условии, что они входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Непрерывный контроль посадки гнезда и подвески может предоставить важную информацию для людей с ампутированными конечностями, врачей и протезистов, чтобы избежать проблем со здоровьем за счет раннего вмешательства.Согласно принципам настоящего изобретения, практически непрерывный мониторинг может быть достигнут с меньшими затратами, чем доступный в настоящее время мониторинг.

В одном из аспектов настоящего изобретения магнитные датчики на носке плотно прилегают к остаточной конечности. Магнитные датчики в носке предназначены для взаимодействия с датчиком в протезе или соответствуют ему, что позволяет отслеживать и измерять смещение конечности по отношению к протезу и может предоставлять информацию, например, как интерфейс «трется» или в противном случае работает.

Например, система контроля гнезда / подвески в соответствии с принципами настоящего изобретения отслеживает относительное смещение между остатком ампутации и его гнездом с помощью магнитных датчиков. Благодаря информации, предоставленной сенсорной системой, врачи и протезисты смогут быстро принимать клинические решения и вмешиваться на более ранней стадии, чтобы предотвратить травмы, диагностировать проблемы со здоровьем и предоставить консультации.

Непрерывный мониторинг посадки гнезда и эффективности подвески предоставляет ключевую информацию для людей с ампутированными конечностями, врачей и протезистов, чтобы избежать проблем со здоровьем за счет раннего вмешательства.Однако никакие продукты, представленные в настоящее время на рынке, не могут использоваться для постоянного мониторинга в повседневной жизни.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, недорогая, удобная, простая в использовании, непрерывная розетка / подвеска обеспечивается отслеживанием относительного смещения между остатком ноги инвалида и его гнездом (поршневое движение) с помощью магнитных датчиков.

Непрерывный мониторинг важен для минимизации негативного воздействия, вызванного неподходящими розетками и неэффективными системами подвески, поэтому возможно быстрое вмешательство людей с ампутированными конечностями и / или протезистов и клиницистов.При небольших остаточных изменениях инвалиды могут добавлять / убирать протезный носок; для более крупных и более длительных изменений остаточного объема протезы и клиницисты могут изменить прокладку или реконструировать лунку.

В соответствии с принципами настоящего изобретения магнитное поле создается, по меньшей мере, одним крошечным постоянным магнитом, прикрепленным к подкладке (в качестве активного маркера). Матрица магнитных датчиков, прикрепленная, например, к внешней поверхности гнезда, измеряет смещение маркера. По сравнению с существующими системами, эта активная система отслеживания маркеров полезна, потому что: 1) она не влияет на целостность разъема, поскольку разъемы не блокируют магнитное поле, создаваемое маркером, 2) ее можно прикрепить к любой существующей катушке. вкладыш напрямую без модификации существующей системы подвеса раструба; и 3) это может быть достигнуто с помощью обычных недорогих датчиков.Все эти особенности делают эту поршневую измерительную систему удобной для носки, доступной по цене, простой в установке и использовании.

РИС. 5 иллюстрирует вариант осуществления системы мониторинга согласно принципам настоящего изобретения. Небольшой магнит прикреплен к внешней поверхности вкладыша, то есть стороне вкладыша, противоположной стороне, прилегающей к коже пациента. Магнит перемещается вместе с остаточной конечностью внутри ортопедического гнезда. Относительное смещение между вкладышем и гнездом измеряется путем отслеживания местоположения магнита с помощью измерительного блока, который крепится за пределами гнезда протеза.

Магнит в этом примере представляет собой небольшой неодимовый магнитный диск диаметром 5 мм и толщиной 2 мм (показан на фиг. 6), но может быть любым магнитом подходящего размера и доступным для использования с соответствующей сенсорной системой. Может использоваться электромагнит, который может обеспечить лучшую сенсорную систему. Однако использование электромагнита требует источника питания для электромагнита, который должен быть адаптирован для работы в тесной и динамичной среде.

Как показано на фиг. 6, размер магнита может быть меньше U.Монета S. четверть доллара или меньше. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, в котором используется постоянный магнит, магнит не требует внешнего возбуждения или источника питания для создания магнитного поля, необходимого для отслеживания его местоположения. Магнит приклеивается к внешней поверхности лайнера подходящим клеем, таким как Tuf-Skin®, который используется, чтобы избежать потенциального повреждения лайнера во время процедуры монтажа / демонтажа. Для прикрепления магнита к подкладке или внутри нее можно использовать другие методы крепления, такие как склеивание, обшивка, пришивание и т. Д.Магнит также может быть включен во вкладыш, когда вкладыш изготовлен, отлит или встроен в протезный носок, который прикреплен к вкладышу. Понятно, что магниты могут быть включены в протез, а датчики могут быть предусмотрены на подкладке.

Блок измерения проиллюстрированного варианта осуществления включает в себя матрицу датчиков и несколько усилителей и привязан к стандартной плате сбора данных (DAQ). Система может быть отвязанной, например с беспроводным модулем, который может передавать собранные данные на мобильную платформу, такую ​​как сотовый телефон, планшет или другой мобильный процессор.В проиллюстрированном варианте осуществления матрица датчиков состоит из множества анизотропных магниторезистивных (AMR) датчиков, AAT001-10E, от NVE (Иден-Прери, Миннесота) для измерения магнитного поля, создаваемого магнитом. Подобные датчики широко используются в смартфонах. Могут использоваться другие подходящие датчики.

В соответствии с рекомендациями NVE, INA118, инструментальный усилитель малой мощности для Texas Instrument или совместимый с ним, используется для усиления сигналов, собираемых с магнитных датчиков.INA118 может работать от источника питания 5 В постоянного тока, и для работы усилителей требуется очень низкая мощность (менее 0,002 Вт на каждый усилитель). Сигналы, собранные от измерительного блока, будут переданы на плату сбора данных, которая может быть установлена, например, на персональном компьютере. Измерительная коробка / блок наклеивается или перевязывается на внешней поверхности гнезда протеза. Примерный блок магнита и датчика показан на фиг. 7. На фиг. 7 примерное расположение сенсорных элементов показано «кружками», обозначающими верхнюю поверхность магнитных угловых сенсорных элементов.

Из-за ограничения диапазона измерения каждого сенсорного элемента сенсорные элементы расположены так, чтобы максимально увеличить диапазон измерения системы контроля подвески розеток, чтобы свести к минимуму повседневные усилия по калибровке. При испытании, чтобы гарантировать, что нормальное поршневое движение может быть измерено матрицей сенсорных элементов, диапазон измерения был установлен как 25,4 мм вдоль дистально-проксимального направления (вдвое больше допустимого диапазона поршневого действия). Пять чувствительных элементов выровнены в ряд, чтобы покрыть этот диапазон измерения (см. РИС.7). На фиг. 7 белыми точками обозначена верхняя поверхность элементов датчика магнитного угла.

Варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются конструкциями датчиков, описанными выше, которые являются лишь примером конструкций датчиков. Ключевой информацией, собираемой сенсорной системой, является относительное расстояние между сенсорным элементом и магнитом. Измерение расстояния можно использовать, измеряя амплитуду магнитной плотности, ориентацию магнитной плотности или их комбинацию. Настройка массива призвана обеспечить баланс между точностью и комфортом для пациента.Элементы магнитного датчика имеют диапазон отслеживания для данного магнита. Диапазон обычно увеличивается с размером магнита. Точность измерения может быть ограничена для повышения комфорта пациента, поскольку магнит меньшего размера не всегда может находиться в диапазоне действия датчика. Однако большие магниты не подходят для ношения пациентом. Для отслеживания небольшого магнита можно использовать матрицу датчиков, чтобы обеспечить отслеживание магнита по крайней мере для одного или двух датчиков.

При этом известно расстояние до чувствительных элементов.Такая установка массива может повысить точность измерений за счет объединения данных, собранных с разных датчиков. Однако существует также баланс между точностью и стоимостью сенсорной системы.

Аналогично, микросхемы электронной обработки или печатная плата, описанные здесь, являются просто примерными, и другие такие устройства могут быть заменены в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Датчики в соответствии с принципами настоящего изобретения могут быть откалиброваны на испытательной платформе.Примерная конструкция платформы калибровки датчиков показана на фиг. 8А. Как показано, примерная калибровочная платформа включает в себя 1 : сенсорный блок; 2 , бегунок; 3 , винтовой; 4 , верхнее основание; 5 , нижнее основание; 6 , фут; 7 , рельс; 8 , магнит; 9 , гайка нижняя; 10 , гайка верхняя; и 11 , пузырьковый уровень. (Этот чертеж используется для демонстрации основной концепции и не отражает точных размеров.) Испытательная платформа позволяет непрерывно регулировать расстояние между датчиком и магнитом по осям x и z. Дискретные регулировки по оси Y могут быть выполнены путем изменения монтажного положения на ползунке. Построенная испытательная платформа показана на фиг. 8B.

Тестовая площадка включает две базы. Магнит закреплен на нижнем основании, а сенсорный блок — на ползуне, который скользит по двум направляющим, установленным на верхнем основании. Три винта используются для поддержки двух оснований на трех ножках.Вращая гайки на винтах и ​​используя пузырьковые уровни, можно выровнять два основания и отрегулировать расстояние между нижним и верхним основаниями. Все компоненты, кроме направляющих, гаек и винтов, изготовлены из пластика, а все металлические части расположены далеко от датчика и магнита, чтобы избежать дополнительных магнитных шумов.

Хорошее совмещение блока датчика магнита и магнита повышает точность измерения поршневого патрубка. Процедура юстировки сенсора проводилась с использованием фантомного магнитного маркера.

Процедура установки может выполняться следующим образом:

• • 1) Приклейте магнит к подкладке с помощью Tuf-Skin® в указанном месте.
  • 2) Попросите человека с ампутированной конечностью поддержать протезом весь вес своего тела так, чтобы остаток находился в самом глубоком месте в лунке.
  • 3) Перемещайте небольшой магнитный диск по внешней поверхности гнезда, пока диск не приклеится к магнитному маркеру внутри гнезда. Маленький магнитный диск служит фантомным магнитным маркером.
  • 4) Отметьте местоположение фантомного маркера перед его снятием.
  • 5) Переместите блок датчика, закройте отмеченное место, пока показания датчика не укажут, что магнитный маркер находится в центре диапазона измерения датчика.
  • 6) Поверните сенсорный блок вокруг оси z (как показано в HU 8 A), не изменяя его показания, пока его ориентация не будет совмещена с проксимально-дистальным направлением.

Эта примерная процедура позволяет отслеживать магнит, когда магнит перемещается проксимально до 12.7 мм (намного больше, чем ожидаемое движение поршня) и дистально до 6 мм (в случае сжимающегося остатка) от его текущего положения. Учитывая диапазон измерения, ежедневная калибровка местоположения датчика не требуется. Однако, если требуется перенастройка местоположения, процедура калибровки может быть легко выполнена опекуном.

Тестирование примерных вариантов осуществления

Система розеток согласно принципам, проиллюстрированным на фиг. 5 был протестирован на стенде.В ходе испытания постоянный проницаемый магнитный диск был прикреплен к внешней поверхности лайнера в качестве активного магнитного маркера. Магнитный измерительный блок был совмещен с маркером и прикреплен к внешней стороне гнезда. Также была определена система координат для описания движения маркера. Изменение расстояния между маркером и измерительным блоком вдоль оси x (дистально-проксимальное направление) указывало на то, что поршень должен отслеживаться. Мы предположили, что вращение магнита игнорируется, потому что магнит перемещается на очень небольшое расстояние по внутренней поверхности гнезда, которая была довольно плоской.

Поршень определяется для целей настоящего описания как относительное смещение между одной точкой гильзы, которая была обозначена магнитным маркером, и гнездом протеза. Это определение было выбрано из-за удобства применения и согласовано с аналогичными исследованиями. Соответствующие усилия включали: моделирование, проектирование и производство электроники, изготовление механических приспособлений и программирование. Разработанный прототип был протестирован на испытательном стенде, предназначенном для этого проекта, а затем испытан на пациентах с ампутированными конечностями.

Simulation Study

Было проведено пилотное исследование, основанное на численном моделировании с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом: Finite Element Method Magnetics (FEMM). На основе выбранного магнитного датчика и магнитного маркера можно было рассчитать выходной сигнал каждого магнитного датчика, когда магнитный маркер находился в различных местах в пределах диапазона измерения. Пилотное исследование было разработано для 1) понимания характеристик отдельного сенсорного элемента и 2) разработки и проверки возможности автокомпенсации для устранения влияния движений, которые происходят не в дистально-проксимальном направлении.

Результаты пилотного исследования показали, что выходной сигнал датчика и движение между магнитным датчиком и магнитом в дистально-проксимальном направлении связаны линейно; 2) влияние движений по двум другим направлениям либо игнорировалось, либо могло быть компенсировано.

Характеристики одиночного сенсорного элемента

Мы определили взаимосвязь между показаниями сенсора и относительным смещением между магнитом и сенсором на основе результатов моделирования FEMM. Хотя это программное обеспечение обеспечивает только двухмерное моделирование магнитного поля, мы можем интерпретировать магнитное поле всего трехмерного пространства через перенос координат, поскольку магнит осесимметричен.Поместив магнитные диски в исходное положение (O), мы рассчитали датчик магнитного угла S1, считывающий в любых точках (x _м , y _м , z _м ), чтобы оценить производительность предлагаемой SSMS. Результаты этого исследования показали, что 1) движение маркера по оси y (как показано на фиг. 5) не влияет на измерение поршневого действия (движение по оси x); 2) перемещение маркера по оси z создает неожиданный шум для измерения поршня, и его необходимо компенсировать.

РИС. 9A — расположение датчика и соответствующая система координат, где S1 и S2 — магнитные датчики угла; и моделирование магнитного поля магнитного диска (толщиной 1 мм при диаметре 5 мм от N52).

Верхние части магнитных датчиков были расположены вдоль плоскости xz, показанной на фиг. 9А. Для каждого магнитного датчика угла существует чувствительная поверхность, которая параллельна верхней поверхности чувствительного элемента. Проекция локального магнитного поля на этой чувствительной поверхности сравнивается с эталонным магнитным полем, которое заранее задано на чувствительной поверхности, и относительный угол между выступающим компонентом и эталонным магнитным полем используется в качестве выходного сигнала датчика.Когда магнит движется вдоль оси x, выходной угол является линейной функцией расстояния между датчиком и магнитом.

РИС. 10A и 10B показывают измерение SSMS, основанное на моделировании. ИНЖИР. 10A с z _m = 6,8 мм и ФИГ. ZB с y _м = 3,5 мм. На основании ориентации датчика, упомянутой на фиг. 10A и 10B, мы вычислили угол между составляющей проекции магнитного поля в плане xz и эталонным магнитным полем в том же плане, который был совмещен с осью x.Чтобы понять производительность SSMS при движении по разным осям, мы провели два типа численных исследований. Сначала мы перемещали магнитный датчик по оси x с фиксированным z _m0 и другим y _m . Во-вторых, мы перемещали магнитный датчик по оси x с фиксированным y _m0 и другим z _m . Постоянное значение z _m0 = 6,8 мм складывается из средней толщины муфты (3,8 мм), средней толщины трехслойных носков (1,5 мм) и 1,5 мм для расстояния между центром измерения чувствительного элемента и разъемом. поверхность; y _m0 = 3 мм — половина максимального ожидаемого смещения в направлении y.ИНЖИР. 10A показывает, что угол β имеет хорошую линейную связь со смещением датчика по оси x с фиксированным z _м и не чувствителен к смещению по оси y, но смещение по оси z действительно вызывает ошибки в SSMS, как показано на фиг. 10B.

Электронная конструкция SSMS

Прототип SSMS был разработан на основе AAT003-10E (NVE Corporation, Миннесота, США), магнитного датчика, который выводит угол между внешним магнитным полем и предварительно заданным опорным направлением в его чувствительном поверхность. Сопоставимые системы также могут быть построены на основе других подобных сенсорных элементов.

Для достижения большей амплитуды сигнала, большей точности и меньшей температурной зависимости для этой системы был принят подход дифференциального усиления. Примерная установка с одним датчиком показана на фиг. 11. Примерные значения C10 и C12 составляют 100 пФ, а примерное значение R11 — 33K. Основываясь на результатах предыдущего моделирования, было разумно предположить, что существует линейная зависимость между ориентацией магнитного поля и расстоянием между сенсорным элементом и магнитным маркером, когда маркер находится близко к сенсорному элементу.Показание одиночного чувствительного элемента должно быть:

vi = Aisin (xidi-π4) + BiEq. (1)

, где i обозначает этикетку каждого чувствительного элемента; показание напряжения для i-го чувствительного элемента; A _i и B _i — константы, которые были определены электронными компонентами, используемыми для поддержки i-го чувствительного элемента; — проекция расстояния от магнитного маркера до i-го сенсорного элемента на верхнюю поверхность магнитного маркера; d ₁ — это переменная, связанная с расстоянием между сенсорным элементом и верхней поверхностью магнитного маркера (z, как показано на фиг.9А). Здесь мы предположили, что северный полюс магнитного маркера обращен к сенсорному элементу и служит его верхней поверхностью.

Поскольку диапазон измерения одного сенсорного элемента был ограничен (около ± 7 мм на основе результатов моделирования), было использовано несколько сенсорных элементов, чтобы гарантировать, что диапазон измерения SSMS полностью покрывает потенциальную область движения магнитного маркера. Таким образом, была принята установка массива с размещением 4 сенсорных элементов в ряд. Эта установка была выбрана на основании наших наблюдений, что реальная амплитуда поршня была мала для хорошо подогнанного гнезда.В будущем могут потребоваться дополнительные сенсорные элементы. были сделаны

Две основные модификации, чтобы обеспечить согласованность между различными элементами датчика: 1) добавление REF3225 (Texas Instruments, TX) опорного напряжения для обеспечения усилителя для каждого чувствительного элемента был тот же опорного напряжения и 2) добавление REG113EA-5 / 250 (Texas Instruments, TX), чтобы гарантировать, что на показания сигнала не повлияет небольшое изменение напряжения источников питания (ситуация, которая ожидалась, когда батареи использовались для обеспечения питания).

Одним из ключевых конструктивных параметров системы SSMS было расстояние между каждым сенсорным элементом. Этот параметр l напрямую влияет на диапазон измерения, точность измерения, стоимость и выбор параметров программного обеспечения. Для меньшего l мы ожидали лучшей точности измерения, но меньшего диапазона измерения при фиксированном количестве сенсорных элементов. Для первоначального прототипа мы выбрали максимальную точность измерения за счет минимизации l = 7 мм. Дальнейшее уменьшение этого параметра значительно увеличило бы стоимость изготовления SSMS, что также было серьезной проблемой при проектировании системы.

РИС. 12A иллюстрирует конструкцию печатной платы сконструированного SSMS.

Физическая конструкция SSMS

Производство SSMS включало: изготовление электронной платы и изготовление блока датчиков. Изготовление электронной платы производилось по стандартной процедуре, а электронные элементы припаивались вручную и через переливающую печь. Корпус датчика был изготовлен путем сборки нескольких пластиковых деталей, которые были обработаны с помощью лазерного резака. Эти детали были прочно скреплены вместе с помощью суперклея.Собранный прототип SSMS показан на фиг. 12B.

Разработка программного обеспечения для измерений SSMS

Чтобы воспользоваться преимуществами аппаратного обеспечения SSMS, было разработано специальное программное обеспечение, обеспечивающее непрерывный мониторинг движения маркера. Базовая структура программного обеспечения показана на фиг. 13.

Как показано уравнением. (1), измерение от одного чувствительного элемента, v _i нельзя было использовать для вычисления x _i напрямую из-за обычно неизвестных d _i .Чтобы преодолеть это ограничение, был принят подход с двумя датчиками. Поскольку мы обычно выбирали относительно плоскую поверхность на гнезде для установки сенсорной коробки, разумно предположить, что для данных сенсорного элемента j и j + 1 соответствующие d _j и d _{j + 1} были идентичными. Итак, уравнение. (1) можно применить к чувствительному элементу j и j + 1 как:

{vj = Ajsin (xjdj-π4) + Bjvj + 1 = Aj + 1sin (xj + ldj + 1-π4 ) + Bj + 1Eq. (2)

Поскольку A _j , A _{j + 1} , B _j и B _{j + 1} могут быть идентифицированы посредством калибровки, а 1 = 7 мм представляет расстояние между сенсорными элементами уравнение.2 можно записать как:

{xj = (asin ((vj-Bj) / Aj) + π4) djxj + l = (asin ((vj + 1-Bj + 1) / Aj + 1) + π4) dj + 1Eq. (3)

Поскольку d _j = d _{j + 1} , в уравнении присутствовали только два неизвестных параметра. (3) были x _j и d _j . Решая уравнение. 3 вычислено x _j ; затем x _j было преобразовано в относительное расстояние между магнитным маркером и SSMS на основе местоположения сенсорного элемента j.

На основании наших наблюдений обычно существовало более двух сенсорных элементов, показания которых можно было использовать для расчета относительного расстояния между магнитным маркером и системой SMSS.Выбор датчика был основан на функции измерения Ур. (2) и линейное предположение между x _и и ориентацией магнитного поля.

Как показано в нашем предыдущем исследовании моделирования, линейная зависимость между x _i и ориентацией магнитного поля (θ) будет хорошо сохраняться, когда сенсорный элемент находится близко к магнитному маркеру. Итак, следует выбрать чувствительные элементы, которые находились близко к магнитному маркеру. Однако, поскольку уравнение.(1) решение x _i не было уникальным, когда

xidi <-π4.

Основываясь на наших первоначальных результатах тестирования,

xidi <π4

, когда | x _i | <2l, мы разработали стратегию выбора датчика, блок-схема которой показана на фиг. 14.

Для этого первоначального прототипа измерительная система была построена на основе системы сбора данных на базе ПК в среде LabView. Система измерения работала с частотой сбора данных 200 Гц, и все собранные данные сохранялись на жестком диске для дальнейшего анализа.

Стенд для испытаний и результаты первоначальной оценки

Для калибровки SSMS и оценки ее характеристик была построена калибровочная платформа, как показано на фиг. 8B. Как показано на рисунке, магнитный маркер (белая пластина) был закреплен посередине. SSMS был установлен на верхней направляющей, а ее матрица датчиков была выровнена в направлении, определяемом параллельными направляющими. Производительность SSMS оценивалась на испытательном стенде. Считывание сигнала от одного чувствительного элемента при перемещении SSMS по параллельным рельсам показано на фиг.15. Форма соответствует результатам, предсказанным нашей моделью и согласована с формулой. 1 очень хорошо. В этом случае x был определен как проекция расстояния от чувствительного элемента до магнитного маркера на верхней поверхности магнитного маркера, поэтому уравнение. (1) был переписан как:

v = Asin (xd + π4) + BEq. (4)

, где A было отрицательным, а d было константой. Аналогичные наборы данных также предоставили необходимые данные для оценки констант A _i и B _i для каждого элемента с помощью аппроксимации методом наименьших квадратов.

Оценить поршневые операции у людей с ампутацией голеней во время передвижения

Чтобы применить разработанные SSMS в клинических условиях, один критический вопрос заключался в том, где мы должны проводить мониторинг уровня поршневых операций на остаточной конечности, поскольку вполне ожидаемо, что уровень поршневых операций отличается от точки В точку.

Чтобы гарантировать, что SSMS может генерировать значимую информацию, мы ожидали, что точка измерения должна соответствовать следующим критериям:

• • (1) Уровень поршня определялся движением вдоль дистального проксимального направления, которое контролировалось SSMS.
  • (2) Уровень поршня был чувствителен к изменению остаточного объема конечности.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы разработали магнитооптический гибридный подход к мониторингу поршневого поршня, который позволил нам контролировать уровень поршневого движения во время динамической ходьбы. Затем мы провели экспериментальное исследование, чтобы сравнить уровень поршня в разных местах на людях.

Методы

Чтобы преодолеть вышеупомянутые ограничения, мы разработали процедуру оценки поршневого действия с использованием электромагнитной системы захвата движения в сочетании с оптической системой захвата движения.Такой подход к оценке поршневого движения использовал преимущества двух систем захвата движения. Зонд электромагнитной системы имеет небольшие размеры (см. Фиг. 16) и может быть установлен на вкладыш внутри гнезда. Однако диапазон измерения этих небольших датчиков был ограничен, и их нельзя было использовать для отслеживания широкого диапазона движений. Оптическая система имела большой диапазон измерения с высокой точностью, но не могла использоваться для контроля чего-либо внутри розетки. Здесь мы использовали магнитную систему для отслеживания движения лайнера и оптическую систему для отслеживания движения гнезда.Калибровав две системы, мы смогли рассчитать уровень поршня, который определяется как относительное смещение между гнездом и гильзой.

Экспериментальная установка

Были приняты две системы захвата движения: 1) система захвата движения с 8 камерами (10 маркеров, 100 Гц, VICON, Оксфорд, Великобритания) и 2) и электромагнитный трекер с шестью степенями свободы, предназначенный для короткого- приложения для отслеживания движения по дальности (3DGuidance trakSTAR, Ascension Technology Corp. , Берлингтон, штат Вирджиния). Система trakSTAR состоит из дипольного (3-катушечного) передатчика ближнего действия с диапазоном трансляции ± 45 см в любом направлении.Был выбран небольшой сенсорный зонд (модель 180 с диаметром 2 мм и длиной 10 мм) для снижения риска, создаваемого сенсорным элементом для кожи субъектов (см. Фиг. 16). ИНЖИР. 16 показан сенсорный элемент trakSTAR, использованный в исследовании.

Измерительная установка была сконструирована для задачи ходьбы по беговой дорожке. Из-за относительно небольшого диапазона измерения системы магнитного захвата движения было сложно выполнить один полный цикл походки в задаче ходьбы по ровной местности. Вся экспериментальная установка была продемонстрирована на фиг.17. Фиг. 17: Конфигурация розетки с прикрепленными к ней маркерами. H — высота базовой станции. Магнитные зонды размещались на поверхности гнезда и на лайнере. Длинные оси магнитных зондов были выровнены в проксимально-дистальном направлении в парной установке (зонд на гнезде и другой зонд на вкладыше, расположенный как можно ближе к гнезду зонда). Пять отражающих маркеров были установлены на гнезде вокруг магнитных датчиков, чтобы позже построить модель твердого тела, и дополнительно четыре маркера были размещены на медиальной и боковой сторонах центра колена и лодыжки.Базовая станция магнитной системы захвата движения была установлена ​​на отдельной конструкции, которая фиксировалась во время испытаний.

Калибровка между двумя системами захвата движения была проведена с использованием специальной платформы, как показано на фиг. 18. Фиг. 18: показывает платформу, используемую для калибровки двух систем захвата движения. Четыре оптических маркера были установлены поверх четырех магнитных зондов так, чтобы зонды находились в центре оптических маркеров. Магнитные зонды устанавливались на платформу через небольшие отверстия на платформе; и отражающие маркеры были добавлены поверх магнитных зондов, так что магнитные датчики были в центре отражающих маркеров. Расположение датчиков и маркеров регистрировалось двумя синхронизированными системами захвата движения. Наиболее подходящее жесткое преобразование на основе разложения по одному значению (SVD) использовалось для расчета матрицы перевода, связанной с двумя системами захвата движения соответственно. Во время калибровки высота калибровочной платформы и базовой станции была одинаковой.

Экспериментальный дизайн

Одной из известных проблем с системами магнитного захвата движения является их уязвимость к внешним магнитным полям.Как двигатель беговой дорожки, так и силовые пластины, встроенные в беговую дорожку, могли создавать помехи в системе магнитного захвата движения. Две причины заставили нас поверить в то, что наша магнитная система захвата движения может обеспечить точные показания: 1) мы планировали измерять поршневое движение только на проксимальной стороне стержня, поэтому базовую станцию ​​можно было установить довольно далеко от беговой дорожки; 2) выбранная магнитная система имела очень маленький диапазон измерения, что могло предотвратить влияние магнитных помех от беговой дорожки.Тем не менее, до того, как на показания можно было положиться, по-прежнему необходимо было проверить точность измерений систем.

Два эксперимента были проведены для оценки возможностей магнитооптических гибридных систем: 1) повторный калибровочный тест для оценки воздействия беговой дорожки на показания датчика; и 2) тест на динамическую ходьбу для проверки его общих характеристик.

Повторный калибровочный тест проводился путем калибровки двух систем с разными H. После расчета матрицы преобразования местоположение магнитных зондов было рассчитано в системе координат, определенной системой Vicon.Небольшая ошибка между двумя системами захвата движения была хорошим показателем способности магнитной системы захвата движения генерировать точные показания на этой высоте.

Тесты на динамическую ходьбу проводились на человеке. С протоколом эксперимента, одобренным Наблюдательным советом Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и информированным согласием, в исследовании участвовал один мужчина с односторонней ампутацией (117 кг, 180 см). Испытуемый использовал роликовую подкладку и систему подвески с фиксатором и был способен ходить по беговой дорожке, не полагаясь на рельсы.После статического измерения, которое использовалось для построения твердотельной модели розетки, испытуемый был проинструктирован ходить по беговой дорожке с самостоятельно выбранной скоростью ходьбы. Движение остаточной конечности и суставной впадины регистрировали с помощью двух систем захвата движения.

Чтобы оценить производительность системы магнитного захвата движения, мы отслеживали траекторию магнитного зонда, который был прикреплен к разъему, с помощью двух систем захвата движения. На основе статических измерений мы определили виртуальную точку на гнезде в месте расположения магнитного зонда.Затем мы рассчитали траекторию виртуальной точки на основе модели твердого тела, определяемой отражающими маркерами на гнезде. Траектория виртуального маркера сравнивалась с измерениями, полученными системой магнитного захвата движения. Перекрытие двух траекторий указывало на надежные измерения с помощью системы магнитного захвата движения.

Результаты

Точность калибровки

РИС. 19 показывает высоту калибровочной платформы от беговой дорожки в зависимости от ошибки, связанной с калибровкой.ИНЖИР. 19 продемонстрировала взаимосвязь между ошибками калибровки, среднеквадратичным значением (RMS) и высотой базовой станции. Когда базовая станция была выше 660,4 миллиметра (2 фута 2 дюйма), ошибка калибровки была близка к определенной точности измерения системы trakSTAR (~ 2 мм). Основываясь на этом результате, мы решили разместить систему trakSTAR на высоте 609,6 миллиметра (2 фута) от беговой дорожки, чтобы обеспечить адекватную зону сбора данных и снизить помехи, связанные с беговой дорожкой.

Эффективность отслеживания

РИС. 20 показывает траекторию магнитного зонда с использованием измерения системы trakSTAR и траекторию магнитного зонда, определенную с помощью виртуальной точки на гнезде. Фиг. 20 показаны характеристики отслеживания траектории в дистально-проксимальном направлении во время ходьбы. Как можно видеть, две траектории достаточно хорошо перекрывали друг друга в течение большей части цикла походки, что указывает на то, что система trakSTAR может обеспечить надежные измерения в текущей установке.

Динамическая калибровка на основе локальной линейной модели

Предпосылки

Хотя магнитооптическая гибридная система контроля поршневого действия продемонстрировала потенциал для контроля динамического поршневого действия, все же необходимо было устранить ошибки, связанные с системой магнитного захвата движения. Стандартный подход к ограничению этой ошибки заключался в проведении обширной калибровки в диапазоне измерений системы магнитного захвата движения и создании справочной таблицы. Поскольку ошибка магнитной системы захвата движения определялась местоположением магнитного зонда, реальную ошибку можно оценить с помощью справочной таблицы.

Любые дополнительные металлические детали могут привести к ошибкам в считывании магнитной системы захвата движения, и было известно, что результаты калибровки изменяются при любых изменениях в магнитном поле окружающей среды. Поэтому каждый раз перед тестом рекомендуется проводить новую калибровку. На практике было сложно провести эту процедуру калибровки из-за следующих факторов: 1) повторяемость процедуры калибровки не гарантируется и 2) это может занять много времени, чтобы охватить весь диапазон измерений.

В этом сеансе все ошибки относились к разнице между измерениями системы магнитного захвата движения и измерениями системы оптического захвата движения. Последний обычно считался точным.

Метод

Тот факт, что наш подход к мониторингу поршневых операций находился под постоянным мониторингом двух систем захвата движения, предоставил уникальную возможность принять процедуру динамической калибровки. Динамическая процедура была реализована путем модификации установки, показанной на фиг.17 в соответствии со следующей процедурой:

(1) Прикрепите одну трубку магнитного датчика к поверхности гнезда в качестве ориентира.

(2) Поощряйте испытуемого отрегулировать его / ее относительное положение на беговой дорожке, чтобы контрольная точка могла покрывать большую площадь в пространстве измерения

(3) Рассчитайте погрешность контрольной точки на основе модели твердого тела розетка, построенная из оптических маркеров.

(4) Постройте локальные линейные модели для прогнозирования ошибок для любых новых наблюдений от системы магнитного захвата движения.

(5) Повысьте точность системы магнитного захвата движения, удалив вычисленную ошибку.

Локальная линейная модель

Поскольку ошибка, связанная с системой магнитного захвата движения, была функцией местоположения: [x _e , y _e , z _e ] = ƒ (x, y, z), где x _e , y _e , z _e — ошибка, измеренная в местоположении x, y, z. Хотя ƒ была неизвестной функцией, было известно, что эта функция непрерывна в пространстве.Таким образом, функция ƒ может быть аппроксимирована линейной моделью:

(xeyeze) = A (xyz) + b, уравнение (5)

, где A — матрица 3 × 3, а b — вектор 3 × 1. . Это приближение будет проводиться в небольшом пространстве вокруг точки (x, y, z). Для любой точки измерения (x _m , y _m , z _m ) соответствующая ошибка измерения может быть рассчитана напрямую, если доступны соответствующие A _m и b _m .

Поскольку было разумно предположить, что линейная модель, основанная на A _m и b _m , была точной на небольшой площади вокруг точки (x _m , y _m , z _m ), мы ищу ближайшие сосед точки (х _м , _{у м} , г м), среди измеренных координат исходной точки, из которых ошибка измерений были доступна.На основе ошибок местоположения и измерений этих соседей A _m и b _m были оценены с помощью аппроксимации методом наименьших квадратов. Затем ошибка измерения в точке (x _м , y _м , z _м ) была оценена с использованием уравнения. (5) путем замены A _m и b _m на A _m и b _m соответственно.

Результаты

В установке, подобной той, которая описана в предыдущем сеансе, данные от пациента-инвалида были повторно обработаны, чтобы понять производительность процедуры динамической калибровки и компенсации на основе локальной линейной модели (LLM).

Влияние процедуры динамической калибровки и компенсации на основе LLM на точность измерения показано на фиг. 21. Фиг. 21 показана среднеквадратичная ошибка системы магнитного захвата движения. Квадратная ошибка маршрута магнитной системы захвата движения снизилась с 5 мм до 2 мм после введения процедуры динамической калибровки на основе LLM.

Определите места, которые можно использовать для мониторинга поршневых операций

На основании протокола, одобренного IRB в UNC-Chapel Hill, мы набрали трех пациентов с односторонней ампутацией конечностей с односторонней ампутацией.Сравнивая уровень нагнетания в различных точках измерения до и после 7-минутной пробной ходьбы (стандартная процедура для запуска изменения остаточного объема конечности), мы могли определить места, в которых уровень нагнетания был чувствителен к объему остаточной конечности. Разработанная магнитно-оптическая гибридная система контроля поршневого действия использовалась для контроля динамического поршневого действия.

Субъекты

Все субъекты использовали свою текущую розетку более шести месяцев.Все они использовали систему подвески с фиксаторами и могли ходить по беговой дорожке, не держась за поручень. Перед проведением каких-либо тестов эти испытуемые получали письменное согласие. Все трое были мужчинами, средний рост 178 см, средний вес 83 кг. Все ампутации были вызваны травмой.

Экспериментальная процедура

Вся экспериментальная процедура включала три этапа: испытание чувствительности к прикосновению, установка датчика и 7-минутный тест с контролем поршневого действия.

Оценка чувствительности к прикосновению проводилась после стандартного тестирования моноволокна, которое используется для определения способности пациента обнаруживать опасную концентрацию давления на коже. Здесь мы исследовали сенсорную чувствительность остаточных конечностей испытуемых, особенно вокруг области, где будут установлены трубки магнитных датчиков. Эта процедура гарантировала, что пациент мог обнаружить аномальное давление в этих областях и остановить экспериментальную процедуру, если это было необходимо.

При установке сенсорной трубки руководствовались несколькими базовыми представлениями о границе раздела между остаточной конечностью и ортопедическим гнездом.

(1) Датчик контроля поршневого действия должен находиться в зоне допуска давления на остаточной конечности.

(2) Датчик не должен находиться на боковых медиальных поверхностях гнезда, чтобы исключить возможность столкновения между блоком датчика и противоположной ножкой и внешними препятствиями.

(3) Датчик должен быть установлен близко к верхней части гнезда, потому что система подвески со штифтом-фиксатором должна жестко фиксировать дистальный конец вкладыша с гнездом.

РИС.22 показаны потенциальные места для магнитов на остатке. Серая область была зоной допуска давления. На основании этих критериев потенциальные точки измерения были показаны в треугольниках (от M1 до M5), M1-M5 (см. Фиг. 22) были определены как начальные точки измерения. Среди них аналогичные показания ожидались для M3 и M5, а кривизна гнезда обычно велика в месте расположения M5, что делает установку блока датчиков сложной задачей. Итак, М1-М3 прошли дальнейшие испытания.

После того, как были установлены все магнитные сенсорные трубки и отраженные маркеры, испытуемые отдыхали без розетки в течение 10 минут и начали 7-минутную пробную ходьбу с самостоятельно выбранной скоростью ходьбы на раздельной беговой дорожке со встроенной силовой пластиной.Процедура контролировалась двумя системами захвата движения и участвовала в трех секциях. Первая и третья секции длились по 30 секунд каждая и были предназначены для мониторинга поршневых операций. Испытуемые были проинструктированы ходить в зоне, где качество датчика магнитной системы захвата движения было оптимизировано. Вторые секции использовались для сбора данных динамической калибровки, когда испытуемым предлагалось ходить в большем диапазоне на беговой дорожке, чтобы контрольные точки могли покрывать большую часть диапазона измерения системы магнитного захвата движения.

Результаты

РИС. 23 показывает типичное движение поршня, измеренное на пациенте с ампутированной конечностью. Сплошная черная линия показывает среднее значение измеренного поршневого действия, а тень показывает стандартное отклонение на основе 20 шагов. Данные были собраны в M2. Амплитуда поршневого удара была довольно небольшой. Из-за не столь идеальной синхронизации двух систем захвата движения и ударной нагрузки во время процедуры удара пяткой и отрыва носка наблюдались большие отклонения при ударе пяткой и отрывом носка, когда возникала ударная нагрузка.

Измеренные амплитуды поршня, которые определялись диапазоном измеренных поршней в каждом цикле походки, у всех трех субъектов и трех местоположений были очень маленькими (2,7–4,4 мм), что считалось приемлемым для протезистов. Амплитуда поршня не изменилась слишком сильно между измерениями в первом и третьем сеансах. Однако средний уровень поршня, который был определен как среднее показание поршня в каждом цикле походки, изменяется в среднем на 2,2 мм у трех испытуемых во всех трех точках.Хотя статистически значимой разницы не наблюдалось из-за небольшого числа испытуемых, результаты показали, что можно было контролировать уровень поршневого воздействия на основе среднего уровня поршневого давления в различных областях на остаточной конечности.

Тестирование разработанного прототипа SSMS на пациенте с ампутированной конечностью

Чтобы оценить эффективность SSMS, мы протестировали его на транстибиальном пациенте с ампутированной конечностью, мужчине в возрасте 24 лет, ростом 176 см и весом 92 кг, с системой вакуумной подвески без рукавов.Его установка подвески позволила смоделировать как эффективную систему подвески, так и неэффективную систему подвески, подключив и отключив трубу, которая соединяла насос на опоре и розетке, соответственно. Это дало нам возможность изменить условия тестирования, не отключая сокет, и сделало его идеальным случаем для оценки SSMS.

SSMS Monitoring

Магнитный диск диаметром ¼ дюйма и толщиной 2 мм использовался в качестве магнитного маркера и закреплялся на подкладке пациента с помощью электронной ленты.После того, как субъект надел розетку, мы использовали второй магнитный диск в качестве фантомного маркера, чтобы определить местоположение магнитного маркера внутри розетки. Руководствуясь этой информацией, мы тщательно монтируем SSMS, следуя ранее определенной процедуре монтирования.

Показания поршня во время ходьбы

Поршень отслеживался во время двух испытаний ходьбы, когда испытуемый шел с самостоятельно выбранной скоростью. В первом испытании насосная система была приведена в нормальное рабочее состояние, чтобы поддерживать хорошую посадку на всасывании.В начале второй попытки вакуумный насос был отключен, воздух беспрепятственно поступал в вакуумную камеру, что имеет аналогичный эффект при усадке остаточной конечности.

В обоих испытаниях показания SSMS показали схожую тенденцию на каждом этапе. ИНЖИР. 24 показывает показания SSMS, когда субъект ходил с хорошей системой подвески. Цикл походки начался с удара пяткой. Как показано на фиг. 24, относительное положение остаточной конечности и суставной впадины сохраняется постоянным во время фазы опоры.Гнездо ненадолго переместилось к дистальному концу во время отталкивания и восстановилось во время фазы качания.

Хотя амплитуда толчков для каждого цикла походки оставалась относительно постоянной в течение двух испытаний, средний уровень толчков в этих двух испытаниях демонстрировал различную тенденцию. ИНЖИР. 25 показано изменение среднего уровня поршня в двух ситуациях подвески. Как показано на фиг. 25, средний уровень поршня поддерживался постоянным во время ходьбы, когда насос был активирован, но гнездо быстро выпадало из остаточной конечности, когда насос был отключен и вакуумная камера была открыта.

Это наблюдение напрямую продемонстрировало способность нашей SSMS контролировать работоспособность системы подвески сокетов. Хотя этот случай был очень агрессивным по сравнению с повседневным сценарием, эффективность SSMS была четко проиллюстрирована.

Эта технология позволяет пациентам с ампутированными конечностями осуществлять непрерывный мониторинг своей лунки, что обычно не может быть выполнено пациентами с невропатией или другими изнурительными состояниями. Кроме того, сенсорная система в соответствии с принципами настоящего изобретения обеспечивает конструкцию с меньшими затратами, в которой стоимость сенсора невысокая, система может быть установлена ​​практически на любые розетки напрямую; система удобна в использовании, датчик которой инвалиды могут установить самостоятельно; и позволяет клиницистам использовать собранную информацию для прогнозирования вмешательства.Кроме того, страховые компании могут использовать эту систему для сбора данных, чтобы выбрать подходящие технологии для использования.

Система непрерывного контроля гнезда / подвески в соответствии с принципами настоящего изобретения, таким образом, отслеживает относительное смещение между остатком ампутации и его гнездом с помощью магнитных датчиков. И, следовательно, может предоставить систему подвески протеза, которая может изменять распределение давления в ортопедическом гнезде. Таким образом, полученная система может обеспечивать недорогую конструкцию, включая недорогую сенсорную систему, которая не зависит от розетки.Инвалиды могут установить датчик самостоятельно, потому что он прост в установке и удобен. Постоянный мониторинг может предоставить информацию для улучшения ухода за пациентами.

Хотя выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что они были представлены только в качестве примера, а не ограничения. Для специалистов в соответствующей области техники будет очевидно, что различные изменения формы и деталей могут быть сделаны в нем без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.Таким образом, широта и объем настоящего изобретения не должны ограничиваться каким-либо из описанных выше примерных вариантов осуществления, а должны определяться только в соответствии со следующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Level 12-дюймовый алюминиевый сплав Магнитная торпеда Уровень

Tacklife MT-L03 Torpedo Level точен и прост в использовании.Он идеально подходит для украшения, домашней мебели и связанных работ для выравнивания, таких как места измерения на стене, пространстве между вешалками разровняйте ногти; Имперская и метрическая линейка обеспечивают больше возможностей для работы.

Характеристики