49、假肢手的控制、传感与反馈技术解析

假肢手的控制、传感与反馈技术解析

1. 假肢控制

假肢手的控制面临着诸多挑战。多关节假肢手可通过一系列生理信号进行控制，但在解码预期动作时，研究人员和使用者会遇到一些难题，例如肢体位置和电极接触的影响。

1.1 运动信号

神经系统产生的电活动会引发运动。这种活动在大脑皮层产生，通过脊髓传递到周围神经，最终到达肌肉，引起肌肉收缩，进而实现肢体运动。对于假肢手而言，自主运动产生的电活动会被捕捉并传输到控制器，控制器对预期动作进行分类，并向假肢输出正确的指令以驱动运动。
常见的记录大脑预期运动电活动的方式包括脑电图（EEG）、皮层脑电图（ECoG）和动作电位。通过肌电图（EMG）也能从周围神经系统记录肌肉运动的电活动，这是研究和临床应用中控制上肢假肢最常用的技术，因为它无创且相对易于设置。
- EEG ：可通过头皮无创获取，曾用于控制手部的多个自由度，但由于头部运动时电极 - 头皮界面的复杂性以及信号的低通滤波效应，通常不被认为是假肢控制的理想选择。
- ECoG ：将电极直接放置在大脑表面，能够捕捉大脑广泛区域及其运动和感觉皮层的信号和相互作用，已被用于解码单个手指的运动以及假肢手臂的三个自由度。
- 动作电位 ：从皮层的微电极阵列直接记录动作电位，可获得高度特异性的信号，也能实现假肢手臂的伸手和抓握动作解码。此外，在周围神经系统中记录动作电位也可用于假肢控制。
皮层和周围信号通常需要精细且有创的神经接口。对于现实应用中的复杂灵巧假肢，这些解码和控制信号仍然难以记录、解码和操作。表面肌电信号可无创获取，是当今商业假肢实