肌電圖驅(qū)動的肌肉骨骼建模，18618101725，信箱slby800@163.com

神經(jīng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)（神經(jīng)力學(xué)科研裝置）

——人體運(yùn)動的多尺度神經(jīng)力學(xué)模型系統(tǒng)

系統(tǒng)功能概述：

研究人體運(yùn)動源于神經(jīng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)互動。檢查骨骼、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)的綜合作用，以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡援a(chǎn)生完成運(yùn)動任務(wù)所需的運(yùn)動。
旨在了解運(yùn)動及其與大腦的關(guān)系。結(jié)合肌肉、感覺器官、大腦中的模式發(fā)生器和中樞神經(jīng)系統(tǒng)本身的努力來解釋運(yùn)動的領(lǐng)域。
應(yīng)用包括了解運(yùn)動神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼功能的潛在機(jī)制，對復(fù)合神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)中神經(jīng)機(jī)械相互作用等緩解健康問題以及設(shè)計和控制機(jī)器人系統(tǒng)。
該設(shè)備開發(fā)綜合多尺度建模方法，包括肌肉、骨骼和神經(jīng)模型。使用的高密度肌電圖 (HD-EMG) 與盲源分離相結(jié)合，將干擾 HD-EMG 信號識別到由同時控制許多
肌肉纖維的脊髓運(yùn)動神經(jīng)元放電的尖峰列車集合中。開發(fā)的由體內(nèi)運(yùn)動神經(jīng)元放電驅(qū)動的多尺度肌肉骨骼建模公式，用于計算所得肌肉骨骼力的高保真估計。
這將使神經(jīng)控制的肌肉組織如何與骨骼組織相互作用的分析能力前所未有，因此將為了解神經(jīng)肌肉/骨科疾病的病因、診斷和治療開辟新的途徑。

• ●完整人體運(yùn)動體內(nèi)運(yùn)動、動作、機(jī)械力協(xié)調(diào)互動的分析系統(tǒng)，全面、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)檢測分析
• ●神經(jīng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)之間控制、協(xié)調(diào)、互動的分析評估
• ●骨骼、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)綜合作用運(yùn)動、動作的實(shí)時捕捉、檢查分析
• ●研究人體、人機(jī)運(yùn)動動作及其與大腦、骨骼、肌肉之間的關(guān)系
• ●結(jié)合肌肉、感覺器官、大腦中的模式發(fā)生器和中樞神經(jīng)系統(tǒng)本身解釋運(yùn)動的領(lǐng)域
• ●研究運(yùn)動神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼功能的潛在機(jī)制
• ●復(fù)合神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)中神經(jīng)機(jī)械相互作用等健康問題
• ●其他神經(jīng)與人體所有運(yùn)動、動作關(guān)聯(lián)問題
• ●確保組件間協(xié)同工作，為您獨(dú)特的研究需求提供全面、系統(tǒng)化、高質(zhì)量捕捉與數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)特點(diǎn)：

        一套一站式交鑰匙 3-D運(yùn)動實(shí)時捕捉分析系統(tǒng)，旨在同步收集來自各種運(yùn)動跟蹤器、EMG（肌電圖）、測力臺、手傳感器、EEG腦電圖、
定量腦電圖(quantitative EEG, qEEG)系統(tǒng)、數(shù)字視頻、事件標(biāo)記和其他模擬設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺設(shè)備的數(shù)據(jù)。
        從豐富的分析工具集合中生成的數(shù)據(jù)可立即通過所有數(shù)據(jù)輸出的圖形顯示進(jìn)行回放。 令人驚嘆的 3-D 計算機(jī)渲染對象動畫可以被視為骨架、簡筆畫或人形。集成使用市場上
廣泛的硬件實(shí)現(xiàn)對人體運(yùn)動、大腦活動、眼球運(yùn)動、肌肉募集和作用在身體上的外力的實(shí)時測量。
        確保您選擇的組件協(xié)同工作，為您獨(dú)特的研究需求提供全面、系統(tǒng)化、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)完全同步，與其他組件準(zhǔn)確定位，并通過的計算機(jī)
渲染和圖形顯示實(shí)時呈現(xiàn)。 數(shù)據(jù)輸出包括所有運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)，包括關(guān)節(jié)力和力矩，以及從虛擬環(huán)境同步接收的用戶定義變量。 數(shù)據(jù)可在不需要編程的直觀下拉菜單中使用。
用戶編寫的腳本可以定義額外的數(shù)據(jù)和事件，并與統(tǒng)計模塊一起擴(kuò)展該系統(tǒng)的固有功能。

典型應(yīng)用：

1、改善腦癱患兒的臨床決策

• 腦癱是常見的兒童神經(jīng)系統(tǒng)疾病，在歐洲每例活產(chǎn)中有2-3例
• 多層次的手術(shù)用于糾正肌肉骨骼異常和改善行走
• 手術(shù)的結(jié)果是適度的(60%的患者沒有改善)，并且在過去的20年里停滯不前
• 使用基于神經(jīng)肌肉骨骼、統(tǒng)計和有限元模型的計算機(jī)模擬來估計臨床相關(guān)參數(shù)，目的是提高我們對步態(tài)功能障礙的因果因素的認(rèn)識，并增加未來積極治療結(jié)果的數(shù)量
• 對于我們的模擬，我們一方面開發(fā)方法來為基礎(chǔ)研究問題創(chuàng)建高度特定主題的模型，另一方面開發(fā)快速簡單的工作流程來將的建模集成到臨床實(shí)踐中
• 我們與上的腦癱治療合作，包括佩倫伯格大學(xué)醫(yī)院(比利時)、吉列兒童專科保健(美國)和斯佩辛整形醫(yī)院(奧地利)的臨床步態(tài)實(shí)驗(yàn)室

2、根據(jù)一個人的步態(tài)模式預(yù)測個體的骨骼生長

• 由于骨骼的病理負(fù)荷，許多兒童在成長過程中會出現(xiàn)骨骼畸形
• 矯正性截骨術(shù)，例如去旋轉(zhuǎn)手術(shù)，用于矯正過度畸形
• 兒童骨骼的機(jī)械反應(yīng)提供了一個令人興奮的機(jī)會，可以在早期糾正負(fù)載環(huán)境，避免骨骼畸形的發(fā)展
• 我們使用基于神經(jīng)肌肉骨骼和有限元模型的多尺度模擬來預(yù)測股骨的生長趨勢，并研究什么樣的負(fù)荷特性會導(dǎo)致典型的病理性生長
• 為了驗(yàn)證我們的機(jī)械生物學(xué)生長預(yù)測，我們將我們的模擬結(jié)果與從兩次采集的磁共振圖像中獲得的股骨幾何形狀的實(shí)際變化進(jìn)行了比較
• 調(diào)查臨床干預(yù)對肌肉骨骼負(fù)荷和股骨生長的影響，使我們能夠確定哪些早期干預(yù)有可能使股骨生長正常化

3、增加我們對復(fù)雜運(yùn)動的運(yùn)動控制的洞察力

• 從簡單的直立到復(fù)雜的運(yùn)動，肌肉力量對于任何積極的人體運(yùn)動都是必要的
• 肌肉由神經(jīng)電指令控制
• 肌電圖記錄捕捉導(dǎo)致肌肉收縮的電信號，并能為神經(jīng)肌肉控制策略提供見解
• 中樞神經(jīng)系統(tǒng)被認(rèn)為使用特定任務(wù)的運(yùn)動模塊，稱為肌肉協(xié)同，來降低運(yùn)動控制的復(fù)雜性
• 肌肉協(xié)同作用可以從肌電圖記錄中計算出來，并用于運(yùn)動控制研究
• 我們使用肌肉協(xié)同分析來研究人類如何完成復(fù)雜的運(yùn)動和學(xué)習(xí)新的運(yùn)動任務(wù)

4、估計健康和病理人群在不同運(yùn)動期間的肌肉骨骼負(fù)荷

• 由于不適當(dāng)?shù)闹貜?fù)運(yùn)動導(dǎo)致的肌肉骨骼系統(tǒng)的過度負(fù)荷會導(dǎo)致?lián)p傷
• 建議進(jìn)行肌肉強(qiáng)化練習(xí)，以防止受傷并加速康復(fù)
• 許多鍛煉和康復(fù)建議是基于專家意見，而不是基于證據(jù)的研究
• 我們使用神經(jīng)肌肉骨骼模擬來增加我們關(guān)于運(yùn)動和鍛煉對肌肉骨骼系統(tǒng)負(fù)荷的影響的知識
• 在我們的運(yùn)動分析實(shí)驗(yàn)室，我們收集和分析來自不同人群的數(shù)據(jù)，包括運(yùn)動員，例如和業(yè)余舞蹈演員、肥胖兒童和健康成人
• 我們的研究結(jié)果可能有助于預(yù)防未來的傷害，并設(shè)計基于證據(jù)的康復(fù)計劃

5、多尺度神經(jīng)力學(xué)
我們與人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)建立了臨床上可行的接口，使我們能夠接觸到神經(jīng)細(xì)胞的功能，如脊髓運(yùn)動神經(jīng)元。我們構(gòu)建了人類神經(jīng)-肌肉-骨骼系統(tǒng)的特定受試者多尺度模型，該模型可以將神經(jīng)記錄轉(zhuǎn)化為對完整運(yùn)動人體體內(nèi)終機(jī)械功能的準(zhǔn)確預(yù)測。

6、實(shí)時神經(jīng)機(jī)械建模
當(dāng)前的臨床生物力學(xué)涉及冗長的數(shù)據(jù)采集和耗時的離線分析。我們開發(fā)了用于實(shí)時分析完整人體體內(nèi)神經(jīng)肌肉骨骼功能的創(chuàng)新方法。這將推動醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，包括內(nèi)部機(jī)械力的實(shí)時生物反饋和患者-機(jī)器接口。

7、基于外骨骼模型的控制
我們開發(fā)了的在線肌肉骨骼建模方案，可以預(yù)測個體的神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)如何對與殘肢平行連接的可穿戴設(shè)備做出反應(yīng)。我們使用動態(tài)模擬來預(yù)測復(fù)雜機(jī)器人外骨骼的機(jī)械功能。這些信息被實(shí)時用于為可穿戴機(jī)器人創(chuàng)建新的基于模型的控制范例，這些范例可以恢復(fù)或增強(qiáng)人類的運(yùn)動能力。

8、基于假肢模型的肌電控制
我們根據(jù)脊髓運(yùn)動神經(jīng)元的放電時間和肌肉骨骼水平上新出現(xiàn)的物理行為的準(zhǔn)確預(yù)測，定義并實(shí)驗(yàn)測試了新的人機(jī)界面。這導(dǎo)致了新的基于模式的仿生肢體肌電控制方案。解釋個體神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)的人機(jī)界面的發(fā)展將為通過仿生可穿戴輔助技術(shù)解決臨床相關(guān)康復(fù)挑戰(zhàn)帶來前所未有的機(jī)遇。

9、運(yùn)動增強(qiáng)技術(shù)
在“flex張力項(xiàng)目”的框架下，我們與杜氏親代項(xiàng)目合作，開發(fā)和測試各種技術(shù)，用于杜氏肌營養(yǎng)不良癥患者的意圖檢測及其與主動上肢輔助設(shè)備的整合。我們的目標(biāo)是將這些技術(shù)轉(zhuǎn)化為用戶，這就是為什么我們的目標(biāo)是以用戶為中心的設(shè)備設(shè)計和意圖檢測開發(fā)。我們也對手功能的研究感興趣，尤其是對患有糖尿病的人。

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