Biomedizinisches Armband Neuro Wearable

Mitstreiter aus dem Raum Baltimore - Unendliche biomedizinische Technologien (IBT) - hat sich mit unserem Team bei Root3 Labs zusammengetan, um einen Multi-Elektroden-Armbandsensor für Menschen zu entwickeln, die von Gliedmaßenverlust betroffen sind. IBT ist über 25 Jahre alt und hat seinen Ursprung in den Forschungslabors von Johns Hopkins. Sie haben sich auf gestenbasierte Steuerungsstrategien für Prothesen durch elektrodengestützte Mustererkennung spezialisiert.

"Elektrodeninformierte Mustererkennung"? Was bedeutet das genau?

Ein Amputierter trägt IBT-Elektroden wird die verbleibende Muskulatur der Gliedmaßen durch eine ganze Reihe verschiedener wahrgenommener Griffe oder Gesten aktiviert. In der Regel geschieht dies in einem klinischen Umfeld mit Hilfe eines Arztes. Die Elektroden zeichnen dann elektromyografische (EMG) Daten auf und leiten sie an einen Lernalgorithmus weiter, der für jeden einzelnen Griff eine eindeutige Signatur erstellt. Von dort aus sucht die Logik in Echtzeit nach denselben EMG-Signaturen, um den gewünschten Griff des Amputierten in dessen eigener elektromechanischer Prothese zu erzeugen.

Um dieses biomedizinische Kunststück zu vollbringen, benötigte IBT acht ihrer maßgeschneiderten Elektroden, die gleichmäßig um das Armband herum angeordnet waren. Die Größe des Armbands entsprach dem kleinsten gemessenen Maß eines erwachsenen Oberarms, das auch für eine mögliche Atrophie nach unten angepasst wurde. Es sollte auch dehnbar sein, um größere Arme aufnehmen zu können. Das Band musste sich also zwischen den einzelnen Elektrodenpositionen gleichmäßig dehnen können, anstatt sich wie eine Armbanduhr oder ein Gürtel vom Ende her anzupassen. IBT bietet die flachste Elektrode auf dem Markt für diese Anwendung an, daher war es wichtig, die Größe und das Gewicht gering zu halten.

Da das Armband direkten Hautkontakt hat, war die Auswahl des Materials wichtig für die Kompatibilität, den Komfort und die Sterilisierung durch Abwischen zwischen den Benutzern. Am wichtigsten ist jedoch, dass das dehnbare Armband selbst die gesamte elektrische Verkabelung zwischen den acht Elektroden umschließt. Da sich elektrische Drähte nicht dehnen lassen, mussten wir ein System entwerfen, das sich wie mechanische Gelenke und nicht wie dehnbares Gummi ausdehnen lässt und gleichzeitig eine Ermüdung der dünnen Drähte verhindert.

Assessing Potential, Reducing the Risk<br />Pairing experience and expertise to make confident decisions

Materialien und der Entwicklungsprozess für biomedizinische Geräte

Silikon und Urethan waren zwei der Materialien, die wir auswählten. Silikon war die offensichtliche Wahl aufgrund seiner hervorragenden prozentualen Dehnung, der allgegenwärtigen Verwendung in biomedizinischen Anwendungen, der ausgezeichneten chemischen Verträglichkeit, der Formbarkeit und der niedrigen Kosten. Urethan war aufgrund seiner prozentualen Dehnung, der Beständigkeit gegen Weiterreißen, der Verfügbarkeit in medizinischen Qualitäten, der guten chemischen Verträglichkeit, der Formbarkeit und der niedrigen Kosten eine gute Alternative.

Root3 Labs verfügt über umfangreiche Erfahrung im Laserschneiden und 3D-Drucken von kundenspezifischen, kostengünstigen Formen für den Gummiguss von Prototypenteilen in geringen Mengen. In diesem Fall wurden mehrere verschiedene Arten von Silikon- und Urethan-Gummi-Verbindungsleitungen in kundenspezifische Formen gegossen. Anschließend wurden die verschiedenen Lösungen von Hand auf ihre Eignung als flexibles Gehäuse für elektrische Verbindungen sowie als praktikable Gummiarmbänder getestet. Um unserem Partner die Kosten für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen zu ersparen, haben wir die Komponenten intern in 3D gedruckt und unser eigenes Acrylglas lasergeschnitten. Anschließend haben wir mehrere Runden von Prototypen aus echtem Silikon und Urethan in verschiedenen Härtegraden und Qualitäten durchlaufen.