Translinguale neurostimulator: 10 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dit project is gemaakt in opdracht van Mark uit Nova Scotia. Het kostte $ 471,88 aan onderdelen en het kostte 66,5 uur om te ontwerpen en te bouwen. De twee foto's hierboven met de plastic doos zijn van de tweede (bijgevoegde) iteratie van het apparaat, in opdracht van een collega in Duitsland.

Als je op mij lijkt, was je eerste blootstelling aan dit apparaat in nieuwsartikelen met foto's van blinden die het gebruikten om een afbeelding met een lage resolutie te 'zien' door het op een elektroderooster op hun tong weer te geven. Het apparaat heeft ook toepassingen in verschillende soorten revalidatie - de "BrainPort"-variant kan worden gebruikt om evenwichtsstoornissen te behandelen door middel van vestibulaire sensorische substitutie, en naar verluidt alleen pulsen door elke elektrode van een elektrotactiele tongstimulatie-apparaat (gecombineerd met relevante oefeningen, bijv. balanstraining) sommige neurologische aandoeningen kan verbeteren, wat me een raadsel is. Ik heb ook enkele berichten gehoord dat het PoNS-apparaat (dat de tong stimuleert maar er geen informatie doorheen stuurt) pseudowetenschap is en niets doet om de medische toestand van mensen te verbeteren. Momenteel is er onvoldoende onderzoek om met zekerheid te zeggen dat het PoNS-apparaat voor alles nuttig is, en de kranten die de effectiviteit van het PoNS-apparaat en andere dergelijke claimen, werden gefinancierd door de apparaatfabrikanten, wat allemaal verdacht is vanwege de inherente belangenconflicten. Ik, quicksilv3rflash, doe geen uitspraken over de medische effectiviteit van dit apparaat, dit is gewoon hoe je het moet bouwen als je dat wilt.

Hoe dan ook, zoals altijd het geval is voor mijn medische hardware-kloonprojecten, vermeldt de handleiding voor de commerciële versie die ik vond een absurd hoge prijs - meer dan $ 5000 USD, buitensporig hoog gezien de werkelijke kosten van onderdelen ($ 471,88 USD vanaf 2018-09 -14). Er zijn veel verschillende commerciële ontwerpen van deze technologie, met verschillende rasterresoluties en maximale uitgangsspecificaties (ik zag een uitgangsspanningsmaxima variërend van 19v tot 50v, waarbij de uitgang vervolgens door een weerstand van ongeveer 1 kOhm en een DC-blokkerende condensator van 0,1 uF werd geleid). Dit is geen exacte kopie van een commerciële versie; het is ontworpen om verschillende commerciële ontwerpen na te bootsen en heeft op verzoek van de commissaris een volledig nieuwe modus (Behendigheidstraining).

Stap 1: Uitvoermodi

Het hier beschreven apparaat heeft drie uitvoermodi:

1. BrainPort-balansemulator

De BrainPort is ontwikkeld op basis van de eerdere Tongue Display Unit (TDU). Voor het trainen van de balans wordt de BrainPort gebruikt om een 2x2 patroon weer te geven op een 10x10 tongelektroderaster. Het patroon op het tongelektroderooster werkt enigszins alsof het een fysiek object is dat door de zwaartekracht wordt bewogen; het blijft in het midden van het raster als het hoofd van de gebruiker rechtop wordt gehouden. Als de gebruiker naar voren leunt, beweegt het patroon naar de voorkant van de tong van de gebruiker, en als de gebruiker naar rechts leunt, beweegt het patroon naar de rechterkant van de tong van de gebruiker. Hetzelfde geldt voor naar links of naar achteren leunen (het patroon beweegt van het midden van het raster naar de linker- of achterkant van de tong van de gebruiker).

2. PoNS-emulator

In tegenstelling tot de BrainPort of Tongue Display Unit draagt de PoNS-uitgang geen informatie en kan niet worden gemoduleerd door een extern signaal. Om het artikel in de vorige link te parafraseren, nadat de onderzoekers ontdekten dat balanstraining met de BrainPort de prestaties verbeterde, zelfs maanden nadat het apparaat uit de mond was verwijderd, vermoedden ze dat elektrotactiele stimulatie zelf op de een of andere manier neurorevalidatie zou kunnen vergemakkelijken, zelfs zonder dat er informatie wordt doorgestuurd. de tongweergave. De eerste versie van het PoNS-apparaat had een vierkant elektrodenrooster zoals het hier beschreven apparaat, maar het is vermeldenswaard dat latere versies (vanaf versie 2 in 2011) van het PoNS-apparaat geen vierkant uitgangselektroderooster hebben, maar eerder een vaag halve maan gebruiken. -maanvormige die langs de voorkant van de tong past en 144 elektroden heeft. Houd er rekening mee dat de auteur van deze Instructable niet met vertrouwen kan stellen dat het PoNS-apparaat daadwerkelijk iets nuttigs doet.

3. Behendigheidsmodus

Specifiek gevraagd door de commissaris, volgt de behendigheidsmodus de flexie van de eerste en tweede knokkels van elke vinger van de rechterhand. Tien actieve elektroden worden weergegeven langs de voorkant van de tong als de hand niet gebogen is, elke actieve elektrode komt overeen met een gewricht. Terwijl de gewrichten worden gebogen, bewegen de corresponderende actieve elektroden van de voorkant naar de achterkant van de tong, wat zorgt voor elektrotactiele feedback die de handpositie van de gebruiker beschrijft.

Stap 2: Onderdelenlijst

[Totale kosten: $ 471,88 USD vanaf 14-09-2018]

10x 47K ohm 0603

10x MUX506IDWR

15x UMK107ABJ105KAHT

110x VJ0603Y104KXAAC

120x RT0603FRE0710KL

110x MCT06030C1004FP500

5x TNPW060340K0BEEA

5x HRG3216P-1001-B-T1

5x DAC7311IDCKR

5x LM324D

10x SN7400D

10x M20-999404

3x Ribbon-kabels vrouwelijk naar vrouwelijk, 40 draden/kabel

5x Tongelektroderooster printplaten

5x output driver printplaten

2x Arduino uno

2x XL6009 Boost-modules

1x 6AA houder

1x 9v batterijclip

1x Aan/uit-schakelaar

1x VMA203 toetsenbord/scherm

1x versnellingsmeter, ADXL335-module

10x Flex sensoren, spectra symbool flex 2.2"

50 voet. 24 AWG-draad

2x Handschoenen (alleen verkocht per paar)

Stap 3: printplaten

Ik heb printplaten besteld via Seeed Studio FusionPCB. De.zip-bestanden in deze stap zijn de vereiste gerber-bestanden. De driverboards kunnen worden gemaakt met de standaardinstellingen van Seeed, maar het tongelektroderooster vereist een hogere precisie (5/5 mil speling) en vergulding (ENIG - hoewel je in plaats daarvan hard goud kunt krijgen als je wilt dat ze langer meegaan, en als je hebt een extra $ 200). Ik heb ook het tongelektroderooster gemaakt met de dunste printplaatoptie, 0,6 mm, waardoor het enigszins flexibel is.

Vanwege de hoge kosten van flexibele polyimide printplaten, hebben we ervoor gekozen om voor dit prototype een stijve print te gebruiken. Anderen die deze instructies lezen en dit apparaat op polyimide willen laten vervaardigen, moeten er rekening mee houden dat de vereiste precisie 5mil-sporen / 5mil-klaring is, die Seeedstudio niet zal leveren in flex-PCB's. Je kunt er -waarschijnlijk- mee wegkomen door het te laten fabriceren volgens het 6mil/6mil-proces dat Seeed voor polyimide gebruikt, maar verwacht dat sommige van de boards defect zijn en ze allemaal onderzoeken/testen. Ook kost een reeks flexibele polyimideplaten ongeveer $ 320, de laatste keer dat ik het controleerde.

Na ontvangst van de tongelektroden, moet u het overtollige materiaal afsnijden. Ik gebruikte een dremel-kloon met een schurende doorslijpschijf.

Stap 4: Uitgangsstuurprogramma Arduino

De output driver Arduino bestuurt de output printplaten om de elektroden aan te sturen op basis van de seriële input van de frame generator Arduino. Merk op dat de helft van de uitgangen is aangesloten als een omgekeerd beeld van de anderen, dus de code van het uitgangsstuurprogramma is een beetje raar om hier rekening mee te houden.

Stap 5: Framegenerator Arduino

De framegenerator Arduino neemt gegevens van de positiegevoelige handschoen en de versnellingsmeter en zet deze om in de uitvoerframegegevens die uiteindelijk de tongweergave zullen regelen. De framegenerator Arduino heeft ook de VMA203-toetsenbord-/knopmodule erop aangesloten en bestuurt de gebruikersinterface van het apparaat. De drivercode in de framegenerator Arduino zit vol met magische getallen (letterlijke waarden die zonder uitleg in de code worden gebruikt) op basis van de uitgangen van de individuele flexsensoren - die sterk variëren - en de versnellingsmeter.

Stap 6: Sensor Multiplexer Circuit

Ik heb meer analoge sensoren dan analoge ingangen, dus ik moest een multiplexer gebruiken.

Stap 7: Uitgangsstuurschakeling

Hier bijgevoegd als een.pdf omdat Instructables het anders zo veel comprimeert dat het onleesbaar wordt.

Stap 8: Systeemindeling

Opmerking: Zowel de BrainPort- als de PoNS-apparaten activeren meerdere elektroden tegelijk. Zoals hier bedraad en gecodeerd, activeert dit apparaat slechts één elektrode tegelijk. Elke uitgangsprintplaat heeft aparte chipselectie- en uitvoerinschakellijnen, dus dit ontwerp kan worden ingesteld om meerdere elektroden tegelijk te activeren, ik heb het alleen niet bedraad om dit te doen.

Stap 9: De Flex Sensor-handschoen voorbereiden

De pinnen van de flexsensoren zijn erg kwetsbaar en kunnen gemakkelijk worden afgescheurd. Het blootgestelde oppervlak van de flexsensoren is ook gevoelig voor kortsluiting. Ik heb draden aan de flex-sensoren gesoldeerd en vervolgens de knooppunten volledig omringd met hete lijm om ze tegen beschadiging te beschermen. De flexsensoren werden vervolgens aan een handschoen bevestigd met het midden van elke sensor over de knokkel waarvan de flexie moest worden gemeten. Uiteraard wordt de commerciële versie hiervan verkocht voor meer dan $ 10.000.

Stap 10: Fysieke montage

Omdat de honderd draden van de driverprintplaten naar het tongelektroderooster zo talrijk zijn, worden ze relatief inflexibel als een aggregaat. Om met dit apparaat het evenwicht te trainen, moet u uw hoofd vrij kunnen bewegen terwijl u het tongelektroderooster op zijn plaats houdt op de tong. Om deze redenen was het het meest logisch om de printplaten van de driver op een helm te monteren.