R. N. Scott

A three-state myo-electric control

A myo-electric system which permits on-off control of two functions from a single control site is described. Designed for control of externally-powered prosthetic and orthotic appliances, the system may be used with a wide variety of control sites due to its high sensitivity. The electro-mechanical relays used at the output are capable of controlling load currents up to 1A. The initial clinical trial, with a young AE amputee, has been successful. Circuit development and further clinical evaluation are now being carried out concurrently.SommaireOn décrit un système myo-électrique permettant un contrôle par tout ou rien et dans les deux sens à partir dun seul emplacement de contrôle. Conçu pour contrôler les prothèses et les orthèses à alimentation extérieure, le système peut être utilisé avec une grande variété des emplacements de contrôle grâce à sa haute sensibilité. Les relais électro-mécaniques employés à la sortie sont capables de supporter des courants de un ampère. Lessai clinique initial, fait sur un jeune amputé, a été couronné de succès. On fournit aussi les schémas des circuits et lon étudie les possibilités cliniques futures.ZusammenfassungEin myoelektrisches System wird beschrieben, das von einer Kontrollstelle die on-off-Kontrolle von zwei Funktionen erlaubt. Das System wurde zur Kontrolle von extern betriebenen Prothesen und orthopädischen Apparaten entworfen, ist aber wegen seiner hohen Empfindlichkeit auf eine große Zahl von Kontrollfunktionen anwendbar. Die am Ausgang verwendeten elektromechanischen Relais können Stromstärken bis zu einem Ampère kontrollieren. Die erste klinische Probeanwendung bei einem jungen Amputierten war erfolgreich. Die Schaltungen und die klinische Erprobung werden weiterentwickelt.

Sensory-feedback system compatible with myoelectric control

Progress in the development of a system to provide sensory feedback of the pinch force of an artificial hand is described. Design criteria relating to electrocutaneous stimulation and compatibility with myoelectric control are discussed. Details of a practical system, presently in use by two amputees prior to full-scale clinical evaluation, are presented.

Statistics of the myoelectric signal from monopolar and bipolar electrodes

With the aid of some simplifying assumptions, a model is proposed that describes certain statistics of the myoelectric signal detected with a bipolar electrode. It is shown that these statistics are determined by the statistics of the monopolar signal and the spacing of the bipolar electrode pair. In particular, the dependence of the bipolar-signal bandwidth on electrode spacing is derived. The experimental results agree reasonably well with those predicted by the model.SommaireGrâce à quelques hypothèses simplificatrices, nous proposons un modèle qui décrit certaines statistiques du signal myoélectrique, détecté à laide dune électrode bipolaire. Nous démontrons que ces statistiques sont déterminées par les statistiques du signal monopolaire et lintervalle entre la paire délectrodes bipolaires. Nous dérivons en particulier la dépendance de la longueur donde du signal bipolaire sur la distance entre les électrodes. Les résultats expérimentaux sont en assez bon accord avec les résultats fournis par le modèle.ZusammenfassungMit Hilfe einiger vereinfachender Annahmen wird ein Modell vorgeschlagen, welches gewisse Verteilungen des mit einer bipolaren Elektrode gemessenen myoelektrischen Signals beschreibt. Es wird gezeigt, dass diese Verteilungen durch die Verteilung des monopolaren Signals und den Abstand des bipolaren Elektrodenpaars bestimmt sind. Es wird insbesondere die Abhängigkeit der Bandbreite des bipolaren Signals vom Elektrodenabstand abgeleitet. Die experimentellen Ergebnisse stimmen verhältnismässig gut mit den vom Modell vorhergesagten überein.

A model for myoelectric signal generation

A myoelectric signal, under isometric contraction of the muscle, is modelled as the output of a linear time-invariant system whose input is a stationary Poisson pulse train. The mean frequency γ of the Poisson pulse train and the transfer function of the linear system are evaluated using the spectral properties of the signal. An estimate of the number of active motor unitsN contributing to the myoelectric signal is obtained under the assumption that the individual motor-unit trains are statistically independent. The variation of γ andN with respect to load levels and electrode positions is examined experimentally.SommaireUn signal myoélectrique provoqué par une contraction isométrique du muscle se présente sous la forme dune sortie dun système linéaire à invariant de temps dont lentrée consiste en un train stationnaire dimpulsions Poisson. La fréquence moyenne γ du train dimpulsions Poisson ainsi que la fonction de transfert du système linéaire sont évaluées daprès les caractéristiques spectrales du signal. Une évaluation du nombre dunités motrices activesN est obtenue dans lhypothèse que les trains dunités motrices individuels sont statistiquement indépendents. La variation de γ et deN en fonction des niveaux de charge et des positions des électrodes fait lobjet dune étude expérimentale.ZusammenfassungEin mycelektrisches Signal bei isometrischer Muskelkontraktion wird als der Ausgang eines linearen zeit-invarianten Systems beschrieben, dessen Eingang eine stationäre Reihe von Poissonpulsen ist. Die mittlere Frequenz γ der Poissonpulsreihe und die Übertragungsfunktion des linearen Systems werden aus den spektralen Eigenschaften des Signals bestimmt. Eine Abschätzung der Anzahl der aktiven motorischen EinheitenN, die zu dem myoelektrischen Signal biitragen, wird unter der Annahme, dass die einzelnen motorischen Einheiten statistisch unabhängig sind, erhalten. Die Änderung von γ undN hinsichtlich der Belastung und der Elektrodenposition wird experimentell untersucht.

Error rate in five-state myoelectric control systems

A myoelectric control system is one in which the operation of a device is controlled by the electric potential produced by voluntary contraction of a muscle. The utilisation of a single muscle site for the 3-state control of a myoelectric prosthesis has proven beneficial for certain amputees. It has been proposed that a single muscle site could be used for 5-state control, perhaps for an elbow and hand. This paper presents a preliminary study of the error probability for 5-state control.

Improved myo-electric control system.

A new family of myo-electric control equipment is described, with an example of its application to a forequarter amputee. Modular design, flexibility of function, reduced size and weight and improved packaging characterize this new equipment.SommaireOn décrit une nouvelle famille déquipement de contrôle myo-électrique, avec un exemple de son application à un amputé du membre supérieur. La conception modulaire, la flexibilité de fonction, la grandeur et le poids réduits et lemballage amélioré, caractérisent ce nouvel équipement.ZusammenfassungEine neue Familie myo-elektrischer Kontrollapparate mit einem Beispiel ihrer Anwendung bei einem Vorderteil Amputierten wird besprochen. Modul Entwurf, Funktionsanpassungsfähigkeit, reduzierte Grösse und Gewicht und verbesserte Verpackung sind für diese neuen Apparate bezeichnend.

Operator error in multistate myoelectric control systems

A myoelectric control system is one in which the operation of a device is controlled by the electric potential produced by voluntary contraction of a muscle. These systems have been used mainly for the control of artificial limbs. Early design of the control systems was empirical, but recent work has provided some theoretical basis for predicting their performance. This should lead to improvements in existing systems and make feasible the development of more complex prostheses.SommaireUn système de commandes myoélectriques est celui, où le fonctionnement dun dispositif est contrôlé par le potentiel électrique produit par la contraction volontaire dun muscle. Ces systèmes sont surtout employés pour la commande de membres artificiels. Les premiers types de systèmes de commande était empiriques, mais de récents travaux ont produit des bases théoriques, pouvant prédire leur performance. Ceci devrait pouvoir améliorer les systèmes déjà existants, et rendre possible le développement de prothèses plus complexes.ZusammenfassungBei einem myoelektrischen Steuersystem wird der Betrieb eines Geräts durch ein elektrisches Potential gesteuert, das durch freiillige Kontraktion eines Muskels erzeugt wird. Diese Systeme wurden hauptsächlich zur Kontrolle künstlicher Glieder verwendet. Frühere Entwürfe des Steuersystems waren empirisch, jedoch wurden kürzlich einige theoretische Grundlagen erarbeitet, die ihre Leistung vorbestimmen können. Dieses wird zur Verbesserung der bestehenden Systeme führen und die Entwicklung mehr komplexer Prothesen wahrscheinlicher machen.

Control performance characteristics of myoelectric signal with additive interference.

Myoelectric signal is an important source of control information for powered prostheses. A commonly used performance measure for the signal processors of such control systems is the ratio of processor output mean to variance. This ratio (SNR) is a function of a number of factors including physiological parameters and additive interference. The paper investigates the effects of motor unit physiological parameters and interference on control performance, with particular reference to SNR. Performance equations are derived and verified within vivo experiments. The results show a complex interaction among the physiological parameters and interference. A particular point of interest is the misleading SNR values that can occur under certain recruitment and interference conditions.

Uniform discrete random-variable generator

TIE STUDY of the human operator as a part of an information channel in a man-machine system requires an information or message source of known statistics. The message source commonly used in continuous tracking studies such as those described by WEMP• and BATY (1968) is a continuous random-noise generator with a Gaussian probability-density function. In a study currently undertaken by the authors to study the human operator in a discrete myoelectric channel, it was necessary to obtain a discrete message source of the following nature: the message source was to consist of a set of discrete messages {M~} (i = 1 , . . . AT), such that: (a) the probability of the occurrence of the message