01 Uç Birim · Edge Device Mimarisi
Hastanın biyomekanik sinyallerini (EMG · IMU · Laktat) gerçek zamanlı okuyan, filtreleyen ve latching solenoid aktüatörünü kapalı çevrimli olarak süren otonom bir dinamik rehabilitasyon uç birimi.
02 Neden gerekli?
Üst ekstremite yaralanmalarında rehabilitasyonun klinik gerçeği ile uç birimimizin cevabı.
03 Klinik çerçeve
Modern ortopedinin temeli erken mobilizasyon — tam immobilizasyon iyileştirici değil, atrofi kaynağıdır.
≈ 3 hafta velpau bandajı yerine; dış rotasyonu kısıtlayan ayarlanabilir açı, erken hareket + kas gücü koruması. Özellikle yaşlı hastada dirsek sertliğini engeller.
Fleksiyon ve ekstansiyon yüzleri ayarlanabilir; omuz ROM korunur. Kontrollü açı ilerlemesi ile eklem sertliği önlenir.
Kırık stabilitesi korunarak düşük yoğunluklu, pasif asistanslı hareket; kemik iyileşmesi sırasında çevre kasların tonunu sürdürür. Radial sinir seyri risk bölgesi — basınç ve ROM sınırı titizlikle ayarlanır.
Onarım hattını koruyan sınır açılar içinde tedrici mobilizasyon; yapışıklık (kontraktür) oluşumu azalır, gliding korunur.
04 Klinik zeka katmanı
Ham biyo-sinyaller MCU + mobil AI katmanında işlenerek klinisyenin doğrudan kullanabileceği sayısal biyobelirteçlere dönüşür — “ne hissediyorsun” değil, ne ölçüyoruz.
Kas aksiyon potansiyelinin frekans içeriği yorgunlukla aşağı kayar; bu kayma oranı nesnel yorgunluk göstergesidir.
Hedeflenen eklem açısına ne oranda ulaşıldığını seans bazında raporlar — fonksiyonel iyileşmenin birincil ölçütü.
Aerobik ↔ anaerobik metabolizma geçişini gösterir; aşırı yüklenme uyarısı ve seans yoğunluk ayarı için kullanılır.
Üst biyobelirteçlerin ağırlıklı bileşimiyle uç birimin desteği dinamik güncellenir — kişiye özel, zamanla azalan.
05 Güvenlik çerçevesi
Dinamik ortez, statik immobilizasyonun yerine geçmez — doğru endikasyon + donanım güvenlik halkaları ile çalışır. Soru: nerede kullanılmaz?
Unstabil kırık / yeni redüksiyon (0–5 gün) sırasında stabilite önceliklidir. Cihaz ancak hekim onayıyla düşük assist + dar ROM modunda devreye girer; aksi halde pasif splint önerilir.
EMG elektrotları ve bandaj temas bölgelerinde açık yara, aktif enfeksiyon veya dermatit varsa kullanım kontrendikedir. Cilt iyileşmeden sensör katmanı yerleştirilemez.
EMG'de anlamlı kas aktivasyonu yoksa feed-forward girdisi üretilemez; cihaz sadece pasif ROM modunda çalışır. Humerus kırıklarında radial sinir bölgesi özellikle değerlendirilmelidir.
Dinamik ortez aktif hasta katılımı ister. Talimata uyamayan grupta (demans, ağır ağrı, sedasyon) yanlış kullanım deformite riski oluşturur — statik ortez daha uygundur.
06 Gömülü sistem mimarisi
ESP32-S3 üzerinde çalışan hiyerarşik kontrol katmanı — üç temel mühendislik tercihi ve neden'i.
Core 0 BLE iletişimi + paketleme; Core 1 donanım kesmeleri + gerçek zamanlı PID. Veri gönderimi sırasında motor kontrolünde kararsızlık (stutter) donanımsal olarak engellenir.
s-uzayında tasarlanan geri besleme döngüsü ayrık-zaman z-uzayına dönüştürülerek MCU'da çalışır. Kp, Ki, Kd katsayıları IMU açı hatasını minimize eder; hareket profili sarsıntısızdır.
Latching solenoid kilitli pozisyonda 0 mW tüketir; ESP32-S3 yalnızca EMG yetersiz kaldığında kısa PWM darbeleri üretir. Boştayken uç birim deep-sleep'e geçer ve batarya ömrü maksimize edilir.
07 Donanım · Blok şeması
ESP32-S3 çevresinde sensör ön-yükselteç katmanı, motor sürücü ve güç yönetiminin bağlantı topolojisi.
08 Mekanik tasarım
Solenoid kuvveti hastanın kas-eklem sistemine nasıl aktarılır? Ankraj · strap · makara · release kararları uç birimin elektronik mimarisiyle birlikte düşünüldüğünde cihaz gerçekten taşınabilir olur.
Reaksiyon kuvveti için sabit referans noktası gerekli. Humerus kırıklarında omuz ankrajı bası yapabilir; gövde ankrajı (thorax strap) daha stabil — ankraj kaymasıyla kuvvet yönlenmesi engellenir.
İki omuz üzerinden çapraz geçen strap tek taraflı yüklenmeyi dengeler; ipsilateral varyant daha hafif ve günlük kullanıma uygundur. Hastanın yaşam tarzına göre modüler seçim.
Dirsek çevresine yerleştirilen yönlendirici makara, solenoid kuvvet hattını uzatır; M = F·d ile küçük aktüatör → büyük torque. PWM duty düşer, ısınma azalır, seans süresi uzar.
Mekanik quick-release mandalı → hasta ağrı/şok anında tek hareketle aktüatörü kol kuvvetinden ayırabilir. Watchdog fault'u + fiziksel mandal birlikte iki katmanlı güvenlik oluşturur.
09 Sensör & aktüatör katmanı
Her bileşen için görev, örnekleme ve kontrol hattı.
Kasın aksiyon potansiyelini yakalar. Ön-yükselteç + enstrümantasyon amplifikatör; dijital HPF ile baseline drift giderilir, zarf çıkarıcı (RMS) yorgunluk belirteci üretir.
3 eksen ivmeölçer + 3 eksen jiroskop. Madgwick / tamamlayıcı filtre ile füzyon; gerçek zamanlı eklem açısı kestirimi PID geri beslemesine girer.
Terden laktat konsantrasyonu. Biyokimyasal cevap yavaş — 30 saniyelik periyotlarla örneklenir, tamponlanır, mobil AI'ya laktat eşiği hesabı için gönderilir.
Çift stabil kilitlemeli aktüatör. Kilit / açma için kısa PWM darbesi yeterli; arada güç tüketimi sıfır. Sürücü üzerinden akım ve konum geri beslemesi PID'ye döner.
10 Sinyal işleme · DSP pipeline
EMG ve IMU verileri MCU üzerinde sırasıyla filtrelenir, füzyona uğrar ve PID geri besleme hattına sunulur.
11 Kontrol algoritması
Sürekli zamanlı PID kanunu ayrık zamanda örneklenir ve mikrodenetleyicide gerçek zamanlı çalıştırılır.
12 Firmware · Durum makinesi
Uyku, kalibrasyon, aktif kontrol, telemetri ve hata durumlarının geçişleri — FreeRTOS görevleri üzerinde olay tetiklemeli.
13 Versiyon · Bağlam diyagramı
Uç birimin dış dünyayla veri alışverişi: hasta biyo-sinyali, aktüatör kontrolü ve mobil uygulama ile BLE senkronizasyonu.
0.0 Myola BioSense Uç Birim — ESP32-S3 üzerinde biyo-sinyalden kapalı çevrim motor kontrolüne uzanan tek noktalı akış merkezi.
14 Versiyon · İç süreç ayrıntısı
Uç birim içindeki omurga: DAQ → Filtre & Füzyon → PID (z-uzayı) → PWM Sürücü, seans tamponu ve BLE paketleme döngüsü.
15 Uygulama protokolü
Doku iyileşmesinin evrelerine göre cihaz destek seviyesi (assist) aşamalı olarak azaltılır — hedef %20–40 bandında kaslara yük aktarmak.
Velpau bandajı benzeri kontrollü immobilizasyon; ayarlı açı kısıtlayıcısı ile dış rotasyon sınırlanır. Düşük PWM duty, kısa seans — ağrı/şişlik yönetimi önceliklidir.
assist ≈ 60–80%Tendon gliding için pasif ROM; ardından EMG zarfına göre asiste aktif hareket. Kademeli ekstansiyon / fleksiyon yüzleri hedef açıya göre genişletilir.
assist %20–40 (hedef)Kas aktivasyonu baskın; cihaz yalnızca yorgunluk eşiğinde destek verir. Cihaz hareketi başlatır ve yönlendirir, kasın yerine geçmez.
assist < %20* Klinik karar hekim ve fizyoterapist değerlendirmesindedir; cihaz bu süreci nesnel biyo-veriyle destekler.
16 Teknik özet · prototip
Prototip çalışma değerleri — ürün dokümantasyonu ile güncellenir.
| Katman | Parametre |
|---|---|
| Mikrodenetleyici | ESP32-S3 · Xtensa LX7 · çift çekirdek · Wi-Fi/BLE 5.0 |
| Biyo-sinyal DAQ | EMG ~1 kHz · IMU 100–200 Hz · Laktat 0.03 Hz (30 sn) |
| Sinyal işleme | Dijital filtre (IIR/FIR) · EMG zarfı · IMU füzyonu (Madgwick) |
| Kontrol | Kapalı çevrim PID — z-uzayı · Ts 5 ms · anti-windup |
| Aktüatör | Latching solenoid · PWM sürücü · akım/konum geri besleme |
| Mekanik topoloji | Figure-of-8 / ipsilateral strap · thorax veya omuz ankraj · dirsek makarası · quick-release |
| Biyobelirteçler | PFI · ROM · LT · AAS (kaynak: EMG + IMU + Laktat füzyonu) |
| Assist profili | Hedef %20–40 · zamanla azalan · EMG tetikli |
| Kuvvet profili | Lineer / non-lineer destek eğrisi · başlangıçta yüksek → hareket ilerledikçe azalan |
| Ayarlanabilirlik | ROM · kuvvet · hız — kişiye özel (mobil uygulamadan) |
| Haptik geri bildirim | Eşik aşımında titreşim uyarısı · hasta + klinisyen bildirimi |
| Güç yönetimi | Event-driven uyku · kilitli solenoid ≈ 0 mW · < 10 µA sleep |
| Telemetri | BLE 5.0 · periyodik paket · 30 dk seans döngüsü |
| Güvenlik halkaları | Akım saturasyonu · ROM kesmesi · watchdog · anti-windup · ramp limit · quick-release |
| Kontrendikasyon | Akut instabilite · açık yara · ciddi motor defisit · hasta uyumsuzluğu |
17 TRL yol haritası
Teknoloji hazırlık seviyesi (TRL) bazında mevcut konum ve sonraki adımlar.
Matematiksel model, simülasyon, bileşen seçimi — akademik literatür temelli.
ESP32-S3 + sensör devresi + solenoid sürücü entegrasyonu; mekanik topoloji (strap + makara + release) iteratif doğrulama.
Gerçek kullanım ortamında pilot değerlendirmeler, iteratif PID kalibrasyonu, ergonomik iyileştirme.
Klinik saha çalışması, CE-MDR / ISO 13485 uyumu, seri üretime hazır tasarım.
18 Mimari göstergeler
Hedeflenen örnekleme, işleme ve güç değerleri.
19 İletişim
Sorularınız, iş birliği önerileri ve jüri geri bildirimleri için — mesajınız doğrudan ekip e-postasına iletilir.
Ya da doğrudan yazın → arifbatuhanbahar@gmail.com