10663

10663

كنترل مقاوم گام برداشتن در افراد دچارضايعه نخاعي به وسيله‌ي تحريك الكتريكي عملكردي

دكتري

برق - كنترل

شهريور ماه 1391

شهريور ماه 1391

دكتر عباس عرفانيان

يكي از كاربردهاي مهم تحريك الكتريكي عملكردي، بازتواني گام برداشتن افراد دچار ضايعه‌ي نخاعي است. توانبخشي گام برداشتن به دليل اهميت زياد آن در زندگي روزمره، همواره مورد توجه محققان بوده و هنوز هم به عنوان يك مسأله‌ي باز مورد بررسي است. مشكلات اصلي استفاده از تحريك الكتريكي عملكردي در بازتواني گام برداشتن، ايجاد الگوي تحريك مناسب و مصرف زياد انرژي متابوليسم در بالاتنه‌ي فرد بيمار حين گام برداشتن است. از اين رو حل اين دو مشكل، محور اصلي اين تحقيق مي‌باشد. در قدم اول، به منظور مطالعه‌ي گام برداشتن با واكر، يك مدل اسكلتي- عضلاني پيشنهاد مي‌شود. سپس با استفاده از مدل ارائه شده، مطالعه و بهينه‌سازي گام برداشتن به صورت شبيه‌سازي و با استفاده از روش كنترل بهينه انجام مي‌گيرد. براي پياده‌سازي كنترل بهينه از روش برنامه‌ريزي پويا و الگوريتم بهينه‌سازي گروه ذرات (PSO) استفاده مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي در آزمايشات انساني مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج عملي حاكي از آن است كه با يك الگوي تحريك مناسب و استفاده از گروه عضلاني بيشتر نسبت به سيستم‌هاي حلقه باز متداول، امكان بهبود كيفيت گام برداشتن وجود دارد. مشكل سيستم پياده‌سازي شده در اين قسمت، ماهيت حلقه باز بودن آن است كه در برابر خستگي، اغتشاشات و تغييرات روز به روز و فرد به فرد مقاوم نيست. به همين خاطر در قدم بعدي، يك روش كنترل فازي- تطبيقي مد لغزشي ترمينال براي كنترل مقاوم حركت گام برداشتن پيشنهاد مي‌شود. عملكرد كنترل كننده در مطالعات شبيه‌سازي بيماران مجازي مختلف و آزمايشات انساني مربوط به كنترل حركت سيستم‌هاي چند عضله- چند مفصل ارزيابي مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي و عملي، حاكي از مقاوم بودن روش هستند. سپس، يك استراتژي مدولار كنترل بر اساس تركيب كنترل فازي- تطبيقي مد لغزشي ترمينال و كنترل فازي براي كنترل گام برداشتن پيشنهاد مي‌گردد. در اين استراتژي، دامنه و عرض پالس سيگنال تحريك به صورت خودكار تعيين شده و كمينه كردن هم‌زمان خطاي رديابي مسير مرجع در مفاصل پايين‌تنه و نيروي اعمالي دست به دسته‌ي واكر مورد توجه است. عملكرد كنترل كننده توسط آزمايشات انساني ارزيابي مي‌شود. نتايج آزمايشات انساني بر روي سه معلول نشان مي‌دهد كه كنترل كننده توانسته الگوي تحريك مناسب را در جهت رديابي مسير مرجع مفاصل پايين‌تنه اعمال كند و همچنين نيروهاي دست نسبت به سيستم‌هاي حلقه باز، به طور چشم‌گيري كاهش پيدا كرده است. نتايج عملي بيان مي‌كند كه استراتژي طراحي شده در برابر تغييرات گام به گام، روز به روز و حتي فرد به فرد مقاوم است. در پايان، با انجام آزمون فرض t-test نتيجه‌گيري‌هاي حاصل از آزمايشات عملي اعتبارسنجي مي‌شود. واژه‌هاي كليدي: كنترل تطبيقي- فازي، كنترل لغزشي ترمينال، تحريك الكتريكي عملكردي، گام برداشتن افراد دچار ضايعه‌ي نخاعي، مدل اسكلتي- عضلاني.