21446

21446

كنترل عملكرد مثانه و افزايش ظرفيت آن به‌وسيله تحريك الكتريكي عملكردي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي بيوالكتريك

1395

1398/7/30

عباس عرفانيان اميدوار

برق

عملكرد مثانه شامل دو بخش اصلي نگهداري ادرار تا حجم مناسب و همچنين تخليه كامل مثانه در لحظه مشخص است. ضايعه نخاعي و بيماري هاي نورولوژيك در عملكردهاي مثانه اختلال ايجاد مي كنند. اين اختلال در طولاني مدت باعث كاهش كيفيت زندگي بيماران، عفونت مجاري ادرار و نهايتاً آسيب به كليه ها خواهد شد. در افرادي كه بدن آنها نسبت به درمانهاي دارويي و كلينيكي مقاوم بوده از پروتزهاي عصبي مثانه به عنوان روشي تهاجمي و جايگزين جهت بازگرداني عملكردهاي مثانه استفاده ميشود. كليد اصلي در پروتزهاي عصبي اعمال تحريك الكتريكي عملكردي در زمان مناسب ميباشد. در اين پژوهش ابتدا با استفاده از سيگنال فيدبك حجم باقي مانده در مثانه، اعمال تحريك درون نخاعي بندهاي خاجي و همچنين ارائه استراتژي جديد جهت كنترل پارامترهاي تحريك سعي در كنترل حلقه بسته تخليه مثانه شد. براي صورت دهي به اين امر به نخاع رت نر سالم تحريك وقفهاي با ضريب وقفه 33 % به همراه مدولاسيون دامنه پالس و فركانس اعمال شد. در ادامه، جهت افزايش بيشتر راندمان تخليه از تحريك دو كانالِ با مدهاي همزمان و بهصورت يكي در ميان نيز بهره گرفته شد. نتيجه حاصل از اعمال اين الگوي تحريك تخليه مثانه با راندمان )واريانس ± ميانگين( 10 ± 90.13 درصد بوده كه نسبت به تخليه خود برانگيخته مثانه ) 13 ± 31.54 درصد( افزايش قابل ملاحظه اي داشته است. در گام بعدي جهت افزايش ظرفيت مثانه در مدل حيواني بيش فعال شده، با ارائه روشي جديد لحظه نشت را پيش بيني كرده ايم. شبكه عصبي LLGMN با دقت 80 % و 77 % )با حساسيت 90 % و 85 %( به ترتيب در دو گروه سالم و بيشفعال توانست به مدت 5 ثانيه زودتر وقوع نشت در مثانه را تشخيص دهد )با الگوي آموزش آزمايش آزمايش(. - نتايج گوياي اين مطلب است كه با ارائه الگو مناسب براي تحريك درون نخاعي جهت كنترل تخليه مثانه و همچنين به كار بستن روش هايي با پيچيدگي بالا جهت كنترل بي اختياري مي توان پروتزهاي عصبي نويني را به منظور بازيابي عملكرد مثانه در بيماران توصيه كرد.

1398/09/26

Bladder function control and capacity increase by functional electrical stimulation

10/21/2020 12:00:00 AM

The urinary bladder consists of two main functions, storing urine up to specific volume (urinary continence) and complete emptying of the bladder at the proper time (micturition). Spinal cord injury (SCI) or neurological disorders can disrupt the bladder functions. In long-term, this disruption may reduce the quality of life of patients, urinary tract infection, and conclusively kidneys infection. To restore bladder functions, an invasive methods suchlike bladder neural prostheses can be an alternative approach to the patient whose refractory to pharmacotherapy or other minimally invasive procedures. The key to neural prostheses is to utilize functional electrical stimulation at the proper time. In this study first, we sought to close-loop control of the bladder micturition reflex by Residual volume signal as feedback and utilizing intraspinal stimulation at the sacral segments with the implementation of new stimulation strategy. To this end, we applied intermittent electrical stimulation with 33% duty cycle, pulse amplitude modulation, and modulation of the frequency into the spinal cord of intact rat model. Multichannel stimulation in synchronous and asynchronous mode was used to enhance voiding efficiency. The result of this stimulation pattern was bladder emptying with the voiding efficiency of 90.13 ± 10 % that was significantly improved compared with distention-evoked micturition (31.54 ± 13 %). At the next attempt, we have predicted the leakage by nominating a new method to increase bladder capacity in an overactive bladder of the rat model. LLGMN neural network by five steps ahead prediction could detect the leakage with a precision of 80%, 77% (sensitivity of 90%, 85%) in the normal and overactive group, respectively (by Trial-Trial training pattern). The results indicate that by providing an adequate pattern for intraspinal stimulation to control bladder micturition and also employing sophisticated methods to control incontinence, new neural prostheses can be recommended to restore bladder function in patients.