22137

تخمين فشار و حجم مثانه با استفاده از سيگنال هاي عصبي

كارشناسي ارشد

بيوالكتريك

1398/1/25

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

برق

دستگاه ادرار تحتاني وظيفه جمع¬آوري و دفع ادرار را برعهده دارد. عملكرد عادي اين دستگاه در افراد دچار ضايعه نخاعي و يا اختلالات عصبي مي¬تواند دچار اختلال گردد. اين افراد دو مشكل عمده بي¬اختياري ادرار و اخلال در دفع ادرار را خواهند داشت. منظور از كنترل عملكرد مثانه در افراد ضايعه نخاعي و يا اختلالات عصبي، افزايش ظرفيت مثانه و غلبه بر بي¬اختياري ادراري با استفاده از تحريك الكتريكي مي¬باشد. دو نوع تحريك پيوسته و شرطي براي اين امر بكار مي¬رود. تحريك پيوسته بدون فيدبك از وضعيت مثانه بوده و در بلند مدت باعث آسيب به بافت¬هاي اطراف ناحيه تحريك و نيازمند توان مصرفي بالاتري است. براي اعمال تحريك شرطي اطلاع از وضعيت مثانه شامل فشار و حجم آن ضروري مي¬باشد. براي تخمين فشار و حجم مثانه دو دسته كلي سنسورهاي مصنوعي و سنسورهاي طبيعي (عضلات و اعصاب مربوط به مثانه) بكار مي-روند. استفاده از سنسورهاي مصنوعي براي كاربردهاي طولاني¬مدت چالش¬برانگيز بوده و استفاده از سنسورهاي طبيعي مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش با استفاده از ثبت سيگنال از نخاع مدل حيواني رت و بكارگيري ويژگي¬هاي نرخ آتش و توان در باندهاي فركانسي مربوط به سيگنال LFP در ساختار stack به تخمين همزمان فشار و حجم مثانه پرداخته شده است. استفاده از يك شبكه عصبي عميق بمنظور ارايه تخميني دقيقتر مورد نظر بوده است. از ديگر ويژگي¬هاي پروژه به بررسي فيزيولوژيكي ميزان اطلاعات موجود در سگمنت¬هاي نخاعي مرتبط با مثانه مي¬توان اشاره كرد. براي اولين بار نيز تخمين حجم بعد از وقوع لحظه ادرار مورد توجه قرار گرفته است. با بكارگيري از ساختار stack و استفاده از اطلاعات هر دو سگمنت S1 و L6 مقادير NRMS و CC براي تخمين فشار به ترتيب برابر با 5/4 ± 9/14 و 9/4 ± 4/ 84 درصد و براي حجم به ترتيب برابر با 7/4 ± 7/19 و 7/9 ± 2/74 درصد بدست مي¬آيند. با بررسي نتايج حاصل در اين پژوهش مي¬توان گفت كه سگمنت نخاعي S1 در مقايسه با سگمنت نخاعي L6 حاوي اطلاعات بيشتر در مورد مثانه مي¬باشد كه اين تفاوت معنادار است. همچنين با بكارگيري يك شبكه عصبي عميق مي-توان به نتايج بهتري دست يافت. نتايج اين پژوهش نشان مي¬دهد با استفاده از سيگنال عصبي ثبت شده از سگمنت¬هاي نخاعي و بكارگيري شبكه عصبي عميق مي¬توان سيگنال فيدبكي را در اختيار يك سيستم حلقه بسته قرار داد.

1399/04/28

Estimation of Bladder Pressure and Volume Using Neural Signals

4/13/2020 12:00:00 AM

Lower urinary tract has two main function: accumulation of the urine (continence) and micturition of urine. Normal function of Lower Urinary Tract in individuals with spinal cord injury or neurological disorders can be interrupted. These people have many problems in urinary bladder storage and in voiding function. The goal of bladder control is to increase the bladder capacity and overcome incontinence by electrical stimulation of related nerves. There is two common stimulation approach: continuous stimulation and conditional stimulation. Continuous stimulation can damage the tissue around the stimulation and needs to more power consumption. For the conditional chronic monitoring of bladder pressure and volume is required. Bladder pressure and volume can be estimated using artificial or natural sensors. In this thesis we used signal recorded from the L6 and S1 spinal cord segments to decoding bladder pressure and volume. Both spikes and LFP were stablished to decoding of bladder pressure and volume. Another issue which has been addressed in this thesis is using of a deep neural network to achieve better decoding of pressure and volume. The NRMS and CC for pressure decoding was 14.9 ± 4.5 and 84.4 ± 4.9 respectively. For the volume decoding NRMS and CC were 19.7 ± 4.7 and 74.2 ± 9.7, respectively. Our results shows that using signal recorded from both S1 and L6 segments and establishing a deep neural network we can achieve better performance in bladder pressure and volume decoding.