26628

كنترل بي اختياري مثانه با استفاده از تحريك الكتريكي عملكردي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

1398

1401/3/23

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

مهندسي برق

دستگاه ادرار تحتاني وظيفه جمع آوري و دفع ادرار را برعهده دارد. يكي از اختلالاتي كه در اين سيستم رخ مي دهد، بي اختياري مثانه است. بي اختياري مثانه در مبتلايان به سندرم مثانه پُركار شامل افراد مسن، داراي ضايعه نخاعي و بيماري عصبي شايع بوده و عبارت است از نشت غيرارادي ادرار كه در مرحله ذخيره سازي رخ مي دهد. پژوهش هاي تحريكي در زمينه كنترل بي اختياري مثانه بر روي اعصاب محيطي، ريشه هاي خاجي و گانگليون هاي خلفي خاجي انجام گرفته است. تحريك از طريق اين اعصاب علاوه بر نيازمندي به جريان بالا جهت اثرگذاري، داراي مشكل كاشت الكترود به علت معلق بودن (عدم وجود بافت سخت در اطراف) نيز است. به منظور غلبه بر اين مشكلات، در اين پژوهش براي اولين بار امكان كنترل بي اختياري مثانه از طريق تحريك درون نخاعي ميكروني در حيوان گربه بي هوش با ماده آلفاكلورالوز بررسي شد. در ابتدا شرايط مناسب آزمايش مثانه توسط ماده بي هوشي با حداقل سركوب رفلكس هاي نخاعي و خودمختار فراهم شد تا انقباضات تخليه اي يا خودبه خودي مثانه حفظ گردند. سپس، تحريك ناحيه مياني شاخ خلفي بند نخاعي S1 با فركانس 20 هرتز، دامنه پالس 100 ميكروآمپر و عرض پالس 100 ميكروثانيه منجر به سركوب انقباضات خودبه خودي مثانه در شرايط حجم - ثابت گرديد. اگرچه مي توان با اعمال تحريك به صورت پيوسته در زمان شروع تزريق، بي اختياري را مهار نمود؛ اما اين رويكرد به دليل مصرف بالاي انرژي و هم چنين امكان عادت مسير عصبي به تحريك از كارايي پاييني برخوردار است. در اين پژوهش به منظور اطلاع از زمان وقوع بي اختياري، براي اولين بار در حيوان گربه و در شرايط طبيعي آزمايش سيستومتري، روش كالمن- فازي ارائه شده است. اين روش در مرحله اول با استفاده از فيلتر كالمن دوگانه اقدام به تخمين چگالي طيف توان مدل خودهمبسته و تخمين زده شده سيگنال فشار مي نمايد. نتايج استخراج ويژگي نشان مي دهند كه محتواي فركانسي نسبت به محتواي زماني قادر به تشخيص سريع تر وقايع است. در مرحله دوم با استفاده از سيستم استنتاج فازي و بدون نياز به فرآيند آموزش، وقايع مربوط به نشت ادرار در 45/1 ± 09/3 ثانيه قبل از وقوع آن با تاخير 40/0 ± 78/1، ميزان افزايش فشار 34/2 ± 81/20 سانتي متر آب و نرخ موفقيت 93% پيش بيني شد. نتايج گوياي اين مطلب است كه با استفاده از تحريك درون نخاعي جهت سركوب انقباضات تخليه اي مثانه و هم چنين به كار بستن روش ارائه شده به¬منظور تشحيص وقايع نشت ادرار، مي‌توان پروتزهاي عصبي نويني را به منظور كنترل بي اختياري مثانه در بيماران توصيه كرد.

1401/03/28

Control bladder incontinence by functional electrical stimulation

6/13/2023 12:00:00 AM

The lower urinary tract (LUT) consists of the bladder, urethra, and external urethral sphincter (EUS), which stores and periodically eliminates urine. Functional electrical stimulation could be used to treat LUT dysfunctions such as urinary incontinence. Overactive bladder is urgency, with or without urge incontinence, usually with frequency and nocturia in the absence of proven infection or other obvious pathology. OAB is treated primarily with behavioral therapy and secondly with pharmacotherapy. When conservative treatment does not result in adequate health benefits, electrical stimulation can be used. Traditional research for FES focuses on peripheral nerve, sacral DRG, and sacral roots. Stimulation on these sites needs a high amount of current. Also, electrode implantation without the existence of a rigid site may cause electrode movement or nerve rapture. To overcome peripheral nerve stimulation, we investigate the effect of intraspinal microstimulation on bladder pressure. Stimulation of the medial region of the S1 dorsal horn with 20 Hz, 100 A, and 100 s parameters could suppress spontaneous voiding contraction at isovolumetric conditions. Continuous electrical stimulation might result in ineffectiveness due to adaptation, increased risk of tissue damage, and high battery consumption. To overcome continuous stimulation difficulties, a conditional stimulation approach has been proposed, in which the stimulation is triggered only when it is required. To this end, we have introduced a new approach based on the Kalman-Fuzzy approach. It uses a dual Kalman filter to estimate the bladder pressure signal's auto-regressive (AR) power spectrum density. Next, features feed to a fuzzy inference system to predict urine leakage with a success rate of 93% in 2.75+1.65 s before occurrence.

بي اختياري , مثانه , نخاع , تحريك الكتريكي عملكردي , فيلتر كالمن , سيستم استنتاج فازي

Incontinence , Bladder , Spinal cord , Functional electrical stimulation , Kalman filter , Fuzzy inference system

Amirhossein Qasemi Delarestaq

Dr. Abbas Erfanian Omidvar