12216

12216

كنترل حركت گام برداشتن با استفاده از تحريك الكتريكي ميكروني نخاع

دكتري

برق - بيوالكتريك

1392

1392

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

چكيده تحريك الكتريكي نخاع به عنوان يك روش بالقوه موثر به منظور بازيابي حركت در افراد فلج دچار ضايعه نخاعي مطرح مي‌باشد. تحريك درون نخاع منجر به تحريك طبيعي فيبرهاي عضلاني مي‌‌گردد و پديده‌هايي همچون خستگي، اسپاسم و جابجايي الكترودها را محدود مي‌كند. هدف از اين تحقيق ايجاد حركت گام برداشتن كنترل شده با كنترل شدت تحريك الكتريكي مي‌باشد. در تحريك نخاع با توالي سه سيستم كاملا غير خطي و متغير با زمان شامل مدارات نروني درون نخاع، انقباض ماهيچه ها و ديناميك مفاصل روبرو هستيم. در اين تحقيق يك روش كنترلي جديد مبتني بر تركيب " كنترل لغزشي با تخمينگر فازي" و "كنترل عصبي-تطبيقي" ارائه گرديد. نتايج بدست آمده در شبيه سازي هاي كامپيوتري و آزمايشهاي عملي روي حيوان رت نشان مي‌‌دهد كه روش پيشنهادي در مقايسه با روش لغزشي متداول، ضمن حفظ سرعت بالاي پاسخ، نوسان در سيگنال كنترلي را حذف كرده است. براي ايجاد پالس جهت تحريك نخاع، يك مولد 16 كاناله طراحي و ساخته شد كه مي‌‌تواند فركانس، دامنه و عرض پالس تحريك را بصورت بي‌درنگ تنظيم نمايد. در گام اول پاسخ مفاصل به تحريك‌هاي الكتريكي ميكروني در نقاط مختلف نخاع اندازه‌گيري شد. در ادامه منحني بكارگيري و مكان تحريك ماهيچه هاي موثر در جابجايي مفاصل، مشخص شد. پديده هايي چون اثرات تحريك همزمان دو دسته ماهيچه متقابل ، توانايي دنبال كردن زاويه مطلوب در يك مفصل، غلبه بر خستگي و اثرات تحريك همزمان دو مفصل روي يكديگر به تفصيل بررسي شد.كنترل كننده پيشنهادي الگوي طبيعي گام برداشتن را در مچ با خطاي ٪8 و در زانو با خطاي ٪7/8 دنبال نمود. همچنين خطاي رديابي كنترل همزمان زانو و مچ به ترتيب ٪9 و ٪3/9 مي‌باشد. يك ديدگاه ديگر براي ايجاد حركت گام برداشتن، قرار دادن چندين ساختار حركتي پايه‌اي به صورت متوالي است. به مدارهاي نروني درون نخاع كه امكان ايجاد يك حركت هماهنگ در عضو را دارند، ساختار حركتي پايه اي مي گويند. در اين پروژه چهار ساختار پايه‌اي حركت درون نخاع شناسايي گرديد، منحني بكارگيري هركدام استخراج شد و حركت گام برداشتن طبيعي در رت قطع نخاع شده با استفاده از الگوريتم كنترل پيشنهادي ايجاد گرديد. ميزان خطاي دنبال كردن زاويه مطلوب در مفاصل مچ، زانو و ران به ترتيب ٪17 ، ٪5/14و٪ 3/15 مي باشد. واژه‌هاي كليدي: تحريك الكتريكي نخاع، گام برداشتن، كنترل لغزشي، رت، ساختار پايه‌اي حركت.