28896

كنترل گام برداشتن در افراد داراي افتادگي مچ پا از طريق تحريك الكتريكي عملكردي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي بيو الكتريك

1399

1402/06/28

عباس عرفانيان اميدوار

مهندسي برق

گام برداشتن امري ضروري و مهم در زندگي هر شخصي است. هر گونه آسيب يا بيماري كه منجر به اختالل در گام برداشتن شود، ميتواند تأثير بسيار زيادي در كيفيت زندگي روزمره فرد بگذارد. بيماريها و آسيبهاي متعددي مانند ضايعه نخاعي، سكته مغزي، فلج اطفال، اسكلروزيس چندگانه و... از جمله بيماريهايي هستند كه در گام برداشتن فرد اختالل ايجاد ميكنند. نكته حائز اهميت در اين بيماريها آن است كه در اكثر موارد آسيب به سيستم اعصاب مركزي وارد شده و معموالً سيستم اعصاب محيطي سالم باقي ميماند. بنابراين روشهاي درماني كه بتواند به كمك سيستم اعصاب محيطي اختالل بوجود آمده را بر طرف نمايد، بسيار مورد توجه خواهد بود. در اين مطالعه سعي شده است روشي ارائه شود تا يكي از آسيبهايي را كه نتيجه اختالل در سيستم اعصاب مركزي است تا حد امكان بر طرف شود. در برخي از بيماريهاي ياد شده فرد دچار آسيب افتادگي مچ پا در هنگام گام برداشتن ميشود. بدينصورت كه شخص توانايي باال آوردن پنجه پا هنگام گام برداشتن را نداشته و پنجه پا به زمين كشيده ميشود. يكي از راهحلهاي اين موضوع، استفاده از تحريك الكتريكي عملكردي است كه در اين مورد خاص با تحريك به موقع عصب پرونئال و به موجب آن انقباض ماهيچه درشتني قدامي در هنگام گام برداشتن اختالل برطرف خواهد شد. اما براي تنظيم زمانبندي تحريكات الكتريكي نياز است تا در هر لحظه از زمان از وضعيت پاي شخص در هنگام گام برداشتن مطلع بود. بدين منظور تا كنون روشها و الگوريتمهاي متنوعي براي تشخيص رويدادهاي گام برداشتن ارائه شده است. از آنجايي كه ذات مطالعه ارائه شده بالدرنگ بوده و نياز است تا در همان لحظه تصميمگيري انجام گيرد، تنها روشها و الگوريتمهايي مطالعه و بررسي شدهاند كه قابليت تشخيص رويدادهاي گام برداشتن در حالت بالدرنگ را داشته باشند. از ميان الگوريتمهاي ياد شده، الگوريتمهاي مبتني بر قواعد به علت بار محاسبتي و زمان پردازشي كم بسيار مورد توجه هستند. در اين مطالعه نيز سعي شده است تا يك الگوريتم مبتني بر قواعد توسعه و ارائه داده شود. به منظور آزمون و خطا براي رسيدن به يك الگوريتم قابل اتكا، قبل از آزمايش بر روي بيماران، از افراد سالم براي مطالعه بر روي اطالعات حركتي هنگام گام برداشتن براي انجام آزمايشها دعوت شده و پس از حصول نتيجه اوليه، عملكرد الگوريتم توسعه داده شده برروي بيماران نيز بررسي شده است. ميانگين خطاي زماني الگوريتم توسعه داده شده در افراد سالم براي رويداد جداشدن پاشنه 41/28 ميليثانيه و براي رويداد اصابت پاشنه 73/54 ميليثانيه بوده است. همچنين دقت تشخيص اين دو رويداد به ترتيب 97 و 91 درصد بوده است. در مورد بيماران، خطاي زماني اين دو رويداد به ترتيب 86/18 و 148/14 ميليثانيه بوده است. همچنين دقت تشخيص اين دو رويداد در بيماران به ترتيب 89 و 91 درصد بوده است. پس از حصول نتيجه در امر تشخيص رويدادهاي گام برداشتن، با هدف بهينهسازي پارامترهاي تحريك از كنترلكننده مد لغزشي و مقابله با اثر خستگي ماهيچه از كنترلكننده فازي استفاده شده است.

1402/07/23

Ankle Control in Foot drop Patients using Functional Electrical Stimulation

9/18/2024 12:00:00 AM

Walking is necessary and important in every person's life. Any injury or disease that leads to gait disorder can greatly affect the quality of a person's daily life. Several diseases and injuries, such as spinal cord injury, stroke, cerebral palsy, multiple sclerosis, etc., are among the diseases that interfere with a person's walking. The important point in these diseases is that in most cases the central nervous system is damaged and usually the peripheral nervous system remains healthy. Therefore, treatment methods that can eliminate the disorder with the help of the peripheral nervous system will be of great interest. In this study, an attempt has been made to provide a method to eliminate one of the injuries that is the result of a disorder in the central nervous system as much as possible. In some of the mentioned diseases, a person suffers ankle injury while walking. In such a way that the person does not have the ability to raise the toe when taking a step and the toe is dragged to the ground. One of the solutions to this issue is the use of functional electrical stimulation, which in this particular case will be resolved by timely stimulation of the peroneal nerve and thereby the contraction of the tibialis anterior muscle during walking. But in order to adjust the timing of the electrical stimulations, it is necessary to be aware of the position of the person's foot at any moment of time while taking a step. For this purpose, various methods and algorithms have been presented to detect gait events. Since the nature of the presented study is real-time and it is necessary to make a decision at the same moment, only methods and algorithms have been studied and reviewed that have the ability to detect gait events in real-time. Among the mentioned algorithms, rule-based algorithms are very interesting due to the computational load and low processing time. In this study, an algorithm based on rules has been developed and presented. For the purpose of trial and error to reach a reliable algorithm, before testing on patients, healthy people are invited to study the movement information while taking a step to perform the tests, and after obtaining the initial result, the performance of the developed algorithm on Patients have also been examined. The average time error of the developed algorithm in healthy people was 41.28 milliseconds for the heel separation event and 73.54 milliseconds for the heel strike event. Also, the accuracy of detecting these two events was 97% and 91%, respectively. In the case of patients, the time error of these two events was 86.18 and 148.14 milliseconds, respectively. Also, the accuracy of diagnosing these two events in patients was 89% and 91%, respectively. After obtaining the result in the detection of stepping events, with the aim of optimizing the stimulation parameters, the sliding mode controller has been used and the fuzzy controller has been used to deal with the effect of muscle fatigue

تحريك الكتريكي عملكردي , تشخيص رويدادهاي گام برداشتن , تجزيه و تحليل حركت , كنترل گام برداشتن , افتادگي مچ پا

Functional Electrical Stimulation , Gait Event Detection , Motion Analysis , Gait Control , Foot drop

Seyed Mohammad Reza Mohammad Zadeh

Abbas Erfanian