پایان نامه بررسی سیگنال های الکترومایوگرافی در حرکت دست

تعداد صفحات: ۱۸۹ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان                                       صفحه

چکیده

مقدمه …………………………………. ۱

فصل اول : ‌آشنایی با الکترومایوگرافی

۱-۱ مقدمه ……………………………… ۳

۲-۱ الکترومایوگرافی چیست ؟……………….. ۳

۳-۱ منشأ سیگنال EMG کجاست ؟……………… ۷

۱-۳-۱ واحد حرکتی ……………………….. ۷

۴-۱ آناتومی عضله………………………… ۸

۱-۴-۱ رشته عضلانی واحد……………………. ۸

۲-۴-۱ ساختار سلول ماهیچه ………………… ۸

۵-۱ انقباض عضلانی ……………………….. ۹

۶-۱ تحریک‌پذیری غشاء عضله ……………….. ۱۱

۷-۱ تولید سیگنال EMG…………………… 12

۱-۷-۱ پتانسیل عمل ……………………… ۱۲

۸-۱ ترکیب سیگنال EMG…………………… 14

۱-۸-۱ انطباق واحدهای حرکتی ……………… ۱۴

۹-۱ فعال سازی عضله …………………….. ۱۵

۱۰-۱ طبیعت سیگنال MMG………………….. 16

۱۱-۱ فاکتورهای موثر بر سیگنال EMG……….. 18

فصل دوم :انواع سیگنال‌های الکترومایوگرافی و روشهای طراحی

۱-۲ انواع EMG ………………………… 21

۲-۲ الکترومایوگرافی سطحی : ردیابی و ثبت ….. ۲۲

۱-۲-۲ ارتباطات کلی …………………….. ۲۲

۲-۲-۲ مشخصه‌های سیگنال EMG………………. 23

۳-۲ مشخصه‌های نویز الکتریکی ……………… ۲۴

۱-۳-۲ نویزمحدود شده ……………………. ۲۴

۲-۳-۲ آرتی فکت‌های حرکتی ………………… ۲۴

۳-۲-۲ ناپایداری ذاتی سیگنال …………….. ۲۵

۳-۲ بیشینه سیگنال EMG………………….. 25

۴-۲ طراحی الکترود و ‌آمپلی فایر ………….. ۲۶

۵-۲ تقویت تفاضلی ………………………. ۲۶

۶-۲ امپدانس داخلی ……………………… ۲۸

۷-۲ طراحی الکترودفعال ………………….. ۲۹

۸-۲ فیلترینگ ………………………….. ۲۹

۹-۲ استقرار الکترود ……………………. ۳۰

۱۰-۲ روش مرجح مصرف …………………….. ۳۰…

۱۱-۲ هندسه الکترود……………………… ۳۰

۱-۱۱-۲ نسبت سیگنال به نویز ……………… ۳۱

۲-۱۱-۲ پهنای باند………………………. ۳۲

۳-۱۱-۲ سایر ماهیچه نمونه ……………….. ۳۲

۴-۱۱-۲ قابلیت cross talk…………………… 33

۱۲-۲ بار موازی الکترود …………………. ۳۳

۱۳-۲ قرار دادن الکترود EMG……………… 34

۱-۱۳-۲ تعیین مکان و جهت‌یابی الکترود ……… ۳۴

۲-۱۳-۲ نه روی نقطه محرک ………………… ۳۵

۳-۱۳-۲ نه روی نقطه محرک ………………… ۳۶

۴-۱۳-۲ نه در لبه‌ی بیرونی ماهیچه …………. ۳۷…

۱۴-۲ موقعیت الکترود نسبت به فیبرهای ماهیچه .. ۳۷

۱۵-۲ قرار دادن الکترود مقایسه …………… ۳۸

۱۶-۲ پردازش سیگنال EMG…………………. 39

۱۷-۲ کاربردهای سیگنالEMG……………….. 40

۱۸-۲ الکترومایوگرافی سوزنی………………. ۴۱

۱۹-۲ مزایا و معایب الکترودهای سطحی و سوزنی .. ۴۳

۱-۱۹-۲ مزیت‌های الکترود سطحی …………….. ۴۳

۲-۱۹-۲ معایب الکترودهای سطحی ……………. ۴۳

۳-۱۹-۲مزایای الکترودهای سوزنی …………… ۴۳…

۴-۱۹-۲ معایب الکترودهای سوزنی …………… ۴۴

۲۰-۲ تفاوت موجود بین الکترودهای سطحی وسوزنی . ۴۵

۲۱-۲ انواع طراحی ………………………. ۴۵

فصل سوم :مفاهیم اساسی در بدست آوردن سیگنال EMG

۱-۳ مقدمه …………………………….. ۴۸…

۲-۳ معرفی …………………………….. ۴۸…

۱-۲-۳ نمونه‌برداری دیجیتال چیست ؟…………. ۴۸…

۲-۲-۳ فرکانس نمونه‌برداری ……………….. ۴۹…

۳-۲-۳ فرکانس نمونه‌برداری چقدر باید بالا باشد ؟ ۴۹…

۴-۲-۳ زیر نمونه‌برداری – وقتی که فرکانس نمونه‌برداری خیلی پائین باشد …………………………………. ۵۲…

۵-۲-۳ فرکانس نایکوئیست …………………. ۵۳…

۶-۲-۳ تبصره‌ی کاربردی DELSYS…………….. 54…

۳-۳ سینوس‌ها و تبدیل فوریه ………………. ۵۴…

۱-۳-۳ تجزیه سیگنال‌ها به سینوس‌ها …………. ۵۵

۲-۳-۳ دامنه فرکانس …………………….. ۵۷…

۳-۳-۳ مستعارسازی – چطور از آن دوری کنیم ؟…. ۵۹…

۴-۳-۳ فیلترپارمستعاد …………………… ۶۱

۵-۳-۳نکته کاربردی DELSYS……………….. 63

۴-۳ فیلترها …………………………… ۶۴

۱-۴-۳ انواع فیلترهای ایده‌ آل ……………. ۶۵

۲-۴-۳ پاسخ فاز ایده‌آل ………………….. ۶۷

۳-۴-۳ فیلتر کاربردی ……………………. ۶۸

۴-۴-۳پاسخ فاز غیر خطی ………………….. ۷۱

۵-۴-۳ اندازه‌گیری ولتاژ – دامنه ، توان ودسی بل ۷۲

۶-۴-۳ فرکانس ۳ Db……………………….. 74

۷-۴-۳ مرتبه فیلتر ……………………… ۷۵

۸-۴-۳ انواع فیلتر ……………………… ۷۶

۹-۴-۳ فیلترهایdigital – Analog Vs ……………. 80

۱۰-۴-۳ نکته کاربردی Delsys……………….. 84

۵-۳ رسیدگی به مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال ….. ۸۵

۱-۵-۳ کوانتایی سازی ……………………. ۸۵

۲-۵-۳ رنج دینامیکی …………………….. ۸۷

۳-۵-۳ کوانتایی سازی سیگنال EMG………….. 90

۴-۵-۳ مشخص ک ردن ویژگی‌های ADC…………… 92

۵-۵-۳ نکته کاربردی Delsys………………… 95

۶-۳ نتیجه‌گیری …………………………. ۹۵

فصل ۴: بکارگیری مناسبت نیرویgrip مبنی بر سیگنال EMG

۱-۴ مقدمه …………………………….. ۹۸

۲-۴دید کلی پایه‌ای یک سیستم ……………… ۹۸

۳-۴ منطقی برای تولید نیروی گریپ …………. ۹۹

۴-۴ دستاورد ………………………….. ۱۰۲

۵-۴ نتیجه ……………………………. ۱۰۳

فصل پنجم : طبقه‌بندی سیگنال EMG برای شناسایی سیگنال دست

• مقدمه ۱۰۵

۲-۵ سیگنال‌های EMG و سیستم اندازه‌گیری …… ۱۰۷

۳-۵ طرح ویژگی‌ خود سازمان دهی …………… ۱۰۷

۴-۵ روش طبقه بندی سیگنال EMG پیشنهادی ….. ۱۰۹

۵-۵ نتیجه‌گیری ………………………… ۱۱۷

فصل ۶: ارتباط بین نیروی ماهیچه‌ای ایزومتریک و سیگنال EMG به عنوان هندسه بازو

• مقدمه ۱۱۹
• نتایج ۱۲۱

۳-۶ بحث ……………………………… ۱۲۳

۱-۳-۶ ارتباط EMG- Force…………………. 127

۲-۳-۶ رابط نیروی MF……………………. 129

۳-۳-۶ رابطه‌ی درصد نیروی DET…………….. 131

۴-۳-۶ نتایج ………………………….. ۱۳۱

۴-۶ روش تجربی ………………………… ۱۳۲

۱-۴-۶ اشخاص ………………………….. ۱۳۲

۲-۴-۶ مجموعه تجربی ……………………. ۱۳۲

۳-۴-۶ مدارک EMG و نیرو………………… ۱۳۳

۴-۴-۶ تحلیل‌های EMG غیر خطی ……………. ۱۳۵

۵-۴-۶ تحلیل‌های ‌آماری و پارامترها ……….. ۱۳۶

۵-۶ نتیجه‌گیری ………………………… ۱۳۶

فصل ۷: طبقه‌بندی سیگنال EMG برای کنترل دست مصنوعی

۱-۷ مقدمه ……………………………. ۱۳۸

۲-۷ روش‌ها ……………………………. ۱۴۰

۳-۷ آزمایش و نتایج…………………….. ۱۴۱

۱-۳-۷ نتیجه‌گیری ………………………. ۱۴۲

فصل ۸ : یک استخوان‌بندی کنترل شده توسط EMG برای نوسازی دست

۱-۸ مقدمه ……………………………. ۱۴۴

۲-۸ سیستم اصلاح دست ……………………. ۱۴۸

۱-۲-۸ استخوان‌بندی خارجی ……………….. ۱۴۸

۲-۲-۸ الکترونیک و نرم افزار ……………. ۱۴۹

۳-۸ پردازش EMG……………………….. 151

۴-۸ تستهای اولیه دستگاه ……………….. ۱۵۳

۱-۴-۸ نتیجه‌گیری ………………………. ۱۵۵

۲-۴-۸ کارهای آینده ……………………. ۱۵۶…

فصل نهم : یک مدار ‌آنالوگ جدید بر ای کنترل دست مصنوعی

۱-۹ مقدمه ……………………………. ۱۵۸

۲-۹ چکید‌ه‌ای از سیستم ………………….. ۱۶۰

۳-۹ پیاده‌سازی مدار ……………………. ۱۶۳

۴-۹ نتایج شبیه سازی …………………… ۱۶۶

۵-۹ نتیجه‌گیری ………………………… ۱۶۸

چکیده

الکترومایوگرافی (EMG) مطالعه عملکرد عضله از طریق تحلیل سیگنال‌های الکتریکی تولید شده در حین انقباضات عضلانی است که اندازه‌گیری آن همراه با تحریک عضله است که میتواند شامل عضلات ارادی و غیرارادی شود این سیگنال به طور کلی به دو دسته‌ی بالینی وKine Siological EMG تقسیم‌بندی می شود که خود دسته‌ی دوم باز دونوع سوزنی وسطحی را در خود جای می‌دهدکه هر کدام درجای خود بسته به نوع ماهیچه و بیماری مورد استفاده قرار می گیرند در الکترومایوگرافی آنچه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است نوع طراحی الکترود است که در این مقاله به سه نوع طراحی الکترود اشاره شده است.

برای اندازه‌گیری و ثبت سیگنال الکترومایوگرافی مکان قرار دادن الکترود بسیار مهم میباشد . الکترومایوگرافی موضوع تحقیقی بسیار گسترده‌ای می‌باشد و پرداختن به هر قسمت آن خود به زمان بسیار زیادی احتیاج دارد در اینجا به بررسی این سیگنال در حرکت دست می‌پردازیم.

برای شناسایی سیگنال دست از طبقه‌بندی الگوی EMG استفاده می‌کنند که این طبقه‌بندی روش‌های گوناگونی از جمله swids ، هوش مصنوعی sofms و غیره می باشد که روش مورد بررسی در این تحقیق طبقه بندی الگوی EMG با استفاده از نقشه‌های خود سازمانده می باشد sofm یک شبکه رقابتی یادگیری بدونکنترلی است که دارای الگوی طبقه‌بندی می‌باشد.

گر چه طبقه‌ بندی الگوهای EMG بسیار مشکل می‌باشد اما به حرکت دست کمک زیادی می‌کند بیشترین استفاده EMG برای نوسازی دست است نوسازی دست اصولاً با استخوان بندی کنترل شده انجام می‌شود . فعالیت الکتریکی ماهیچه‌ها به ما این اجازه را می‌دهد که بدانیم آیا بیمار در سعی در تکان دادن انگشت‌ها می‌کند یا نه.

مقدمه

مشکلات عصبی وحرکتی  همواره محققان را واداشته تا بدنبال یافتن روشهایی برای رفع این مشکلات برایند .استفاده از الکترومایو گرافی  یکی از این روش ها  میباشد. الکترومایوگرافی در لغت به معنی برق نگاری ماهیچه ای است.واز نظر علمی روشی تجربی در زمینه بسط ،ثبت وانالیز سیگنالهای الکتریکی عضله می باشد ،که این سیگنال  ها بوسیله دگرگونی های فیزیولوپیکی در غشا فیبر عضلانی شکل می گیرد.

این تحقیق ابتدا به بررسی این سیگنال انواع ان ومفاهیم اساسی در به دست اوردن ان وس÷س به بررسی این سیگنال در حرکت دست می÷ردازد،در اینجا ما سعی کده ایم مطالب را به گونه ای ساده وقابل فهم توضیح دهیم.هدف از این کار اشنایی مختصری با استفاده از الکترونیک در علم پزشکی  میباشد.

همانطور که در این تحقیق خواهیم خوتند این سیگنال کمک بسیاری به حرکت دست های مصنوعی وکسانی که مقطوع العضوند می کند .دنیای  الکترومایو گرافی دنیای بسیار گستر دهای می باشد وما در اینجا مختصری از ان را بیان کرده ایم ،امیدواریم که توانسته باشیم مطالب را به گونه ای مفید ارائه کرده باشیم.

الکترومایوگرافی چیست؟

الکترومایوگرافی مطالعه عملکرد عضله از طریق تحلیل سیگنال های الکتریکی تولید شده در حین انقباضات عضلانی است .EMGاغلب به طور نادرستی به وسیله ی پزشکان ومحققان به کار گرفته می شود.در بیشتر موارد حتی الکترو مایو گرافر های با تجربه نیز نمی توانند اطلا عات کافی وجزییات مورد نظر را از پروتکل به دست اورند و لذا محققان دیگر مجازند که کارهای انها را تکرار کنند.

الکترومایوگرافی اندازه گیری سیگنال  الکتریکی  همراه با تحریک عضله است که می تواند شامل عضلات ارادی وغیر ارادی شود.وضعیت  EMG انقباصات عضله ارادی به میزان کشش بستگی دارد.واحد عملکری انقباض عضله یک واحد حرکتی است که متشکل از یک نورون الف منفرد وتمام فیبر هایی که از ان منشعب می شوند.وقتی پتانسیل عمل عصب حرکتی که فیبر را تغذیه می کند به استانه ی دپلاریزاسیون برسد فیبر عضله منقبض می شود .دپلاریزاسیون با عث ایجاد میدان الکترو مغناطیسسی می شود واین پتانسیل به عنوان ولتاژ انداره گرفته میشود.

دپلاریزاسیون که در طول غشا عضله منتشر می شود یک پتانسیل عمل عضله است .پتانسیل عمل واحد حرکتی مجموع پتانسیل عمل های منفرد تمامی فیبر های یک واحد حرکتی است .بنابراین سیگنال EMG جمع جبری تمام پتانسیل عمل های واحد های حرکتی موجود در ناحیه ای است که الکترود درانجا قرار گرفته است.ناحیه ی قرار گرفتن الکترود معمولا شامل بیش از یک واحد حرکتی است زیرا فیبر های عضلا نی واحد های  حرکتی مختلف  در تمام طول عضله در ترکیب با هم قرار دارند.

ساختار سلول ماهیچه

درون سارکوپلاسم سازه های بلند نازک روشن و تیره ای به اسم تارچه ماهیچه (فیلامان) در امتداد طولی قرار گرفته اند که به همین دلیل یک شکل راه راه پدید می آورند. هر تارچه شمال واحدهای متعددی به اسم سارکومر است.

سارکومرها کوچکترین واحدهای قابل انقباض در یک فیبر عضلانی هستند.  هزاران سارکومر یک زنجیره طولانی در هر تارچه ماهیچه تشکیل می دهند.  غشاء Z نشانه مرز بین هر دو سارکومر با هم میباشد.  طرح خطوط روشن و تیره به خاطر دو نوع تارچه پروتئینی طولی است. میوزین( فیلامان ضخیم تر) که منحصر به باند تیره A  و منطقهH  است و آکتین ( فیلامان نازکتر) که در باند روشن I و بین میوزین در سرهای باند تیره A قرار دارد.