کنترل حلقه بسته حرکت در عضلات فلج با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی
محور پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی برق و کامپیوتر
حوزه پژوهش
توانبخشی
عنوان
کنترل حلقه بسته حرکت در عضلات فلج با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: مهندسی عصبی از حوزه های گسترش یافته در قرن 21 در زمینه مهندسی پزشکی است. از اهداف مهندسی عصبی تحقیقات بنیادین در زمینه سیستم های عصبی - عضلانی، گسترش روش های تشخیص، درمان و توانبخشی با استفاده از روش های مهندسی است. مهندسی عصبی منشأ ایجاد یک فناوری، تحت عنوان فناوری عصبی شده است. هدف این فناوری، طراحی و ساخت ابزار میکروالکترونیکی است که با ارتباط مستقیم با سیستم عصبی مرکزی و یا اعصاب محیطی، کنترل خارجــی ارگان های بدن را به عهده می گیرد. این سیستم ها ارگان های بدن را به همان نحوی کنترل می کنند که سیستم عصبی مرکزی انسان در حالت طبیعی کنترل می کند. امروزه کاربرد فناوری عصبی در توانبخشی و درمان، بسیار گسترش یافته است و تحول شگرفی را در زمینه توانبخشی بوجود آورده است. ضایعه حاد نخاعی در نتیجه له‌شدگی یا پارگی نقطه‌ای از طناب نخاعی به وجود می‌آید و می‌تواند منجر به کاهش یا از دست رفتن حرکت، توان حسی و کاهش عملکرد ارگان‌های بدن زیر سطح ضایعه شود. تحریک الکتریکی عملکردی یکی از روش‌هایی است که به‌وسیله آن می‌توان با تحریک نورون‌های حرکتی داخل نخاعی زیر قسمت آسیب‌دیده، حرکت در اندام‌های پایینی بدن را بازسازی کرد. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها به منظور تحقق هدف کنترل حلقه بسته حرکت در عضلات فلج با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی، یکی از طرح های پژوهشی قابل اجرا امکان پیاده سازی الگوریتمهای کنترلی مقاوم (سیگنال کنترلی: دامنه و یا عرض پالس تحریک) در بحث کنترل حرکت بر روی مدل های حیوانی آزمایشگاهی (رت و گربه) با استفاده از سخت افزارهای قدرتمند تحریک الکتریکی است. در این تکنیک، مدل حیوانی لمینکتومی شده به استریوتکس مخصوص انتقال داده می‌شود. از خصوصیات این دستگاه می‌توان به ثابت نگاه داشتن حیوان و نخاع آن با استفاده از گیره‌های مخصوص به مهره‌های L3 و L7 به‌منظور کاهش شوک‌های وارد شده به نخاع در حین حرکت اندام‌های تحتانی حیوان و امکان وارد کردن الکترودهای تحریک در حالت تکی و چندگانه به‌صورت عمودی با دقت بالا توسط یک نگاهدارنده کوچک الکترودی اشاره کرد. برای محاسبه زاویه‌ هر یک از مفاصل، نشانگرهای انعکاسی بر روی استخوان مفاصل ران، زانو و لگن نصب می‌شوند. حرکت عضلات پایین تنه حیوان توسط یک سیستم ضبط حرکت سرعت بالا در سرعت ۱۰۰ فریم برثانیه با شش عدد دوربین که به‌صورت عمودی در فاصله حدود دو متری حیوان (هر طرف سه عدد دوربین) نصب شده‌اند؛ تصویر برداری می‌شود. برای اندازه گیری نیروهای عمودی اعمال شده از کف هر پا بر روی تردمیل، هرکدام از تسمه‌های تردمیل به دو عدد سنسور نیروسنج مجهز شده‌اند که در زیر هر تسمه نصب شده و این قابلیت را فراهم می‌کنند که نیروی اعمالی از هر پا به‌صورت جداگانه قابل اندازه گیری باشد. سیگنال‌های خروجی سنسورها به‌صورت تفاضلی با استفاده از چهار عدد تراشه تقویت کننده عملیاتی تقویت، در فرکانس ۵۰۰ هرتز توسط یک ترمینال PCLD-8710 و مبدل آنالوگ به دیجیتال نمونه برداری شده و به نرم افزار LabVIEW برای پردازش و محاسبه نیرو اعمالی وارد می‌شوند. در این طرح پژوهشی از یک تحریک‌کننده سفارشی شده کامپیوتری برای اعمال پالس‌های الکتریکی به داخل نخاع استفاده شده است. مدولاسیون پهنای پالس در فرکانس ثابت ۵۰ هرتز و محدوده دامنه تحریک (۵۰ تا ۴۵۰ میکروآمپر) برای اعمال پالس‌های جریان الکتریکی داخل نخاع استفاده می‌شود. ‏شکل بلوک دیاگرام حلقه بسته ساختار آزمایش‌های تحمل وزن بر روی تردمیل به همراه سیستم ضبط تصویر برای اندازه گیری زوایا و انتقال و پردازش آن به نرم افزار LabVIEW را نشان می‌دهد. نتایج آزمایشات عملی بر روی رت، گربه و حتی افراد پاراپلژیک نشان داده است که بازسازی حرکت در اعضای فلج با دقت قابل قبول بر اساس الگوهای حرکت طبیعی در حین راه رفتن انجام شده است.. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط


بلوک دیاگرام ساختار کنترلی حلقه بسته بر روی تردمیل برای کنترل حرکت راه رفتن با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی (تحریک درون نخاعی).