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 .

هدف از ارائه استخوان بندی خارجی برای این است که بیمار احساس استقلال بیشتری داشته باشد برای کنترل‌ دست‌های مصنوعی مدار ‌آنالوگی طراحی شده است که برای کمک به افراد مقطوع العضو مناسب است که ما در این جا همه این مباحث گفته شده را مورد تحلیل و بررسی قرار می‌دهیم .

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

1-7-1 پتانسیل عمل ………………………………………………………………………………… ۱۲

۸-۱ ترکیب سیگنال EMG………………………………………………………………………… 14

1-8-1 انطباق واحدهای حرکتی ………………………………………………………………… ۱۴

۹-۱ فعال سازی عضله ……………………………………………………………………………. ۱۵

۱۰-۱ طبیعت سیگنال MMG…………………………………………………………………….. 16

11-1 فاکتورهای موثر بر سیگنال EMG……………………………………………………. 18

 

فصل دوم :انواع سیگنال‌های الکترومایوگرافی و روشهای طراحی

۱-۲ انواع EMG …………………………………………………………………………………….. 21

2-2 الکترومایوگرافی سطحی : ردیابی و ثبت ……………………………………………… ۲۲

۱-۲-۲ ارتباطات کلی ……………………………………………………………………………….. ۲۲

۲-۲-۲ مشخصه‌های سیگنال EMG………………………………………………………….. 23

3-2 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

4-2 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

12-2 بار موازی الکترود …………………………………………………………………………. ۳۳

۱۳-۲ قرار دادن الکترود EMG………………………………………………………………… 34

1-13-2 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

17-2 کاربردهای سیگنالEMG………………………………………………………………… 40

18-2 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

1-3 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………..

3-3 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

4-3 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

7-4-3 مرتبه فیلتر …………………………………………………………………………………… ۷۵

۸-۴-۳ انواع فیلتر ……………………………………………………………………………………. ۷۶

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

10-4-3 نکته کاربردی Delsys………………………………………………………………… 84

5-3 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

4-5-3 مشخص ک ردن ویژگی‌های ADC…………………………………………………. 92

5-5-3 نکته کاربردی Delsys…………………………………………………………………… 95

6-3 نتیجه‌گیری ………………………………………………………………………………………. ۹۵

 

فصل ۴: بکارگیری مناسبت نیرویgrip مبنی بر سیگنال EMG

1-4 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

۱-۵  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

۱-۶  مقدمه ……………………………………………………………………………………………. ۱۱۹

۲-۶  نتایج ……………………………………………………………………………………………… ۱۲۱

۳-۶ بحث ……………………………………………………………………………………………… ۱۲۳

۱-۳-۶ ارتباط EMG- Force…………………………………………………………………. 127

2-3-6 رابط نیروی MF………………………………………………………………………… 129

3-3-6 رابطه‌ی درصد نیروی DET………………………………………………………… 131

4-3-6 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

4-8 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

نتیجه‌گیری کلی ……………………………………………………………………………………… ۱۶۹

فهرست تصاویر

فصل ۱

شکل ۱ : نمونه‌ای از سیگنالEMG ……………………………………………………………… 7

شکل ۲: واحد حرکتی …………………………………………………………………………………. ۸

شکل ۳: مدل آناتومی عضله ……………………………………………………………………….. ۹

شکل ۴: اکتین و میوزین و باندهای مربوط به آن ………………………………………… ۱۱

شکل ۵: پروسه انقباض عضله ………………………………………………………………….. ۱۲

شکل ۶: شماتیک تصویری سیکل دپلاریزاسیون / پلاریزاسیون درون
غشاهای تحریک شونده ……………………………………………………………………………. ۱۳

شکل ۷: نمودار پتانسیل عمل …………………………………………………………………….. ۱۳

شکل ۸: ناحیه‌ی دپلاریزاسیون در غشاء فیبرعضلانی ………………………………….. ۱۴

شکل ۹: پتانسیل عمل واحدهای حرکتی متعدد …………………………………………….. ۱۴

شکل ۱۰: بکارگیری و فرکانس شروع واحدهای حرکتی نیرو………………………… ۱۵

شکل ۱۱: ثبت سیگنال خام سه انقباض برای عضله سه سر …………………………. ۱۶

شکل ۱۲: سیگنال خام EMG با تداخل سنگین ECG……………………………………. 19

فصل ۲

شکل ۱ :طیف فرکانسی سیگنال EMG آشکار شده جلوی ماهیچه ………………… ۲۳

شکل ۲: طرح‌های شکل تقویت کننده تفاضلی ……………………………………………….. ۲۸

شکل ۳: ارائه طرح کلی بارو ترکیبات مدور بر الکترود …………………………………. ۳۴

شکل ۴: مکان مرجع الکترود بین تاندون و بخش حرکتی ……………………………… ۳۵

فصل۳

شکل ۱: سیگنال آنالوگ کشف شده توسط الکترود DE_{2.1………………………………………………………………… 49}

شکل ۲: A) نمونه‌برداری از سینوس ۱ ولت ، ۱ هرتز در ۱۰ هرتز ……………….. ۵۱

B) بازآفرینی سینوس نمونه‌برداری شده در ۱۰ هرتز …………………………………. ۵۱

شکل ۳: A) نمونه‌برداری یک سینوس ۱ ولت ، ۱ هرتز در ۲ هرتز ………………… ۵۲

B) بازآفرینی سینوس نمونه برداریشده در ۲ هرتز …………………………………….. ۵۲

شکل ۴: A) نمونه‌برداری یک سینوس ……………………………………………………….. ۵۳

شکل ۵: تجزیه‌ی فوریه‌ی یک پتانسیل عمل واحد حرکتی نمونه‌برداری شده …… ۵۶

شکل ۶ : هیستوگرام دامنه ۱۰ سینوس شکل ۵ …………………………………………… ۵۸

شکل۷: طیف موج فرکانسی سیگنال نمونه در شکل ۶……………………………………. ۶۰

شکل ۸ : مستعار سازی نویز ۱۳ ………………………………………………………………. ۶۱

شکل ۹ : پاد مستعارسازی ……………………………………………………………………….. ۶۲

شکل ۱۰: انواع فیلترها ……………………………………………………………………………… ۶۶

شکل ۱۱: طرح فاز یک فیلترایده آل …………………………………………………………….. ۶۸

شکل ۱۲: خصوصیات فیلترهای کاربردی …………………………………………………… ۷۲

جدول ۱: فاکتورهای تضعیف وگین نمونه …………………………………………………… ۷۴

شکل ۱۳: فیلتر پائین گذر مرتبه اول و دوم …………………………………………………. ۷۶

شکل ۱۴: اندازه ومقایسه انواع فیلترهای بالاگذر …………………………………………. ۷۹

شکل ۱۵: فیلتر پائین گذر تک قطبی …………………………………………………………….. ۸۲

شکل ۱۶: نمونه‌برداری و فیلتر دیجیتالی سیگنال آنالوگ………………………………… ۸۳

شکل ۱۷: مراحل کوانتایی سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال …………………………….. ۸۶

شکل ۱۸: تحلیل رنج A/D ………………………………………………………………………… 89

فصل ۴

شکل ۱: بلوک دیاگرام دستگاه …………………………………………………………………… ۹۹

شکل ۲: سطوح و شماتیک‌ها ……………………………………………………………………. ۱۰۰

شکل ۳: نیروهای گریپ ………………………………………………………………………….. ۱۰۲

فصل ۵

شکل ۱: بلوک دیاگرام سیستم اندازه‌گیری سیگنال EMG…………………………… 110

 شکل ۲ : موقعیت الکترودها…………………………………………………………………….. ۱۱۰

شکل ۳: بلوک دیاگرام روش‌ های پیشنهادی …………………………………………….. ۱۱۱

شکل ۴: سیگنال‌های دست برای کاراکترهای کره‌ ای …………………………………. ۱۱۲

شکل ۵: نرون‌های خروجی …………………………………………………………………….. ۱۱۳

شکل ۶: بلوک دیاگرام ترتیب آزمایشگاهی ………………………………………………… ۱۱۴

شکل ۷: عکس وضعیت آزمایش ………………………………………………………………. ۱۱۴

شکل ۸: سیگنال EMG اندازه‌گیری شده و سیگنال داخلی قابل استفاده ……….. ۱۱۵

شکل ۹: نرون‌های خروجی sofm₁ بعد از مرتب کردن ………………………………. ۱۱۵

جدول ۱: نرون‌های خروجی بعد از یادگیری …………………………………………….. ۱۱۶

جدول ۲: نتایج ‌آزمایش ………………………………………………………………………….. ۱۱۶

فصل ۶

شکل ۱ : مقادیر میانگین نیروهای ارادی ماکزیمم در ANT و POST…………. 123

شکل ۲ : رابطه‌ی نیروی EMG……………………………………………………………….. 124

شکل ۳: رابطه‌ی نیروی MF……………………………………………………………………. 125

شکل ۴: رابطه‌ی درصد نیروی DET……………………………………………………….. 126

شکل ۵: دیاگرام‌های ارتباط بین فرکانس متوسط و DET…………………………… 127

فصل ۸

شکل ۱: طرح هندسی سیستم توانبخشی دست …………………………………………… ۱۴۶

شکل ۲: نمای سیستم توانبخشی دست ……………………………………………………… ۱۴۷

شکل ۳: نمای جانبی استخوان‌بندی بیرونی ……………………………………………….. ۱۴۸

شکل ۴: دست‌مجازی وواسط درمان ……………………………………………………….. ۱۵۰

شکل ۵: محل قرارگیری الکترود سطحی …………………………………………………… ۱۵۱

شکل ۶: سیگنال EMG یکسو شده ………………………………………………………….. ۱۵۲

فصل ۹

شکل ۱: بلوک دیاگرام سیستم پیشنهادی ………………………………………………….. ۱۶۰

شکل ۲: دیاگرام حالت کنترل حالات مختلف دست با استفاده از EMG…………. 161

جدول ۱: حالات دست وسیگنال‌های مربوطه …………………………………………….. ۱۶۱

شکل ۳: بلوک دیاگرام پردازش سیگنال ……………………………………………………. ۱۶۲

شکل ۴: بلوک دیاگرام تحلیل‌ گر EMG…………………………………………………….. 163

شکل ۵: شماتیک مدار پردازش سیگنال ……………………………………………………. ۱۶۴

جدول ۲: اندازه‌ی تراتریستورها ……………………………………………………………… ۱۶۵

شکل ۶: سیگنال‌های داخلی شبیه‌سازی شده‌ی تحلیل‌گر سیگنال EMG………… 166

شکل ۷: مجموعه‌ی سیگنال‌های EMG وپاسخ خروجی ماشین حالت …………… ۱۶۷

شکل ۸: پاسخ‌های شبیه‌سازی شده برای تغییرات انگشتان مختلف……………….. ۱۶۷

دانلود فایل

:: موضوعات مرتبط: دانشجویی , ,
:: برچسب‌ها: الكترو مایوگرافی در حركت دست , بررسی سیگنالهای الكترو مایوگرافی , سیگنالهای الكترو مایوگرافی ,
:: بازدید از این مطلب : 157

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0