دانلود پروژه بررسی سیگنال های الکترو مایوگرافی در حرکت دست

پروژه پایانی بررسی سیگنالهای الکترو مایوگرافی در حرکت دست

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:168

فهرست مطالب :

چکیده

مقدمه ......................................................... 1

فصل اول : ‌آشنایی با الکترومایوگرافی

1-1 مقدمه ............................................................................... 3

2-1 الکترومایوگرافی چیست ؟............................................................. 3

3-1 منشأ سیگنال EMG کجاست ؟............................................................ 7

1-3-1 واحد حرکتی ....................................................................... 7

4-1 آناتومی عضله....................................................... 8

1-4-1 رشته عضلانی واحد................................................................. 8

2-4-1 ساختار سلول ماهیچه ................................................................ 8

5-1 انقباض عضلانی ......................................................... 9

6-1 تحریک‌پذیری غشاء عضله ..................................................... 11

7-1 تولید سیگنال EMG............................................................ 12

1-7-1 پتانسیل عمل ........................................... 12

8-1 ترکیب سیگنال EMG.............................................................. 14

1-8-1 انطباق واحدهای حرکتی .................................................. 14

9-1 فعال سازی عضله ................................................................ 15

10-1 طبیعت سیگنال MMG......................................................... 16

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

فصل دوم :انواع سیگنال‌های الکترومایوگرافی و روشهای طراحی

1-2 انواع EMG ................................................................ 21

2-2 الکترومایوگرافی سطحی : ردیابی و ثبت ...................................................... 22

1-2-2 ارتباطات کلی .......................................................................... 22

2-2-2 مشخصه‌های سیگنال EMG............................................... 23

3-2 مشخصه‌های نویز الکتریکی ...................................................... 24

1-3-2 نویزمحدود شده ................................................................... 24

2-3-2 آرتی فکت‌های حرکتی ............................................................... 24

3-2-2 ناپایداری ذاتی سیگنال ....................................................... 25

3-2 بیشینه سیگنال EMG................................................................. 25

4-2 طراحی الکترود و ‌آمپلی فایر ........................................................... 26

5-2 تقویت تفاضلی ............................................................ 26

6-2 امپدانس داخلی ....................................................................... 28

7-2 طراحی الکترودفعال ....................................................................... 29

8-2 فیلترینگ .......................................................................... 29

9-2 استقرار الکترود ............................................................ 30

10-2 روش مرجح مصرف ............................................ 30

11-2 هندسه الکترود................................................. 30

1-11-2 نسبت سیگنال به نویز ...................................................... 31

2-11-2 پهنای باند.......................................................................... 32

3-11-2 سایر ماهیچه نمونه ................................................................................ 32

4-11-2 قابلیت cross talk.................................................................................. 33

12-2 بار موازی الکترود ..................................................................................... 33

13-2 قرار دادن الکترود EMG........................................................................... 34

1-13-2 تعیین مکان و جهت‌یابی الکترود ............................................................. 34

2-13-2 نه روی نقطه محرک .............................................................................. 35

3-13-2 نه روی نقطه محرک .............................................................................. 36

4-13-2 نه در لبه‌ی بیرونی ماهیچه .................................................................... 37...........

14-2 موقعیت الکترود نسبت به فیبرهای ماهیچه ................................................ 37

15-2 قرار دادن الکترود مقایسه .......................................................................... 38

16-2 پردازش سیگنال EMG.............................................................................. 39

17-2 کاربردهای سیگنالEMG........................................................................... 40

18-2 الکترومایوگرافی سوزنی............................................................................. 41

19-2 مزایا و معایب الکترودهای سطحی و سوزنی ............................................ 43

1-19-2 مزیت‌های الکترود سطحی ...................................................................... 43

2-19-2 معایب الکترودهای سطحی ..................................................................... 43

3-19-2مزایای الکترودهای سوزنی .................................................................... 43...........

4-19-2 معایب الکترودهای سوزنی .................................................................... 44

20-2 تفاوت موجود بین الکترودهای سطحی وسوزنی ....................................... 45

21-2 انواع طراحی ..................................................................... 45

فصل سوم :مفاهیم اساسی در بدست آوردن سیگنال EMG

1-3 مقدمه .............................................. 48

2-3 معرفی .......................................................... 48

1-2-3 نمونه‌برداری دیجیتال چیست ؟............................ 48

2-2-3 فرکانس نمونه‌برداری ............................................... 49

3-2-3 فرکانس نمونه‌برداری چقدر باید بالا باشد ؟................................. 49

4-2-3 زیر نمونه‌برداری – وقتی که فرکانس نمونه‌برداری خیلی پائین باشد .... 52

5-2-3 فرکانس نایکوئیست ...................................... 53

6-2-3 تبصره‌ی کاربردی DELSYS........................................ 54

3-3 سینوس‌ها و تبدیل فوریه ...................................... 54         

1-3-3 تجزیه سیگنال‌ها به سینوس‌ها ................................................ 55

2-3-3 دامنه فرکانس .............................................. 57

3-3-3 مستعارسازی – چطور از آن دوری کنیم ؟................................. 59

4-3-3 فیلترپارمستعاد ......................................................................... 61

5-3-3نکته کاربردی DELSYS................................................... 63

4-3 فیلترها .............................................................................. 64

1-4-3 انواع فیلترهای ایده‌ آل ......................................... 65

2-4-3 پاسخ فاز ایده‌آل ............................................................ 67

3-4-3 فیلتر کاربردی ....................................................................... 68

4-4-3پاسخ فاز غیر خطی .......................................................... 71

5-4-3 اندازه‌گیری ولتاژ - دامنه ، توان ودسی بل ................................ 72

6-4-3 فرکانس 3 Db..................................................................... 74

7-4-3 مرتبه فیلتر ............................................................ 75

8-4-3 انواع فیلتر ........................................... 76

9-4-3 فیلترهایdigital - Analog Vs ............................................. 80

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

5-3 رسیدگی به مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال ................................. 85

1-5-3 کوانتایی سازی .............................................................. 85

2-5-3 رنج دینامیکی ................................................................... 87

3-5-3 کوانتایی سازی سیگنال EMG....................................... 90

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

5-5-3 نکته کاربردی Delsys.................................................. 95

6-3 نتیجه‌گیری ......................................................... 95

فصل 4: بکارگیری مناسبت نیرویgrip مبنی بر سیگنال EMG

1-4 مقدمه .................................................................... 98

2-4دید کلی پایه‌ای یک سیستم ........................................................ 98

3-4 منطقی برای تولید نیروی گریپ .................................................... 99

4-4 دستاورد .................................................... 102

5-4 نتیجه ......................................................... 103

فصل پنجم : طبقه‌بندی سیگنال EMG برای شناسایی سیگنال دست

مقدمه ..................................................................... 105

2-5 سیگنال‌های EMG و سیستم اندازه‌گیری ..................................... 107

3-5 طرح ویژگی‌ خود سازمان دهی ................................................. 107

4-5 روش طبقه بندی سیگنال EMG پیشنهادی ................................... 109

5-5 نتیجه‌گیری .............................................. 117

فصل 6: ارتباط بین نیروی ماهیچه‌ای ایزومتریک و سیگنال EMG به
عنوان هندسه بازو

مقدمه .......................................................................... 119
نتایج .................................................................... 121

3-6 بحث ............................................................. 123

1-3-6 ارتباط EMG- Force.................................................................. 127

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

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

4-3-6 نتایج ................................................................................ 131

4-6 روش تجربی ................................................................ 132

1-4-6 اشخاص ............................................................ 132

2-4-6 مجموعه تجربی .................................................... 132

3-4-6 مدارک EMG و نیرو.......................................................... 133

4-4-6 تحلیل‌های EMG غیر خطی .................................................... 135

5-4-6 تحلیل‌های ‌آماری و پارامترها ................................................ 136

5-6 نتیجه‌گیری ............................................................... 136

فصل 7: طبقه‌بندی سیگنال EMG برای کنترل دست مصنوعی

1-7 مقدمه ............................................................... 138

2-7 روش‌ها ............................................. 140

3-7 آزمایش و نتایج............................................................ 141

1-3-7 نتیجه‌گیری ................................................................... 142

فصل 8 : یک استخوان‌بندی کنترل شده توسط EMG برای نوسازی دست

1-8 مقدمه ........................................................................ 144

2-8 سیستم اصلاح دست .......................................................... 148

1-2-8 استخوان‌بندی خارجی ........................................................... 148

2-2-8 الکترونیک و نرم افزار ....................................................... 149

3-8 پردازش EMG............................................................. 151

4-8 تستهای اولیه دستگاه ........................................................... 153

1-4-8 نتیجه‌گیری ............................................................................ 155

2-4-8 کارهای آینده ......................................................... 156

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

1-9 مقدمه .............................................. 158

2-9 چکید‌ه‌ای از سیستم ........................................................... 160

3-9 پیاده‌سازی مدار ......................................................... 163

4-9 نتایج شبیه سازی .................................................... 166

5-9 نتیجه‌گیری ........................................................ 168

نتیجه‌گیری کلی .............................................................. 169

چکیده :

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 .الکترو مایو گرافی 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 .

الکترو ما یو گرافی روشی تجربی در زمینه ی بسط ، ثبت وانالیز سیگنال های الکتریکی عضله است . سیگنال های الکتریکی عضله بوسیله ئگرگونیهای فیزیو لو ژیکی در غشا فیبر عضلانی شکل می گیرند. الکترو مایو گرافی شامل ردیا بی ثبت ، تقویت ،انالیز وتفسیر جهت سیگنال های ایجاد شده توسط عضله اسکلتی ،هنگام فعالیت برای تولید نیرو است.اهداف کلی در این فصل معرفی جامع سیگنال الکترومایو گرافی،وهم چنین منشا ایجاد سیگنال میباشد برای فهم کامل این موضوع شرح مختصری از اناتومی عضله اورده شده است.هم جنین در مورد فاکتور های موثر بر سیگنال توضیح مختصری داده شده که در فصل های اتی به انها پرداخته می شود.به طور کلی در این فصل هدف درک کامل EMGبرای کاربرد درست ان در زمینه های مختلف می باشد،که ما در این تحقیق به بررسی ان در حرکت دست می پردازیم.

2-1الکترومایو گرافی چیست؟

الکترو مایو گرافی 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.

الکترومایو گرافی 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 . هر بخش از عضله می تواند حاوی فیبرهای متعلق به حدود 20 تا 50 واحد حرکتی باشد.یا واحد حرکتی مستقل می تواند دارای 3 تا 2000 فیبر عضله باشد. عضلاتی که پنج حرکت را در کنترل دارند از تعداد فیبر های عضلانی کمتری به ازای هر واحد حرکتی بر خوردارند (معمولا کمتر از 10 فیبر به ازای هر واحد حرکتی).در مقابل عضلاتی که محدودی وسیعی از حرکات را در کنترل دارند دارای 100 تا 1000فیبر در هر واحد حرکتی می باشند . در خلال انقباضات عضلانی ترتیب خاصی وجود دارد به این صورت که واحد های حرکتی با فیبر عضلاتی کمتر درابتدا وسپس واحد های حرکتی دارای فیبر های عضلانی بیشتر منقبض می شوند .تعداد واحدهای حرکتی درعضلات بدن متغیر است .رابطه ای بین EMGبا سایر متغیر های بیو مکانیکی وجود دارد . با در نظر گرفتن انقباضات ایزومتریک ،رابطه ای مثبت در افزایش کشش عضله و دامنه سیگنال ثبت شده EMG وجود دارد . اگرچه یک زمانتاخیر وجود دارد و به این دلیل است که دامنه EMGبه صورت مستقیم با build – up کشش ایزو متریک در تطابق نیست .برای تخمین قدرت تولید شده ازروی سیگنال EMG می بایست دقت زیادی کرد چون اعتبار رابطه ی نیرو با دامنه وقتی تعداد زیادی عضله از یک مفصل منشعب شده اند یا یک عضله به مفاصل متعددی وصل است قطعی نیست .در بررسی فعالیت یک عضله با توجه به انقباضات Concentricوeccentric مشخص می شود که انقباضات eccentric نسبت به انقباضات Concentric در مقابل نیروی وارده برابر فعالیت کمتری در عضله تولید می کنند.همراه با خستگی عضله ،کاهش در میزان کشش عضله اغلب همراه با دامنه ثابت یا حتی بیشتر در فعالیت عضله مشاهده می شود.بخش پر فرکانس سیگنال همراه با خستگی فرد افت می کند و می تواند به صورت کاهش در فرکانس مرکزی سیگنال عضله دیده شود.در خلال حرکت رابطه ای تقریبی بین EMG وسرعت حرکت مشاهده می شود .رابطه ای معکوس بین قدرت انقباض تولید شده بوسیله ی انقباض concentric و سرعت حرکت وجود دارد در حالیکه eccentric توانایی حمل وزنه بیشتر با سرعت بیشتری را دارد. به عنوان مثال اگر وزنه ای بزرگ وسنگین را به سرعت ولی با کنتر ل پایین ببرید ان وزنه ر ابا استفاده از انقباض eccentric پایین برده اید.شما قادر نخواهید بود که وزنه را با همان سرعت پایین بردن ،بالا ببرید (انقباض concentric).نیروی تولید شده لزوما بیشتر نخواهد بود امام شما توانستید وزنه بیشتر ی را حمل کنید و فعالیت EMGدر عضلات مورد استفاده کمتر بوده است.بنابراین رابطه ای معکوس برای انقباضاتconcentric و رابطه ای مثبت برای انقباضات eccentric از نظر سرعت حرکت وجود دارد.از نقطه نظر ثبت سیگنال ،EMG دامنه پتانسیل عمل واحد حرکتی به عوامل مختلفی بستگی دارد نظیر: قطر فیبر عضله ، فاصله بین فیبر عضله فعال ومحل اشکار سازی (ضخامت چربی بافت) .هدف اصلی بدست اوردن سیگنال بدون نویز است.بنابراین نوع الکترود و خصوصیات تقویت کننده نقش حیاتی در بدست اوردن سیگنال بدون نویز ایفا میکند.

3-1منشا ء سیگنال EMGکجاست؟

1-3-1واحد حرکتی

واحد حرکتی کوچکترین واحد عملی است که می تواند برای تشریح کنترل عصبی روند انقباض عضلانی بکر رود . واحد حرکتی شامل یک فیبر عصبی (تنه ی سلولی نورون حرکتی ،دندریتها ، اکسون و شاخه های متعدد ان) وتمام فیبر های عضلانی است که به انها عصب رسانده شده است.

واژه واحدها پیرامون رفتار حرکتی است . تمام فیبر های عضلانی واحد حرکتی بصورت متحد عمل میکنند .

در حین فعالیت عصبی ماهیجه ها \هر موتو ر حرکتی کامل ،فعال یا غیر فعال است .هر ماهیچه شامل چندین واحد حرکتی ،از تعداد اندک تا چند هزار می باشد.

4-1 آناتومی عضله   

1-4-1رشته عضلانی واحد

هر رشته عضلانی واحد، حاوی دسته ای از تارهای ریز راه راه بنام فیبریلهاست. بدلیل خطوط روی این فیبریلها این نوع ماهیچه، ماهیچه راه راه نیز خوانده می شود. هرگاه رشته عضلانی پیامی را از مغز (از طریق دستگاه عصبی) دریافت کند، فیبریلهای آن همگی منقبض می شوند و رشته عضلانی را کوتاهتر می کنند. این امر بنوبه خود موجب عمل کششی کل ما هیچه بر روی استخوان می شود.

2-4-1ساختار 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.

و...

NikoFile