نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استادیار گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22041/ijbme.2008.13438

چکیده

بیماران ضایعه نخاعی سطوح مهره های پنجم و ششم گردنی قادر به کنترل ارادی حرکت های مفصل شانه هستند اما برای حرکت مفصل آرنج، بعضی از عضلات مربوط فلج شده است. با استفاده از FES و تحریک مناسب عضلات فلج می توان بیمار را در انجام حرکت های روزمره زندگی یاری کرد. یکی از عمده مشکلات استفاده از FES برای بازتوانی حرکت دست رسانی، فراهم آوردن فرامین ارادی برای سطوح بالای کنترل است. سینرژی کینماتیک و سینرژی عضلات دو گزینه اصلی برای این منظورند. در این مقاله این دو منبع فرمان مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند، علاوه بر این، شیوه ای تلفیقی نیز پیشنهاد شده است که از کارایی بالاتری برخوردار است. برای همین منظور، داده های EMG و کینماتیک طی انجام گروهی از حرکت های روزمره زندگی(ADL) ، ثبت و پیش پردازش شد. سپس بررسی های دقیقی انجام شده است تا مقادیر مناسب برای متغیرهای شبکه عصبی کنترل گر سطح بالا تعیین گردد. در ادامه شش ساختار مختلف کنترل گر شبکه عصبی با داده های EMG و/یا کینماتیک آموزش داده شد. با این شیوه، درصد همبستگی متقابل بین تخمین و اندازه گیری برای تراژکتوری های همه ثبت ها، 94.76% برای سینرژی کینماتیک و 98.08% برای سینرژی عضلات است. در روش تلفیقی، این مقادیر به ترتیب به 94.82% و 98.84% بهبود یافته است. علاوه بر این، روش تلفیقی با تخمین وضعیت مطلوب برای مفصل دیستال و میزان فعالیت عضلات فلج، راه را برای بهبود کارایی کنترل گر سطح پایین هموار می سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Using Synergy to Control the Reaching Movement Neuroprosthesis: Muscle Synergy or Kinematic Synergy

نویسندگان [English]

  • Ali Maleki 1
  • Ali Fallah 2

1 PhD Candidate of Bioelectric, Biomedical Engineering School, Amirkabir University of Technology

2 Assistant Professor, Bioelectric Department, Biomedical Engineering School, Amirkabir University of Technology

چکیده [English]

Patients with spinal cord injury in C5/C6 levels are capable of controlling the voluntary movements of the shoulder joints, but some muscles involved in the movement of the elbow joint are paralyzed in these patients. By using FES as well as an appropriate stimulation of the paralyzed muscles, the patients can be assisted with their essential daily living activities. One of the major problems of using FES for reanimation of the paralyzed arm is to provide voluntary commands for FES control. Kinematic synergy and muscle synergy are two main options in this regard. In this paper, these two command sources were evaluated and compared. Furthermore, a mixed method was proposed, which improves performance. Thus, the EMG and kinematical data during a set of activities of daily living (AOL) were recorded and processed. Precise investigations were carried out in order to determine the appropriate values for high-level neural network controller parameters. Next, six different neural network controller structures were trained by the EMG and/or kinematical data. Using this method, cross correlation between the estimation and measurement for all records was obtained as 94.76% for kinematic synergy and 98.08%, for muscle synergy. In the mixed method, these values were improved to 94.82% and 98.84% respectively. Furthermore, mixed method paved the way to improve the performance of low-level controller with estimating the desired kinematics for the distal joint and desired activity for the paralyzed muscle. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functional electrical stimulation
  • Reaching movement
  • Kinematic synergy
  • Muscle synergy
  • Activities of daily living