نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

10.22041/ijbme.2021.135873.1621

چکیده

بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورون‌های تولیدکننده‌ی دوپامین اثر گذارده و موجب اختلال در سیستم حرکتی می‌شود. بارزترین علائم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و راه رفتن دشوار است. راه رفتنِ بیماران پارکینسونی با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله، با استفاده از روش‌های ریاضی و کامپیوتری، راه رفتنِ بیماران پارکینسونی مدلسازی شده است. این مدل شامل ساختارهای درگیر در بیماری پارکینسون است، این ساختارها از مغز شروع شده و تا مفصل زانو ادامه می‌یابند و شامل عقده‌های قاعده‌ای، تالاموس، کورتکس، ناحیه موتوری تکمیلی (SMA)، عضله و مفصل می‌باشند. خروجی مدل، سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسونی است. در مدل ارائه شده، اندازه خروجی برابر m/s 0.83 است که در محدوده‌ی گزارش شده توسط نتایج کلینیکی (m/s 1.21- 0.18) قرار دارد. در این مطالعه روش‌هایی برای افزایش سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسونی مورد بررسی قرار گرفته که شامل تحریک عمقی مغز، استفاده از دارو و تقویت عضله می‌باشند. نتایج نشان می‌دهند که هریک از این روش‌ها موجب بهبود سرعت خواهند شد، در واقع با بکارگیری این روش‌ها بر روی مدل، مقدار خروجی افزایش یافته و به محدوده‌ی سرعت راه رفتن در افراد سالم (m/s 1.36- 1.30) نزدیک می‌گردد. همچنین اثر سفتی بر روی سرعت راه رفتن مورد مطالعه قرار گرفته و مشاهده شده است که سفتی عضلانی و سرعت رابطه‌ی عکس دارند. در پایان نیز یک روش کنترلی برای بهبود سرعت پیشنهاد شده که با افزایش پاسخ سیستم حلقه بسته موجب افزایش سرعت راه رفتن خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling Parkinsonian Gait and Investigating Some Approaches to Increase The Gait Speed

نویسندگان [English]

  • Seysde Fatemeh Ghoreishian Amiri 1
  • Mohammad Pooyan 2

1 Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, Shahed University, Tehran, Iran

2 Associate Professor, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, Shahed University, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Parkinson's disease (PD) is a neurological disorder that mainly affects dopamine-producing neurons and motor system. The most obvious symptoms of PD are tremor, slow movement, stiffness and difficulty with walking. Walking in PD is slower than normal walking. In this paper, the gait in patients with PD is modeled by a mathematical and computational method. This model includes structures which are involved in PD, such as basal ganglia, thalamus, cortex, supplementary motor area (SMA), muscle and joint-load dynamics. The output of the model is walking speed in PD. The output value is 0.83 m/s, which is in the range reported by clinical results (0.18-1.21 m/s). Some methods which increase the gait speed in PD are investigated too. These methods include deep brain stimulation, drug prescription and strengthening the muscles. The results show that each of these methods will improve the gate speed, In fact, by using these methods, the value of output increases and approaches the walking speed range in healthy individuals (1.36-1.30 m/s). Moreover, the effect of rigidity on gait speed is studied; it has been observed that the stiffness and speed of the gate are inversely related. Finally a control method is offered which improve the gait speed by increasing the magnitude response of the closed-loop system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Parkinson&rsquo
  • s disease, Modeling, Gait speed, improving