كنترل حركت گام برداشتن (دو پاي گربه) در حالت تحمل وزن بر روي تردميل با استفاده از تحريك ميكروني نخاع

دكتري تخصصي

تحريك درون نخاعي يكي از تكنيك‌هاي اميدبخش براي بازسازي حركت در اندام‌هاي تحتاني فلج با استفاده از تحريك الكتريكي ناحيه كمري- خاجي نخاع زير قسمت آسيب‌ديده مي‌باشد. يك چالش‌ اساسي در بحث كنترل حركت با استفاده از تحريك درون نخاعي، توسعه يك استراتژي كنترلي براي توليد الگوهاي تحريك الكتريكي مي‌باشد. مسئله كنترل حركت با استفاده از تحريك درون نخاعي مي‌تواند در دو سطح سيستم حركتي نخاع دسته بندي ‌شود: عضلات فردي (حوضچه‌هاي حركتي) و بلوك‌هاي حركتي (ماژول). چالش‌هاي اصلي تحريك مستقيم درون نخاعي در سطح عضله فردي تعداد الكترودهاي مورد نياز براي كاشت در نخاع براي به‌كارگيري تمام عضلات درگيرشونده در بحث كنترل حركت و انتخاب پذيري عضلات مي‌باشد. يك راه حل براي مقابله با مشكلات فوق كنترل حركت با تركيب مناسب بلوك‌هاي حركتي مي‌باشد. هدف اصلي اين پروژه طراحي يك كنترل‌كننده تطبيقي- فازي مدلغزشي ترمينال براي كنترل حركت راه رفتن بر روي تردميل در حال حركت با استفاده از يك استراتژي تحريك جديد بر مبناي بلوك‌هاي حركتي (همكاري گروهي مفاصل سه‌گانه قوزك، زانو و ران در هنگام جمع شوندگي و بازشوندگي) مي‌باشد. با تطبيق عرض پالس سيگنال‌هاي تحريك و تركيب مناسب بلوك‌هاي حركتي، عملكرد رديابي دقيق در حالت كنترل حركت سه مفصله در هوا و راه رفتن (دو پا) حاصل شده است. در اين تحقيق نتايج كنترل حركت از گربه‌هاي سالم بالغ از هر دو جنس (نژاد مو كوتاه خانگي، در محدوده وزن 5/4-5/2 كيلوگرم) گزارش شده است. ميانگين نتايج در 16 قلاده گربه نشان دادند كه با استفاده از دو بلوك حركتي، مفاصل قوزك، زانو و ران به ترتيب با خطاهاي رديابي 6/9% (ريشه ميانگين مربعات بهنجار شده)، 7/11%، و 0/14% به‌صورت جداگانه كنترل شدند. بر پايه اين نتايج، چهار بلوك حركتي براي كنترل حلقه بسته گام برداري در هوا برگزيده شدند. ميانگين‌هاي خطاي رديابي بر روي پنج قلاده گربه براي مفاصل قوزك، زانو و ران به ترتيب برابر با 3/9%، 2/11% و 1/16% بودند. در زمان كنترل راه رفتن بر روي تردميل، از زواياي قوزك و زانو براي كنترل حلقه بسته دو بلوك‌ حركتي بازخورد گرفته شده است. ريشه ميانگين مربعات خطاي بهنجار شده به ترتيب براي مفاصل قوزك، زانو و ران از پاي راست برابر با 9/14%، 0/16% و 2/18% و 4/17%، 0/19% و 5/26% (ميانگين در سه قلاده گربه) براي پاي چپ بودند. نتايج تحقيق حاضر ثابت كرد كه الگوي حركت راه رفتن طبيعي با كنترل رديابي بلوك‌هاي حركتي با استفاده از تحريك ميكروني نخاع قابل تحقق مي‌باشد در حاليكه كنترل‌كننده نيازي به فاز يادگيري خارج از خط و پيش تنظيم سطح تحريك ندارد. كنترل‌كننده قادر به تنظيم خودكار تعامل ميان بلوك‌هاي حركتي بدون پيش برنامه‌ريزي فعاليت‌هاي بلوكي مي‌باشد. يكي از چالش‌هاي اساسي در زمينه كنترل حركت گام برداري، غلبه بر تاخيرهاي زماني بوجود آمده در ورودي كنترلي و تأخير ناشي از پاسخ سيستم عصبي- اسكلتي- عضلاني مي‌باشد. همچنين در اين تحقيق، يك كنترل‌كننده تطبيقي- فازي مدلغزشي ترمينال سريع جديد براي غلبه بر تأثير تأخيرهاي معلوم زماني در ورودي كنترلي و حالت‌هاي سيستم در سيستم‌هاي غيرخطي عدم قطعيت دار در حضور اختلالات خارجي طراحي گرديد.

191645

دانشگاه علم و صنعت ايران

بيوالكتريك

دكتر عباس عرفانيان اميدوار