فهرست مطالب
عنوان صفحه
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
فهرست تصاویر
فصل 1
شکل 1 : نمونه‌ای از سیگنالEMG ........................................................................ 7
شکل 2: واحد حرکتی .............................................................................................. 8
شکل 3: مدل آناتومی عضله ................................................................................... 9
شکل 4: اکتین و میوزین و باندهای مربوط به آن ................................................ 11
شکل 5: پروسه انقباض عضله ............................................................................. 12
شکل 6: شماتیک تصویری سیکل دپلاریزاسیون / پلاریزاسیون درون
غشاهای تحریک شونده ........................................................................................ 13
شکل 7: نمودار پتانسیل عمل ................................................................................ 13
شکل 8: ناحیه‌ی دپلاریزاسیون در غشاء فیبرعضلانی ......................................... 14
شکل 9: پتانسیل عمل واحدهای حرکتی متعدد ..................................................... 14
شکل 10: بکارگیری و فرکانس شروع واحدهای حرکتی نیرو.............................. 15
شکل 11: ثبت سیگنال خام سه انقباض برای عضله سه سر ............................... 16
شکل 12: سیگنال خام EMG با تداخل سنگین ECG........................................... 19
فصل 2
شکل 1 :طیف فرکانسی سیگنال EMG آشکار شده جلوی ماهیچه ..................... 23
شکل 2: طرح‌های شکل تقویت کننده تفاضلی ........................................................ 28
شکل 3: ارائه طرح کلی بارو ترکیبات مدور بر الکترود ........................................ 34
شکل 4: مکان مرجع الکترود بین تاندون و بخش حرکتی .................................... 35
فصل3
شکل 1: سیگنال آنالوگ کشف شده توسط الکترود DE2.1........................................................................... 49
شکل 2: A) نمونه‌برداری از سینوس 1 ولت ، 1 هرتز در 10 هرتز .................... 51
B) بازآفرینی سینوس نمونه‌برداری شده در 10 هرتز ........................................ 51
شکل 3: A) نمونه‌برداری یک سینوس 1 ولت ، 1 هرتز در 2 هرتز ..................... 52
B) بازآفرینی سینوس نمونه برداریشده در 2 هرتز ............................................ 52
شکل 4: A) نمونه‌برداری یک سینوس ................................................................. 53
شکل 5: تجزیه‌ی فوریه‌ی یک پتانسیل عمل واحد حرکتی نمونه‌برداری شده ...... 56
شکل 6 : هیستوگرام دامنه 10 سینوس شکل 5 ................................................... 58
شکل7: طیف موج فرکانسی سیگنال نمونه در شکل 6........................................... 60
شکل 8 : مستعار سازی نویز 13 ......................................................................... 61
شکل 9 : پاد مستعارسازی ................................................................................... 62
شکل 10: انواع فیلترها .......................................................................................... 66
شکل 11: طرح فاز یک فیلترایده آل ....................................................................... 68
شکل 12: خصوصیات فیلترهای کاربردی ............................................................ 72
جدول 1: فاکتورهای تضعیف وگین نمونه ............................................................ 74
شکل 13: فیلتر پائین گذر مرتبه اول و دوم .......................................................... 76
شکل 14: اندازه ومقایسه انواع فیلترهای بالاگذر ................................................. 79
شکل 15: فیلتر پائین گذر تک قطبی ....................................................................... 82
شکل 16: نمونه‌برداری و فیلتر دیجیتالی سیگنال آنالوگ....................................... 83
شکل 17: مراحل کوانتایی سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال ................................... 86
شکل 18: تحلیل رنج A/D .................................................................................... 89
فصل 4
شکل 1: بلوک دیاگرام دستگاه .............................................................................. 99
شکل 2: سطوح و شماتیک‌ها ............................................................................... 100
شکل 3: نیروهای گریپ ...................................................................................... 102
فصل 5
شکل 1: بلوک دیاگرام سیستم اندازه‌گیری سیگنال EMG................................. 110
شکل 2 : موقعیت الکترودها................................................................................ 110
شکل 3: بلوک دیاگرام روش های پیشنهادی ..................................................... 111
شکل 4: سیگنالهای دست برای کاراکترهای کره ای ........................................ 112
شکل 5: نرون‌های خروجی ................................................................................ 113
شکل 6: بلوک دیاگرام ترتیب آزمایشگاهی ......................................................... 114
شکل 7: عکس وضعیت آزمایش ......................................................................... 114
شکل 8: سیگنال EMG اندازه‌گیری شده و سیگنال داخلی قابل استفاده ........... 115
شکل 9: نرون‌های خروجی sofm1 بعد از مرتب کردن ..................................... 115
جدول 1: نرون‌های خروجی بعد از یادگیری ..................................................... 116
جدول 2: نتایج آزمایش ...................................................................................... 116
فصل 6
شکل 1 : مقادیر میانگین نیروهای ارادی ماکزیمم در ANT و POST............. 123
شکل 2 : رابطه‌ی نیروی EMG.......................................................................... 124
شکل 3: رابطه‌ی نیروی MF............................................................................... 125
شکل 4: رابطه‌ی درصد نیروی DET................................................................. 126
شکل 5: دیاگرام‌های ارتباط بین فرکانس متوسط و DET................................. 127
فصل 8
شکل 1: طرح هندسی سیستم توانبخشی دست ................................................... 146
شکل 2: نمای سیستم توانبخشی دست ............................................................... 147
شکل 3: نمای جانبی استخوان‌بندی بیرونی ........................................................ 148
شکل 4: دست‌مجازی وواسط درمان ................................................................. 150
شکل 5: محل قرارگیری الکترود سطحی ............................................................ 151
شکل 6: سیگنال EMG یکسو شده .................................................................... 152
فصل 9
شکل 1: بلوک دیاگرام سیستم پیشنهادی ........................................................... 160
شکل 2: دیاگرام حالت کنترل حالات مختلف دست با استفاده از EMG............. 161
جدول 1: حالات دست وسیگنال‌های مربوطه ..................................................... 161
شکل 3: بلوک دیاگرام پردازش سیگنال ............................................................. 162
شکل 4: بلوک دیاگرام تحلیل گر EMG.............................................................. 163
شکل 5: شماتیک مدار پردازش سیگنال ............................................................. 164
جدول 2: اندازه‌ی تراتریستورها ........................................................................ 165
شکل 6: سیگنالهای داخلی شبیه‌سازی شده‌ی تحلیل‌گر سیگنال EMG............ 166
شکل 7: مجموعه‌ی سیگنالهای EMG وپاسخ خروجی ماشین حالت ............... 167
شکل 8: پاسخ‌های شبیه‌سازی شده برای تغییرات انگشتان مختلف.................... 167
پروژه آماده رشته برق - بررسی سیگنالهای الکترو مایوگرافی در حرکت دست با فرمت word
