پایان نامه طراحی وساخت دستگاه ثبت کننده سیگنال الکترومایوگرام دو کاناله
چکیده
هدف از این پروژه ساخت امپلی فایر دو کاناله EMG و مدلسازی فعالیت ایزومتریک ساعد و به دست اوردن رابطه کیفی بین نیروی وارد بر کف دست و دامنه EMG دو عضله دو سر و سه سر بازو و میزان نیروی متوسط ایجاد شده در انهاست.
سیگنال EMG دو عضله به وسیله کارت صوتی به کامپیوتر داده شده و از نرم افزار MATLAB برای نمایش و پردازش داده ها استفاده می شود.سپس اضافه کردن وزنه هادر کف دست و مطالعه EMG دو عضله و انتگرال قدر مطلق انها روابط مطرح شده در قسمت بالا را به دست می اوریم.
در بخش مدلسازی پس از ساده سازی به مدلسالزی ماهیچه دو سر بازو می رسیم که برای ثبت پاسخ ان از سنسوری که خودمان طراحی کردیم استفاده می کنیم و پاسخ این سنسور را هم با کارت صوتی به کامپیوتر می دهیم.
مقدمه
در اثر انتقال سیگنالهای عصبی به عضله , تارهای عضلانی فعال شده و ایجاد پتانسیل عمل می نماید که به آن EMG گویند که در واقع تجلی اراده انسان برای انجام حرکت است . انتشار این پتانسیل های عمل در طول عضله ادامه یافته و بر روی پوست قابل دریافت می گردند . با نصب الکترودهای پوستی می توان این سیگنالها را از سطح پوست دریافت نمود .
سیگنالهای EMG از نظر فرکانس در محدودهhz 25 تا چند کیلو هرتز تغییر می کنند و دامنه های سیگنال بسته به نوع سیگنال والکترودهای استفاده شده از 100 میکروولت تا 90 میلی ولت تغییر می کنند .
منابع نویز :
بطور کلی سیگنال EMG توسط دو نوع منبع نویز می پذیرد :
1- منابع بیولوژیکی
2- منابع غیر بیولوژیکی
منابع بیولوژیکی شامل حرکات سایر عضلات مانند عضله قلب و حرکات ناشی از ضربان رگهای خونی است و منابع غیر بیولوژیکی شامل سیستمهای اندازه گیری و تداخلات برق شهر و محیط اطراف آن و حرکات شخص آزمایش دهنده و حرکت الکترودها می باشد .
ثبت کننده EMG شامل مدارهایی است که می تواند سیگنال بسیار ضعیف EMG را که حداکثر دامنه ای به اندازهmv 1 دارد و دارای نویز نیز می باشد , را پردازش کرده و با کمترین نویز و دامنه قابل قبول در خروجی ظاهر سازد.
منشاْ سیگنال EMG :
سیگنال EMG از ترکیب اجزای کوچکتری به نام پتانسیل عمل واحد حرکتی (motor unit action potential ) که توسط واحد های مختلف تولید می شود تشکیل شده است .
واحد حرکتی کوچکترین واحد عملکردی یک ماهیچه است که می تواند به طور ارادی فعال شود .
پتانسیلهای الکتریکی در دو طرف غشاء , عملا" در تمام سلولهای بدن وجود دارند . سلولهای عصبی و عضلانی , سلولهای قابل تحریک هستند یعنی قادر به تولید ایمپالسهای الکتروشیمیایی در غشاء خود هستند .
محل قرارگیری الکترودها :
یکی از الکترودها بر روی شکم عضله که دارای بیشترین دامنه EMG است و الکترود دیگر نزدیک تاندون نصب می شود . فاصله بین دو الکترود نیز باید بین 2 تا 3 سانتیمتر باشددر عضله ای
که قطع شده باشد بزرگترین دامنه EMG بین و کمی بالاتر از محل قطع شدگی وجود دارد . عضله قطع شده باید به وسیله جراحی به یک جا بسته شده باشد .
بررسی انواع الکترود :
الکترودهای صفحه فلزی : این نوع الکترود از یک هادی فلزی در تماس با پوست تشکیل شده است . یک نوع از آن عموما" برای ECG در دست و پا استفاده می شود که شامل یک صفحه فلزی پهن است که به شکل قطعه استوانه ای شکلی خم شده است . پایه ای روی سطح خارجی آن و نزدیک به انتهای آن قرار داده می شود . از این پایه برای اتصال سیم لید به ECG استفاده می شود .
نکات مهم در مورد استفاده از الکترودها :
برای دریافت سیگنال از سطح پوست نیاز به الکترود داریم . و همانطور که اشاره شد در هنگام دریافت سیگنال یک نیم پیل ایجاد می گردد که مقدار پتانسیل آن به جنس الکترود بستگی دارد . لایه چسبیده به لایه مرده روی پوست لایه نازکی با مقاومت 50 کیلو اهم بر سانتیمتر مربع است که هنگام تماس پوست با الکترود در دو طرف آن 30 میلی ولت اختلاف پتانسیل به وجود می آید ، وقتی که پوست کشیده می شود این اختلاف پتانسیل به 25 میلی ولت می رسد ، این تغییر 5 میلی ولتی تحت عنوان اغتشاش حرکتی شناخته می شود . با سمباده نرم بر روی پوست می توان این لایه را از بین برد و این تغییر پتانسیل را به مقدار ناچیزی کاهش داد .
نرم افزار پروژه
بنابراین تا این مرحله اطلاعات A/D کارت صدا از طریق پورت PCI به پردازنده کامپیوتر انتقال یافته است . حال به دنبال راهی می گردیم که این اطلاعات را بتوانیم نمایش دهیم و بر روی ان پردازش انجام دهیم. برای این منظور نیاز است توسط یکی از زبانهای برنامه نویسی که قابلیت برقراری ارتباط با کارت صدا را داشته باشد و برنامه نویسی با آن ترجیحا" ساده باشد این کار را انجام دهیم.
نرم افزاری که ما در این پروژه از ان استفاده کردیم MATLAB می باشد.MATLAB به عنوان یک زبان برنامه نویسی و ابزار دیداری کردن داده , قابلیت های بسیاری در زمینه های مهندسی , محاسبات و ریاضیات دارا می باشد.
هدف ما نمایش سیگنالهای EMG دو بازو به طور همزمان و نمایش خروجی سنسور می باشد. سپس از سیگنال EMG انتگرال قدر مطلق می گیریم و از خروجی سنسور برای مدلسازی استفاده می کنیم.
مراجع
1-تری بهیل,مهندسی پزشکی ,ترجمه ی سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی, مهیار زرتشتی,مرکز نشر دانشگاهی تهران
2-سید محمد رضا هاشمی گلپایگانی , کنترل سیستم های عصبی- عضلانی
3- هانسلمن – لیتل فیلد, کتاب اموزشی MATLAB , ترجمه ی فرناز بهروزی, انتشارات صنعت گستر
4-ارتور گایتون , فیزیولوژی پزشکی , جلد اول, ترجمه ی دکتر فرخ شادان
5-جان وبستر, تجهیزات پزشکی , طراحی و کاربرد , جلد اول , ترجمه ی دکتر سیامک نجاریان و مهندس قاسم کیانی
6- رسول دلیرروی فرد, فیلتر و سنتز مدار, مرکز نشر دکتر حسابی
7- مهندس حامد ساجدی پایان نامه کارشناسی ارشد , طراحی و پیاده سازی سیستم محل یابی منطقه عصب گیری ساعد با استفاده از EMG سطحی چند کاناله