پایان نامه طراحی وساخت دستگاه ثبت كننده سیگنال الكترومایوگرام دو كاناله

پایان نامه طراحی وساخت دستگاه ثبت كننده سیگنال الكترومایوگرام دو كاناله

چكیده

هدف از این پروژه ساخت امپلی فایر دو كاناله EMG و مدلسازی فعالیت ایزومتریك ساعد و به دست اوردن رابطه كیفی بین نیروی وارد بر كف 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 كارت صوتی به كامپیوتر داده شده و از نرم افزار MATLAB برای نمایش و پردازش داده ها استفاده می شود.سپس اضافه كردن وزنه هادر كف 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 كه برای ثبت پاسخ ان از سنسوری كه خودمان طراحی كردیم استفاده می كنیم و پاسخ این سنسور را هم با كارت صوتی به كامپیوتر 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 الكترودها :

یكی از الكترودها بر روی شكم عضله كه دارای بیشترین دامنه EMG است و الكترود دیگر نزدیك تاندون نصب می شود . فاصله بین دو الكترود نیز باید بین 2 تا 3 سانتیمتر باشددر عضله ای

كه قطع شده باشد بزرگترین دامنه EMG بین و كمی بالاتر از محل قطع شدگی وجود دارد . عضله قطع شده باید به وسیله جراحی به یك جا بسته شده باشد . 

بررسی انواع الكترود : 

الكترودهای صفحه فلزی : این نوع الكترود از یك هادی فلزی در تماس با پوست تشكیل شده است . یك نوع از آن عموما" برای ECG در دست و پا استفاده می شود كه شامل یك صفحه فلزی پهن است كه به شكل قطعه استوانه ای شكلی خم شده است . پایه ای روی سطح خارجی آن و نزدیك به انتهای آن قرار داده می شود . از این پایه برای اتصال سیم لید به ECG استفاده می شود . 

نكات مهم در مورد استفاده از الكترودها :

برای دریافت سیگنال از سطح پوست نیاز به الكترود داریم . و همانطور كه اشاره شد در هنگام دریافت سیگنال یك نیم پیل ایجاد می گردد كه مقدار پتانسیل آن به جنس الكترود بستگی دارد . لایه چسبیده به لایه مرده روی پوست لایه نازكی با مقاومت 50 كیلو اهم بر سانتیمتر مربع است كه هنگام تماس پوست با الكترود در دو طرف آن 30 میلی ولت اختلاف پتانسیل به وجود می آید ، وقتی كه پوست كشیده می شود این اختلاف پتانسیل به 25 میلی ولت می رسد ، این تغییر 5 میلی ولتی تحت عنوان اغتشاش حركتی 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 كاهش داد . 

نرم افزار پروژه

بنابراین تا این مرحله اطلاعات A/D كارت صدا از طریق پورت PCI به پردازنده كامپیوتر انتقال یافته است . حال به دنبال راهی می گردیم كه این اطلاعات را بتوانیم نمایش دهیم و بر روی ان پردازش انجام دهیم. برای این منظور نیاز است توسط یكی از زبانهای برنامه نویسی كه قابلیت برقراری ارتباط با كارت 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