مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

فهرست مطالب

عنوان صفحه

چكيده

مقدمه ... .. 1

 

فصل اول : ‌آشنايي با الكترومايوگرافي

1-1 مقدمه ... .... 3

2-1 الكترومايوگرافي چيست ؟.. 3

3-1 منشأ سيگنال EMG كجاست ؟... .... 7

1-3-1 واحد حركتي .. ... 7

4-1 آناتومي عضله.. ..... 8

1-4-1 رشته عضلاني واحد..... ... 8

2-4-1 ساختار سلول ماهيچه .. ...... 8

5-1 انقباض عضلاني ...... .. 9

6-1 تحريك‌پذيري غشاء عضله .. ....... 11

7-1 توليد سيگنال EMG...... ... 12

1-7-1 پتانسيل عمل ........ ...... 12

8-1 تركيب سيگنال EMG.. ..... 14

1-8-1 انطباق واحدهاي حركتي . .... 14

9-1 فعال سازي عضله ....... 15

10-1 طبيعت سيگنال MMG.... 16

11-1 فاكتورهاي موثر بر سيگنال EMG... ... 18

 

فصل دوم :انواع سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي و روشهاي طراحي

1-2 انواع EMG .................................................................................................. 21

2-2 الكترومايوگرافي سطحي : رديابي و ثبت ...................................................... 22

1-2-2 ارتباطات كلي ............................................................................................ 22

2-2-2 مشخصه‌هاي سيگنال EMG.................................................................... 23

3-2 مشخصه‌هاي نويز الكتريكي ......................................................................... 24

1-3-2 نويزمحدود شده ....................................................................................... 24

2-3-2 آرتي فكت‌هاي حركتي .............................................................................. 24

3-2-2 ناپايداري ذاتي سيگنال ............................................................................. 25

3-2 بيشينه سيگنال EMG.................................................................................... 25

4-2 طراحي الكترود و ‌آمپلي فاير ........................................................................ 26

5-2 تقويت تفاضلي ............................................................................................... 26

6-2 امپدانس داخلي .............................................................................................. 28

7-2 طراحي الكترودفعال ...................................................................................... 29

8-2 فيلترينگ ........................................................................................................ 29

9-2 استقرار الكترود ............................................................................................ 30

10-2 روش مرجح مصرف .................................................................................. 30...........

11-2 هندسه الكترود............................................................................................. 30

1-11-2 نسبت سيگنال به نويز ............................................................................ 31

2-11-2 پهناي باند................................................................................................ 32

3-11-2 ساير ماهيچه نمونه ................................................................................ 32

4-11-2 قابليت cross talk.................................................................................. 33

12-2 بار موازي الكترود ..................................................................................... 33

13-2 قرار دادن الكترود EMG........................................................................... 34

1-13-2 تعيين مكان و جهت‌يابي الكترود ............................................................. 34

2-13-2 نه روي نقطه محرك .............................................................................. 35

3-13-2 نه روي نقطه محرك .............................................................................. 36

4-13-2 نه در لبه‌ي بيروني ماهيچه .................................................................... 37...........

14-2 موقعيت الكترود نسبت به فيبرهاي ماهيچه ................................................ 37

15-2 قرار دادن الكترود مقايسه .......................................................................... 38

16-2 پردازش سيگنال EMG.............................................................................. 39

17-2 كاربردهاي سيگنالEMG........................................................................... 40

18-2 الكترومايوگرافي سوزني............................................................................. 41

19-2 مزايا و معايب الكترودهاي سطحي و سوزني ............................................ 43

1-19-2 مزيت‌هاي الكترود سطحي ...................................................................... 43

2-19-2 معايب الكترودهاي سطحي ..................................................................... 43

3-19-2مزاياي الكترودهاي سوزني .................................................................... 43...........

4-19-2 معايب الكترودهاي سوزني .................................................................... 44

20-2 تفاوت موجود بين الكترودهاي سطحي وسوزني ....................................... 45

21-2 انواع طراحي ............................................................................................... 45

 

فصل سوم :مفاهيم اساسي در بدست آوردن سيگنال EMG

1-3 مقدمه ............................................................................................................ 48...........

2-3 معرفي ........................................................................................................... 48...........

1-2-3 نمونه‌برداري ديجيتال چيست ؟................................................................. 48...........

2-2-3 فركانس نمونه‌برداري .............................................................................. 49...........

3-2-3 فركانس نمونه‌برداري چقدر بايد بالا باشد ؟............................................ 49...........

4-2-3 زير نمونه‌برداري – وقتي كه فركانس نمونه‌برداري خيلي پائين باشد .... 52...........

5-2-3 فركانس نايكوئيست .................................................................................. 53...........

6-2-3 تبصره‌ي كاربردي DELSYS................................................................. 54...........

3-3 سينوس‌ها و تبديل فوريه .............................................................................. 54...........

1-3-3 تجزيه سيگنال‌ها به سينوس‌ها ................................................................. 55

2-3-3 دامنه فركانس ........................................................................................... 57...........

3-3-3 مستعارسازي – چطور از آن دوري كنيم ؟............................................. 59...........

4-3-3 فيلترپارمستعاد ......................................................................................... 61

5-3-3نكته كاربردي DELSYS.......................................................................... 63

4-3 فيلترها ........................................................................................................... 64

1-4-3 انواع فيلترهاي ايده‌ آل .............................................................................. 65

2-4-3 پاسخ فاز ايده‌آل ....................................................................................... 67

3-4-3 فيلتر كاربردي .......................................................................................... 68

4-4-3پاسخ فاز غير خطي ................................................................................... 71

5-4-3 اندازه‌گيري ولتاژ - دامنه ، توان ودسي بل ............................................. 72

6-4-3 فركانس 3 Db.......................................................................................... 74

7-4-3 مرتبه فيلتر ................................................................................................ 75

8-4-3 انواع فيلتر ................................................................................................. 76

9-4-3 فيلترهايdigital - Analog Vs ............................................................. 80

10-4-3 نكته كاربردي Delsys........................................................................... 84

5-3 رسيدگي به مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال ...................................................... 85

1-5-3 كوانتايي سازي ......................................................................................... 85

2-5-3 رنج ديناميكي ............................................................................................ 87

3-5-3 كوانتايي سازي سيگنال EMG................................................................. 90

4-5-3 مشخص ك ردن ويژگي‌هاي ADC.......................................................... 92

5-5-3 نكته كاربردي Delsys.............................................................................. 95

6-3 نتيجه‌گيري .................................................................................................... 95

 

فصل 4: بكارگيري مناسبت نيرويgrip مبني بر سيگنال EMG

1-4 مقدمه ............................................................................................................ 98

2-4ديد كلي پايه‌اي يك سيستم ............................................................................. 98

3-4 منطقي براي توليد نيروي گريپ .................................................................... 99

4-4 دستاورد ..................................................................................................... 102

5-4 نتيجه ........................................................................................................... 103

 

فصل پنجم : طبقه‌بندي سيگنال EMG براي شناسايي سيگنال دست

1-5 مقدمه .......................................................................................................... 105

2-5 سيگنال‌هاي EMG و سيستم اندازه‌گيري .................................................. 107

3-5 طرح ويژگي‌ خود سازمان دهي .................................................................. 107

4-5 روش طبقه بندي سيگنال EMG پيشنهادي ............................................... 109

5-5 نتيجه‌گيري .................................................................................................. 117

 

فصل 6: ارتباط بين نيروي ماهيچه‌اي ايزومتريك و سيگنال EMG به
عنوان هندسه بازو

1-6 مقدمه .......................................................................................................... 119

2-6 نتايج ............................................................................................................ 121

3-6 بحث ............................................................................................................ 123

1-3-6 ارتباط EMG- Force............................................................................ 127

2-3-6 رابط نيروي MF.................................................................................... 129

3-3-6 رابطه‌ي درصد نيروي DET.................................................................. 131

4-3-6 نتايج ....................................................................................................... 131

4-6 روش تجربي ............................................................................................... 132

1-4-6 اشخاص ................................................................................................. 132

2-4-6 مجموعه تجربي ...................................................................................... 132

3-4-6 مدارك EMG و نيرو............................................................................. 133

4-4-6 تحليل‌هاي EMG غير خطي ................................................................... 135

5-4-6 تحليل‌هاي ‌آماري و پارامترها ................................................................ 136

5-6 نتيجه‌گيري .................................................................................................. 136

 

فصل 7: طبقه‌بندي سيگنال EMG براي كنترل دست مصنوعي

1-7 مقدمه .......................................................................................................... 138

2-7 روش‌ها ....................................................................................................... 140

3-7 آزمايش و نتايج........................................................................................... 141

1-3-7 نتيجه‌گيري ............................................................................................. 142

 

فصل 8 : يك استخوان‌بندي كنترل شده توسط EMG براي نوسازي دست

1-8 مقدمه .......................................................................................................... 144

2-8 سيستم اصلاح دست ................................................................................... 148

1-2-8 استخوان‌بندي خارجي ............................................................................ 148

2-2-8 الكترونيك و نرم افزار ........................................................................... 149

3-8 پردازش EMG........................................................................................... 151

4-8 تستهاي اوليه دستگاه ................................................................................. 153

1-4-8 نتيجه‌گيري ............................................................................................. 155

2-4-8 كارهاي آينده ......................................................................................... 156...........

 

فصل نهم : يك مدار ‌آنالوگ جديد بر اي كنترل دست مصنوعي

1-9 مقدمه .......................................................................................................... 158

2-9 چكيد‌ه‌اي از سيستم .................................................................................... 160

3-9 پياده‌سازي مدار ......................................................................................... 163

4-9 نتايج شبيه سازي ....................................................................................... 166

5-9 نتيجه‌گيري .................................................................................................. 168

 

نتيجه‌گيري كلي ................................................................................................... 169

 

فهرست تصاوير

فصل 1

شكل 1 : نمونه‌اي از سيگنالEMG ........................................................................ 7

شكل 2: واحد حركتي .............................................................................................. 8

شكل 3: مدل آناتومي عضله ................................................................................... 9

شكل 4: اكتين و ميوزين و باندهاي مربوط به آن ................................................ 11

شكل 5: پروسه انقباض عضله ............................................................................. 12

شكل 6: شماتيك تصويري سيكل دپلاريزاسيون / پلاريزاسيون درون
غشاهاي تحريك شونده ........................................................................................ 13

شكل 7: نمودار پتانسيل عمل ................................................................................ 13

شكل 8: ناحيه‌ي دپلاريزاسيون در غشاء فيبرعضلاني ......................................... 14

شكل 9: پتانسيل عمل واحدهاي حركتي متعدد ..................................................... 14

شكل 10: بكارگيري و فركانس شروع واحدهاي حركتي نيرو.............................. 15

شكل 11: ثبت سيگنال خام سه انقباض براي عضله سه سر ............................... 16

شكل 12: سيگنال خام EMG با تداخل سنگين ECG........................................... 19

 

فصل 2

شكل 1 :طيف فركانسي سيگنال EMG آشكار شده جلوي ماهيچه ..................... 23

شكل 2: طرح‌هاي شكل تقويت كننده تفاضلي ........................................................ 28

شكل 3: ارائه طرح كلي بارو تركيبات مدور بر الكترود ........................................ 34

شكل 4: مكان مرجع الكترود بين تاندون و بخش حركتي .................................... 35

 

فصل3

شكل 1: سيگنال آنالوگ كشف شده توسط الكترود DE_{2.1........................................................................... 49}

شكل 2: A) نمونه‌برداري از سينوس 1 ولت ، 1 هرتز در 10 هرتز .................... 51

B) بازآفريني سينوس نمونه‌برداري شده در 10 هرتز ........................................ 51

شكل 3: A) نمونه‌برداري يك سينوس 1 ولت ، 1 هرتز در 2 هرتز ..................... 52

B) بازآفريني سينوس نمونه برداريشده در 2 هرتز ............................................ 52

شكل 4: A) نمونه‌برداري يك سينوس ................................................................. 53

شكل 5: تجزيه‌ي فوريه‌ي يك پتانسيل عمل واحد حركتي نمونه‌برداري شده ...... 56

شكل 6 : هيستوگرام دامنه 10 سينوس شكل 5 ................................................... 58

شكل7: طيف موج فركانسي سيگنال نمونه در شكل 6........................................... 60

شكل 8 : مستعار سازي نويز 13 ......................................................................... 61

شكل 9 : پاد مستعارسازي ................................................................................... 62

شكل 10: انواع فيلترها .......................................................................................... 66

شكل 11: طرح فاز يك فيلترايده آل ....................................................................... 68

شكل 12: خصوصيات فيلترهاي كاربردي ............................................................ 72

جدول 1: فاكتورهاي تضعيف وگين نمونه ............................................................ 74

شكل 13: فيلتر پائين گذر مرتبه اول و دوم .......................................................... 76

شكل 14: اندازه ومقايسه انواع فيلترهاي بالاگذر ................................................. 79

شكل 15: فيلتر پائين گذر تك قطبي ....................................................................... 82

شكل 16: نمونه‌برداري و فيلتر ديجيتالي سيگنال آنالوگ....................................... 83

شكل 17: مراحل كوانتايي سازي مبدل آنالوگ به ديجيتال ................................... 86

شكل 18: تحليل رنج A/D .................................................................................... 89

 

فصل 4

شكل 1: بلوك دياگرام دستگاه .............................................................................. 99

شكل 2: سطوح و شماتيك‌ها ............................................................................... 100

شكل 3: نيروهاي گريپ ...................................................................................... 102

 

فصل 5

شكل 1: بلوك دياگرام سيستم اندازه‌گيري سيگنال EMG................................. 110

شكل 2 : موقعيت الكترودها................................................................................ 110

شكل 3: بلوك دياگرام روش‌ هاي پيشنهادي ..................................................... 111

شكل 4: سيگنال‌هاي دست براي كاراكترهاي كره‌ اي ........................................ 112

شكل 5: نرون‌هاي خروجي ................................................................................ 113

شكل 6: بلوك دياگرام ترتيب آزمايشگاهي ......................................................... 114

شكل 7: عكس وضعيت آزمايش ......................................................................... 114

شكل 8: سيگنال EMG اندازه‌گيري شده و سيگنال داخلي قابل استفاده ........... 115

شكل 9: نرون‌هاي خروجي sofm₁ بعد از مرتب كردن ..................................... 115

جدول 1: نرون‌هاي خروجي بعد از يادگيري ..................................................... 116

جدول 2: نتايج ‌آزمايش ...................................................................................... 116

 

فصل 6

شكل 1 : مقادير ميانگين نيروهاي ارادي ماكزيمم در ANT و POST............. 123

شكل 2 : رابطه‌ي نيروي EMG.......................................................................... 124

شكل 3: رابطه‌ي نيروي MF............................................................................... 125

شكل 4: رابطه‌ي درصد نيروي DET................................................................. 126

شكل 5: دياگرام‌هاي ارتباط بين فركانس متوسط و DET................................. 127

 

فصل 8

شكل 1: طرح هندسي سيستم توانبخشي دست ................................................... 146

شكل 2: نماي سيستم توانبخشي دست ............................................................... 147

شكل 3: نماي جانبي استخوان‌بندي بيروني ........................................................ 148

شكل 4: دست‌مجازي وواسط درمان ................................................................. 150

شكل 5: محل قرارگيري الكترود سطحي ............................................................ 151

شكل 6: سيگنال EMG يكسو شده .................................................................... 152

 

فصل 9

شكل 1: بلوك دياگرام سيستم پيشنهادي ........................................................... 160

شكل 2: دياگرام حالت كنترل حالات مختلف دست با استفاده از EMG............. 161

جدول 1: حالات دست وسيگنال‌هاي مربوطه ..................................................... 161

شكل 3: بلوك دياگرام پردازش سيگنال ............................................................. 162

شكل 4: بلوك دياگرام تحليل‌ گر EMG.............................................................. 163

شكل 5: شماتيك مدار پردازش سيگنال ............................................................. 164

جدول 2: اندازه‌ي تراتريستورها ........................................................................ 165

شكل 6: سيگنال‌هاي داخلي شبيه‌سازي شده‌ي تحليل‌گر سيگنال EMG............ 166

شكل 7: مجموعه‌ي سيگنال‌هاي EMG وپاسخ خروجي ماشين حالت ............... 167

شكل 8: پاسخ‌هاي شبيه‌سازي شده براي تغييرات انگشتان مختلف.................... 167

مقدمه

مشکلات عصبی وحرکتی همواره محققان را واداشته تا بدنبال یافتن روشهایی برای رفع این مشکلات برایند .استفاده از الکترومایو گرافی یکی از این روش ها میباشد .الکترو مایو گرافی در لغت به معنی برق نگاری ماهیچه ای است.واز نظر علمی روشی تجربی در زمینه بسط ،ثبت وانالیز سیگنالهای الکتریکی عضله می باشد ،که این سیگنال ها بوسیله دگرگونی های فیزیولوپیکی در غشا فیبر عضلانی شکل می گیرد .این تحقیق ابتدا به بررسی این سیگنال انواع ان ومفاهیم اساسی در به دست اوردن ان وس÷س به بررسی این سیگنال در حرکت دست می÷ردازد،در اینجا ما سعی کده ایم مطالب را به گونه ای ساده وقابل فهم توضیح دهیم.هدف از این کار اشنایی مختصری با استفاده از الکترونیک در علم پزشکی میباشد.همانطور که در این تحقیق خواهیم خوتند این سیگنال کمک بسیاری به حرکت دست های مصنوعی وکسانی که مقطوع العضوند می کند .دنیای الکترومایو گرافی دنیای بسیار گستر دهای می باشد وما در اینجا مختصری از ان را بیان کرده ایم ،امیدواریم که توانسته باشیم مطالب را به گونه ای مفید ارائه کرده باشیم .

 

  

فصل اول

 

آشنايي كلي با سيگنال الكترو مايو گرافي

 

 1-1مقدمه

الكترو ما يو گرافي روشي تجربي در زمينه ي بسط ، ثبت واناليز سيگنال هاي الكتريكي عضله است . سيگنال هاي الكتريكي عضله بوسيله ئگرگونيهاي فيزيو لو ژيكي در غشا فيبر عضلاني شكل مي گيرند. الكترو مايو گرافي شامل رديا بي ثبت ، تقويت ،اناليز وتفسير جهت سيگنال هاي ايجاد شده توسط عضله اسكلتي ،هنگام فعاليت براي توليد نيرو است.اهداف كلي در اين فصل معرفي جامع سيگنال الكترومايو گرافي،وهم چنين منشا ايجاد سيگنال ميباشد براي فهم كامل اين موضوع شرح مختصري از اناتومي عضله اورده شده است.هم جنين در مورد فاكتور هاي موثر بر سيگنال توضيح مختصري داده شده كه در فصل هاي اتي به انها پرداخته مي شود.به طور كلي در اين فصل هدف درك كامل EMGبراي كاربرد درست ان در زمينه هاي مختلف مي باشد،كه ما در اين تحقيق به بررسي ان در حركت دست مي پردازيم.

 

2-1الكترومايو گرافي چيست؟

الكترو مايو گرافي مطالعه عملكرد عضله از طريق تحليل سيگنال هاي الكتريكي توليد شده در حين انقباضات عضلاني است .EMGاغلب به طور نادرستي به وسيله ي پزشكان ومحققان به كار گرفته مي شود.در بيشتر موارد حتي الكترو مايو گرافر هاي با تجربه نيز نمي توانند اطلا عات كافي وجزييات مورد نظر را از پروتكل به دست اورند و لذا محققان ديگر مجازند كه كارهاي انها را تكرار كنند.

الكترومايو گرافي اندازه گيري سيگنال الكتريكي همراه با تحريك عضله است كه مي تواند شامل عضلات ارادي وغير ارادي شود.وضعيت EMG انقباصات عضله ارادي به ميزان كشش بستگي دارد.واحد عملكري انقباض عضله يك واحد حركتي است كه متشكل از يك نورون الف منفرد وتمام فيبر هايي كه از ان منشعب مي شوند.وقتي پتانسيل عمل عصب حركتي كه فيبر را تغذيه مي كند به استانه ي دپلاريزاسيون برسد فيبر عضله منقبض مي شود .دپلاريزاسيون با عث ايجاد ميدان الكترو مغناطيسسي مي شود واين پتانسيل به عنوان ولتاژ انداره گرفته ميشود .دپلاريزاسيون كه در طول غشا عضله منتشر مي شود يك پتانسيل عمل عضله است .پتانسيل عمل واحد حركتي مجموع پتانسيل عمل هاي منفرد تمامي فيبر هاي يك واحد حركتي است .بنابراين سيگنال EMG جمع جبري تمام پتانسيل عمل هاي واحد هاي حركتي موجود در ناحيه اي است كه الكترود درانجا قرار گرفته است.ناحيه ي قرار گرفتن الكترود معمولا شامل بيش از يك واحد حركتي است زيرا فيبر هاي عضلا ني واحد هاي حركتي مختلف در تمام طول عضله در تركيب با هم قرار دارند . هر بخش از عضله مي تواند حاوي فيبرهاي متعلق به حدود 20 تا 50 واحد حركتي باشد.يا واحد حركتي مستقل مي تواند داراي 3 تا 2000 فيبر عضله باشد. عضلاتي كه پنج حركت را در كنترل دارند از تعداد فيبر هاي عضلاني كمتري به ازاي هر واحد حركتي بر خوردارند (معمولا كمتر از 10 فيبر به ازاي هر واحد حركتي).در مقابل عضلاتي كه محدودي وسيعي از حركات را در كنترل دارند داراي 100 تا 1000فيبر در هر واحد حركتي مي باشند . در خلال انقباضات عضلاني ترتيب خاصي وجود دارد به اين صورت كه واحد هاي حركتي با فيبر عضلاتي كمتر درابتدا وسپس واحد هاي حركتي داراي فيبر هاي عضلاني بيشتر منقبض مي شوند .تعداد واحدهاي حركتي درعضلات بدن متغير است .رابطه اي بين EMGبا ساير متغير هاي بيو مكانيكي وجود دارد . با در نظر گرفتن انقباضات ايزومتريك ،رابطه اي مثبت در افزايش كشش عضله و دامنه سيگنال ثبت شده EMG وجود دارد . اگرچه يك زمانتاخير وجود دارد و به اين دليل است كه دامنه EMGبه صورت مستقيم با build – up كشش ايزو متريك در تطابق نيست .براي تخمين قدرت توليد شده ازروي سيگنال EMG مي بايست دقت زيادي كرد چون اعتبار رابطه ي نيرو با دامنه وقتي تعداد زيادي عضله از يك مفصل منشعب شده اند يا يك عضله به مفاصل متعددي وصل است قطعي نيست .در بررسي فعاليت يك عضله با توجه به انقباضات Concentricوeccentric مشخص مي شود كه انقباضات eccentric نسبت به انقباضات Concentric در مقابل نيروي وارده برابر فعاليت كمتري در عضله توليد مي كنند.همراه با خستگي عضله ،كاهش در ميزان كشش عضله اغلب همراه با دامنه ثابت يا حتي بيشتر در فعاليت عضله مشاهده مي شود.بخش پر فركانس سيگنال همراه با خستگي فرد افت مي كند و مي تواند به صورت كاهش در فركانس مركزي سيگنال عضله ديده شود.در خلال حركت رابطه اي تقريبي بين EMG وسرعت حركت مشاهده مي شود .رابطه اي معكوس بين قدرت انقباض توليد شده بوسيله ي انقباض concentric و سرعت حركت وجود دارد در حاليكه eccentric توانايي حمل وزنه بيشتر با سرعت بيشتري را دارد. به عنوان مثال اگر وزنه اي بزرگ وسنگين را به سرعت ولي با كنتر ل پايين ببريد ان وزنه ر ابا استفاده از انقباض eccentric پايين برده ايد.شما قادر نخواهيد بود كه وزنه را با همان سرعت پايين بردن ،بالا ببريد (انقباض concentric).نيروي توليد شده لزوما بيشتر نخواهد بود امام شما توانستيد وزنه بيشتر ي را حمل كنيد و فعاليت EMGدر عضلات مورد استفاده كمتر بوده است.بنابراين رابطه اي معكوس براي انقباضاتconcentric و رابطه اي مثبت براي انقباضات eccentric از نظر سرعت حركت وجود دارد.از نقطه نظر ثبت سيگنال ،EMG دامنه پتانسيل عمل واحد حركتي به عوامل مختلفي بستگي دارد نظير: قطر فيبر عضله ، فاصله بين فيبر عضله فعال ومحل اشكار سازي (ضخامت چربي بافت) .هدف اصلي بدست اوردن سيگنال بدون نويز است.بنابراين نوع الكترود و خصوصيات تقويت كننده نقش حياتي در بدست اوردن سيگنال بدون نويز ايفا ميكند.

 

3-1منشا ء سيگنال EMGكجاست؟

1-3-1واحد حركتي

واحد حركتي كوچكترين واحد عملي است كه مي تواند براي تشريح كنترل عصبي روند انقباض عضلاني بكر رود . واحد حركتي شامل يك فيبر عصبي (تنه ي سلولي نورون حركتي ،دندريتها ، اكسون و شاخه هاي متعدد ان) وتمام فيبر هاي عضلاني است كه به انها عصب رسانده شده است.

واژه واحدها پيرامون رفتار حركتي است . تمام فيبر هاي عضلاني واحد حركتي بصورت متحد عمل ميكنند .

در حين فعاليت عصبي ماهيجه ها هر موتو ر حركتي كامل ،فعال يا غير فعال است .هر ماهيچه شامل چندين واحد حركتي ،از تعداد اندك تا چند هزار مي باشد.

 

شكل 1:نمونه اي از سيگنال EMG

 

4-1آناتومی عضله

1-4-1رشته عضلانی واحد

هر رشته عضلانی واحد، حاوی دسته ای از تارهای ریز راه راه بنامفیبریلهاست. بدلیل خطوط روی این فیبریلها این نوع ماهیچه، ماهیچه راه راه نیزخوانده می شود. هرگاه رشته عضلانی پیامی را از مغز (از طریق دستگاه عصبی) دریافتکند، فیبریلهای آن همگی منقبض می شوند و رشته عضلانی را کوتاهتر می کنند. این امربنوبه خود موجب عمل کششی کل ما هیچه بر روی استخوان می شود.

 

شكل 2:واحد حركتي

 

2-4-1ساختار سلول ماهیچه

درون سارکوپلاسم سازههای بلند نازک روشن و تیره ای به اسم تارچه ماهیچه (فیلامان) در امتداد طولی قرارگرفته اند که به همین دلیل یک شکل راه راه پدید می آورند. هر تارچه شمال واحدهایمتعددی به اسم سارکومر است.
سارکومرها کوچکترین واحدهای قابل انقباض در یک فیبرعضلانی هستند. هزاران سارکومر یک زنجیره طولانی در هر تارچه ماهیچه تشکیل میدهند. غشاء Z نشانه مرز بین هر دو سارکومر با هم میباشد. طرح خطوط روشن و تیره بهخاطر دو نوع تارچه پروتئینی طولی است. میوزین( فیلامان ضخیم تر) که منحصر به باندتیره A و منطقهH است و آکتین ( فیلامان نازکتر) که در باند روشن I و بین میوزیندر سرهای باند تیره A قرار دارد.

 

 مدل اناتوميكي عضله

 

5-1انقباض عضلانی

وقتی ماهیچه منبسط می شود همه باندهای آن دیده می شود، درحالیکه در ماهیچه منقبض باند I روشن، باریک و بعد ناپدید می شود . زیرا تارچه هاینازک آکتین در بین تارچه های ضخیم میوزین بطرف داخل، کشیده تر می شوند.
رمزفرآیند انقباض ماهیچه در روی هم قرار گرفتن تارچه های ضخیم میوزین و تارچه های نازکآکتین است. تارچه های نازک آکتین از دو زنجیره از پروتئینهای گلبولی تروپومیوزین وتروپونین تشکیل شده اند. رشته های تروپومیوزین دور تارچه های نازک آکتین پیچیده اندو تروپونین در فاصله های منظم به تروپومیوزین متصل است.

در حالت انبساط ،تروپونین تروپومیوزین را در حالتی نگاه می دارد که محل های تماس میوزین را بر رویتارچه های آکتین مسدود می کند.

هنگامیکه سیگنال عصبی به سلول ماهیچه می رسد،شروع به آزادسازی یونهای کلسیم Ca++ از ذخیره های خاص حفره های T در شبکهسارکوپلاسمی می کند.
تروپونین تمایل زیادی به یونهای کلسیم دارد و هنگامیکهیونهای کلسیم به تروپونین می چسبند، شکل مجتمع تروپونین-تروپومیوزین عوض می شود تامناطق فعال را بر روی تارچه های آکتین آشکار سازد.

یونهای کلسیم با آشکار ساختنمناطق فعال بر روی تارچه های آکتین، ماهیچه را به انقباض تحریک می کنند. درهمان حال، سرهای تارچه میوزین بوسیله ATP فعال می شوند. ATP وقتی به ADP و فسفاتآزاد تجزیه می شود، مقدار زیادی انرژی آزاد می کند. رهای میوزین خود را بهمنطقه های منتخب بر روی تارچه های آکتین مجاور می چسبانند تا رشته های آکتین – میوزین را که معمولاً پل عرضی نامیده می شوند، تشکیل دهند.

 

 

 

بلافاصله بعد از آن ، پل های عرضی باز می شوند و سرهای میوزین دوبارهبه محل های آکتین بعدی وصل می شوند و به همین ترتیب ادامه می یابد.

پیامد کلیاین فرآیند این است که تارچه های آکتین کشیده می شوند و از تارچه های میوزین میگذرند، بطوریکه لبه ها بیش از زمان انبساط روی هم قرار می گیرند و بنابراین سارکومررا کوتاه می کنند. فرآیند ذکر شده در شکل 5 به تصویر در آمده است.

 

 

 

شكل 4:اكتين وميوزين وباند هاي مربوط به ان

 

6-1تحریک پذیری غشاء عضله

تحریک پذیری فیبرهایعضلانی، در کنترل عصبی نشان دهنده عامل عمده فیزیولوژی عضله است. این پدیده میتواند تحت عنوان مدل نیمه تراوا شرح داده شود که توصیف کننده خواص الکتریکیسارکولم است . یک موازنه یونی بین فضای درونی و بیرونی یک سلول ماهیچه ای، یکپتانسیل استراحت ساکن را در غشاء فیبر عضله شکل می دهد. (زمانی که در انقباض نیستیعنی در محدود -80 تا -90 میلی ولت). این اختلاف پتانسیل که با روندهایفیزیولوژیکی حفظ شده (پمپ یونی) منجر به بار منفی درون سلول نسبت به خارج سطح سلولمی شود.

فعال سازی یک سلول شیپوری قدامی موتور آلفا (که بوسیله سیستم عصبی مرکزیتحریک شده ) منجر به هدایت تحریک در طول عصب حرکتی می شود. با آزاد شدن موادانتقال دهنده در صفحه انتهایی واحد حرکتی، یک پتانسیل صفحه انتهایی در فیبرعضلانی که بوسیله این واحد حرکتی پی داده می شود، شکل می گیرد. مشخصه های انتشارغشاء فیبر عضلانی بطور مختصر تعدیل شده و یون های NA+ سرازیر می شوند.

این روندمنجر به دپلاریزاسیون غشاء می شود که فوراً با تبادل رو به عقب یونها در مکانیسمپمپ یونی ( رپلاریزاسیون ) جایگزین می شود.

 

 

 

شكل 5:پروسه انقباض عضله

 

7-1تولید سیگنالEMG

1-7-1پتانسیل عمل

اگرنفوذNa++ از آستانه مشخصی تجاوز کند، دپلاریزاسیون غشاء باعث پتانسیل عملی می شودکه پتانسیل غشاء سریعا از -80 میلی ولت به بالای +30 میلی ولت برسد. سپس یک از همپاشیدگی الکتریکی تک قطبی سریعا با فاز رپلاریزاسیون جایگزین می شود و درپی آن یکدوره هایپرپلاریزاسیون غشاء رخ میدهد. پتانسیلهای عمل با شروع از صفحه انتهاییغشاء در طول فیبر عضلانی درهر دو جهت و درون فیبر عضلانی از میان یک سیستم لولهمانند پخش می شوند .

 

 

 

شكل 6:شماتيك تصويري سيكل دپلاريزاسيون /پلاريزاسيون درون غشاهاي تحريك شونده این تحریک منجر به آزاد شدن یونهای کلسیم در فضای درون سلولی میشود. فرآیندهای شیمیایی مرتبط (کوپلینگ الکترومکانیکی) در نهایت المانهای منقبضشونده سلول ماهیچه ای را کوتاه می کنند. این مدل که انقباض و تحریک را به هممتصل می کند، نشاندهنده یک ارتباط با همبستگی بالا می باشد. (هرچند تحریکهای ضعیفیوجود دارند که می توانند منجر به انقباض نشوند. ) از نقطه نظر عملی می توان فرض رابر این دانست که در یک عضله سالم هر انقباض عضلانی از مکانیسم فوق تبعیت می کند. سیگنال EMG بر پایه پتانسیل های عمل غشاء فیبر عضلانی استکه از روند دپلاریزاسیون و رپلاریزاسیون شرح داده شده منتج می شوند.شكل 7: نمودار پتانسيل عمل(بر حسب ميلي ولت)

 

 

 

 

 

شکل 8: ناحیه دپلاریزاسیون در غشاء فیبر عضلانی

 

8-1ترکیب سیگنالEMG

1-8-1انطباق واحدهای حرکتی

در مطالعات کینزیولوژیکی، پتانسیل های عمل واحد حرکتی تمامی واحدهایحرکتی فعال و قابل ردیابی در زیر ناحیه الکترود، از نظر الکتریکی منطبق هستند وبصورت یک سیگنال دوقطبی با توزیع متقارن دامنه های مثبت و منفی (با میانگین صفر)مشاهده می شوند که به آن الگوی تداخلی می گویند.

 

 

شکل 9: پتانسیل عملواحدهای حرکتی متعدد

 

9-1فعال سازی عضله

پنج مشخصه عضلات اسکلتی در بردارنده هم خواص الکتریکی (قابلیت تحریک و رسانایی) و هم خواص مکانیکی(قابلیتانقباض، قابلیت انبساط و کشسان بودن یا الاستیسیته) هستند. سه تا از مهمترینمشخصه های عضله عبارتند از تحریک پذیری، رسانایی و قابلیت انقباض. بنابراین درنتیجه فعال سازی نورونی هم پاسخ مکانیکی و هم پاسخ الکتریکی وجود دارد. دو مورداز مهمترین مکانیزم های موثر در بزرگی و چگالی سیگنال رویت شده، بکار گیری واحدهایحرکتی و فرکانس شروع آنهاست. اینها استراتژی های اصلی کنترلی برای میزان کردنروند انقباض و مدوله کردن نیروی خروجی عضلهٌ درگیر است. از آنجاییکه بافت متصلکننده و لایه های پوست، اثر فیلتر پایین گذر را در سیگنال اصلی دارند، فرکانس شروعآنالیز شده برای مثال EMG سطحی، نشاندهنده مشخصه های شروع بنیادی و دامنه سیگنالنیست.به عبارت ساده تر می توان گفت که سیگنال EMG، بطور مستقیم بازتابندهمشخصه های شروع و بکار گیری واحدهای حرکتی ردگیری شده درون ماهیچه مورد اندازه گیریمی باشد.

 

شکل 10 : بکار گیری و فرکانس شروع واحدهای حرکتی نیروی خروجی رامدوله کرده در سیگنال EMG منطبق شده بازتابانده می شود.

کل ماهیچه شامل بافت ماهیچه و بافت متصل کننده است و معمولا به یکتاندون چسبیده است.

- ماهیچه

- دسته فیبر ها

- فیبر ها

- فیبریلها

- فیلامانها

تنها بافتهای ماهیچه ای در سیگنال EMG شرکت دارند. بنابراینبافت متصل کننده می تواند نیروی انفعالی ایجاد کند ولی پاسخ الکتریکی ایجاد نمیکند.

 

10-1طبیعت سیگنالEMG

به سیگنال فیلتر نشده (بهاستثنا تقویت کننده میان گذر) و پردازش نشده ای که MUAP های منطبق را رد یابی میکند، سیگنالEMG خام می گویند.

در شکل نمونه زیر ثبت یک سیگنال EMG سطحی خام برایسه انقباض استاتیک عضله دو سر انجام شده است:

 

شکل 11 : ثبت سیگنال خام سه انقباض برای عضله دوسر

 

هنگامی که عضله در وضعیت استراحت قرار دارد، Baseline EMG بدوننویز، کم و بیش دیده می شود. نویز Baseline EMG به فاکتورهای زیادی از جمله کیفیتتقویت کننده، نویز محیطی و کیفیت شرایط رد یابی بستگی دارد. با فرض تقویت کنندگیمناسب و آماده سازی مناسب پوست،Baseline نویز بیشتر از از 3 تا 5 میکروولت نمیشود. هدف معمولا 1 تا 2 میکروولت است.

عضله سالمی که در وضعیت استراحت قراردارد، با توجه به نبود دپلاریزاسیون و پتانسیل عمل، هیچ فعالیت EMG خاصی نشان نمیدهد. بطور طبیعی تیزی های سیگنال های EMG خام اَشکالی تصادفی هستند. این بدینمعنی است که یک ثبت نمی تواند دوباره عیناً بازسازی شود . این مسئله این حقیقت راعیان می سازد که یک دسته واحد های حرکتی بکار گرفته شده بطور ثابت در ماتریس و یاقطر واحدهای حرکتی موجود تغییر می کنند. اگر گاهاً دو یا تعداد بیشتری واحد حرکتیدر یک زمان شروع به فعالیت کنند و در مجاورت الکترودها قرار داشته باشند، تولید یکتیزی شدید منطبق می کنند. با اعمال یک الگوریتم هموار کننده و یا انتخاب یکپارامتر دامنه مناسب، مقادیر غیر قابل بازسازی سیگنال حذف می شوند و یا اینکه بهحداقل می رسند.

EMG سطحی خام در بازه 5000 ± (برای ورزشکاران) قرار دارد وفرکانس مقادیر آن نوعاً بین 6 تا 500 هرتز می باشد که نشاندهنده بیشترین قدرتفرکانسی در بازه 20 تا 150 هرتز می باشد.