چكيدههدف از اين پروژه ساخت امپلي فاير دو كاناله EMG و مدلسازي فعاليت ايزومتريك ساعد و به دست اوردن رابطه كيفي بين نيروي وارد بر كف دست و دامنه EMG دو عضله دو سر و سه سر بازو و ميزان نيروي متوسط ايجاد شده در انهاست.سيگنال EMG دو عضله به وسيله كارت صوتي به كامپيوتر داده شده و از نرم افزار MATLAB براي نمايش و پردازش داده ها استفاده مي 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 مي اوريم.در بخش مدلسازي پس از ساده سازي به مدلسالزي ماهيچه دو سر بازو مي رسيم كه براي ثبت پاسخ ان از سنسوري كه خودمان طراحي كرديم استفاده مي كنيم و پاسخ اين سنسور را هم با كارت صوتي به كامپيوتر مي دهيم.مقدمهدر اثر انتقال سيگنالهای عصبی به عضله , تارهای عضلانی فعال شده و ايجاد پتانسيل عمل می نمايد که به آن EMG گويند که در واقع تجلی اراده انسان برای انجام حرکت است . انتشار اين پتانسيل های عمل در طول عضله ادامه يافته و بر روی پوست قابل دريافت می گردند . با نصب الکترودهای پوستی می توان اين سيگنالها را از سطح پوست دريافت نمود .سيگنالهای EMG از نظر فرکانس در محدودهhz 25 تا چند کيلو هرتز تغيير می کنند و دامنه های سيگنال بسته به نوع سيگنال والکترودهای استفاده شده از 100 ميکروولت تا 90 ميلی ولت تغيير می کنند .بطور کلی سيگنال EMG توسط دو نوع منبع نويز می پذيرد :2منابع غير بيولوژيکیمنابع بيولوژيکی شامل حرکات ساير عضلات مانند عضله قلب و حرکات ناشی از ضربان رگهای خونی است و منابع غير بيولوژيکی شامل سيستمهای اندازه گيری و تداخلات برق شهر و محيط اطراف آن و حرکات شخص آزمايش دهنده و حرکت الکترودها می باشد .ثبت کننده EMG شامل مدارهايی است که می تواند سيگنال بسيار ضعيف EMG را که حداکثر دامنه ای به اندازهmv 1 دارد و دارای نويز نيز می باشد , را پردازش کرده و با کمترين نويز و دامنه قابل قبول در خروجی ظاهر سازددر طراحی مدار ثبت کننده EMG بدليل اينکه پهنای باند فرکانسي اين سيگنال عموما" بين 25 تا 1000 هرتز است , از يک فيلتر بالا گذر و يک فيلتر پايين گذر استفاده شده است .همچنين براي حذف نويز hz 50 برق شهر كه به ورتداخلي وارد مي شود از يك فيلتر ميان ناگذر تيز استفاده مي كنيم .براي رساندن سطح سيگنال به مقدار قابل نمايشهم گين 1000 را در مدار تعبيه مي كنيم.سپس سيگنال حاصله را به وسيله وسيله كارت صدا به كامپيوتر مي دهيم.بنابراين تا اين مرحله اطلاعات A/D كارت صدا از طريق پورت PCI به پردازنده كامپيوتر انتقال يافته است . حال به دنبال راهي مي گرديم كه اين اطلاعات را بتوانيم نمايش دهيم و بر روي ان پردازش انجام دهيم. 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. براي دادن سيگنال EMG دو عضله به طور همزمان از مد استريوي كارت صدا استفاده مي كنيم.پس ان واردمرحله ي مدلسازي حركت ايزومتزيك ساعد مي شويم. مدل سازی یکی از جنبه های مهم اغلب مطالعات مهندسی پزشکی است . مدل عبارت است از نمایش ساده شده ی اشیا و سیستمها و به همین دلیل جزء مهمی از زندگی روزمره نیز به شمار می رود.در بحث مدلساز ي ابتدا به ساده سازي سيستم مي پرازيم . سپس با وارد كردن نيرو به كف دست و ثبت جابجايي دست در فاز ديناميك حركت به وسيله سنسور جابجايي طراحي شده وارد مرحله بعد مي شويم.مرحله بعدي انتخاب مدل مناسب براي ماهيچه است كه مامدل مكانيكي هيل را در نظر گرفتيم و با محاسبه تابع تبديل پارامتري اين مدل و به دست اوردن خروجي زماني ان با فرض اينكه ورودي پله باشد و مقايسه ان با خروجي سنسور ، پارامترها را محاسبه كرديم.اين پايان نامه شامل شش فصل است كه در فصل اول به بررسي سيگنال EMG پرداختيم .در فصل دوم مطالبي راجع به الكترودهاي ثبت سيگنال اورده شده است و فصل سوم هم مفصلا به شرح سخت افزار پروزه مي پردازد.فصل چهارم هم حاوي مطالبي درباره كارت صدا مي باشد.سپس در فصل پنجم به مبحث مدلسازي حركت ايزومتريك ساعد و به دست اوردن رابطه بين وزنه ها و دامنه EMG مي پردازيم.فصل ششم هم به بررسي نرم افزار پروژه و الگوريتم هاي نوشته شده مي پردازد.فصل اولدر اثر انتقال سيگنالهای عصبی به عضله , تارهای عضلانی فعال شده و ايجاد پتانسيل عمل می نمايد که به آن EMG گويند که در واقع تجلی اراده انسان برای انجام حرکت است . انتشار اين پتانسيل های عمل در طول عضله ادامه يافته و بر روی پوست قابل دريافت می گردند . با نصب الکترودهای پوستی می توان اين سيگنالها را از سطح پوست دريافت نمود . سيگنالEMG به عنوان يک ابزار غير تهاجمی برای کنترل دست مصنوعی به کار می رود . اين سيگنال حاوی اطلاعات زيادی در حوزه زمان و فرکانس است که محققان با تبديلات رياضی متنوع , سعی در استخراج و تحليل اينگونه اطلاعات داشته اند .سيگنالهای EMG از نظر فرکانس در محدودهhz 25 تا چند کيلو هرتز تغيير می کنند و دامنه های سيگنال بسته به نوع سيگنال والکترودهای استفاده شده از 100 ميکروولت تا 90 ميلی ولت تغيير می کنند , بنا براين تقويت کننده های EMG نسبت به تقويت کننده های ECG پاسخ فرکانسی وسيعتری را پوشش مي دهند ولی در عوض لازم نيست فرکانسهای بسيار پايين را مانندECG پوشش دهند . و اين امر بدليل وجود آرتيفکت ناشی از حرکت در فرکانسهای پايين بسيار مطلوبست چرا که ميتوانند بدون تحت تأثير قرار دادن سيگنال مؤثر , فيلتر شوند .در نمودارشكل 1-1 مقايسه اي بين محدوده تغييرات فركانس و ولتاژ سيگنال EMG و سيگنالهاي متداول ديگر انجام شده است :شكل 1-1-مقايسه دامنه و فركانس EMG با سيگنالهاي حياتي ديگرهمانطور كه ملاحظه مي كنيد سيگنال EMG نسبت به سيگنالهاي ECG,EEG,EOG محدوده فركانسي وسيعتري را شامل مي شود و همينطور شامل فركانسهاي خيلي كم نمي شود و نسبت به آنها دامنه بزرگتري نيز دارد . ولي دامنه آن نسبت به پتانسيل عمل آكسون پايين تر است و فركانسهاي پايين تري را نسبت به آن پوشش مي دهد .از آنجاييکه در اين پروژه از الکترودهای سطحی استفاده شده است , سطوح سيگنالها پايين و پيک دامنه های آنها از 1/0 تا 1 mv است .اما اگر از الکترودهای سوزنی فرو رونده در ماهيچه استفاده شود , سيگنالهای EMG می توانند دارای دامنه ای در حدود دو برابر حالت قبلی شوند و در نتيجه به بهره کمتری برای تقويت نياز دارند و همچنين از آنجاييکه سطح الکترودهای سوزنی EMG نسبت به الکترودهای سطحی به مراتب کمتر است , امپدانس منبع مولد سيگنال بالاتر بوده و لذا امپدانس ورودی بالاتر تقويت کننده لازم است .در مراکز بهداشتی و درمانی EMG اغلب به روش سوزنی انجام می شد و روش سطحی با وجود بهداشتی بودن و عدم درد , بندرت به کار می رفت زيرا اين روش دارای شکل موج کاملا" تصادفی است و استخراج پارامترهای آن بدون استفاده از روشهای پردازش کامپيوتری امکان پذير نيست , ولی اخيرا" با پيشرفتهای انجام گرفته در روشهای پردازش کامپيوتری بتدريج استفاده از الکترودهای در ثبت EMG رو به افزايش است .يکی از مناسبترين روشهای تحليل EMG همراه با الکترود سطحی , بررسی محتوای فرکانسی سيگنال و استخراج ويژگيهای آن با استفاده از تابع چگالی طيف توان است .منابع نويز : بطور کلی سيگنال EMG توسط دو نوع منبع نويز می پذيرد :2- منابع غير بيولوژيکیمنابع بيولوژيکی شامل حرکات ساير عضلات مانند عضله قلب و حرکات ناشی از ضربان رگهای خونی است و منابع غير بيولوژيکی شامل سيستمهای اندازه گيری و تداخلات برق شهر و محيط اطراف آن و حرکات شخص آزمايش دهنده و حرکت الکترودها می باشد .ثبت کننده EMG شامل مدارهايی است که می تواند سيگنال بسيار ضعيف EMG را که حداکثر دامنه ای به اندازهmv 1 دارد و دارای نويز نيز می باشد , را پردازش کرده و با کمترين نويز و دامنه قابل قبول در خروجی ظاهر سازددر طراحی مدار ثبت کننده EMG بدليل اينکه پهنای باند فرکانسي اين سيگنال عموما" بين 25 تا 1000 هرتز است , از يک فيلتر بالا گذر و يک فيلتر پايين گذر استفاده شده است .ثبت کننده سيگنالهای حياتی بطور کلی عبارت است از بکارگيری تجهيزاتی الکترونيکی که بعضی از وقايع فيزيولوژيکی نرمال و يا غير نرمال درونی انسان را به شکل سيگنالهای سمعی و بصری نمايش می دهد و به ا و ياد می دهد که روی وقايع احساس نشده و يا غير ارادی خود با ديدن اين سيگنالهای سمعی و بصری کار کند .در زمينه مسائل مربوط به توانبخشی مفيد ترين ثبت کننده , EMG است . اما سيگنال EMG به تنهايی قابل استفاده نيست چونکه بيمار و پزشک معالج سيگنالهای EMG را نمی بينند و اين سيگنالها بايد به علائم صوتی و تصويری قابل درک تبديل شوند .تجربيات نشان می دهد که بيمار در حين آزمايش ثبت EMG به تقاضای پزشک برای تغيير اندازه فعاليت ماهيچه ای , پاسخ مثبت می دهد .مقدار IAV ويا ا نتگرال قدر مطلق يکی از مشخصه های مهم سيگنال است که با نيروی انقباض عضلانی رابطه دارد .يکی از ا هداف اوليه همه ثبت کننده های EMG , قادرسازی بيمار به اعمال کنترل ارادی بر عضلات مخطط (عضلات ارادی ) خود است که به منظور افزايش فعاليت ماهيچه های ضعيف و کاهش فعاليت ماهيچه های متشنج به کار مي روددر آموزش کلينيکی , بيمار از طريق سيگنالهای سمعی و بصری , از انقباضهای خيلی کوچک و خيلی بزرگ ماهيچه اش آگاه می شوددر انتخاب ابزار ثبت کننده EMG بايد به دو نکته توجه داشت : منشاْ سيگنال EMG : سيگنال EMG از ترکيب اجزای کوچکتری به نام پتانسيل عمل واحد حرکتی (motor unit action potential ) که توسط واحد های مختلف توليد می شود تشکيل شده است .واحد حرکتی کوچکترين واحد عملکردی يک ماهيچه است که می تواند به طور ارادی فعال شود .پتانسيلهای الکتريکی در دو طرف غشاء , عملا" در تمام سلولهای بدن وجود دارند . سلولهای عصبی و عضلانی , سلولهای قابل تحريک هستند يعنی قادر به توليد ايمپالسهای الکتروشيميايی در غشاء خود هستند .هر فيبر عصبی به طور طبيعی به دفعات زياد منشعب شده و 3 الی چند فيبر عضلانی را تحريک می کند . سيگنالهای عصبی توسط پتانسيلهای عمل که تغييرات سريع در پتانسيل غشاء سلولهای عصبی هستند , انتقال می يابند . پتانسيل عمل برای هدايت سيگنال عصبی در طول فيبر عصبی به حرکت در می آيد تا اينکه به انتهای فيبر می رسد . محل تماس رشته های عصبی با فيبر عضلانی تقريبا" در وسط آن و به نام محل تماس عصبی _ عضلانی (Neuromuscularjunction ) می باشد به طوريکه پتانسيل عمل در هر دو جهت به سوی انتهای فيبر عضلانی سير می کند . فيبر عصبی در انتهای خود منشعب شده و مجموعه ای از ترمينالهای منشعب شده عصبی تشکيل می دهد که در يک فرو رفتگی از سطح فيبر عضلانی قرار می گيرد , اما به طور کامل در خارج غشاء پلاسمايی فيبر عضلانی قرار دارد . فرو رفتگي غشاء فيبر عضلانی موسوم به ناودان سيناپسی و فضای بين ترمينال عصبی و غشاء فيبر عضلانی موسوم به شکاف سيناپسی است .قطر عصب در حدود يک دهم قطر فيبر عضلانی است و ايمپالسهای عصبی به تنهايي نمي توانند جريان لازم را در فيبر عضلانی ايجاد کنند و استيل کولين مانند يک تقويت کننده عمل می کند .