نشریه‌ی علمی مهندسی پزشکی زیستی

مدل‌سازی سیستم‌های اسکلتی عضلانی

رویکرد نو در تحلیل دینامیک راه روی سه بعدی انسان در حضور کنترل کننده مد لغزشی

حسین رستمی باروجی؛ عبدالرضا اوحدی همدانی؛ فرزاد توحیدخواه

دوره 17، شماره 2 ، شهریور 1402، ، صفحه 120-130

چکیده

با وجود پیشرفت‌های گسترده در زمینه مطالعه بیومکانیک راه رفتن انسان، هنوز مدل راه رفتن مناسب با قابلیت شبیه‌سازی سیستم کنترل مغز انسان خصوصاً در حالت سه‌بعدی ارائه نشده است. اهمیت موضوع زمانی بیشتر می‌شود که شبیه‌سازی راه رفتن انسان یکی از نیازمندی‌های اصلی طراحان تجهیزات بیومکانیکی نظیر اندام‌های مصنوعی، ربات‌های پوشیدنی ... بیشتر با وجود پیشرفت‌های گسترده در زمینه مطالعه بیومکانیک راه رفتن انسان، هنوز مدل راه رفتن مناسب با قابلیت شبیه‌سازی سیستم کنترل مغز انسان خصوصاً در حالت سه‌بعدی ارائه نشده است. اهمیت موضوع زمانی بیشتر می‌شود که شبیه‌سازی راه رفتن انسان یکی از نیازمندی‌های اصلی طراحان تجهیزات بیومکانیکی نظیر اندام‌های مصنوعی، ربات‌های پوشیدنی و ربات‌های انسان‌نما است. با توجه به محدودیت‌ها و پیچیدگی‌ مطالعات قبلی، در این تحقیق، یک مدل دینامیکی سه‌بعدی بر اساس کنترل‌کننده مد لغزشی (SMC) ارائه شده است که رفتار راه رفتن فرد سالم روی زمین را در مراحل مختلف حرکتی شبیه‌سازی می‌کند. در این تحقیق، بررسی جامع و تحلیلی از پیامدهای انتخاب ترتیب دوران سه‌بعدی سیستم مختصات مفاصل صورت گرفته است که با مدل دینامیک معکوس 11 درجه آزادی انجام شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، کنترل کننده SMC با خطای حداقلی قادر به تولید راه رفتن سه‌بعدی انسان است. همچنین در تحلیل راه رفتن سه‌بعدی (آنالیز گیت)، این نتیجه حاصل شد که توالی چرخش کاردان مناسب دینامیک پیچیده راه رفتن سه‌بعدی نیست و باید از ترتیب YXZ استفاده کرد؛ چراکه بدون این تغییر، سینماتیک مفاصل متحمل پرش های غیرفیزیکی و خطای محاسبات خواهد شد. از نتایج این تحقیق می‌توان در طراحی و شبیه سازی سیستم کنترلی ربات‌های انسان‌نما، ربات های پوشیدنی، پروتزهای فعال و غیرفعال استفاده کرد.

مشاهده مقاله

مدل‌سازی سیستم‌های اسکلتی عضلانی

اثر سرعت پدال زدن و مقاومت در برابر پدال زدن در محل‌های ممکنة پدال زدن بر رفتار عضله‌ها و مفصل‌های پا در دوچرخة ثابت: مطالعة پارامتریک

الهام حضرتی؛ محمود رضا آذغانی

دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، ، صفحه 19-28

چکیده

پدال زدن با دوچرخة ثابت یکی از فعالیتهای فیزیکی پرکاربرد برای تقویت عضلهها است. عاملهای مختلفی بر عملکرد پدال زدن اثر می‌گذارند. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن (از نظر سینماتیکی) بر فعالیت عضلهها و نیروهای مفصلی مچ پا، زانو و ران ... بیشتر پدال زدن با دوچرخة ثابت یکی از فعالیتهای فیزیکی پرکاربرد برای تقویت عضلهها است. عاملهای مختلفی بر عملکرد پدال زدن اثر می‌گذارند. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن (از نظر سینماتیکی) بر فعالیت عضلهها و نیروهای مفصلی مچ پا، زانو و ران است. برای این منظور، از مدل بیومکانیکی حرکت انسان ارائه‌شده در نرمافزار انیبادی استفاده شد. توان مکانیکی پدال زدن در مقدار ثابت w 200 قرار داده شد. سرعت یا نرخ پدال زدن 40، 60، 80، 100 و rpm 120 و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن 0، 5، 10، 15 و Nm 20، در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن در‌نظر‌گرفته شد. نتایج نشان داد که اگرچه محدودة محلهای ممکنة پدال زدن از‌نظر سینماتیکی مناسب است، با تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی، تمام محلهای پدال زدن از این محدوده، به‌دلیل فعالیت بیش از حد عضلهها (بیش از 95/0)، مناسب نیستند. در نرخ پدال زدن 80، 100 و rpm 120 با اعمال گشتاور مقاومتی 0 و Nm 5، به‌طور تقریب تمام محلهای ممکنه مناسب هستند (فعالیت عضلهها کمتر از 95/0). با افزایش سرعت پدال زدن در یک سطح گشتاور مقاومتی ثابت، بخش بیشتر و با افزایش گشتاور مقاومتی اعمالی در یک سطح نرخ پدال زدن، بخش کمی از محدودة ممکنه، مناسب (فعالیت عضلهها کمتر از 95/0) است. نیروهای مفصلی با کاهش سرعت پدال زدن و افزایش گشتاور مقاومتی اعمالی، افزایش مییابند.

مدل‌سازی سیستم‌های اسکلتی عضلانی

ارزیابی نقش فعالیت عضلة مولتی‌فیدوس گردنی در ایجاد فعالیت‌های مختلف مفصل شانه

شراره کیان بستان آباد؛ محمود رضا آذغانی؛ لیلا رهنما

دوره 9، شماره 3 ، آذر 1394، ، صفحه 283-291

چکیده

عضلة مولتی‌فیدوس گردنی یکی از عضله‌های عمقی خلفی گردن شناخته می‌شود و نقش مهمی در ایجاد پایداری گردن دارد. با مشاهدة رفتارهای مختلف این عضله برای شش فعالیت مفصل شانه در مطالعة قبلی، مدل‌سازی رفتار آن در نرم‌افزار برای ارزیابی تأثیر فعالیت آن بر انقباض‌های مفصل شانه، با ثابت بودن شرایط دیگر و بهصورت پارامتری، در مطالعة حاضر ... بیشتر عضلة مولتی‌فیدوس گردنی یکی از عضله‌های عمقی خلفی گردن شناخته می‌شود و نقش مهمی در ایجاد پایداری گردن دارد. با مشاهدة رفتارهای مختلف این عضله برای شش فعالیت مفصل شانه در مطالعة قبلی، مدل‌سازی رفتار آن در نرم‌افزار برای ارزیابی تأثیر فعالیت آن بر انقباض‌های مفصل شانه، با ثابت بودن شرایط دیگر و بهصورت پارامتری، در مطالعة حاضر ارزیابیشده است. برای این منظور یک مدل بیومکانیکی از سیستم حرکتی انسان، شامل عضله‌های ناحیة شانه، ساعد و دست در اندام فوقانی و 3 مفصل ، درنظرگرفته‌ شد. پس از یافتن بیشترین نیرو در شش فعالیت مفصل شانه، شامل فلکشن، اکستنشن، اینترنال روتیشن، اکسترنال روتیشن، ابداکشن و ادداکشن، نیروهای 0، 25، 50، 75 و 100درصد از بیشترین نیرو برای هر فعالیت بهطور مجزا اعمال شدند و درصد فعالیت عضلة مولتی‌فیدوس و عضله‌های شانه بهدست ‌آمد. همچنین با محاسبة بازوی گشتاوری موثر برای عضله‌ها، گشتاور واردشده از طرف آن‌ها در فعالیت‌ها محاسبه‌ شد. بررسی رابطة نیروی عضلة مولتی‌فیدوس و درصد انقباض با استفاده از مدل رگرسیونی، همبستگی بالایی بین این دو عامل در فعالیت‌های ابداکشن، اکسترنال روتیشن و اکستنشن نشان ‌داد (997/0-96/0=R2 ). همچنین گشتاور ایجادشده توسط این عضله در ابداکشن و اکسترنال روتیشن، بیشتر از گشتاور عضله‌های اصلی انجام‌دهندة فعالیت است. این مطالعه نشان‌ می‌دهد که سوء عمل عضلة مولتی‌فیدوس گردنی علاوه بر ایجاد اختلال در محدودة حرکتی گردن، میتواند بر فعالیت‌های مفصل شانه نیز اثر گذارد، که باید این امر را در محدودة باربرداری بدون خطر برای افراد مبتلا به گردن‌درد درنظرگرفت.

آنالیز حرکت انسان

تحلیل غیرخطی پایداری دینامیکی کمر در حین حرکات تکراری خم و راست‌ شدن تنه در دو راستای قرینه و غیرقرینه

سمانه معینی سده؛ نوید ارجمند؛ محمدعلی سنجری؛ حمیدرضا مختاری‌نیا؛ مرتضی عسگری؛ محمد پرنیان‌پور

دوره 7، شماره 4 ، اسفند 1392، ، صفحه 333-340

چکیده

نقش پایداری در جلوگیری از افتادن در حین انجام فعالیت‌‌های روزمره و شغلی بسیار با اهمیت است. پارامترهای کنترلی مانند راستای حرکت و اعمال بار خارجی می‌‌توانند پایداری حرکت را تحت تأثیر قرار دهند. هدف مطالعه حاضر ارزیابی تأثیر عوامل کنترلی ذکر شده بر پایداری ستون‌ فقرات است. داده‌‌های مورد بررسی، سری زمانی حاصل از زوایای دوران کمر ... بیشتر نقش پایداری در جلوگیری از افتادن در حین انجام فعالیت‌‌های روزمره و شغلی بسیار با اهمیت است. پارامترهای کنترلی مانند راستای حرکت و اعمال بار خارجی می‌‌توانند پایداری حرکت را تحت تأثیر قرار دهند. هدف مطالعه حاضر ارزیابی تأثیر عوامل کنترلی ذکر شده بر پایداری ستون‌ فقرات است. داده‌‌های مورد بررسی، سری زمانی حاصل از زوایای دوران کمر مربوط به 19 فرد سالم هستند. هرکدام از افراد حرکت خم و راست شدن را در دو حالت باربرداری قرینه (در صفحه ساجیتال) و غیرقرینه (بین صفحه ساجیتال و صفحه عرضی) و در دو وضعیت بدون بار و با بار 8 کیلوگرمی انجام داده‌‌اند. برای ارزیابی پایداری دینامیک، متناسب با انجام حرکات تکراری، از روش غیرخطی نمای لیاپانوف استفاده شده ‌است. نتایج تجزیه واریانس نشان داد اختلاف معنی‌‌داری (0.016=p) بین دو حالت قرینه و غیرقرینه وجود دارد. مقایسه میانگین حاکی از ناپایدارتر بودن حرکت در راستای قرینه در مقایسه با راستای غیرقرینه بود. برای تفسیر این نتیجه می‌‌توان به عواملی مانند فعالیت بیشتر عضلات مایل داخلی و خارجی و وجود قیود مکانیکیبیشتر در ستون‌ فقرات در طول حرکت غیرقرینه اشاره کرد.نتایج تجزیه واریانس همچنین نشان داد که اعمال بار 8 کیلوگرمی و اثر متقابل راستا در بار تأثیر معناداری بر پایداری دینامیک موضعی نداشته است.

مهندسی توان‌بخشی

طراحی، تحلیل و شبیه سازی عملکرد یک مکانیزم حرکتی ساده و مؤثر برای دستگاه تمرین راه رفتن

محمد صالحی امینی؛ سیاوش کاظمی راد؛ سامان محمدی؛ رویا نریمانی؛ فرزام فرهمند

دوره 7، شماره 2 ، شهریور 1392، ، صفحه 121-132

چکیده

استفاده از تابش مایکروویو به عنوان یک روش کمکی برای کاهش زمان سنتز و رسیدن به ساختاری همگنتر، از رویکردهای جدید در سنتز پودرهای کلسیمفسفات دوفازی است. در این پژوهش مشخصهیابی نانوپودرهای کلسیمفسفات دوفازی سنتز شده به کمک مایکروویو انجام شد. تغییرات فازی، ترکیب شیمیایی، مورفولوژی و اندازه ذرات توسط تکنیکهای پراش پرتو ایکس، اسپکتروسکوپی ... بیشتر

مهندسی توان‌بخشی

تفکیک سالمندان با سابقة زمین خوردن از سالمندان بدون سابقه زمین خوردن با استفاده از دسته‌ ویژگی‌های جدید استخراج شده از الگوی متناوب راه رفتن

زیبا گندمکار؛ فریبا بهرامی

دوره 7، شماره 1 ، خرداد 1392، ، صفحه 21-37

چکیده

با افزایش سن و یا بروز برخی بیماری‌ها نحوة راه رفتن تغییر می‌کند. برای مثال مشاهدات متعدد دلالت براین دارند که نحوة راه رفتن در سالمندانی که سابقه زمین خوردن دارند با افراد سالم متفاوت است. هدف این مقاله ارائة روشی برمبنای تحلیل حرکت با کمک تصاویر ویدئویی اخذ شده از فرد مورد آزمایش و بدون استفاده از نشانگر برای طبقه‌بندی سالمندان ... بیشتر با افزایش سن و یا بروز برخی بیماری‌ها نحوة راه رفتن تغییر می‌کند. برای مثال مشاهدات متعدد دلالت براین دارند که نحوة راه رفتن در سالمندانی که سابقه زمین خوردن دارند با افراد سالم متفاوت است. هدف این مقاله ارائة روشی برمبنای تحلیل حرکت با کمک تصاویر ویدئویی اخذ شده از فرد مورد آزمایش و بدون استفاده از نشانگر برای طبقه‌بندی سالمندان به افراد با سابقه زمین خوردن و افراد بدون سابقه زمین خوردن است. بعلاوه به‌منظور نشان دادن کارایی این روش، از آن برای طبقه‌بندی 8 نوع راه رفتن غیرطبیعی استفاده می‌شود. در روش ارائه شده، ابتدا فرد مورد آزمایش از پس‌زمینه استخراج و الگوی متناوب محاسبه شد. سپس با آستانه‌گذاری بر الگوهای متناوب، این الگوها هم‌تراز شدند و با استفاده از عملگرهای شکل‌شناسی (مورفولوژی) تصویر جدیدی بر اساس الگوهای متناوب ایجاد شد. به منظور سنجش میزان کارآمدی ویژگی‌های استخراج شده برای طبقه‌بندی سالمندان به دو گروه با سابقة افتادن و سالمندان بدون سابقه و تفکیک آنها از افراد جوان، تصاویر ویدئویی انجام آزمون برخیزوبرو از 8 سالمند با سابقة زمین خوردن، 8 سالمند بدون سابقه و 8 جوان سالم جمع‌آوری ‌شد. به‌علاوه برای طبقه‌بندی نحوة راه رفتن به دو گروه طبیعی و غیرطبیعی از جوانان خواسته ‌شد تا علاوه بر راه رفتن معمولی و تند، به انجام 7 نوع مختلف راه رفتن‌ نابهنجار شامل لنگیدن، اردک وار راه رفتن، تلوتلو به جلو عقب و طرفین، کشان کشان راه رفتن و زانوی بلند راه رفتن تظاهر کنند. پس از اعمال روش پیشنهادی، هر بار یکی از داده‌ها به عنوان آزمون بیرون گذاشته شده و شباهت آن با سایر داده‌ها به کمک همبستگی بهنجار سنجیده شد و برچسب گروه مربوط به داده‌ای که الگوی حاشیه‌ای آزمون بیشترین شباهت را با آن داشت، به دادة آزمون نسبت داده ‌شد. در آزمون‌برخیزو برو متعارف طبقه‌بندی برپایة زمان کل آزمون صورت می‌گیرد. در این پژوهش ما نشان دادیم که روش پیشنهادی خطایی در حدود 20% کمتر از روش متعارف برخیزوبرو دارد. به‌علاوه در این پژوهش نشان داده ‌شد که خطای روش پیشنهادی در تشخیص انواع راه رفتن نیز حدوداً 10% است.

مهندسی عصبی عضلانی

کنترل تطبیقی فازی عصبی-لغزشی گام برداشتن با استفاده از تحریک الکتریکی درون عضلانی در مدل حیوانی رت

عابد خراسانی سرچشمه؛ عباس عرفانیان امیدوار

دوره 5، شماره 3 ، آذر 1390، ، صفحه 245-255

چکیده

در طی دو دهه اخیر، تحریک الکتریکی درون عضلانی به عنوان یک روش بالقوه به منظور بازیابی حرکت عضو فلج مطرح شده است. اصلی ترین چالش در بازیابی حرکت مطلوب در استفاده از تحریک الکتریکی درون عضلانی توسعه یک استراتژی کنترلی مقاوم برای تعیین الگوی‌های تحریک می‌باشد. کنترل دقیق و پایدار عضو در روش تحریک الکتریکی عملکردی درون عضلانی بدلیل خواص ... بیشتر

مهندسی عصبی عضلانی

به کارگیری سینرجی های عضلانی و پایداری برای انجام یک فعالیت دلخواه

امیر حسین اسکندری؛ احسان صداقت نژاد؛ سید جواد موسوی؛ محسن اصغری؛ محمد پرنیان‌پور

دوره 5، شماره 3 ، آذر 1390، ، صفحه 257-273

چکیده

انتخاب الگوی فعال شدن عضلات برای رسیدن به یک هدف خاص به علت پیچیدگی‌های سیستم اسکلتی عضلانی و نحوه غلبه سیستم اعصاب مرکزی به این پیچیدگی‌ها، چندین دهه مورد علاقه محققان در این زمینه بوده است. یکی از پاسخ‌هایی که در این زمینه مطرح شده است، وجود واحدهای (سینرجی) ساده ایست که از ترکیب آن‌هافعالیت‌های پیچیده صورت می‌پذیرند.در این تحقیق ... بیشتر انتخاب الگوی فعال شدن عضلات برای رسیدن به یک هدف خاص به علت پیچیدگی‌های سیستم اسکلتی عضلانی و نحوه غلبه سیستم اعصاب مرکزی به این پیچیدگی‌ها، چندین دهه مورد علاقه محققان در این زمینه بوده است. یکی از پاسخ‌هایی که در این زمینه مطرح شده است، وجود واحدهای (سینرجی) ساده ایست که از ترکیب آن‌هافعالیت‌های پیچیده صورت می‌پذیرند.در این تحقیق وجود و همچنین نحوه آرایش این سینرجی ها در ناحیه کمر مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از یک مدل 18 عضله‌ای در سطح L4-L5به صورت استاتیکی استفاده شده است. از ضرایب فعالیت عضلات حاصل از اعمال گشتاور در فضاهای دو بعدی و سه بعدی و اعمال سفتی زاویه به مدل، برای به دست آوردن سینرجی های عضلانی و پایداری استفاده شده است.نتایج این پژوهش نشان می‌دهد شش سینرجی عضلانی کافی است تا بتوان به تمامی نقاط فضای گشتاوری دست پیدا کرد. همچنین سه سینرجی پایداری قادر است بخشی از فضای سفتی زاویه‌ای مفصل را به وجود آورد. همچنین سینرجی های عضلانی به دست آمده نسبت به تغییر دامنه گشتاور اعمالی مقاوم می‌باشند. در این پژوهش نشان داده شد که می‌توان از ترکیب سینرجی های عضلانی و سینرجی های پایداری، هر فعالیتی را که شامل تولید گشتاور و سفتی زاویه معین در مفصل باشد، را تولید کرد.

بیومکانیک ستون مهره‌ها

اندازه گیری تجربی و شبیه سازی عددی راستای ستون مهره هنگام وضعیت خواب به پهلو و تعیین مقدار بهینه سفتی لازم برای هر جز تشک برای مردان

کریم لیل نهاری؛ ناصر فتورائی؛ محمد صالح گنجویان

دوره 5، شماره 2 ، شهریور 1390، ، صفحه 161-170

چکیده

هدف این مطالعه در دو بخش ، بررسی عملکرد یک نوع جدید تشک با چیدمان سفارشی است . در مرحله اول راستای ستون مهره های مردان بر روی سطح سفت، نرم و تشک سفارشی چیدمان شده، استخراج و مورد مقایسه قرار گرفته است. در ابتدا پس از اخذ داده های ابعاد سنجی، از 25 داوطلب مرد خواسته شد تا بر روی سطوح مذکور بر اساس پروتکل از پیش تعیین شده ای، ... بیشتر هدف این مطالعه در دو بخش ، بررسی عملکرد یک نوع جدید تشک با چیدمان سفارشی است . در مرحله اول راستای ستون مهره های مردان بر روی سطح سفت، نرم و تشک سفارشی چیدمان شده، استخراج و مورد مقایسه قرار گرفته است. در ابتدا پس از اخذ داده های ابعاد سنجی، از 25 داوطلب مرد خواسته شد تا بر روی سطوح مذکور بر اساس پروتکل از پیش تعیین شده ای، در وضعیت خواب به پهلو قرار گیرند. سپس مختصات مکانی نشانگرهای نصب شده بر روی زوائد خاری ستون مهره های آنان توسط روش ردیابی نوری در صفحه فرونتال اخذ گردید و زاویه π-P8 از این راستا استخراج شد. مدل آماری آنالیز واریانس یک طرفه و آزمون تعقیبی نشان داد که تفاوت معنی داری بین زاویه π-P8 (p=0.001<0.05) در بین سه تشک سفت، نرم و سفارشی وجود دارد. مشخص گردید که تشک با چیدمان سفارشی روشی مناسب برای نگهداری بهینه ستون مهره ها در هنگام خواب می باشد و تشکهای متداول با سفتی یکنواخت توانایی نگهداری راستای ستون مهره ها در وضعیت طبیعی را ندارند. دربخش دوم جهت بررسی دقیق وضعیت بدن هنگام استقرار بر روی تشک، نرم افزار بی آرجی لایف مد برای مدل سازی مورد استفاده قرار گرفت. از داده های ابعادسنجی 4 نفر شاخص از گروه های مختلف ابعادی برای مدل استفاده شد. مدل های ساخته شده بر روی سطوح مشابه آزمون تجربی از لحاظ خصوصیات مکانیکی، قرار گرفته و توسط نرم افزار تحلیل گردیدند. پس از تطبیق داده های مدلسازی و آزمون تجربی مدلسازی ابزارتقریباً مناسبی برای پیش بینی رفتار ستون مهره ها بر روی سیستم خواب مشاهده شد و توانست تا حدود بسیاری رفتار ستون مهره ها را پیش بینی کند. و نیاز به سفتی سطح خواب چهار گروه مردان از لحاظ آنتروپومتری مشخص گردید.

الگوبرداری زیستی / زیست‌تقلیدی

مدل توانی: قانون حاکم بر ویژگی های هندسی و حرکتی در الگوهای ترسیمی ماهرانه دست

سعید رشیدی؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی؛ علی فلاح؛ فرزاد توحیدخواه

دوره 4، شماره 1 ، خرداد 1389، ، صفحه 33-44

چکیده

در حرکات ترسیمی، خواص هندسی مسیر و ویژگی های حرکتی تحت قیودی خاص قرار دارند که با دو قانون توان دو- سوم و اصل شیب یکسان شناخته می شوند. در این مقاله با طراحی آزمون هایی درباره افراد 16-18 سال، به بررسی نوع ارتباط این دو قانون تجربی در حرکات مستقیم و منحنی شکل پرداخته می شود. با ارائه دو مدل توانی نشان داده می شود در الگوهای ترسیمی ویژگی های ... بیشتر

مهندسی توان‌بخشی

مقایسه بیومکانیکی سازوکارهای کنترل وضعیت بین افراد سالم و افراد دچار قطع عضو یکطرفه زیر زانو حین انجام حرکات سریع ارادی بازو

ربابه وطن پرست؛ حسین کریمی؛ فریبا بهرامی؛ رویا نریمانی

دوره 3، شماره 3 ، آذر 1388، ، صفحه 171-178

چکیده

پیش تنظیم وضعیت (APA) برای انجام یک حرکت بدون بر همزدن وضعیت بدن مورد نیاز است. در این مطالعه سازوکارهای کنترل پوسچر هنگام حرکت ارادی سریع بالا آوردن دست ها در افراد دچار قطع عضو زیر زانو مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به دست آمده با یک گروه سالم مقایسه شده اند. تمرکز این مطالعه بر متغیرهای بیومکانیکی از جمله نیروهای عکس العمل زمین ... بیشتر پیش تنظیم وضعیت (APA) برای انجام یک حرکت بدون بر همزدن وضعیت بدن مورد نیاز است. در این مطالعه سازوکارهای کنترل پوسچر هنگام حرکت ارادی سریع بالا آوردن دست ها در افراد دچار قطع عضو زیر زانو مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به دست آمده با یک گروه سالم مقایسه شده اند. تمرکز این مطالعه بر متغیرهای بیومکانیکی از جمله نیروهای عکس العمل زمین و جابه جائی های مرکز فشار بوده است. در مطالعه حاضر 6 فرد سالم و 6 فرد قطع عضو زیر زانو شرکت کردند. آزمایش ها با استفاده از صفحه نیرو در سه وضعیت انجام شد؛ یک بار هر دو پا روی صفحه نیرو، یک بار پای راست (دارای پروتز) روی صفحه نیرو و پای چپ (پای سالم) خارج از آن و یک بار پای چپ روی صفحه نیرو و پای راست خارج از آن. طی آزمایش فرد هر دو دست خود را به طور همزمان با حداکثر سرعت بالا می برد. برای حفظ همزمانی حرکت دو دست از فرد درخواست شد که دو سر یک میله سبک را با دو دست نگاه دارد. آزمایش در هر وضعیت ده مرتبه تکرار شد. به طور همزمان از انجام حرکات نیز تصویربرداری شد. از فیلم های ضبط شده برای تعیین زمان شروع حرکت استفاده شده است. هر جا که انحراف مشهود در مولفه های نیروهای عکس العمل زمین و جابه جائی های مرکز فشار قبل از نقطه شروع حرکت روی داد به عنوان شروع فاز پیش تنظیم پوسچر در نظر گرفته شده است. برای افزایش اعتبار آزمایش گروه مورد مطالعه از نظر سن، جنس، دلیل قطع عضو و نوع پروتز همگن بودند. نتایج نشان داد میزان جابه جائی های مرکز فشار در دو جهت داخلی- خارجی و قدامی-خلفی و مولفه عمودی نیروی عکس العمل زمین در وضعیت پای راست روی صفحه نیرو، در افراد قطع عضو زیر زانو بیش از افراد سالم است در سایر موارد تفاوت معناداری بین دو گروه دیده نشد. به نظر می رسد انجام حرکت بازوها، فرد قطع عضو زیر زانو را بیش از فرد سالم در معرض بر هم خوردن تعادل قرار می دهد و این افراد قبل از وقوع آشفتگی وزن خود را به صورت پیش بینی کننده به سمت پای سالم منتقل می کنند و مانع بر هم خوردن تعادل می شوند. می توان نتیجه گرفت نقش پای سالم در افراد دچار قطع عضو زیر زانو افزایش یافته است و در برنامه های توانبخشی این افراد علاوه بر تقویت عضلات سمت دچار قطع عضو باید به تقویت عضلات پای سالم نیز پرداخته شود.

آنالیز حرکت انسان

بررسی تحلیلی و تجربی واکنش تعادلی انسان در مواجهه با نوسانات تکیه گاهی در صفحه فرونتال

محسن صادقی مهر؛ داوود نادری؛ نادر فرهپور؛ سعید داوودآبادی فراهانی

دوره 3، شماره 3 ، آذر 1388، ، صفحه 179-187

چکیده

مطالعه حاضر به بررسی واکنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ایستاده روی سطح تکیه گاهی با نوسانات سینوسی در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحی و ساخت دستگاه ایجاد آشفتگی، مارکرها در محل های لازم روی سطح تکیه گاهی و در هنگام آزمایش روی بدن افراد نصب گردیدند. در آزمایش های انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعی کردند با وجود نوسانات سطح تکیه ... بیشتر مطالعه حاضر به بررسی واکنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ایستاده روی سطح تکیه گاهی با نوسانات سینوسی در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحی و ساخت دستگاه ایجاد آشفتگی، مارکرها در محل های لازم روی سطح تکیه گاهی و در هنگام آزمایش روی بدن افراد نصب گردیدند. در آزمایش های انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعی کردند با وجود نوسانات سطح تکیه گاهی، تعادل خود را حفظ کنند. عکس العمل این افراد با تعیین محل مارکرها به کمک سیستم آنالیز حرکت مورد تحلیل قرار گرفت. نیروها و گشتاورها در مفاصل و بین سطوح پاها و تکیه گاه با استفاده از دینامیک معکوس و نتایج سینماتیکی به دست آمده از روش تجربی تعیین شدند. در بررسی تحلیلی مدل رباتیکی بدن با استفاده از روش تکراری نیوتن-اویلر، معادلات سنیماتیکی و دینامیکی حرکت در صفحه فرونتال، استخراج گردید. برای تضمین پایداری مدل، تابع هدفی بر اساس پایداری مدل و معیار نیروهای عمودی تکیه گاه تعریف و زوایای مفصلی مدل تحت آشفتگی و مشتقات زمانی اول و دوم آنها، با بهینه کردن تابع هدف به دست آمد. تطابق خوب ناشی از مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی و بهینه یابی، با نتایج تجربی بیانگر این است که در موارد مشابه می توان به جای انجام آزمایش های پرهزینه و زمانبر از مدل انسانی استفاده کرد.

مهندسی عصبی عضلانی

کنترل کننده تطبیقی فازی سلسله مراتبی به منظور کنترل حرکت مفصل زانو با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی

حمیدرضا کبروی؛ عباس عرفانیان امیدوار

دوره 2، شماره 4 ، اسفند 1387، ، صفحه 335-349

چکیده

در این تحقیق یک راهکار کنترلی تطبیقی مقاوم فازی مبتنی بر کنترل لغزشی به منظور کنترل حرکت مفصل زانو با استفاده از تحریک الکتریکی کارکردی ارائه شده و به طور عملی بر روی 3 فرد مورد ارزیابی و مطالعه قرار گرفته است. راهکار کنترلی ارائه شده در این مقاله مبتنی بر کنترل نوع لغزشی است. از مهمترین ویژگی های کنترل نوع لغزشی، مقاوم بودن در مقابل ... بیشتر در این تحقیق یک راهکار کنترلی تطبیقی مقاوم فازی مبتنی بر کنترل لغزشی به منظور کنترل حرکت مفصل زانو با استفاده از تحریک الکتریکی کارکردی ارائه شده و به طور عملی بر روی 3 فرد مورد ارزیابی و مطالعه قرار گرفته است. راهکار کنترلی ارائه شده در این مقاله مبتنی بر کنترل نوع لغزشی است. از مهمترین ویژگی های کنترل نوع لغزشی، مقاوم بودن در مقابل عدم قطعیت های مدل و سیستم است. در عمل حدود عدم قطعیت ها مشخص نیست. بنابراین لازم است در کنترل نوع لغزشی، بهره جمله ناپیوسته تا حد ممکن بزرگ انتخاب شود. این سبب افزایش نوسان حول صفحه لغزش می شود. در این مقاله برای مقابله با عدم قطعیت ها، یک راهکار کنترلی از ترکیب کنترل نوع لغزشی، سیستم فازی و جبران ساز مقاوم تطبیقی برای جبران عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری ارائه شده است. در این راهکار کنترلی ابتدا دینامیک سیستم عضله- مفصل به وسیله سیستم منطق فازی شناسایی شده است. ضرایب مدل فازی در هر لحظه از زمان توسط یک تخمین گر فازی دیگر تعیین شده است. مطالعات شبیه سازی و نتایج آزمایش های انسانی نشان می دهند که راهکار کنترلی قادر به کنترل مقاوم و دقیق حرکت زاویه مفصل زانو بوده است. کنترل کننده قادر است با تنظیم شدت تحریک عضله، به خوبی اثر اغتشاش مکانیکی خارجی و بروز پدیده خستگی عضلانی را جبران کند.

مهندسی توان‌بخشی

ارزیابی دینامیک حاکم بر سیستم کنترل تعادل حین ایستادن کامل در فرد سالم و بیمار همی پلژی

حامد قماشچی؛ علی استکی؛ علی مطیع نصرآبادی

دوره 2، شماره 2 ، شهریور 1387، ، صفحه 95-107

چکیده

در این مطالعه ضمن بررسی نوسان های پوسچرال یک فرد جوان سالم و یک بیمار همی پلژی حین ایستادن کامل با استفاده از سری های زمانی نوسان های مرکز فشار به روش تک آزمودنی، سعی شد سلامت سیستم کنترل پوسچر با استفاده از معیارهای دینامیکی غیرخطی ارزیابی گردد. پیچیدگی، ابعاد و پایداری سیستم دینامیکی حاکم بر کنترل پوسچر با استفاده از شاخص های زمان ... بیشتر

کنترل حرکت انسان

سیستم اعصاب مرکزی چگونه مساله نامعینی را در ناحیه کمری حل می کند؟ مدلسازی 18 عضله ای تمرین ایزومتریک در سطح مهره L5/L4 ناحیه کمری بر اساس مدل هیل

احسان راشدی؛ محمدرضا نساجیان؛ بهمن ناصرالاسلامی؛ محمد پرنیان‌پور

دوره 2، شماره 2 ، شهریور 1387، ، صفحه 109-122

چکیده

سیستم حرکتی انسان برای اجرای وظایف حرکتی مختلف از راه های گوناگون و قابل انعطافی سازمان دهی شده است. این موضوع اساسا به وسیله راه هایی انجام می شود که سیستم اعصاب مرکزی برای حل مساله نامعینی در سیستم اسکلتی عضلانی به کار می گیرد. در واقع، نامعینی سینتیکی در سیستم اسکلتی عضلانی انسان یک خصوصیت برجسته است که به وسیله آن سیستم اعصاب مرکزی ... بیشتر

پردازش گفتار

ارائه مدلی برای بررسی حرکت فک حین تکلم

ایوب دلیری؛ فرزاد توحیدخواه؛ شهریار غریب‌زاده؛ یاسر شکفته

دوره 2، شماره 2 ، شهریور 1387، ، صفحه 123-129

چکیده

سیستم تولید گفتار، یکی از پیچیده ترین سیستم های فیزیولوژیکی است. این سیستم خود از زیر سیستم های مختلفی تشکیل شده است که کنترل حرکت و هماهنگی آنها بسیار مهم می باشد، چرا که با هر گونه ناهماهنگی، ریتم رشته گفتار تولید شده به طور کامل مختل می شود. فک یکی از قسمت های مهم این سیستم است. تاکنون مدل های مختلفی برای حرکت فک ارائه شده است اما مدلی ... بیشتر

مهندسی توان‌بخشی

استفاده از سینرژی در کنترل پروتز عصبی بازتوانی حرکت دست رسانی: سینرژی عضلات یا سینرژی کینماتیک؟

علی مالکی؛ علی فلاح

دوره 2، شماره 2 ، شهریور 1387، ، صفحه 131-140

چکیده

بیماران ضایعه نخاعی سطوح مهره های پنجم و ششم گردنی قادر به کنترل ارادی حرکت های مفصل شانه هستند اما برای حرکت مفصل آرنج، بعضی از عضلات مربوط فلج شده است. با استفاده از FES و تحریک مناسب عضلات فلج می توان بیمار را در انجام حرکت های روزمره زندگی یاری کرد. یکی از عمده مشکلات استفاده از FES برای بازتوانی حرکت دست رسانی، فراهم آوردن ... بیشتر بیماران ضایعه نخاعی سطوح مهره های پنجم و ششم گردنی قادر به کنترل ارادی حرکت های مفصل شانه هستند اما برای حرکت مفصل آرنج، بعضی از عضلات مربوط فلج شده است. با استفاده از FES و تحریک مناسب عضلات فلج می توان بیمار را در انجام حرکت های روزمره زندگی یاری کرد. یکی از عمده مشکلات استفاده از FES برای بازتوانی حرکت دست رسانی، فراهم آوردن فرامین ارادی برای سطوح بالای کنترل است. سینرژی کینماتیک و سینرژی عضلات دو گزینه اصلی برای این منظورند. در این مقاله این دو منبع فرمان مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند، علاوه بر این، شیوه ای تلفیقی نیز پیشنهاد شده است که از کارایی بالاتری برخوردار است. برای همین منظور، داده های EMG و کینماتیک طی انجام گروهی از حرکت های روزمره زندگی(ADL) ، ثبت و پیش پردازش شد. سپس بررسی های دقیقی انجام شده است تا مقادیر مناسب برای متغیرهای شبکه عصبی کنترل گر سطح بالا تعیین گردد. در ادامه شش ساختار مختلف کنترل گر شبکه عصبی با داده های EMG و/یا کینماتیک آموزش داده شد. با این شیوه، درصد همبستگی متقابل بین تخمین و اندازه گیری برای تراژکتوری های همه ثبت ها، 94.76% برای سینرژی کینماتیک و 98.08% برای سینرژی عضلات است. در روش تلفیقی، این مقادیر به ترتیب به 94.82% و 98.84% بهبود یافته است. علاوه بر این، روش تلفیقی با تخمین وضعیت مطلوب برای مفصل دیستال و میزان فعالیت عضلات فلج، راه را برای بهبود کارایی کنترل گر سطح پایین هموار می سازد.

مهندسی توان‌بخشی

بررسی کاربرد بالینی صفحه سنجش نیروی عکس العمل زمین به منظور پیشگویی شدت بیماری و محدود کردن تشخیص افتراقی در راه رفتن اسبی

نیما جمشیدی؛ مصطفی رستمی؛ سیامک نجاریان؛ محمدباقر منهاج؛ محمد سعادت نیا؛ فیروز سلامی

دوره 2، شماره 1 ، خرداد 1387، ، صفحه 57-64

چکیده

در این مطالعه متغیرهای سینتیکی حاصل از نیروهای عکس العمل زمین برای محدود کردن تشخیص های افتراقی در بیماران نوروپاتی و اندازه گیری شدت ناتوانایی در طی گام برداشتن ارزیابی شده است. 25 بیمار نوروپاتی با راه رفتن اسبی و 20 فرد سالم در این مطالعه شرکت کردند که از نظر متغیرهای قد، وزن، سن بین دو گروه تفاوت معناداری وجودنداشت ( .(P<0.05هر شرکت ... بیشتر در این مطالعه متغیرهای سینتیکی حاصل از نیروهای عکس العمل زمین برای محدود کردن تشخیص های افتراقی در بیماران نوروپاتی و اندازه گیری شدت ناتوانایی در طی گام برداشتن ارزیابی شده است. 25 بیمار نوروپاتی با راه رفتن اسبی و 20 فرد سالم در این مطالعه شرکت کردند که از نظر متغیرهای قد، وزن، سن بین دو گروه تفاوت معناداری وجودنداشت ( .(P<0.05هر شرکت کننده به طور میانگین 2±10 بار برای محاسبه متغیرهای سینتیکی نیروهای عکس العمل زمین مورد آزمایش قرارگرفت. سپس پارامترهای زمانی و نیرویی مولفه های نیروی عمودی عکس العمل زمین که بیانگر فازهای مختلف راه رفتن هستند، متغیرهای زمانی و نیروی قدامی– خلفی نیروی عکس العمل زمین، بیشترین نیروی رانش پا به جلو، بیشترین نیروی توقف در خلال مرحله بارگذاری و حداکثر نیروی خلفی شتاب گیرنده در انتهای فاز ترمینال استنس، ضربه حاصل از برخورد پای بیمار با زمین، نرخ بارگذاری و باربرداری نیروهای عمودی طی فاز تماس پا با زمین و جابجایی مرکز فشار در کف پا وضریب اصطکاک بین پا و زمین محاسبه شدند. نتیجه این تحقیق نشان داد که همبستگی میان اولین و دومین قله مولفه های قدامی-خلفی نیروهای عکس العمل زمین، الگوی جابجایی مرکز فشار در کف پا و متغیرهای زمانی نیروی عکس العمل می توانند شاخص های خوبی برای تشخیص افتراقی و اندازه گیری شدت ناتوانایی ها باشند. این مطالعه می تواند سبب گسترش کاربردهای بالینی صفحات سنجش نیروی عکس العمل زمین و معرفی معیارهای مناسبی برای محدود کردن تشخیص های افتراقی و اندازه گیری شدت ناتوانایی ها در نوروپاتی ها گردد. گسترش مطالعات با نمونه های بیشتری از افراد بیمار و سالم برای تایید یافته های این پژوهش ضروری به نظر می رسد.

مهندسی عصبی عضلانی

مدل شبکه عصبی از عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک

عباس عرفانیان امیدوار

دوره -2، شماره 1 ، تیر 1384، ، صفحه 81-92

چکیده

مدل جدیدی از عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک ارایه شده است. مدل های ارایه شده کنونی مبتنی بر ساختار مدل هیل هستند. در این ساختار، رفتار عضله به بخش های مستقل از یکدیگر تجزیه شده و فرض می شود که این بخش ها ارتباطی با یکدیگر ندارند، در صورت که این تجزیه و عدم وابستگی بخش ها به یکدیگر، واقعیت فیزیکی ندارد. به منظور رفع محدودیت های مدل ... بیشتر مدل جدیدی از عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک ارایه شده است. مدل های ارایه شده کنونی مبتنی بر ساختار مدل هیل هستند. در این ساختار، رفتار عضله به بخش های مستقل از یکدیگر تجزیه شده و فرض می شود که این بخش ها ارتباطی با یکدیگر ندارند، در صورت که این تجزیه و عدم وابستگی بخش ها به یکدیگر، واقعیت فیزیکی ندارد. به منظور رفع محدودیت های مدل های ساختار هیل، در این تحقیق از شبکه های عصبی دینامیک به عنوان ابزاری جهت مدل سازی عضله در شرایط غیر ایزومتریک استفاده شده است. برای این منظور، دو نوع شبکه عصبی به کار گرفته شد: شبکه پرسپترون با الگوریتم یادگیری پس انتشار خطا و شبکه عصبی مبتنی بر توابع پایه شعاعی الگوریتم یادگیری گرادیان تصادفی. نتایج این تحقیق نشان می دهد مدل های عصبی قادر به پیش بینی دقیق تری از میزان نیرو انقباض عضلانی در شرایط غیر ایزومتریک نسبت به مدل های پایه هیل هستند. از آنجایی که عضله دارای رفتار متغیر با زمان است دو ساختار متفاوت، شبکه عصبی متغیر با زمان و نامتغیر با زمان برای مدل سازی عضله در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد مدل های عصبی متغیر با زمان، با دقت 99.5% و مدل های نامتغیر با زمان، با دقت 95% قادر به پیش بینی نیروی انقباض عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک هستند. علاوه بر این، نتایج این تحقیق نشان می دهد دقت پیش بینی شبکه عصبی به ساختار شبکه بستگی دارد. با وجود ساده بودن ساختار شبکه عصبی مبتنی بر توابع شعاعی نسبت به ساختار شبکه عصبی پس انتشار خطا، دقت پیش بینی با شبکه عصبی مبتنی بر توابع شعاعی با 1000 دوره یادگیری بیشتر از شبکه عصبی پس انتشار خطا با 5000 دوره یادگیری است.

مهندسی عصبی عضلانی

بررسی کمی میزان تاثیر عضلات دست انسان بر موقعیت مفاصل انگشت اشاره و شست با استفاده از یک مدل استاتیکی سه بعدی

علی استکی

دوره -1، شماره 1 ، آبان 1383، ، صفحه 15-23

چکیده

میزان دقیق تاثیر عضلات دست بر زوایای انگشتان به واسطه پیچیدگی سیستم حرکتی دست انسان روشن نیست. این امر جهت بازیابی عملکرد حرکتی از دست رفته با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی ضروری است. در این مطالعه، با استفاده از یک مدل سه بعدی از شست و انگشت اشاره، میزان تاثیر سطح تحریک هر یک از عضلات موثر خارجی و داخلی دست انسان بر موقعیت ... بیشتر میزان دقیق تاثیر عضلات دست بر زوایای انگشتان به واسطه پیچیدگی سیستم حرکتی دست انسان روشن نیست. این امر جهت بازیابی عملکرد حرکتی از دست رفته با استفاده از تحریک الکتریکی عملکردی ضروری است. در این مطالعه، با استفاده از یک مدل سه بعدی از شست و انگشت اشاره، میزان تاثیر سطح تحریک هر یک از عضلات موثر خارجی و داخلی دست انسان بر موقعیت هر یک از مفاصل آن به صورت کمی بررسی گردید. کف دست، شست و انگشت اشاره به عنوان یک زنجیره از اجسام صلب که توسط مفاصل با یک یا دو درجه آزادی چرخشی به یکدیگر متصل هستند مدل شد. به هر مفصل، گشتاور حاصل از نیروی عضله و گشتاور غیرفعال مفصل اعمال گردید. معادلات تعادل استاتیکی مفاصل بر اساس سطح تحریک هر عضله از صفر تا صد در صد با استفاده از روش مکانیک مستقیم به صورت عددی حل شدند که در آن، موقعیت هر مفصل به عنوان تابعی از میزان تحریک هر عضله محاسبه گردید. نتایج نشان داد در مفصل متصل کننده انگشت اشاره به دست، اثر فلکسیونی عضلات خارجی تقریبا دو برابر اثر عضلات داخلی است و هر یک از عضلات سیستم اکستنسور به تنهایی قوی تر از عضلات فلکسور خارجی هستند. در مفصل های دیستال انگشت اشاره، عضلات داخلی به عنوان اکستنسورهای ضعیفی عمل می نمایند. در مفصل متصل کننده شست به دست، عضلات اکستنسور قوی تر از عضلات فلکسور و اثر فلکسوری عضلات اداکتور می باشند و عضلات ابداکتور و موثرتر از عضلات اداکتور هستند. عضلات فلکسور در مفاصل دیستال شست هم پایه عضلات اکستنسور عمل مینمایند. در افرادی که از تحریک الکتریکی عضلات جهت بازیابی حرکت دست استفاده می کنند، مناسب ترین و حداقل عضلات لازم برای ایجاد زوایای مورد نظر و نیز جهت گرفتن و اعمال نیرو به اجسام تعیین گردید.

دوره 17 (1402)

دوره 16 (1401)

دوره 15 (1400)

دوره 14 (1399)

دوره 13 (1398)

دوره 12 (1397)

دوره 11 (1396)

دوره 10 (1395)

دوره 9 (1394)

دوره 8 (1393)

دوره 7 (1392)

دوره 6 (1391)

دوره 5 (1390)

دوره 4 (1389)

دوره 3 (1388)

دوره 2 (1387)

دوره 1 (1386)

دوره -2 (1384)

دوره -1 (1383)

موضوعات = مدل سازی سامانه اسکلتی عضلانی

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده

چکیده