طراحي و پياده‌سازي رابط كنترلي برخط براي پروتز زانو بر پايه سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي

هدف اين مقاله، طراحي يك رابط كنترلي برخط براي پروتز زانو بر پايه سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي ماهيچه‌هاي فعال بخش ران است. با توجه به ماهيت متغير با زمان سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي، ترجمه اين سيگنال‌ها به دستورات مناسب جهت پياده‌سازي عملي با چالش‌هايي همراه است. نخستين گام طراحي رابط مورد نظر، طراحي و ساخت يك بستر آزمون مناسب براي پياده‌سازي عملي رابط طراحي‌شده است. بدين منظور پروتز زانويي با استفاده از مكانيزم عملگر سري الاستيك طراحي و ساخته و با مطالعه مباني آناتومي ماهيچه‌اي و شناسايي ماهيچه‌هاي فعال در چرخه راه‌رفتن، نمونه‌هايي از سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي اندازه گرفته شده است. سپس، به‌منظور هموارسازي سيگنال‌ها، كاهش سطح نويز و كاهش ابعاد سيگنال‌ها از روش فيلتركردن و تقسيم‌كردن با پنجره‌هاي زماني مجاور استفاده شده و شبكه عصبي با تاخير زماني به‌منظور نگاشت بين ويژگي‌هاي منتخب استخراج‌شده از سيگنال‌هاي الكترومايوگرافي و متغيرهاي سينماتيكي مفصل زانو به‌كار رفته است. شبكه عصبي زاويه و سرعت زاويه‌اي مفصل زانو در حالت بدون وزن و در حالت راه‌رفتن به‌صورت خارج از خط با دقت ۰.۸۵ (R۲) تخمين زده مي‌شود. جهت پياده‌سازي تخمين برخط موقعيت زاويه‌اي مفصل زانو، آزمون‌هايي انجام شد كه نتايج حاصل بيانگر استفاده از ويژگي‌هاي حوزه زمان و شبكه عصبي با تعداد ۵۰ نورون در لايه مخفي و ميزان تاخير ۲ ثانيه است. پس از طراحي رابط كنترل برخط براي تخمين موقعيت زاويه‌اي مفصل زانو، روي بستر آزمون ساخته‌شده پياده‌سازي صورت گرفته كه نتايج نشان‌دهنده رديابي مناسب ساختار كنترلي برخط طراحي شده است.