برآورد نيروي تماسي زانو مبتني بر واحد اندازه‌گيري اينرسي با استفاده از شبكه‌هاي عصبي مصنوعي

نيروي تماسي مفصل زانو نقش مهمي در بروز و پيش‌رفت بيماري استئوآرتريت زانو دارد كه از آن به عنوان معياري براي رصد فرايند توان‌بخشي پس از جراحي آرتروپلاستي زانو و طراحي پروتز استفاده مي‌شود. در حال حاضر سنجش نيروي تماسي زانو مبتني بر داده‌هاي استخراج شده از آزمايشگاه‌هاي تجزيه ‌و تحليل حركت است. استفاده از تركيبي از شبكه‌هاي عصبي مصنوعي و فناوري حس‌گرهاي پوشيدني مي‌تواند به رفع محدوديت‌هاي تحميل شده در اندازه‌گيري نيروي تماسي مفصل توسط تجزيه ‌و تحليل‌هاي آزمايشگاهي غلبه كند. بنابراين مطالعه‌ي حاضر با هدف بررسي پتانسيل يك شبكه‌ي عصبي تماما متصل در برآورد پيوسته‌ي نيروي تماسي مفصل زانو از طريق داده‌هاي مستخرج از سه واحد اندازه‌گيري اينرسي متصل به سگمنت‌‌هاي لگن، ران و ساق صورت گرفته است. نيروهاي عكس‌العمل زمين و داده‌هاي سه‌بعدي ماركرهاي متصل به 10 داوطلب مرد سالم حين راه رفتن به ترتيب با نرخ‌ نمونه‌برداري 1000 و 200 هرتز ثبت شده است. با استفاده از يك مدل عمومي از نرم‌افزار اپن‌سيم و از طريق روش بهينه‌سازي استاتيكي، نيروي تماسي مفصل زانو برآورد شده و به عنوان سيگنال هدف شبكه‌ي عصبي در نظر گرفته شده است. هم‌چنين داده‌هاي سه‌بعدي شتاب خطي و سرعت زاويه‌اي محاسبه شده توسط سه حس‌گر اينرسيايي به عنوان ويژگي‌هاي ورودي‌ شبكه‌ي عصبي در نظر گرفته شده و عمل‌كرد شبكه در دو سطح درون و ميان آزمودني مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان داده كه شبكه‌ي عصبي مورد استفاده در اين پژوهش پيش‌بيني پيوسته‌ي نيروي تماسي مفصل زانو را به ترتيب با دقت 89% و 79% در سطوح درون‌ و ميان آزمودني انجام داده است. نتايج اين پژوهش نويد دهنده‌ي امكان به كارگيري حس‌گرهاي اينرسيايي در پيش‌بيني پيوسته‌ي نيروي تماسي مفصل زانو حين زندگي روزمره و فعاليت‌هاي ورزشي بدون نياز به تجهيزات گران‌قيمت آزمايشگاهي و دانش تخصصي است.