بررسي تاثير شرايط مكانيكي در تعيين كمّي‌ سينرژي عضلاني حين ركاب‌زني براي كاربردهاي توانبخشي FES

Influence of Mechanical Terms in Quantifying Muscle Synergy during Cycling for FES Rehabilitation Applications

براي بازتواني حركتي بيماران آسيب نخاعي مي‌توان از روش‌هاي مبتني بر FES بهره برد كه ركاب‌زني FES از جمله اين روش‌ها است. ايجاد فعاليت تناوبي در ماهيچه‌هاي اندام تحتاني و پايداري نقطه اتكاي بيمار، ركاب‌زني FES را در زمره تمرين‌هاي مفيد براي اين نوع بيماران قرار داده ‌است. اصلي‌ترين مشكل پيش روي كاربرد FES در توانبخشي، خستگي زودهنگام عضله‌اي است كه تحريك الكتريكي به آن اعمال مي‌شود. از سوي ديگر سيستم كنترل حركت بدن انسان همواره مسير كم‌هزينه‌اي را از ميان بي‌نهايت مسير ممكن براي انجام فعاليت‌هاي بدن در نظر مي‌گيرد. بازده زياد حركتي و ايجاد كم‌ترين ميزان خستگي در عضله‌ها از ويژگي‌هاي اين سيستم كنترل است. اساس اين نوع فعاليت، سينرژي ناميده مي‌شود كه اميد است با به خدمت گرفتن آن، ركاب‌زني FES به شيوه موثرتري انجام شود. در اين پژوهش به كمّي‌سازي سينرژي عضلاني ميان عضله‌هاي اصلي در ركاب‌زني با روش تجزيه نامنفي ماتريس و با مبناي كينزيولوژي پرداخته شده‌ است. چهار سينرژي به‌عنوان تعداد مناسب و بهينه سينرژي‌ها براي توصيف ركاب‌زني در شرايط مختلف مكانيكي تعيين شد. معيار VAF با درنظر گرفتن چهار سينرژي براي توصيف ركاب‌زني با سرعت‌هاي 40، 50 و 60 دور بر دقيقه به ترتيب برابر 4±92، 3±92 و 4±91 درصد و براي گشتاورهاي 5، 7 و 9 نيوتن‌متر به ترتيب برابر 3±91، 5±92 و 4±92 درصد به‌دست آمد. سينرژي‌هاي استخراج شده در سرعت‌هاي متفاوت و گشتاورهاي مقاوم متفاوت نيز به طور ميانگين داراي همبستگي 4/98 درصد هستند.

FES based method used for rehabilitation of patients with spinal cord injury (SCI). One of these methods is FES cycling. FES cycling exercise has to be useful among SCI patients because of creating a periodic activity in the muscles of the lower extremities and stability of seating position. The major challenge for application of FES in rehabilitation is early fatigue occurrence in electrically stimulated muscles. Motor control system selects a low-cost path among the infinite possible route to the bodyʹs movements. High efficiency and the minimum rate of muscle fatigue are main characteristics of the motor control system. This type of control system is called muscle synergy. In this study, the quantification of muscle synergy between the core muscles in cycling has been done by non-negative matrix factorization (NMF) method and considering the kinesiology basis. Four synergies were determined as appropriate and optimal synergies to describe the cycling in different mechanical terms. VAF criteria with regard to the four synergies to describe cycling in speeds of 40, 50 and 60 rpm are 92±4, 92±3 and 91±4% respectively and torques, 5, 7 and 9 Nm are 91±3, 92±5 and 92±4% respectively. Correlation between Synergies extracted at different mechanical terms is 98.4 percent in average.