طراحی و ساخت سیستم ریز پردازنده تحریک الکتریکی کارکردی برای استادن و گام برداشتن

هدف از انجام این پروژه طراحی و ساخت یک سیستم تحریک الکتریکی کارکردی قابل حمل با کنترل ریزپردازنده ای است. در تحریک الکتریکی کارکری، انقباض عضلات قلج بوسیله تحریک الکتریکی انجام می شود. با استفاده از پارامترهای سیگنال تحریک می توان میزان انقباض عضله را کنترل کرد. سیستم عصبی مرکزی با دو روش میزان انقباض عضلانی را کنترل می کند: (1) تعداد واحدهای حرکتی، (2) میزان فرکانس عمل واحدهای حرکتی، در تحریک الکتریکی می توان تعداد واحدهای حرکتی را با رعض پالس تحریک و فرکانس عمل را می توان بوسیله فرکانس سیگنال تحریک کنترل کرد. لذا طراحی سیستمی که قابلیت تغییر پارامترهای سیگنال تحریک را دارا باشد از اهداف مهم این پروژه می باشد. برای تحریک عضله میتوان از دو نوع محرک استفاده کرد: جریانی با ولتاژی اگر چه قابلیت کنترل انقباض عضله در محرک جریانی نسب به محرک ولتاژی بیشتر است اما احتمال سوختگی بافت در محرک جریانی زیادتر است. لذا در این پروژه از محک های ولتاژی جهت تحریک عضلات استفاده شده است. یکی از پارامترهای مهم سیستم تحریک الکتریکی ساده بودن نحوه کار با آن می باشد بطوریکه بتوان به سادگی الگوهای تحریک را طراحی و تغییر داد. این از معیارهای دیگری است که در طراحی این سیستم در این پروژه در نظر گرفته شده است. در سیستم طراحی شده براحتی می توان الگوهای حرکت را بوسیله کامپیوتر طراحی و به سیستم منتقل کرد. علاوه بر این سیستم دارای یک نمایشگر ‏‎lcd‎‏ و یک صفحه کلید است که امکان ارتباط کاربر را با سیستم فراهم می کند. با استفاده از این صفحه کلید می توان دستور تحریک، توقف، استادن، گام برداشتن، دستور نشستن و تمرین صادر کرد و پارامترهای سیگنال تحریک را تغییر داد. سیستم دایما ولتاژهای تحریک و تغذیه مدار را مورد بازبینی و در صورت افت ولتاژ تغذیه مدار با صدور هشدارهای صوتی و نوری وضعیت را به کاربر اطلاع می دهد. مشخصات کلی سیستم به شرح زیر است:ولتاژهای تغذیه مدار: مدارات کنترلی 5 ولت و درایور 12 ولت، جریان مصرفی کنترل کننده سیستم: 90 میلی آمپر ‏‎dc‎‏، جریان مصرفی درایور و تریک کننده سیستم: 300 میلی آمپر ‏‎dc‎‏، عرض پالس تحریک: 0 تا 600 میکرو ثانیه با دقت 1 میکروثانیه، فرکانس تحریک: 16 تا 50 هرتز با دت 1 هرتز، دامنه سیگنال تحریک: 0 تا 100 وت با دقت 1 ولت، ابعاد سیستم: 8*10*8/2 سانتی متر، وزن تقریبی سیستم بدون باطری 250 گرم.به منظور ارزیابی سیستم طراحی شده در این پروژه، آزمایشات متعددی بر روی یک فرد ضایعه نخاعی در سطح ‏‎t7‎‏ انجام گرفته است. این فرد ضایعه نخاعی مذکر با سن 27 سال است و از مدت ضایعه وی 4 سال می گذرد. نتایج این بررسی نشان می دهد که سیستم ‏‎fes‎‏ بخوبی ادر به بازیابی قدرت عضلانی فلج می باشد. این شخص در ابتدای دوره درمان با استفاده از ‏‎fes‎‏ طراحی شده، در این پروژه قادر به هیچگونه عمل حرکتی در اندام تحتانی خود نبوده است، اما پس از سه ماه تمرین، هفته ای یک جلسه و هر جلسه نیم ساعت قادر به عمل رکاب زدن و باز کردن کامل زانوی دو پای فلج خود شده است.