تکنولوژی قابل پوشیدن اسکولیوز


(سیارک) نظارت بر وضعیت می‌تواند تأثیر مفیدی در درمان بیماری‌های ستون فقرات از قبیل اسکولیوز داشته باشد. اسکولیوز، تغییر شکل سه‌بعدی ستون فقرت است. شایع‌ترین نشانه‌های آن انحنای ستون فقرات در صفحه تاجی و چرخش مهره ها است که موجب تغییر شکل مختلف در وضعیت بدن انسان می‌شود. این بیماری معمولاً در طول دوره رشد به وجود می‌آید و بنابراین گروه‌های در معرض خطر، کودکان دارای سن حدود 10 سال تا دوران بلوغ هستند. حدود 2 تا 3% نوجوانان به این بیماری مبتلا می‌شوند و اگر به‌موقع درمان نشود، در شدیدترین موارد می‌تواند مشکلات جدی در سلامتی ایجاد کند .
متداول‌ترین روش درمان برای اسکولیوز یک بریس ساخته شده از ماده سخت است. این بریس ازنظر مکانیکی بیمار را در نگه‌داشتن وضعیت بدنی خاص درمانی که مانع گسترش تغییر شکل می‌شود، کمک می‌کند . برای این‌که این درمان مؤثر باشد، بریس باید مخصوص هر بیمار و بر اساس نوع و درجه تغییر شکل ساخته شود . علاوه بر این، از بریس باید تا 23 ساعت در روز استفاده شود که انجام آن از نظر هم فیزیکی و هم روانی برای نوجوانان مشکل است.
برای رفع این نقطه ضعف روش درمان جایگزینی مثل بازخورد زیستی مورد مطالعه قرار گرفته است. بازخورد زیستی می‌تواند خودآگاهی را در محیط طبیعی بهبود دهد و چند مطالعه تاییدکرده‌اند که بازخورد زیستی می‌تواند روش ارزشمندی برای درمان اسکولیوز باشد. به‌جای استفاده از نیروی مکانیکی، هر موقع وضعیت ناخواسته تشخیص داده شود، بیماران را می‌توان آگاه کرد که خوشان وضعیت اصلاحی بگیرند. حذف بریس های سفت می‌تواند کیفیت زندگی را در طول درمان و نیز اثربخشی را افزایش دهد؛ زیرا بیمار باید به شکل فعال خودش وضعیت اصلاحی را انجام دهد. برای ایجاد چنین بازخوردی، باید وضعیت در زمان واقعی با وضوح منطقی نظارت شود تا تغییر شکل مختلف پشت فرد مبتلا به اسکولیوز تشخیص داده شود. این چند مشکل، از جمله ایجاد سیستم حسگر پوشیدنی راحت را برای نظارت جزئیات وضعیت و پردازش داده‌های پرتابل مطرح می‌کند.
در چندین تلاش برای اندازه‌گیری وضعیت انسان به شکل خلاصه آورده شده است. امیدوارکننده‌ترین راه‌حل استفاده اندازه‌گیری انحراف سه‌بعدی با استفاده از شتاب سنج‌ها را اجباری می‌کند؛ زیرا این روش حسگرهای کوچک و کم قدرت را ارائه می‌کند که می‌توان آن‌ها را در داخل لباس تقریباً نامردی قرار داد. از آنجا که بیشتر روش‌ها از تعداد نسبتاً اندک حسگرها استفاده می‌کنند ، آن‌ها معمولاً قادر به ارائه اطلاعات جزئیات وضعیت انسان و تغییر شکل احتمالی نیستند.
در سال‌های اخیر، دستگاه‌های سلولی به سرعت پیشرفت کرده‌اند. تعداد قابل ملاحظه‌ای از مردم تقریباً در طول همه فعالیت‌های روزانه، گوشی هوشمند را با خود حمل می‌کنند که آن را به یک دستگاه محاسباتی همه‌گیر تبدیل می‌کند. گوشی‌های هوشمند مدرن، قدرت محاسباتی چشمگیری دارند که قابل مقایسه با کامپیوترهای چند سال قبل است. این قدرت محاسبه به همراه قابلیت‌های بی‌سیم و قابلیت شبکه، آن‌ها را به سکوی پردازش داده‌ها برای سیستم حسگر متحرک تبدیل می‌کند. علاوه بر این، حسگرها و محرک‌های تلفیقی می‌تواند به کسب اطلاعات زمینهای بیشتر و یا ارائه بازخورد تعاملی داده‌ها و نمایش آنها کمک کند.
تعدادی مقاله در دست است که امکان‌پذیر بودن استفاده از گوشی هوشمند را به‌عنوان واحد انتقال یا پردازش داده ثابت می‌کنند. در چندین سیستم‌عامل گوشی هوشمند، برای استفاده در این سیستم مقایسه شده‌اند که ارتباط حسگر خارجی، پردازش داده و نمایش را برای اهداف پزشکی تلفیق می‌کند. سیستم نظارت از دور که در آن از گوشی هوشمند یا PDA به‌عنوان واحد کنترل مرکزی استفاده می‌شود، را شرح داده شده‌اند. یک سیستم، بررسی فشار پا که از حسگر سفارشی، بلوتوث انتقال داده به گوشی هوشمند و اپلیکیشن سفارشی اندروید تشکیل شده است، در  شرح داده شده است. در  اپلیکیشن سفارشی اندروید داده‌ها را از حسگرهای نصب شده روی بدن دریافت می‌کند تا بازخورد داده‌های مقدار نور خورشید را ایجاد کند. این مطالعات نشان می‌دهند که از گوشی هوشمند می‌توان به‌عنوان وسیله عمومی برای به دست آوردن داده و پردازش در برخی از زمینه‌ها به‌ویژه تکنولوژی‌های پوشیدنی، پزشکی از راه دور و غیره استفاده کرد.(سیارک)
در این مقاله، یک سیستم کامل که از آن می‌توان در طول فعالیت‌های روزانه برای نظارت وضعیت و تولید بازخورد استفاده کرد، پیشنهاد می‌شود. این سیستم از شبکه حسگر نصب شده روی بدن و پردازش داده پرتابل روی گوشی هوشمند اندروید تشکیل شده است.
راه‌حل پیشنهادی ما از دو بخش تشکیل شده است. اول سیستم حسگر پوشیدنی برای به دست آوردن و انتقال داده است که شامل سیستم حسگر نصب شده روی بدن، میکروکنترلر و ماژول بلوتوث برای انتقال بی‌سیم دادهها است. بخش دوم، گوشی هوشمند معمولی با اپلیکیشن سفارشی برای پردازش داده‌های حسگر، نمایش و ایجاد بازخورد است. 
• در بخش سیستم حسگر پوشیدنی، از یک حسگر متصل به پشت فرد برای کسب داده‌های وضعیت استفاده می‌شود. حسگرها به‌طور یکنواخت در سطح پشت فرد توزیع می‌شوند تا اطلاعات جزئیات را در مورد تغییر شکل فراهم کنند. از میکروکنترلر برای نمونه‌برداری از حسگرها و ارسال آن‌ها به ماژول بلوتوث جهت ارسال داده‌ها به روش بی‌سیم، استفاده می‌شود. انتقال با بلوتوث به خاطر انتقال آسان داده‌ها به اپلیکیشن گوشی هوشمند استفاده می‌شود؛ چون بیشتر گوشی‌های هوشمند موجود، دارای فرستنده و گیرنده بلوتوث هستند.
• پردازش داده‌های حسگر در اپلیکیشن گوشی هوشمند اجرا می‌شود تا پرتابل بودن سیستم را فراهم کند و پیچیدگی و هزینه تولید را کاهش دهد. اپلیکیشن گوشی هوشمند داده‌ها را از شبکه حسگر از طریق بلوتوث دریافت می‌کند. پردازش، برای ایجاد ساختار هندسی تراز شبکه حسگر انجام می‌شود؛ بنابراین داده‌های وضعیت را به دست می‌آورد. با مقایسه این روش با مرجع از قبل ذخیره شده، تصمیم گیری می‌شود که آیا بازخورد تغییر تولید شود. بازخورد با استفاده از سخنگو یا موتور ویبره داخل گوشی ایجاد می‌شود.
انجام آزمایش
الف. نظارت بر وضعیت
برای اندازه‌گیری وضعیت، از روش قبلاً پیشنهاد شده تشخیص شکل سه‌بعدی استفاده شد . در این روش داده از شبکه شتاب سنج سه محوری برای برآورد شکل هندسی سطح استفاده می‌شود. اگر این شبکه حسگر روی پشت انسان نصب شود، می‌تواند اطلاعات جزئیات وضعیت بدنی انسان ارائه دهد.
از شبکه 16 حسگر متصل به هم با نظم شبکه‌ای 4 در 4 استفاده می‌شود . هر حسگر روی پشت انسان نصب می‌شود و مربوط به قسمت خاصی است. مدل پشت انسان که مربوط به وضعیت واقعی است، به‌وسیله مجموعه‌ای از بردارهای با طول ثابت ایجاد می‌شود که هرکدام از آن‌ها مربوط به یک حسگر هستند . در شرایط ایستا، به علت فقط ثقل، قرائت‌های حسگر شامل شتاب است. با استفاده از این پدیده، به دست آوردن زاویه شیب هر حسگر و درنتیجه به دست آوردن بردار مربوط به زاویه شیب آن امکان‌پذیر است . مدل تقریبی به‌وسیله مجموعه‌ای از نقاط pik (i، ردیف، k ستون) در فضای سه‌بعدی تعیین می‌شود که انتهای بردار را تشریح می‌کند. هر pik دارای مختصات x، y و z است.
ب. به دست آوردن داده‌ها
برای به دست آوردن داده‌ها و انتقال بی‌سیم آن‌ها، از مدارهای دارای طراحی خاص استفاده شد. شبکه حسگرهای متصل نصب شده روی بدن، با سیم به این تخته متصل می‌شوند. از میکروکنترلرهای سری MSP430 برای نمونه‌برداری از حسگرها با سرعت نمونه‌برداری 50 هرتز استفاده شد. سپس میانگین‌گیری از 5 نمونه، برای ویبراسیون نرم در سیگنال و کاهش مقدار داده‌ها برای انتقال بی‌سیم انجام شد. داده‌های میانگین‌گیری شده به ماژول بلوتوث BTM-112 فرستاده می‌شود که از SPP (پروفایل پورت سریال) برای انتقال بی‌سیم به گوشی هوشمند استفاده می‌کند. این سیستم با 3 باتری قابل شارژ AAA تغذیه می‌شود و از تنظیم کننده ولتاژ برای تأمین ولتاژ مورد نیاز، استفاده می‌شود.
پ. بازخورد
از الگوریتمی که وضعیت فعلی را با داده‌های قبلاً ذخیره شده وضعیت مربوطه مقایسه می‌کند، برای محاسبه اینکه بازخورد ویبره تولید شود، استفاده می‌شود. همان‌طور که در قسمت الف ذکر شد، در شروع استفاده، کالبیبراسیون اولیه برای کسب داده در مورد مدل مرجع وضعیت مطلوب، ضروری است. همانند مدل حالت فعلی، این مرجع به‌وسیله مجموعه‌ای از نقاط سه‌بعدی refik تعیین می‌شود. از این داده‌ها برای یافتن پارامتر Δp استفاده می‌شود که اختلاف بین حالت فعلی و مدل مرجع را شرح می‌دهد. Δp به شکل میانگین فاصله در فضای سه‌بعدی، از هر نقطه در مجموعه فعلی داده‌ها تا نقاط مربوطه در مجموعه داده‌های مرجع محاسبه می‌شود. اگر تعداد کل ردیف‌های حسگر با r و ستون‌ها با c نشان داده شود، این فاصله میانگین را می‌توان به شکل زیر به دست آورد:
اگر Δp بزرگ‌تر از مقدار آستانه (Δthresh) که به روش آزمایشی تعیین شده است، باشد، در این صورت بازخورد برای هشدار در مورد وضعیت نامناسب تولید می‌شود. ابتدا، موتور ویبراسیون برای هشدار در مورد تخطی از وضعیت مرجع، به مدت یک ثانیه روشن می‌شود. اگر در طول 5 ثانیه بعدی، مقدار Δp به زیر Δthresh کاهش نیابد، موتور ویبره تا زمان اصلاح این شرایط، روشن می‌شود. این مقاله ادامه دارد.................. در قسمت بعدی به اپلیکیشن گوشی هوشمند می پردازیم.(سیارک)

در سیارک بخوانیم:

اسکولیوز چیست 

چه کسانی مبتلا به اسکولیوز می شوند؟

چه چیزهایی سبب اسکولیوز می شود؟

چگونه اسکولیوز تشخیص داده می شود؟

آیا اسکولیوز درمان می شود؟ درمانهای آن چیست؟

آیا روش های دیگری برای اسکولیوز وجود دارد؟

آیا دکتر جراحی را بهترین روش می داند؟‌

آیا افراد مبتلا به اسکولیوز می توانند ورزش نمایند؟

محققان چه تحقیقاتی در مورد اسکولیوز انجام داده اند؟‌  

- نظرات

برای ارسال نظر، لطفا وارد حساب خود شوید یا ثبت نام نمایید.