1ـ1 مقدمه…………………… 2

1ـ2 درمان صرع…………………… 3

1ـ3 انواع روشﻫﺎﻱ شناسایی، پیش بینی و کنترل صرع………….. 3

1-4 ضرورت پژوهش……………………… 4

1-5 اهداف و سوالات پژوهش……………………… 4

1-6 جنبه جدید بودن و نوآوری پژوهش…………………….. 5

1-7 ساختار پژوهش……………………… 6

1-8 خلاصه‏ فصل……………………. 7

فصل دوم : پیشینه‏ پژوهش……………………… 8

2-1 مقدمه…………………… 9

2-2 روشﻫﺎﻱ درمان و کنترل صرع از طریق عمل جراحی………….. 9

2-3 روشﻫﺎﻱ درمان و کنترل صرع با کمک سنسورها………………….. 10

2-4 مرور مقالات مرتبط……………………. 11

2-5 نحوه اطلاع رسانی……………………. 15

2-6 استفاده از تلفن های همراه برای مداخلات و اقدامات سلامت………… 18

2-7 M-health…………………..

2-8 شبکه های سنسوری بدن (BSNs)…………………..

2-9 خلاصه‏ فصل……………………. 21

فصل سوم : اطلاعات بالینی برای تشخیص تشنج………………. 22

3-1 مقدمه…………………… 23

3-2 شتاﺏسنج……………………. 23

3-3 استفاده از شتاﺏسنج سه محوره…………………… 25

3-4 رسانایی پوست…………………….. 26

3-5 طراحی مدار GSR…………………….

3-6 خلاصه‏ فصل……………………. 30

فصل چهارم : طراحی و پیاده سازی سخت افزاری و نرم افزاری……. 31

4-1 مقدمه…………………… 32

4-2 قطعات سختﺍفزاری مورد استفاده…………………… 32

4-2-1 میکروکنترلرها………………….. 33

4-2-1-1 انواع روشها و پروتکل های ارتباطی بر روی میکروکنترلر…….. 34

4-2-2 کریستال یا نوسان ساز…………………… 36

4-2-3 رگولاتور…………………… 36

4-2-4 LCD…………………….

4-2-5 Op-Amp……………………

4-2-6 microSD Module……………………

4-2-7 مبدل آنالوگ به دیجیتال خارجی ADC0804……………………

4-2-8 تولید کننده مرجع ولتاژ REF30xx……………………

4-2-9 تقویت کننده ابزار دقیق AD620……………………

4-2-10 تولید ولتاژ متقارن با TC7660……………………

4-3 پیاده سازی سختﺍفزاری سنسور…………………… 47

4-3-1 تامین ولتاژ مدار…………………… 47

4-3-2 نحوه اتصال پایه های میکروکنترلر…………………… 48

4-3-3 نحوه اتصال پایه های ماژول RS232……………………

4-3-4 نحوه اتصال پایه های ماژول بلوتوث HC05……………………

4-3-5 اتصال ماژول HC05 و RS232……………………

4-4 شرح نرﻡﺍفزارهای مورد استفاده…………………… 53

4-4-1 Pic C Compiler…………………..

4-4-1-1 برنامه نویسی میکروکنترلر…………………… 54

4-4-2 Proteus……………………

4-4-3 Altium Designer (Protel DXP)…………………..

4-4-4 TNM Programmer…………………..

4-4-5 برنامه نویسی آندروید…………………… 62

4-4-5-1 نحوه ارتباط بیسیم سنسور تشنج با گوشی همراه……. 64

4-4-5-2 نرمال سازی دادﻩها………………….. 67

4-4-5-3 ذخیره در پایگاه داده…………………… 68

4-4-5-4 استخراج ویژگی ها………………….. 69

4-4-5-5 استفاده از مدل SVM در آندروید…………………… 74

4-4-5-6 مکان یابی فرد مصروع با کمک GPS گوشی همراه……… 75

4-4-5-7 اعلام هشدار (ارسال SMS و ایمیل)………………….. 76

4-5 خلاصه‏ فصل……………………. 79

فصل پنجم : داده کاوی……………………. 80

5-1 مقدمه…………………… 81

5-2 مقایسه حوزه زمان، تبدیل فوریه و تبدیل ویولت……… 82

5-2 پیش پردازش دادﻩها………………….. 83

5-3 استخراج ویژگی……………………. 84

5-3-1 ویژگی ها در حوزه زمان…………………… 86

5-3-2 ویژگی ها در حوزه تبدیل ویولت…………………….. 95

5-3-3 انتخاب ویژگی های برتر…………………… 103

5-4 دادﻩکاوی با نرﻡﺍفزار Weka……………………

5-4-1 مقدمه ای بر Weka……………………

5-4-2 انتخاب SVM به عنوان طبقهﺑﻧﺩﻯکننده………… 105

5-4-3 طراحی طبقهﺑﻧﺩﻯکننده در Weka……………………

5-5 خلاصه‏ فصل……………………. 107

فصل ششم : نتیجه گیری و طرح پیشنهادات………. 108

6-1 مقدمه…………………… 109

6-2 نتایج……………………. 109

6-3 پیشنهادات برای کارهای آتی……………………. 113

6-4 خلاصه فصل……………………. 115

منابع و مآخذ…………………… 117

پیوست الف: datasheet…………………..

Abstract…………………..

چکیده:

صرع یک اختلال عصبی است که عمدتاً با ایجاد تشنج مشخص ﻣﯽشود. نگرانی در مورد آسیب و یا حتی مرگ بعد از تشنج، زندگی کسانی که قادر به دستیابی کنترل کامل تشنج نیستند تحت الشعاع قرار ﻣﯽدهد. بعلاوه، خطر مرگ ناگهانی (SUDEP ) در افراد مبتلا به صرع 24 برابر بیشتر از افراد عادی است. استاندارد بالینی برای تشخیص تشنج، ترکیبی از EEG و نظارت ویدئویی است ولی این روش برای طولانی مدت و استفاده سرپایی امکان پذیر نیست. مانیتورینگ پیوسته فعالیت الکتریکی پوست (EDA) به عنوان شاخصی برای فعالیت سیستم عصبی سمپاتیک و استفاده از شتاﺏسنج سه بعدی (ACM3D ) برای محاسبه الگوی حرکتی دست در زمان وقوع تشنج به شناسایی آن کمک خواهد کرد. هدف از این پژوهش بررسی روشﻫﺎﻱ درمانی و کنترلی صرع به طور مداوم ﻣﯽباشد. در این پایاﻥنامه به بررسی انواع سنسورها و همچنین روش ارائه آن به کاربر از طریق سیستمﻫﺎﻱ همراه هوشمند در بستر شبکه پرداخته شده است. سنسور پیشنهادی از EDA و ACM برای تشخیص تشنج استفاده ﻣﯽکند و تا حد امکان راحت، کوچک، کمتر در معرض دید، غیر تهاجمی و پوشیدنی است. اطلاعات اندازﻩگیری شده توسط سنسور به صورت بیسیم از طریق تلفن همراه هوشمند بیمار با زیرساختﻫﺎﻱ موجود مانند بلوتوث، Wi-Fi، 3G و GPRS به پزشک و خانواده بیمار با کمک SMS و Email ارسال ﻣﯽشود. ویژگی دیگر این سیستم استفاده از GPS گوشی برای تعیین موقعیت فرد مصروع جهت اطلاع رسانی سریعتر برای کمک به وی ﻣﯽباشد. با کمک قابلیتﻫﺎﻱ تلفنﻫﺎﻱ همراه هوشمند، مانند بالا رفتن قدرت پردازشی و وجود انواع سنسورها بر روی آن، نظارت مداوم بر وضعیت بیمار میسر خواهد شد و به حضور کمتر بیماران در مراکز پزشکی و بیمارستانﻫﺎ کمک خواهد کرد.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه

وقتی مغز بطور طبیعی كار كند یک سری امواج الكتریكی از خود ایجاد مـﯽنماید كه این امواج مانند الكتریسیته در مسیر اعصاب عبور مـﯽكند. در حالت تشنج یک جرقه الكتریسیته ایجاد می شود كه این جرقه و طوفان الكتریكی بسته به محل خود در مغز، علائم، نوع تشنج و صرع را تعیین مـﯽنماید[1]. صرع یا epilepsy در نورولوژی به حالتی گفته می‌شود که شخص، بدون عامل محرک خاصی مثل افت قند خون، تب، کمبود کلسیم و یا مواردی از این دست، مکرراً دچار حملات تشنج شود. در کودکان و افراد جوان، صرع اغلب به ضربه زمان تولد، ناهنجاریﻫﺎﻱ مادرزادی یا اختلالات ژنتیکی تاثیر گذار بر مغز نسبت داده ﻣﯽشود. در افراد میانسال و سالمندان، سکتهﻫﺎﻱ مغزی، تومورها و بیماری عروق مغزی در اغلب موارد علل بروز صرع است[2]. صرع یکی از شایع ترین بیماریﻫﺎی عصبی مهم و خطرناک است، که تقریباً 60 میلیون نفر در جهان (نزدیک به 1٪) درگیر این مسئله هستند و 5/2 میلیون مورد جدید هر سال به این آمار اضافه مـﯽشود. برای 30-25٪ از بیماران، هیچ ترکیب درمانی استاندارد (دارو یا جراحی) برای کنترل تشنج آنها وجود ندارد. این بیماران از صرع مقاوم به درمان یا مقاوم به دارو رنج مـﯽبرند [3] [4].

در سراسر جهان، 10.5 میلیون کودک زیر 15 سال مبتلا به صرع فعال تخمین زده می شود، که در حدود 25 درصد از جمعیت کل بیماران صرعی می باشند. از 3.5 میلیون نفر که سالانه دچار صرع می شوند، 40 درصد کمتر از 15 سال هستند، و بیش از 80٪ آنان در کشورهای در حال توسعه زندگی می کنند. مطالعات مبتنی بر جمعیت صرع در دوران کودکی نشان می دهد نرخ بروز سالانه 61- 124 نفر در 100000 نفر در کشورهای در حال توسعه، و 41-50 نفر در 100000 نفر در کشورهای توسعه یافته می باشد [5]. صرع شایع ترین اختلال عصبی دوران کودکی است. تقریبا نیمی از موارد صرع در دوران کودکی رخ می دهد.کودکان مبتلا به صرع و والدین آنها با بسیاری از مشکلات اجتماعی و روانی مواجه هستند. مشکلات جامعه پذیری، اضطراب، اختلال شناختی و اختلالات رفتاری به ترتیب در 39.8٪، 45.8٪، 49.4٪، و 42.2٪ کودکان درگیر با بیماری صرع دیده شد [6].

طبق آمار رسمی سایت صرع حدود 60 میلیون نفر در جهان مبتلا به صرع هستند که هر سال به طور متوسط بین 125000 تا 150000 به این آمار افزوده می شود و از این تعداد در حدود 30% مربوط به کودکان است. یک نفر از بین 10 نفر، حداقل یکبار در طول زندگی دچار تشنج می شود [7]. آمار افراد مبتلا به صرع در ایران در حدود 1 میلیون نفر اعلام شده است [8].

2-1- درمان صرع

تاکنون روشﻫﺎﻱ درمانی متعددی برای صرع پیشنهاد شده است، که در بیشتر موارد موثر بوده و به قطعیت ﻣﯽتوانند صرع را درمان کنند که در ادامه به آنﻫﺎ اشاره ﻣﯽکنیم. یکی از روشﻫﺎﻱ متداول، داروها هستند، بیش از دهها داروهای ضد تشنج (AEDs[1]) برای درمان صرع در دسترس هستند. این داروها به طور معمول به دنبال جلوگیری از توسعه تشنج با کاهش تحریک عصبی یا افزایش بازدارندگی هستند [9]. در روشی دیگر، افرادی که از نظر پزشکی مبتلا به نوعی از صرع مقاوم هستند، در بعضی موارد ﻣﯽتوانند برای جراحی کاندید شوند، البته اگر صرع آنﻫﺎ از نوع partial باشد. رژیم غذایی کتون زا (تولید كتون‌ها در بدن‌ در اثر اكسیده‌ شدن‌ ناقص‌ مواد آلى‌ مثل‌ اسیدهاى چرب‌ و غیره‌) یکی دیگر از گزینه درمانی است که عمدتاً در کودکان استفاده ﻣﯽشود. در این شیوه رژیم غذایی با چربی بالا طراحی شده است که تقلیدی از اثرات بیولوژیکی در گرسنگی است، اما مکانیسم دقیق آن در مهار تشنج ناشناخته است [10].

3-1- انواع روشﻫﺎﻱ شناسایی، پیش بینی و کنترل صرع

اگرچه بیشتر درمانﻫﺎ برای صرع قطعی هستند، اما هنوز هم درصد بسیاری از بیماران هستند که به درمانﻫﺎﻱ دارویی مقاوم بوده و برای عمل جراحی هم نمـﯽتوانند کاندید باشند. نگرانی در مورد آسیب و یا حتی مرگ ناشی از تشنج، زندگی کسانی که قادر به دستیابی به کنترل کامل تشنج نیستند را تحت الشعاع قرار ﻣﯽدهد. علاوه بر این، خطر مرگ ناگهانی در افراد مبتلا به صرع 24 برابر بیشتر در مقایسه با جمعیت عمومی است و پاتوفیزیولوژی مرگ ناگهانی و غیر منتظره در صرع یاSUDEP[2] همچنان نامشخص است [10]. در ابتدا روشﻫﺎﻱ درمانی به طور مختصر معرفی خواهند شد که به صورت داخلی و تحت عمل جراحی صورت ﻣﯽگیرد. و در ادامه روشﻫﺎﻱ خارجی بررسی خواهد شد که با کمک سنسورها علائم حیاتی و تغییرات فیزیولوژیک را اندازه ﻣﯽگیرند، و در پیش بینی صرع از آنﻫﺎ کمک گرفته ﻣﻰشود.

4-1- ضرورت پژوهش

از آن جایی که درصد بالایی از بیماران مبتلا به صرع که دچار تشنج تونیک-کلونیک عمومی شدﻩاند، مستعد بروز حمله SUDEP هستند، ضروری است که به مدت طولانی امواج مغزی توسط دستگاه EEG[1] کنترل شود تا از کارکرد درست اعضاء حیاتی بدن مانند قلب (که اختلال در کار آن بیشترین عامل در SUDEP است) اطمینان حاصل کرد. اما اکثر بیماران تمایلی ندارند که به مدت طولانی در بیمارستان تحت مراقبت باشند و از طرف دیگر ممکن است زمانی که حمله اتفاق می افتد تحت مراقبت نبوده و نتوان شدت حمله را ثبت کرد، بنابراین برای بستری کردن بیمار ﻧﻤﻰتوان تصمیم درستی گرفت. این پایاﻥنامه به دنبال روشی هست که بدون دردسر و مشکل برای بیمار، و با بهره گرفتن از تکنولوژی موبایل و بیسیم او را در تمام ساعات شبانه روز، بدون بستری شدن در بیمارستان، تحت کنترل داشته باشد.

5-1- سوالات پژوهش

مطالعات بسیاری، در افراد مبتلا به صرع مقاوم، در بخش درمان و چگونگی تاثیر آن بر کیفیت زندگی، در حوزه عملکرد جسمی، عاطفی / رفتاری، اجتماعی، و شناختی صورت گرفته است. اینها موضوعاتی هستند که منعکس کننده تاثیر منفی صرع در کیفیت زندگی بیماران صرعی هستند که ﻣﯽتوان مهمترین آنها را به این صورت نام برد: عدم اطلاع از وقوع آن، خطراتی که محیط ممکن است برای این بیماران در اثر بروز حمله صرع به وجود آورد و مشکلات فیزیولوژیکی که بعد از حمله صرع ممکن است منجر به مرگ فرد شود. تمام این ها عواملی هستند که به عنوان مانع برای تحصیل و حضور بیشتر در اجتماع ﻣﯽباشند. کاربرد این تحقیق در بخش مربوط به بیماری صرع ﻣﯽباشد، تا با کنترل بیماران صرعی از خطر بروز حمله SUDEP جلوگیری کرده و در هر زمان و مکانی با صرف زمان و هزینه کمتر و کاهش استفاده از تجهیزات بیمارستانی و پزشک، این افراد را تحت کنترل بیشتری داشته باشد.

سوالاتی که این پایاﻥنامه باید به آن پاسخ دهد :

1- مهمﺗﺭین معضلی که یک بیمار مبتلا به صرع و اطرافیان او را رنج مـﯽدهد، ﺑﻰخبری از زمان حملات صرع و بالتبع آن عدم آمادگی لازم در مواجه با آن است، سوالی که مطرح است اینکه امروز به مدد بهرﻩگیری از پیشرفت ﻫﺎی فناوری موبایل، آیا بیماران صرع هم امکان این را می‏یابند که از طریق این فناوری آمادگی خود را در مواجه با این بیماری افزایش دهند؟

2- بدون صرف کردن زمان و هزینه اضافی، از آن جایی که تجهیزات بیمارستانی هزینه بالایی دارد و بیمار را مجبور ﻣﯽکند در لحظاتی که دچار حمله صرع ﻣﯽشود در مکان خاصی باشد، آیا ﻣﯽتوان از طریق فناوری موبایل به طور مداوم در تمام لحظات این بیماری را کنترل کرد؟

3- آیا از مقالات و تحقیقات موجود در زمینه حسگرهای بیسیم ﻣﯽتوان ابزاری برای اندازﻩگیری رسانایی پوست طراحی کرد؟

4- امکان مراحل ساخت این ابزار در کشور ایران به چه صورتی است و آن را چگونه ﻣﯽتوان بوﻣﻰسازی کرد؟

5- این ابزار چگونه ﻣﻰتواند به صورت بیسیم با تلفن همراه ارتباط برقرار کرده و یک سیستم سختﺍفزاری و نرﻡﺍفزاری موبایل برای نظارت بر بیماران صرع ایجاد نماید؟