فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
شماره 3 (تابستان 1384)

  • بهای روی جلد: 50,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1384/03/20
  • تعداد عناوین: 9
|
  • خلیل فرهنگ دوست، علی بنی هاشم، علی قانعی صفحه 1
    استفاده از پوشش های سرامیکی در ایمپلنت های دندانی به دلایل زیادی از جمله سازگاری با استخوان، فقدان بافت فیبری در محل اتصال– ایمپلنت و اتصال محکم تر پوشش– استخوان به صورت عمومی درآمده است. در بین این پوشش ها، هیدروکسی آپاتیت (HA) و فلوئوروآپاتیت (FA) استفاده بیشتری دارند. در این تحقیق، برای اولین بار با استفاده از تحلیل تنش به روش اجزای محدود و به صورت دوبعدی متقارن 24 عدد ایمپلنت به صورت تقریبا دقیق و با تمام اجزای سازنده، همراه پوشش، مدل سازی و تحلیل شدند. 12 عدد از ایمپلنت ها متعلق به سیستم IMZ و 12 عدد دیگر متعلق یه سیستم Dyna بودند. ضخامت پوشش هیدروکسی آپاتیت و فلوئورآپاتیت در ایمپلنت های مورد بررسی به ترتیب 33،50،67،80،100 و 10 میکرون بود. نتایج تحلیل تنش نشان داد با افزایش ضخامت پوشش ایمپلنت، مقادیر تمرکز تنش در سطح تماس ایمپلنت– پوشش، سطح تماس پوشش– استخوان و در استخوان اطراف ایمپلنت کاهش می یابد. هم چنین مقادیر تمرکز تنش در ایمپلنت های با پوشش فلوئوروآپاتیت همواره بیشتر از ایمپلنت های با پوشش هیدروکسی آپاتیت بود. در تمام ایمپلنت ها تمرکز تنش در استخوان اطراف ایمپلنت در قسمت طوق ایمپلنت (کرست استخوان) مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: ایمپلنت دندانی، هیدروکسی آپاتیت، فلوئوروآپاتیت، سطح تماس، روش اجزاء محدود
  • مهرک محمودی، سعیده خطیبی راد، محمدجعفر عبدخدایی صفحه 9
    هدف از این تحقیق، مطالعه نحوه انتقال مواد شیمیایی در اتصالات عصب به عضله، به واسطه تحریکات عصلی روی عضله است. به منظور تعیین میزان رهایش ماده میانجی در شکاف سیناپسی اتصال عصب– عضله، از یک مدل ریاضی استفاده شده است. در این مدل با لحاظ کردن اثر نفوذ یون های کلسیم در رهایش ماده میانجی، مدل چادیوری بهبود یافته است. با وقوع یک پتانسیل عمل، کانال های کلسیم در غشا پیش سیناپسی باز شده و یون های کلسیم وارد پایانه پیش سیناپسی می گردند. سپس این یون ها در مسیر بین دهانه کانال ها تا مکان های رهایش نفوذ کرده و در آنجا باعث رهایش ماده میانجی می شوند. مقداری از یون های کلسیم، در طی این نفوذ توسط فرآیندهای حذف کلسیم در داخل پایانه پیش سیناپسی حذف می گردند. مدل ریاضی حاضر، شامل معادلات دیفرانسیل پاره ای بیان کننده فیزیک هر یک از فرآیندهاست که با استفاده از روش های عددی حل شد هاند. در نتیجه حل این معادلات، منحنی های تغییرات زمانی غلظت یون های کلسیم در مکان های رهایش و مقدار زمانی رهایش ماده میانجی به دست آمده اند. اثر اعمال دو پالس پتانسیل عمل متوالی روی رهایش ماده میانجی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سیناپس، اتصال عصب، عضله، ماده میانجی، کیسه های میانجی، مدلسازی، شبیه سازی
  • لادن امینی، حمید سلطانیان زاده، کارو لوکس، معصومه گیتی صفحه 17
    هدف از انجام این تحقیق، معرفی روشی جدید برای جداسازی ساختارهای خاص مغز میانی مانند تالاموس و هسته قرمز از روی تصاویر تشدید مغناطیسی است. روش پیشنهادی مبتنی بر مدل کانتورهای دینامیک می باشد. این مدل حاوی یک کانتور یا یک چند ضلعی است که رئوس آن توسط اضلاع به وصل شده اند. فرآیند تغییر شکل کانتور از حرکت رئوس کانتور اولیه تحت تاثیر نیروهای داخلی و خارجی آغاز می شود. نیروهای داخلی از روی شکل هندسی کانتور و نیروهای خارجی از روی ویژگی های داده های تصویری مانند لبه های محاسبه می شوند. ساختارهای مغزی مانند تالاموس در MRI دارای تصویری با لبه های ناپیوسه و کنتراستی پایین هستند که محاسبه نیروهای خارجی را مشکل می سازند. روش پیشنهادی این مقاله مبتنی بر روش های خوشه یابی بدون سرپرستی فازی، فیلتر لبه یابی پریویت و عملگرهای شکلی معرفی شده است. به علاوه، در روش کانتور دینامیک متداول، کانتور اولیه توسط کاربر تعریف می شود که منجر به وابستگی نتایج جداسازی نهایی ساختار به کاربر می شود. در رفع این کاستی، یک روش جدید جهت ایجاد کانتور اولیه به صورت خودکار معرفی شده است. روش های پیشنهادی، پیاده سازی شده بر روی تصاویر واقعی از مغز انسان جهت جداسازی تالموس و هسته قرمز اعمال شده اند. جهت ارزیابی، نتایج جداسازی رادیولوژیست ها با روش پیشنهادی مقایسه شده است. درصد شباهت نتایج جداسازی تالاموس راست و چپ برابر 0.8 بوده که توانایی روش پیشنهادی در جداسازی ساختارهای مغزی مانند تالاموس را نشان می دهد. معیارهای ارزیابی نتایج جداسازی روی داده های با درصد نویز و شدت غیریکنواختی متفاوت جهت بررسی اثر این دو عامل روی روش پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفت. تغییر ناچیز نتایج معیارها، نشانگر پایداری روش نسبت به نویز و شدت غیریکنواختی است.
    کلیدواژگان: کانت، ورهای دینامیک، خوش، ه یابی، بخش بندی، پردازش تصویر، تالاموس، هسته قرمز، تصویربرداری با تشدید مغناطیسی (MRI)
  • نیما همتی، محمدجواد ابوالحسنی صفحه 35
    روش های مختلفی برای اندازه گیری و نمایش تغییرات سرعت جریان خون در شریان ها و وریدها پیشنهاد شده است. از این میان، سرعت سنج های فراصوتی بر پایه اندازه گیری فرکانس شیفت داپلر و محاسبه سرعت جریان خون از روی فرکانس شیفت استوار می باشند. با استفاده از منحنی سرعت– زمان یا طیف های حاصله در حوزه فرکانس که هر دو از خروجی های دستگاه به شمار می روند، وجود یا عدم وجود موارد غیرطبیعی و درجه گرفتگی عروق آشکار می گردد. در این تحقیق، طراحی و ساخت یک نمونه جریان سنج فراصوت پالسی مورد بررسی قرار گرفته است. سخت افزار ساخته شده شامل دو بخش آنالوگ و دیجیتال است. قسمت مدارات آنالوگ از نوسان ساز اصلی، مدار تولید سیگنال تحریک، فرستنده، گیرنده، تقویت کننده، دمدولاتور و مدار نمونه برداری از سیگنال تشکیل شده است. خروجی آنالوگ، توسط یک کارت مبدل آنالوگ به دیجیتال، به صورت کدهای دیجیتال تبدیل شده و به کامپیوتر انتقال می یابد. به علاوه، واحد کنترل دیجیتال کار نظارت بر مدارات آنالوگ را بر عهده دارد.پس از انتقال اطلاعات به کامپیوتر، محاسباتی از قبیل گرفتن تبدیل فوریه سریع، نمایش منحنی تغییرات سرعت جریان خون با زمان و محاسبه و نمایش اسپکتروگرام دوبعدی، همگی توسط نرم افزار نوشته شده در محیط Visual C++6 انجام می پذیرد. برای آزمایش سیستم، یک فانتوم داپلر با کنترل تمام الکترونیکی ساخته شد که از آن می توان برای آزمایش و کنترل کیفی سیستم های داپلر بالینی دیگر نیز استفاده کرد.
    کلیدواژگان: فراصوت، داپلر، سرعت سنجی خون، الگوریتم تبدیل فوریه گسسته، اسپکتروگرام دوبعدی
  • سیدمحمود سخایی، علی محلوچی فر صفحه 47
    وزن دهی عناصر درون یک آرایه فراصوت، یک روش آسان بری بهبود الگوی پرتو و افزایش وضوح تصویر است. متاسفانه وزن دهی باعث کاهش سیگنال به نویز (S/N) در خروجی آرایه و هم چنین کاهش کیفیت تصویر می گردد. در این تحقیق، جهت بهینه سازی الگوی پرتو در یک آرایه فراصوت، ایده تحلیل ریاضی تغییرات S/N در اثر وزن دهی مطرح و مساله طراحی بهینه وزن ها جهت حصول همزمان الگوی پرتو و سیگنال به نویز مطلوب، بیان و حل گردیده و روشی ارایه شده است که با اعمال آن ضمن دستیابی به الگوی پرتو مطلوب، بیشترین مقدار ممکن S/N ایجاد گردد. بررسی ها نشان داد با افزایش پهنای لوب اصلی الگوی پرتو، S/N کاهش می یابد. هم چنین مساله کاهش S/N در اثر وزن دهی، در آرایه های کامل بیشتر از آرایه های کم پشت قابل مشاهده است. همین وضعیت با کاهش عمق تمرکز نیز ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: فراصوت، آرایه فازی، الگوی پرتو، وزن دهی، بهینه سازی ریاضی
  • امیرهمایون جعفری، سیدمحمدرضا هاشمی گلپایگانی، فرزاد توحیدخواه، علی فلاح صفحه 57
    به منظور مدل سازی سیستم حرکتی انسان در انجام حرکات مهارتی، مدلی با ساختار سلسله مراتبی سه لایه ارایه شده است. در هر سطح براساس میزان دقت و کیفیت امر کنترل، کنترل کننده خاصی وارد عمل شده و عمل کنترل در آن سطح را انجام می دهد. در سطح اول، مفاهیم کنترلی به صورت عام و کیفی مورد بررسی قرار می گیرد و وظیفه آن، حفظ پایداری سیستم براساس اطلاعات کیفی دریافتی از سطح دوم مانند کاهش یا افزایش خطا می باشد. در این سطح، از یک کنترل کننده خودسازمانده برای تولید فرامین حرکتی عام استفاده می گردد که نقش تشویق و تنبیه را برای تضمین پایداری سیستم با ارسال فرمان های گسسته به سطح دوم ایفا می کند. این کنترل کننده با توجه به وظیفه خود، تنها در زمانی که کنترل کننده سطح دوم به تنهایی قادر به حفظ پایداری سیستم نباشد، وارد عمل شده و پایداری را تضمین می کند. سطح دوم، امر کنترل را به صورت کمی تر و دقیق تری دنبال می کند و عمل تطبیق در این سطح صورت می گیرد. اطلاعاتی که ازن سطح عموما از مسیرهای فیدبک حسی و چشمی دریافت می کند، مفاهیم دقیق تری از عملکرد کنترلی را شامل می شوند (مانند میزان خطای موجود در انجام حرکت). در سطح دوم از کنترل کننده پیش بین مبتنی بر مدل برای تولید فرامین کنترلی کمی تر و دقیق تر استفاده شده است که در واقع خط سیر حرکتی را تعیین می کند. یک سوییچ فازی، فرامین کنترلی سطح اول و دوم را براساس روش کنترل مود لغزان برای ایجاد یک سیستم کنترل مقاوم تلفیق می کند. در سطح سوم نیز این فرامین حرکتی، با تعیین عضلات درگیر و نحوه هماهنگی آنها در انجام حرکت مورد نظر، تفسیر می شود و به عضلات، فرامین حرکتی مناسب اعمال می گردد. اطلاعات دریافتی در این سطح عموما در مورد میزان مشارکت عضلات در انجام حرکت و نیز تاثیر محیط روی سیستم حرکتی است که توسط فیدبک های حسی به این سطح منتقل می شوند. مدل ارایه شده با چنین ساختار سلسله مراتبی، قابلیت مناسبی در کنترل و حفظ پایداری سیستم دارد. نتایج شبیه سازی ها این موضوع را تایید می کند.
    کلیدواژگان: ساختار سلسله مراتبی، کنترل خودسازمانده، کنترل مود لغزان، کنترل پیشبین، حرکات مهارتی
  • نادر جعفرنیا دیانلو، احمد آیت الهی، وحید جوهری مجد، دزموند مک لرنون صفحه 71
    در سال ها اخیر توجه زیادی به تولید مصنوعی سیگنال های الکتروکاردیوگرام (ECG) به کمک یک مدل ریاضی معطوف گشته است. یکی از کاربردهای یک مدل دینامیکی که بتواند سیگنال های ECG مصنوعی تولید کند، ارزیابی آسان دستگاه های پردازش سیگنال تشخیصی ECG می باشد. به علاوه، می توان چنین مدلی را در فشرده سازی و تله مدیسن نیز به کار برد. هم چنین مناسب است مدل از توانایی لازم برای تولید سیگنال های ECG طبیعی و غیر طبیعی برخوردار باشد. در این تحقیق با به کارگیری شبکه عصبی با توابع پایه شعاعی (RBF) در یک مدل دینامیکی غیر خطی که بر پایه مدل دینامیکی McSharry و همکاران بنا شده است، روش مناسبی برای تولید مصنوعی سیگنال های الکتروکاردیوگرام ارایه شده است. مزیت این روش جدید نسبت به روش McSharry و همکاران، در توانایی شبیه سازی طیف وسیع تری از سیگنال های فیزیولوژیکی اعم از طبیعی و غیر طبیعی نهفته است. ضمن ارایه نتایج شبیه سازی برای سیگنال ECG طبیعی و سه حالت غیر طبیعی، صحت مدل توسط تابع خطای معرفی شده مورد ارزیابی قرار گرفته است. میانگین این خطا در مدت 100 ثانیه با به کارگیری 20 نرون، کمتر از 2.5 درصد برای چهار حالت مدل شده (یک حالت طبیعی و سه حالت غیر طبیعی) به دست آمد.
    کلیدواژگان: سیگنال الکتروکاردیوگرام، مدل دینامیکی، شبکه عصبی، روش های غیرخطی، توابع پایه شعاعی
  • عباس عرفانیان امیدوار صفحه 81
    مدل جدیدی از عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک ارایه شده است. مدل های ارایه شده کنونی مبتنی بر ساختار مدل هیل هستند. در این ساختار، رفتار عضله به بخش های مستقل از یکدیگر تجزیه شده و فرض می شود که این بخش ها ارتباطی با یکدیگر ندارند، در صورت که این تجزیه و عدم وابستگی بخش ها به یکدیگر، واقعیت فیزیکی ندارد. به منظور رفع محدودیت های مدل های ساختار هیل، در این تحقیق از شبکه های عصبی دینامیک به عنوان ابزاری جهت مدل سازی عضله در شرایط غیر ایزومتریک استفاده شده است. برای این منظور، دو نوع شبکه عصبی به کار گرفته شد: شبکه پرسپترون با الگوریتم یادگیری پس انتشار خطا و شبکه عصبی مبتنی بر توابع پایه شعاعی الگوریتم یادگیری گرادیان تصادفی. نتایج این تحقیق نشان می دهد مدل های عصبی قادر به پیش بینی دقیق تری از میزان نیرو انقباض عضلانی در شرایط غیر ایزومتریک نسبت به مدل های پایه هیل هستند. از آنجایی که عضله دارای رفتار متغیر با زمان است دو ساختار متفاوت، شبکه عصبی متغیر با زمان و نامتغیر با زمان برای مدل سازی عضله در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد مدل های عصبی متغیر با زمان، با دقت 99.5% و مدل های نامتغیر با زمان، با دقت 95% قادر به پیش بینی نیروی انقباض عضله تحریک شده در شرایط غیر ایزومتریک هستند. علاوه بر این، نتایج این تحقیق نشان می دهد دقت پیش بینی شبکه عصبی به ساختار شبکه بستگی دارد. با وجود ساده بودن ساختار شبکه عصبی مبتنی بر توابع شعاعی نسبت به ساختار شبکه عصبی پس انتشار خطا، دقت پیش بینی با شبکه عصبی مبتنی بر توابع شعاعی با 1000 دوره یادگیری بیشتر از شبکه عصبی پس انتشار خطا با 5000 دوره یادگیری است.
    کلیدواژگان: عضله، مدلسازی، شبکه های عصبی، تحریک الکتریکی کارکردی، سیستم های عصبی، عضلانی
  • صفحه 95
|
  • Khalil Farhangdoust, Ali Banihashem, Ali Ghaneei Page 1
    Using ceramic coatings has increased in popularity due to their compatibility with bone, absence of the fibrous layer at the coating-implant interface, and the stronger coating-bone bonding. Among these coatings, hydroxyapatite (HA) and fluoroapatite (FA) are more popular. For the first time in this paper, modeling and stress analysis have been carried out for 24 implants in an axisymetric form using the finite element technique. Twelve of these samples belong to IMZ and the rest are from Dyna system. All implants had HA and FA coatings with thicknesses between 10 to 100 microns. The stress analysis results show that the stress concentration at the implant-coating and bone-coating bonding surfaces decreases with the increase of coating thickness. In addition, stress concentrations for implants with FA coatings are always more than those with HA coatings. In all implants, stress concentration has been observed around the bone crest.
    Keywords: Implant, Hydroxyapatite, Fluoroapatite, Bonding surface, Finite element
  • Mehrak Mahmoudi, Mohammad Jafar Abd Khodaei, Saeide Khatibirad Page 9
    A mathematical model is presented for simulation of neurotransmitter release in the synaptic cleft of a neuromuscular junction. Chaudhuri's model is improved by adding calcium diffusion effect on the neurotransmitter release. When an action potential occurs, the calcium channels on presynaptic membrane will open and allow calcium ions to enter in presynaptic terminal. Then, these ions diffuse between calcium channels and release sites, where clearance mechanisms remove some of them. The model is defined by some partial differential equations which are solved by numerical methods. Solving these equations, the temporal changes of calcium concentration in the release sites and the amount of neurotransmitter release at each time are obtained. Finally, the effect of two consecutive action potential pulses on the above mechanisms is studied.
    Keywords: Synapse, Neuromuscular junction, Neurotransmitter, Synaptic vesicle, Simulation, Modeling
  • Ladan Amini, Hamid Soltanian Zadeh, Caro Lucas, Masoume Giti Page 17
    Based on a discrete dynamic contour model, a method for segmentation of brain structures like thalamus and red nucleus from magnetic resonance images (MRI) is developed. A new method for solving common problems in extracting the discontinuous boundary of a structure from a low contrast image is presented. External and internal forces deform the dynamic contour model. Internal forces are obtained from local geometry of the contour, which consist of vertices and edges, connecting adjacent vertices. The image data and desired image features such as image energy are utilized to obtain external forces. The problem of low contrast image data and unclear edges in the image energy is overcome by the proposed algorithm that uses several methods like thresholding, unsupervised clustering methods such as fuzzy C-means (FCM), edge-finding filters like Prewitt, and morphological operations. We also present a method for generating an initial contour for the model from the image data automatically. Evaluation and validation of the methods are conducted by comparing radiologist and automatic segmentation results. The average of the similarity between segmentation results is 0.8 for the left and right thalami indicating excellent performance of the new method. Additional noise and intensity inhomogeneity changed the evaluation results slightly illustrating the robustness of the proposed method to the image noise and intensity inhomogeneity.
    Keywords: Dynamic contours, Clustering, Segmentation, Image processing, Thalamus, Red nucleus, Magnetic Resonance Imaging (MRI)
  • Nima Hemati, Mohammad Javad Abolhassani Page 35
    Nowadays, various methods have been suggested to measure and monitor blood velocity variation in arteries and veins. Ultrasonic velocimetry is one of these methods, which is based on Doppler shift frequency measurement and the blood flow velocity calculation using Doppler shift signal. Using velocity-time curves or frequency spectrum which is system outputs, the abnormal cases and the stenosis degree can be determined. In this study, the design and prototyping of a pulsed Doppler system are investigated. The design consists of analog and digital circuits. The analog section includes Master oscillator, stimulus generator, transmitter, receiver, RF amplifier, demodulator and signal sampling circuits. Analog Doppler signal is then converted to digital codes and transferred to PC via an analog to digital converter card. The controlling of analog circuits is also implemented by the digital control unit. After data being transferred to the PC, data analysis such as fast fourier transform (FFT), monitoring of blood velocity variation with time and computation of two dimensional spectrogram are implemented by a software which was written in the Visual C++6 environment. In order to test the system, a string Doppler phantom with full electronic control was built. This phantom also can be used to test and control the quality of the other clinical ultrasonic Doppler systems.
    Keywords: ultrasound, Doppler, Blood velocimetry, Discrete fourier transform, 2 Dimensional spectrogram
  • Seyed Mahmoud Sakhaei, Ali Mahloojifar Page 47
    The beam pattern profile of an ultrasound array is of great importance in ultrasound imaging. This profile could be enhanced by weighting the elements of array. However, this technique will decreases the signal to noise ratio (S/N) and consequently the quality of the obtained image. In this study, the S/N variation in weighting process is mathematically analyzed, and a new method is proposed to optimize the weighting parameters. The main objective of the method is to provide the desired output of the beam pattern profile of the ultrasound array, as well as the highest possible S/N. The results show that S/N decreases with increasing the main lobe width of beam pattern. The decrease of S/N by weighting in full arrays is higher than in the sparse ones. Also, reducing the focusing depth has the same effect on S/N.
    Keywords: ultrasound, Phased Array, Beam pattern, Apodization, Mathematical optimization
  • Amir Homayoun Jafari, Seyed Mohammad Reza Hashemi Golpayegani, Farzad Towhidkhah, Ali Fallah Page 57
    A hierarchical structure model with three levels is presented for modeling motor control in skill movements. At each level, based on accuracy and quality of control, a specific controller is activated. At first level, control concepts are qualitative. The duty of the first level is to provide stability of system, based on the received qualitative information from second level such as the decrement or increment of error. A self-organized controller at first level is used to generate qualitative control commands, and it plays an encouragement-punishment role to keep the stability of system by sending discrete commands to the second level. This controller only contributes at control action when the controller of second level can not preserve stability individually. At second level, control concepts are quantitative. The duty of the second level is adaptation and control of system accurately. The received information at this level generally comes from sensory and visual feedbacks, and it includes more accurate concepts of control action - like the amount of movement error. A model based on the predictive controller at second level generates quantitative control commands and indeed, determines trajectory of movement accurately. A fuzzy switch combines the control commands of first and second levels, based on the sliding mode strategy, to provide a robust control. At third level, this command is interpreted and then is applied to the involved muscles in movement. The received information at this level is generally the contribution of muscles in performing movement and the effects of environment on the movement, which comes from sensory feedbacks. The presented model with this hierarchical structure has a proper ability to control and keep the stability of system. The simulation results confirm this subject.
    Keywords: Hierarchical structure, Self-organized control, sliding mode control, Model predictive control, Skill movements
  • Nader Jafarnia Dabanloo, Ahmad Ayatollahi, Vahid Jouhari Majd, Desmond Mclernon Page 71
    The generation of electrocardiogram (ECG) signals by using a mathematical model has recently been investigated. One of the applications of a dynamical model which can artificially produces an ECG signal is the easy assessment of diagnostic ECG signal processing devices. In addition, the model may be also used in compression and telemedicine applications. It is also required that the model has capability to produce both normal and abnormal ECG signals. In this study, it is introduced a new method using radial basis function neural networks in a dynamical model based on McSharry model, to produce artificially the ECG signals. This new method has the advantage of capability to simulate a wider class of physiological signals (both normal and abnormal), compared to McSharry model. The simulation results are presented for normal ECG and three abnormal ones. The accuracy of the model has evaluated by using the error functions. The average of this error for a period of 100 seconds using 20 neurons is less than 2.5 percent for the four modeled cases (one normal and three abnormal).
    Keywords: Electrocardiogram signals, dynamical model, Neural network, nonlinear methods, radial basis functions
  • Abbas Erfanian Omidvar Page 81
    This paper is concerned with developing a force-generating model of electrically stimulated muscle under non-isometric condition. Hill-based muscle models have been the most popular structure. This type of muscle model was constructed as a combination of different independent blocks (i.e., activation dynamics, force-length and force-velocity relations, and series elastic element). The model assumes that the force-length and the force-velocity relations are uncoupled from the activation dynamics. However, some studies suggest that the shapes of the active force-length and the active force-velocity curves change with the level of the activation. Moreover, the "active state" block of the Hill-type model has no physical interpretation. To overcome the limitation of the Hill-type model, we used the multilayer perceptron (MLP) with back-propagation learning algorithm and Radial Basis Function (RBF) network with stochastic gradient learning rule for muscle modeling, where the stimulation signal, muscle length, velocity of length perturbation, and past measured or predicted force constitute the input of the neural model, and the predicted force is the output. Two modes of network operation are of interest: a time-varying network which allows updating the parameters of network to continue after convergence, and a time-invariant neural network with parameters fixed after convergence. The results show that time-varying and time-invariant neural networks would be able to track the muscle force with accuracy up to 99.5% and 95%, respectively. In addition, the results show that the accuracy of muscle force prediction depends on the structure of neural network. The prediction accuracy of RBF network after 1000 training epochs is higher than that of MLP network after 5000 training epochs.
    Keywords: Neural network, Functional electrical stimulation, Muscle modeling, Neuromuscular systems