專利名稱：基于相關(guān)系數(shù)的肌電假肢控制源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療康復(fù)器械，具體講，涉及基于相關(guān)系數(shù)的不同動(dòng)作下肌電假肢控制源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化新方法。
背景技術(shù)：
肢體殘疾已經(jīng)成為我國人口中的最重大殘障疾病，給家庭社會(huì)帶來沉重的負(fù)擔(dān)。如何幫助殘疾患者有效地提高自理能力，改善肢體殘疾者生活質(zhì)量是政府和社會(huì)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并成為醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域重要的研究課題。肌電假肢又稱肌電控制人造假肢(EMG controlled limb prosthetics),是一種利用殘肢的肌電信號(hào)來控制假肢的人機(jī)系統(tǒng)，控制原理的實(shí)質(zhì)為人體與假肢間的信息交換，可以幫助殘疾患者恢復(fù)部分運(yùn)動(dòng)功能，享受正常人的生活。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)體做某種動(dòng)作時(shí)，大腦通過神經(jīng)系統(tǒng)給相關(guān)肌肉發(fā)出一組生物電脈沖，并通過神經(jīng)電位來刺激肌肉的收縮,產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作,動(dòng)作力度越大,肌肉發(fā)放的相應(yīng)電信號(hào)也越大。一般肌電假肢由以下五個(gè)部分組成肌電提取裝置(表面電極)、 肌電濾波放大裝置、信號(hào)處理裝置、動(dòng)作執(zhí)行裝置和反饋裝置。通過對(duì)肌電信號(hào)的研究，采用表面肌電信號(hào)控制假肢，實(shí)現(xiàn)對(duì)殘疾者的殘臂再造是當(dāng)今生物工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。1948年，R. Rect發(fā)明了世界上第一例肌電假肢，給數(shù)以萬計(jì)的殘疾者帶來了自主生活的希望。從I960年開始，肌電假肢被越來越多的截肢患者所接受，又因?yàn)槠渚哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，無創(chuàng)性、實(shí)時(shí)性、多靶點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，已成為康復(fù)工程領(lǐng)域另一個(gè)重要的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肌電控制假肢的研究已有了長足的進(jìn)步，奧托博克假肢矯形器生產(chǎn)公司發(fā)明了可以控制多手指的肌電假肢，20世紀(jì)80年代至90年代期間，一種可以持續(xù)工作8小時(shí)的輕松便攜肌電假手受到了截肢患者的歡迎。然而，目前的假肢有靈活度低、控制不精準(zhǔn)、自由度差等諸多缺點(diǎn)，市場(chǎng)上還未見到技術(shù)成熟、控制精準(zhǔn)的肌電假腿的誕生。同時(shí)，市場(chǎng)上的肌電假肢往往需要許多塊肌電聯(lián)合控制，這樣不僅帶來了不必要的冗余信息，還嚴(yán)重影響了肌電假肢的便攜化和控制效率。進(jìn)行不同動(dòng)作下肌電假肢控制源的導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，尋找到最佳的導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化預(yù)測(cè)方案。以達(dá)到更加精準(zhǔn)快速預(yù)測(cè)下肢關(guān)節(jié)角度，控制肌電假肢的目的，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種基于相關(guān)系數(shù)的肌電假肢信號(hào)源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方法，包括下列步驟，提取人體在深蹲、站起、伸膝和行走過程中六路肌肉的肌電信號(hào)，六路肌肉的肌電信號(hào)是股直肌、股二頭肌、半腱肌、比目魚肌、脛骨前肌和腓腸肌；利用三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)記錄人體運(yùn)動(dòng)三維坐標(biāo)，進(jìn)而求得下肢膝關(guān)節(jié)角度信息；提取肌電的均方根值作為特征參數(shù)，計(jì)算其與下肢關(guān)節(jié)角度的相關(guān)系數(shù)；根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，依次去除不相關(guān)肌肉導(dǎo)聯(lián)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN建立下肢肌骨動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)關(guān)節(jié)角度，對(duì)比不同結(jié)果的誤差，得到不同動(dòng)作下最佳的導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方式。利用以下公式求解肌電的均方根值
權(quán)利要求
1.一種基于相關(guān)系數(shù)的肌電假肢信號(hào)源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方法，其特征是，包括下列步驟，提取人體在深蹲、站起、伸膝和行走過程中六路肌肉的肌電信號(hào)，六路肌肉的肌電信號(hào)是股直肌、股二頭肌、半腱肌、比目魚肌、脛骨前肌和腓腸??；利用三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)記錄人體運(yùn)動(dòng)三維坐標(biāo)，進(jìn)而求得下肢膝關(guān)節(jié)角度信息；提取肌電的均方根值作為特征參數(shù)，計(jì)算其與下肢關(guān)節(jié)角度的相關(guān)系數(shù)；根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，依次去除不相關(guān)肌肉導(dǎo)聯(lián)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN建立下肢肌骨動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)關(guān)節(jié)角度，對(duì)比不同結(jié)果的誤差，得到不同動(dòng)作下最佳的導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方式。
2.如權(quán)利要求I所述的基于相關(guān)系數(shù)的肌電假肢信號(hào)源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方法，其特征是，利用以下公式求解肌電的均方根值
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療康復(fù)器械。為達(dá)到更加精準(zhǔn)快速預(yù)測(cè)下肢關(guān)節(jié)角度，控制肌電假肢的目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種基于相關(guān)系數(shù)的肌電假肢信號(hào)源導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方法，包括下列步驟，提取人體在深蹲、站起、伸膝和行走過程中六路肌肉的肌電信號(hào)；利用三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)記錄人體運(yùn)動(dòng)三維坐標(biāo)，進(jìn)而求得下肢膝關(guān)節(jié)角度信息；提取肌電的均方根值作為特征參數(shù)，計(jì)算其與下肢關(guān)節(jié)角度的相關(guān)系數(shù)；根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，依次去除不相關(guān)肌肉導(dǎo)聯(lián)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN建立下肢肌骨動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)關(guān)節(jié)角度，對(duì)比不同結(jié)果的誤差，得到不同動(dòng)作下最佳的導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化方式。本發(fā)明主要應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)器械的設(shè)計(jì)制造。
文檔編號(hào)A61F2/72GK102764167SQ20121019258
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者萬柏坤, 劉秀云, 徐瑞, 明東, 綦宏志, 邱爽, 陳龍 申請(qǐng)人:天津大學(xué)