專(zhuān)利名稱(chēng)：基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)，特別涉及一種基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。
技術(shù)背景 肌音信號(hào)MMG是肌肉收縮產(chǎn)生肌力的過(guò)程中肌纖維由于分布不均勻等因素發(fā)生側(cè)向振動(dòng)而表現(xiàn)為宏觀上的發(fā)出機(jī)械波的一種力學(xué)現(xiàn)象。其主要特點(diǎn)有信號(hào)幅值大；平穩(wěn)性好；抗干擾能力強(qiáng)等。MMG信號(hào)本質(zhì)屬于機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的相比于傳統(tǒng)肌電信號(hào)；另外還受其他一些外在因素影響，例如肌肉疲勞、皮膚潮濕等，因此，一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，國(guó)內(nèi)外在肌音信號(hào)以及肌音信號(hào)的應(yīng)用方面的研究取得了一些進(jìn)展，Oster和Jaffe( 1980)發(fā)現(xiàn)肌音信號(hào)強(qiáng)度與肌肉緊張程度成正比。Orizio通過(guò)對(duì)比不同頻率的電激勵(lì)加到肌肉纖維運(yùn)動(dòng)單元所引起的肌音信號(hào)，以及分析時(shí)域和頻域信號(hào)的特性得出肌音信號(hào)的成因和頻率分布規(guī)律，而且證明了肌音信號(hào)反映著肌肉運(yùn)動(dòng)單元的恢復(fù)補(bǔ)充和激勵(lì)頻率。Barry (1986)提出肌音信號(hào)可以用于假肢控制，并作了初期研究嘗試。BertrandDiemontd等通過(guò)利用FFT和MESE對(duì)肌音信號(hào)進(jìn)行分析，證實(shí)了功率譜方法可以提取肌音信號(hào)中蘊(yùn)含的肌肉動(dòng)作信息。Travis W利用小波分析和小波變換方法對(duì)非平穩(wěn)肌音信號(hào)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了肌肉進(jìn)行不同動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的肌音信號(hào)存在差異。目前在國(guó)外，肌音信號(hào)已開(kāi)始應(yīng)用于肌肉功能檢測(cè)及肌肉控制的相關(guān)領(lǐng)域研究，如檢測(cè)肌肉疲勞度，肌肉纖維分布，肌肉疲勞度，以及人體假肢控制。因此實(shí)現(xiàn)基于肌音信號(hào)控制的、具有生物反饋與患者主動(dòng)參與功能的康復(fù)訓(xùn)練，為卒后功能康復(fù)訓(xùn)練治療探索了一條新途徑。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)復(fù)訓(xùn)中肌肉收縮產(chǎn)生肌力的過(guò)程中肌纖維分布不均勻，測(cè)試控制困難的問(wèn)題，提出了一種基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，精度和穩(wěn)定性高。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，MMG肌音信號(hào)傳感器固定在人體上肢肱二頭肌的表皮處，傳感器將肌音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)由前置放大電路將信號(hào)放大到伏特級(jí)別輸出，輸出信號(hào)通過(guò)有源低通有源濾波電路濾掉信號(hào)中含有的高頻部分后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，模擬肌音信號(hào)轉(zhuǎn)換成肌音數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)采集模塊采集肌音數(shù)字信號(hào)導(dǎo)入PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，PC機(jī)輸出控制信號(hào)到人體上肢模型，調(diào)整人體上肢模型動(dòng)作。所述MMG信號(hào)傳感器采用壓電材料原理的肌振傳感器；所述前置預(yù)處理電路選用LM324放大器；所述有源低通濾波電路選用巴特沃茲低通有源濾波器，截止頻率設(shè)定為IOOHz ;所述A/D轉(zhuǎn)化模塊以及數(shù)字信號(hào)采集模塊選用NI-PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，通過(guò)受試者的視覺(jué)實(shí)時(shí)反饋進(jìn)行虛擬環(huán)境中功能康復(fù)訓(xùn)練可以提高功能康復(fù)訓(xùn)練效果。此系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較高，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)以及擴(kuò)大適用者人群。

圖I為本實(shí)用新型基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括MMG信號(hào)壓電傳感器I、前置放大電路2、有源低通濾波電路3、A/D轉(zhuǎn)換模塊4、數(shù)字信號(hào)采集模塊
5、數(shù)字信號(hào)處理及特征提取模塊6、信號(hào)動(dòng)作模式識(shí)別模塊7和虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)反饋模塊8。MMG肌音信號(hào)傳感器I固定在人體上肢肱二頭肌的表皮處，肌肉收縮時(shí)，MMG肌音信號(hào)傳感器I將原為機(jī)械振動(dòng)的肌音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)由前置放大電路2將信號(hào)放大到伏特級(jí)別，通過(guò)巴特沃茲有源低通濾波電路3濾掉信號(hào)中含有的高頻部分，然后信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊4進(jìn)行模擬肌音信號(hào)轉(zhuǎn)換成肌音數(shù)字信號(hào)送數(shù)字信號(hào)采集模塊5，數(shù)字信號(hào)采集模塊5將肌音數(shù)字信號(hào)導(dǎo)入PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)中數(shù)字信號(hào)處理軟件6對(duì)肌音信號(hào)進(jìn)行特征提取，再通過(guò)信號(hào)動(dòng)作模式識(shí)別模塊7對(duì)所提取的肌音信號(hào)特征進(jìn)行動(dòng)作模式分類(lèi)，最后輸出控制信號(hào)控制虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)反饋模塊8進(jìn)行虛擬環(huán)境中3D上肢的動(dòng)作反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能康復(fù)訓(xùn)練的目的。MMG信號(hào)傳感器I采用壓電材料原理的肌振傳感器；前置放大電路2選用LM324放大器；有源低通濾波電路3選用巴特沃茲有源低通濾波器，截止頻率設(shè)定為100Hz ;A/D轉(zhuǎn)化模塊4以及數(shù)字信號(hào)采集模塊5選用NI-PCI6221數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)字信號(hào)處理及特征提取模塊6和信號(hào)動(dòng)作模式識(shí)別模塊7是基于PC機(jī)上的Matlab軟件工作環(huán)境；虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)反饋模塊8選用多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件Adams。系統(tǒng)的特征提取方法分別從MMG信號(hào)提取時(shí)域，頻域和時(shí)頻域的數(shù)字特征如下I)MMG肌音信號(hào)時(shí)域特征均方根(root mean square,RMS)計(jì)算采用的方法對(duì)上肢肱二頭肌肌肉收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)采集到的數(shù)字MMG信號(hào)，以1024個(gè)采樣點(diǎn)為一組，進(jìn)行分組，取
加權(quán)平均，如果用七表示第組采樣點(diǎn)的MMG信號(hào)時(shí)域序列， 表示求均值后的第組采
樣點(diǎn)的均方根值
權(quán)利要求1.一種基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，MMG肌音信號(hào)傳感器固定在人體上肢肱二頭肌的表皮處，傳感器將肌音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)由前置放大電路將信號(hào)放大到伏特級(jí)別輸出，輸出信號(hào)通過(guò)有源低通有源濾波電路濾掉信號(hào)中含有的高頻部分后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，模擬肌音信號(hào)轉(zhuǎn)換成肌音數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)采集模塊采集肌音數(shù)字信號(hào)導(dǎo)入PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，PC機(jī)輸出控制信號(hào)到人體上肢模型，調(diào)整人體上肢模型動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述MMG信號(hào)傳感器采用壓電材料原理的肌振傳感器；所述前置預(yù)處理電路選用LM324放大器；所述有源低通濾波電路選用巴特沃茲低通有源濾波器，截止頻率設(shè)定為IOOHz ;所述A/D轉(zhuǎn)化模塊以及數(shù)字信號(hào)采集模塊選用NI-PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于肌音信號(hào)的人體上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，MMG肌音信號(hào)傳感器固定在人體上肢肱二頭肌的表皮處，傳感器將肌音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)由前置放大電路將信號(hào)放大到伏特級(jí)別輸出，輸出信號(hào)通過(guò)有源低通有源濾波電路濾掉信號(hào)中含有的高頻部分后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，模擬肌音信號(hào)轉(zhuǎn)換成肌音數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)采集模塊采集肌音數(shù)字信號(hào)導(dǎo)入PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，PC機(jī)輸出控制信號(hào)到人體上肢模型，調(diào)整人體上肢模型動(dòng)作。受試者可以根據(jù)虛擬環(huán)境中的視覺(jué)反饋實(shí)時(shí)對(duì)人體上肢模型進(jìn)行不同MVC%動(dòng)作模式的控制，最終實(shí)現(xiàn)了功能康復(fù)訓(xùn)練的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)以及擴(kuò)大適用者人群。
文檔編號(hào)A61H1/00GK202776906SQ201220071899
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者官龍, 喻洪流, 趙勝楠, 朱滬生, 易金花 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)