本文關(guān)鍵詞：異肢肌電信號(hào)控制肢體運(yùn)動(dòng)功能重建的算法與硬件實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)現(xiàn)有各類殘疾人總數(shù)8000多萬(wàn)人,其中肢體殘疾者超過(guò)2400萬(wàn)人,而這些肢殘病人中相當(dāng)一部分是因脊髓損傷和腦卒中導(dǎo)致的。二者的病因不同,脊髓損傷的病因是由于大腦到肢體的神經(jīng)信號(hào)通路損傷,感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)信號(hào)無(wú)法正常傳導(dǎo),導(dǎo)致?lián)p傷面以下身體癱瘓,即截癱；而腦卒中是大腦神經(jīng)組織受到損傷,不能產(chǎn)生控制運(yùn)動(dòng)的信號(hào),導(dǎo)致受損傷的大腦控制的對(duì)側(cè)身體癱瘓,即偏癱。所以,研究截癱和偏癱的治療方法具有重大的科學(xué)意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。本課題組前期提出并研究了植入式微電子神經(jīng)橋。取得了一系列的進(jìn)展。但是植入式的神經(jīng)電極存在需要手術(shù)植入和植入后易感染等問(wèn)題。因此,課題組提出了將一種重要運(yùn)動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的體表肌電作為癱瘓肢體體表FES刺激源信號(hào)的創(chuàng)新思想,申請(qǐng)了微電子肌電橋的發(fā)明專利。本論文主要是完成基于微電子肌電橋的人體肢體功能重建系統(tǒng)的肌電識(shí)別模式的研究,最終實(shí)現(xiàn)控制端健康人實(shí)時(shí)帶動(dòng)受控端健康人完成抓握、腕伸、腕屈、指伸四類動(dòng)作。首先,通過(guò)比較時(shí)域特征、自回歸模型系數(shù)和樣本熵特征的識(shí)別成功率和計(jì)算速率,確定選取時(shí)域特征作為識(shí)別的特征參數(shù),并介紹線性判別分析的分類算法,實(shí)現(xiàn)抓握、腕伸、腕屈、指伸四類動(dòng)作的識(shí)別,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)不同發(fā)力方式對(duì)識(shí)別成功率的影響。其次,通過(guò)對(duì)肌電信號(hào)峰值識(shí)別生成刺激脈沖。在此,分別使用閩值不應(yīng)期判斷方法和斜率變號(hào)方法。最終結(jié)果用光柵圖表示,每個(gè)光柵代表一個(gè)峰電位,并根據(jù)光柵圖生成需要的刺激負(fù)脈沖。最后,對(duì)這兩種方法進(jìn)行總結(jié)和對(duì)比。然后,進(jìn)行異肢肌電信號(hào)控制算法在微電子肌電橋中的嵌入式實(shí)現(xiàn)研究,將肌電識(shí)別算法和肌電實(shí)時(shí)編碼算法分別植入STM32F407和STM32F103的系統(tǒng)中。最后,進(jìn)行八通道微電子肌電橋系統(tǒng)肌電識(shí)別模式的聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn),以及在肢體運(yùn)動(dòng)功能重建實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)健康人帶動(dòng)另一健康人實(shí)時(shí)完成抓握、腕伸、腕屈、指伸四類動(dòng)作。
【關(guān)鍵詞】：微電子神經(jīng)肌電橋 功能性電刺激 模式識(shí)別 時(shí)域特征 峰值識(shí)別 嵌入式實(shí)現(xiàn) 肢體運(yùn)動(dòng)功能重建
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.4;R49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-35
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 脊髓損傷9-10
• 1.1.2 腦卒中10-11
• 1.1.3 癱瘓肢體功能重建方法的介紹11-13
• 1.2 肢體運(yùn)動(dòng)生理學(xué)基礎(chǔ)13-16
• 1.2.1 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象13-15
• 1.2.2 肌電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理15-16
• 1.3 功能性電刺激(FES)16-22
• 1.3.1 功能性電刺激簡(jiǎn)介16-19
• 1.3.2 功能性電刺激參數(shù)的選擇19-22
• 1.4 國(guó)內(nèi)外FES研發(fā)現(xiàn)狀22-28
• 1.4.1 國(guó)外FES研發(fā)現(xiàn)狀22-27
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)FES研發(fā)現(xiàn)狀27-28
• 1.4.3 現(xiàn)有FES系統(tǒng)的不足28
• 1.5 本課題前期工作基礎(chǔ)介紹28-32
• 1.5.1 微電子神經(jīng)肌電橋理論28-31
• 1.5.2 本研究組前期相關(guān)課題進(jìn)展31-32
• 1.6 本論文研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)32-35
• 第2章 八通道微電子神經(jīng)肌電橋軟硬件平臺(tái)介紹35-43
• 2.1 前言35-37
• 2.2 八通道微電子神經(jīng)肌電橋的軟硬件平臺(tái)介紹37-41
• 2.2.1 肌電探測(cè)模塊37
• 2.2.2 探測(cè)手套模塊37-38
• 2.2.3 八通道刺激器模塊38-39
• 2.2.4 主控模塊39-40
• 2.2.5 其他40-41
• 2.3 本章小結(jié)41-43
• 第3章 基于異肢肌電信號(hào)控制的肢體功能重建算法研究43-63
• 3.1 前言43-44
• 3.2 肌電信號(hào)特征提取44-52
• 3.2.1 信號(hào)加窗處理44-45
• 3.2.2 肌電信號(hào)的特征提取45-52
• 3.3 探測(cè)與激勵(lì)通道映射算法的研究52-56
• 3.3.1 基于模式識(shí)別的分類算法的研究52-53
• 3.3.2 線性判別分析算法的理論53-55
• 3.3.3 線性判別分析的識(shí)別效果55-56
• 3.4 訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)不同發(fā)力方式對(duì)動(dòng)作識(shí)別成功率的影響56-58
• 3.5 肌電信號(hào)實(shí)時(shí)編碼算法的研究58-61
• 3.5.1 斜率變號(hào)判斷檢測(cè)峰電位方法58-60
• 3.5.2 閾值加不應(yīng)期判斷檢測(cè)峰電位方法60-61
• 3.6 本章小結(jié)61-63
• 第4章 異肢肌電信號(hào)控制算法在微電子神經(jīng)肌電橋中的嵌入式實(shí)現(xiàn)63-97
• 4.1 前言63-68
• 4.1.1 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹63
• 4.1.2 STM32F4標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)應(yīng)用63-67
• 4.1.3 調(diào)試平臺(tái)DevKit407開(kāi)發(fā)板介紹67-68
• 4.2 運(yùn)用MATLAB對(duì)探測(cè)與激勵(lì)通道映射算法的仿真68-70
• 4.3 運(yùn)用MATLAB對(duì)實(shí)時(shí)編碼算法的仿真70-80
• 4.3.1 肌電信號(hào)的峰電位檢測(cè)及刺激波形的生成70-80
• 4.3.2 兩種檢測(cè)峰電位方法的總結(jié)和比較80
• 4.4 異肢肌電信號(hào)控制算法在微電子神經(jīng)肌電橋中的嵌入式實(shí)現(xiàn)80-94
• 4.4.1 各模塊軟件設(shè)計(jì)80-94
• 4.4.2 控制算法在系統(tǒng)中的嵌入式實(shí)現(xiàn)94
• 4.5 本章小結(jié)94-97
• 第5章 系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試與肢體功能重建實(shí)驗(yàn)97-111
• 5.1 前言97
• 5.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試97-101
• 5.2.1 四路信號(hào)A/D測(cè)試97-99
• 5.2.2 系統(tǒng)對(duì)四種動(dòng)作模式識(shí)別的測(cè)試99-100
• 5.2.3 肌電信號(hào)編碼測(cè)試100-101
• 5.3 系統(tǒng)在肢體功能重建實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證101-110
• 5.3.1 儀器的連接和平臺(tái)的搭建101-102
• 5.3.2 EMG電極的配置和肌電信號(hào)的采集102-109
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析109-110
• 5.4 本章小結(jié)110-111
• 第6章 總結(jié)與展望111-113
• 6.1 總結(jié)111-112
• 6.2 展望112-113
• 參考文獻(xiàn)113-120
• 碩士階段發(fā)表論文120-121
• 致謝121

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本文編號(hào)：403125