本文關(guān)鍵詞： 腦癱患兒 表面肌電信號(hào) 慣性傳感器 肌肉協(xié)同 運(yùn)動(dòng)障礙 運(yùn)動(dòng)評(píng)估　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：腦癱患兒由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central NervousSystem,CNS)受損,導(dǎo)致神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能異常,主要臨床表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能障礙與姿勢(shì)異常�；純嚎祻�(fù)治療過(guò)程中運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估具有重要作用,一方面評(píng)估結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)地反映患兒運(yùn)動(dòng)功能障礙程度,另一方面還可以輔助臨床診斷并指導(dǎo)個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練方案的制定。目前,臨床上主要采用運(yùn)動(dòng)功能量表對(duì)患兒運(yùn)動(dòng)功能以及康復(fù)訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估,由于缺少量化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),評(píng)估結(jié)果過(guò)于依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)與主觀感覺(jué)。近年來(lái),隨著運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)日漸改進(jìn),可穿戴傳感器被廣泛應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)分析與評(píng)估領(lǐng)域,為腦癱患兒運(yùn)動(dòng)障礙的客觀診斷以及量化評(píng)估提供了可能。腦癱患兒運(yùn)功功能異常的根源是神經(jīng)系統(tǒng)損傷導(dǎo)致肌肉活動(dòng)異常。表面肌電傳感器(Surface electromyography,sEMG)可獲取反映肌肉的活動(dòng)狀態(tài)和強(qiáng)度的表面肌電信號(hào),同時(shí),慣性傳感器可捕獲腦癱患兒運(yùn)動(dòng)過(guò)程的空間姿態(tài)和軌跡信息。本論文一方面采用基于表面肌電的肌肉協(xié)同分析技術(shù)探索腦癱患兒上肢以及步態(tài)運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)肌肉控制機(jī)制,解釋患兒運(yùn)動(dòng)異常的原因,并從神經(jīng)肌肉控制的角度提出了上肢、步態(tài)運(yùn)動(dòng)功能障礙的量化評(píng)估方法。另一方面,將基于sEMG信號(hào)和慣性傳感器信號(hào)的人體行為動(dòng)作識(shí)別技術(shù)推廣到腦癱患兒下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能量化評(píng)估領(lǐng)域,提出了下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能障礙量化評(píng)估算法框架。本文開(kāi)展的主要工作及取得的研究成果可概括如下:(1)腦癱患兒上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙評(píng)估研究。此研究旨在探索基于多任務(wù)神經(jīng)肌肉控制差異的上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙量化評(píng)估方法。主要研究工作包括及成果如下:1)以肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)活動(dòng)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了三個(gè)能反映兩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的上肢任務(wù);2)開(kāi)展了包括健康成人、健康兒童、腦癱患兒在內(nèi)的上肢任務(wù)sEMG數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)以及三個(gè)上肢任務(wù)的肌肉協(xié)同提取和分析;3)提出了衡量多任務(wù)下協(xié)同結(jié)構(gòu)、激活系數(shù)的相似性參數(shù),結(jié)合腦癱患兒病理信息發(fā)現(xiàn)基于協(xié)同結(jié)構(gòu)相似性參數(shù)可以有效地反映上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙程度;4)以多任務(wù)間協(xié)同結(jié)構(gòu)差異為基礎(chǔ),首次提出了一種腦癱患兒上肢運(yùn)動(dòng)能障礙程度的量化指標(biāo)。通過(guò)對(duì)14名腦癱患兒的評(píng)估,發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)不僅可以有效地評(píng)估上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙程度,還可以彌補(bǔ)量表對(duì)肌張力以及震顫引起運(yùn)動(dòng)功能異常評(píng)估的不足。(2)腦癱患兒步態(tài)運(yùn)動(dòng)功能障礙評(píng)估研究。此研究從中樞神經(jīng)控制角度探索腦癱患兒步態(tài)運(yùn)動(dòng)異常神經(jīng)控制策略,從腦癱患兒與健康兒童的肌肉協(xié)同激活差異及協(xié)同結(jié)構(gòu)差異出發(fā),提出了一種新穎的伴有康復(fù)指導(dǎo)的量化評(píng)估方案。主要研究工作及成果包括:1)對(duì)三組人群合計(jì)36名受試者開(kāi)展肌肉協(xié)同分析,發(fā)現(xiàn)健康受試者的肌肉協(xié)同間相似程度高,而腦癱患兒的肌肉協(xié)同差異大,表明腦癱患兒神經(jīng)肌肉控制策略與健康受試者不同;2)為探索步態(tài)功能與肌肉協(xié)同間的關(guān)系,本文提出了協(xié)同結(jié)構(gòu)功能性映射概念,完成了健康兒童、腦癱患兒協(xié)同結(jié)構(gòu)與步態(tài)運(yùn)動(dòng)功能間的映射;3)進(jìn)一步地,從步態(tài)運(yùn)動(dòng)功能完整性出發(fā),探索腦癱患兒下行神經(jīng)控制信號(hào)、肌肉組合異常與步態(tài)異常程度的關(guān)系;4)一方面提出了用于評(píng)估由于下行神經(jīng)控制信號(hào)異常導(dǎo)致的患兒運(yùn)動(dòng)功能異常的量化評(píng)估指標(biāo),另一方面提出了基于協(xié)同數(shù)目以及協(xié)同結(jié)構(gòu)差異的量化評(píng)估指標(biāo)。結(jié)合上述兩種量化指標(biāo),可以全面實(shí)現(xiàn)步態(tài)運(yùn)動(dòng)功能的量化評(píng)估。(3)基于多傳感器的腦癱患兒下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能量化評(píng)估研究。此研究以粗大運(yùn)動(dòng)功能量表走、跑、跳24項(xiàng)為參照,借助表面肌電和慣性傳感器在運(yùn)動(dòng)捕獲和姿勢(shì)檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì),提出了一種融合慣性傳感器與表面肌電傳感器的腦癱患兒粗大運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估方案。主要研究工作及成果包括:1)針對(duì)下肢粗大運(yùn)動(dòng)涉及的運(yùn)動(dòng)行為量化評(píng)估需求,確定了傳感器安放位置,搭建了下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能量化評(píng)估測(cè)試平臺(tái);2)提出了一套量化評(píng)估下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能障礙的算法框架,包括:利用活動(dòng)段內(nèi)合加速度的閾值判斷是否產(chǎn)生運(yùn)動(dòng);利用豎直方向加速度對(duì)走、跑、跳、上下階梯等周期運(yùn)動(dòng)的敏感性實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)周期檢測(cè)以及周期分割;根據(jù)前向加速度在交替與非交替步態(tài)上下階梯的差異提出基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整距離的交替步態(tài)檢測(cè);結(jié)合加速計(jì)與陀螺儀信號(hào)實(shí)現(xiàn)了基于四元素的轉(zhuǎn)身檢測(cè);融合sEMG和慣性傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)了基于雙流隱馬爾可夫模型的動(dòng)態(tài)模式轉(zhuǎn)變檢測(cè);3)對(duì)腦癱患兒下肢粗大運(yùn)動(dòng)功能的量化評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的評(píng)估方案的有效性。本研究工作促進(jìn)了基于肌肉協(xié)同分析方法在神經(jīng)系統(tǒng)損傷病人的運(yùn)動(dòng)評(píng)估中的應(yīng)用。同時(shí),融合sEMG與慣性傳感器信息的腦癱患兒下肢功能量化評(píng)估研究也開(kāi)啟了腦癱運(yùn)動(dòng)功能量化評(píng)估的新思路。
[Abstract]:This paper presents a quantitative evaluation method for motor dysfunction in children with cerebral palsy . ( 2 ) In order to explore the relationship between gait function and muscle synergy , a novel quantitative evaluation scheme with rehabilitation guidance was proposed . ( 3 ) The quantitative evaluation of the motion function of the lower limbs of children with cerebral palsy based on multi - sensor is studied .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;R742.3

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本文編號(hào)：1471282