本文關(guān)鍵詞： 病理性震顫 功能性電刺激 線性傅立葉擬合算法 肌肉骨骼模型 中樞神經(jīng)振蕩器 可編程電刺激器　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：人體病理性震顫作為一種運(yùn)動性障礙神經(jīng)疾病,表現(xiàn)出不自主的節(jié)律性抖動,嚴(yán)重影響患者的日常生活和社會交往。目前,醫(yī)學(xué)尚無法確定震顫的產(chǎn)生機(jī)理,但研究表明患者仍有完整的神經(jīng)傳導(dǎo)通路和正常肌肉收縮能力。功能性電刺激作為一種新興的康復(fù)技術(shù)因具有集成度高、外形美觀、易于患者接受的特點(diǎn),而被廣泛地應(yīng)用于腦卒中、關(guān)節(jié)肌肉疾病和傷殘或老年康復(fù)等領(lǐng)域。功能性電刺激將低頻電脈沖替代患者所缺失的正常神經(jīng)指令,激勵由于疾病或損傷而喪失功能的肢體,誘發(fā)肌肉收縮產(chǎn)生即時效應(yīng),實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動功能的重建。因此,通過研究基于功能性電刺激抑制病理性震顫以實(shí)現(xiàn)根據(jù)震顫信號輸出適應(yīng)強(qiáng)度的脈沖,觸發(fā)肌肉收縮抑制震顫,而不影響患者的主觀意向運(yùn)動。通過分析人體生理特性和電刺激系統(tǒng)輸出特性,明確了電刺激觸發(fā)肌肉收縮實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動的工作機(jī)理。綜合對上肢生物機(jī)械特性的研究,將上肢近似為以肌肉力矩為輸入和肢體運(yùn)動為輸出的二階系統(tǒng),進(jìn)而建立了人體與功能性電刺激系統(tǒng)交互作用的系統(tǒng)。分析了電刺激對交互系統(tǒng)阻抗特性的影響以及系統(tǒng)對外界激勵響應(yīng)與阻抗系數(shù)間的關(guān)系,驗(yàn)證了電刺激可調(diào)節(jié)肌肉收縮強(qiáng)度和肘關(guān)節(jié)的阻抗以實(shí)現(xiàn)抑震而不影響意向運(yùn)動。實(shí)際測取的患者運(yùn)動信號包含震顫和意向運(yùn)動信號,且常被用于反饋調(diào)節(jié)抑震元件的抑震輸出力,因此震顫和意向運(yùn)動信號的分離是有效抑制震顫而不影響意向運(yùn)動的關(guān)鍵�；趯ΤＲ婎愋驼痤澋奶卣骷皵�(shù)據(jù)的分析,特定個體的震顫運(yùn)動可近似為類正弦信號,且頻率分布區(qū)間穩(wěn)定而幅值變化較大。根據(jù)對線性傅里葉擬合算法原理的分析,設(shè)計了可在常見類型震顫的頻帶內(nèi)隨信號主頻自適應(yīng)滑動限窗線性傅里葉擬合算法,實(shí)現(xiàn)了不同患者震顫和意向運(yùn)動信號的分離,避免了對患者震顫信號的頻帶進(jìn)行預(yù)分析的操作。同時結(jié)合滑動傅里葉變換模塊、插值算法和頻帶阻尼模塊設(shè)計了自適應(yīng)滑動傅里葉變換算法用于實(shí)時估測震顫信號的主頻,以便為電刺激控制系統(tǒng)提供震顫的有效特征參數(shù)�；诟倪M(jìn)Hill-type模型對肘關(guān)節(jié)工程建模,分析了模型參數(shù)的靈敏度,選用模型參數(shù)優(yōu)化算法建立了面向個體特征的肌肉骨骼模型�；诩‰娦盘栒{(diào)制出刺激脈沖并作用于優(yōu)化的肌肉骨骼模型,驗(yàn)證了電脈沖可替代神經(jīng)信號觸發(fā)肢體產(chǎn)生近似反相位的運(yùn)動。分析肘關(guān)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及肌梭位置反饋、高爾基腱器官力反饋的工作機(jī)理,建立肘關(guān)節(jié)的神經(jīng)肌肉骨骼仿真模型,以檢驗(yàn)控制方法優(yōu)化電刺激活化度抑制震顫的效果。定性分析了Matsuoka振蕩器參數(shù)與輸出幅值和頻率間的關(guān)系,并對振蕩器的非線性閾值函數(shù)近似線性化處理,建立了振蕩器在自由和受迫激勵狀態(tài)下參數(shù)與輸出幅值和頻率間的顯性關(guān)系式。提出了以中樞神經(jīng)振蕩器為前饋控制器,以模糊邏輯控制的幅值調(diào)節(jié)和間隔估測的主頻調(diào)節(jié)為反饋的控制方法,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)抑震效果優(yōu)化模型幅值和時間參數(shù),以調(diào)節(jié)作用于人體的電刺激強(qiáng)度�；谧灾髟O(shè)計的可編程電刺激器搭建肘關(guān)節(jié)的抑震實(shí)驗(yàn)平臺,分析健康參與者身體對不同幅值,頻率刺激脈沖的響應(yīng),確定了可觸發(fā)肢體產(chǎn)生類似震顫的脈沖特性參數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究分析了肢體對不同的電極貼片位置和負(fù)載的響應(yīng),驗(yàn)證了貼片位置的合理性。通過對比分析健康人體在自然狀態(tài)和電刺激作用下日�；顒娱g的差異,獲取了震顫對人體運(yùn)動以及人體自主抑震對抑震效果的影響。基于模擬震顫信號和仿真肌骨模型調(diào)制的電脈沖,分析人體對調(diào)制電脈沖的響應(yīng)驗(yàn)證了控制方法的有效性。此外,設(shè)計了兩個電刺激器分別觸發(fā)和抑制震顫的實(shí)驗(yàn),避免了人體主觀因素對抑震效率的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證了抑震控制方法抑制靜止震顫和運(yùn)動性震顫的有效性。
[Abstract]:This paper analyzes the influence of electric stimulation on the impedance characteristics of the patients and the relationship between the response of electric stimulation and the impedance coefficient . The effectiveness of the control method is verified by analyzing the response of the human body to the modulated electric pulse . In addition , the effects of the subjective factors on the shock suppression efficiency are avoided , and the effectiveness of the anti - vibration control method on the static tremor and the motion tremor is further verified .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R742.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Hanning self-convolution window and its application to harmonic analysis[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2009年02期

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本文編號：1518776