爬行運動是嬰幼兒與生俱來的能力,也是評估其成長發(fā)育的重要指標,爬行運動障礙可作為腦癱患兒臨床診斷的一個重要癥狀。對于爬行運動的研究,一方面可促進人們對肢體間協(xié)調(diào)模式及神經(jīng)肌肉控制機制的了解,另一方面可為神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病如腦癱患兒的臨床診斷及康復(fù)訓(xùn)練提供理論依據(jù)。盡管爬行運動研究取得了一定進展,大部分研究以健康成人和兒童為研究對象,分析方法比較單一且對腦癱患兒的爬行功能異常的認知不足,缺乏客觀、定量化的腦癱患兒爬行功能異常分析和評估手段。針對爬行運動研究存在的不足,本文旨在利用動力學(xué)傳感器和表面肌電檢測技術(shù),探索可有效描述爬行運動的運動學(xué)特征和表面肌電特征,從而實現(xiàn)腦癱患兒爬行功能狀況的量化評估。本文的主要工作和研究成果如下:(1)提出一種基于壓力、九軸慣性傳感器和表面肌電傳感器的爬行運動數(shù)據(jù)采集方案,對17名健康兒童和22名腦癱兒童開展了手膝爬行運動數(shù)據(jù)采集實驗;(2)根據(jù)腰部陀螺儀信號計算爬行旋轉(zhuǎn)角;提取加速度信號的功率、過零率、樣本熵、Lempel-Ziv復(fù)雜度、諧波比等特征描述爬行運動中肢體和軀干運動的強度、復(fù)雜性、穩(wěn)定性;提取肌電信號的功率、均方根、絕對值均值、共激活指數(shù)、過零率、樣本熵、Lempel-Ziv復(fù)雜度、平均功率頻率、中值頻率等特征描述肌肉激活水平、拮抗肌對共激活水平、肌電復(fù)雜性、肌肉疲勞性及肌肉活動預(yù)調(diào)節(jié)機制等;(3)以健康兒童為研究對象,分析提取的運動學(xué)和表面肌電特征對于爬行運動的描述能力。得到以下研究成果:①加速度信號功率可描述上肢運動強度,不能描述下肢運動強度;相比于過零率和Lempel-Ziv復(fù)雜度特征,樣本熵特征能更好的描述上、下肢運動的復(fù)雜性;諧波比不能一致描述四肢穩(wěn)定性;所提取的運動學(xué)特征在下肢加速度水平方向和垂直方向沒有一致性表現(xiàn);②表面肌電的均方根和絕對值均值特征均可很好描述肌肉的激活水平;共激活指數(shù)能夠描述拮抗肌對的共激活水平;相比于過零率和Lempel-Ziv復(fù)雜度,樣本熵能更好描述肌電信號復(fù)雜性;平均功率頻率和中值頻率均可表征爬行運動中肌肉的疲勞性情況;上肢肱二頭肌、肱三頭肌和軀干背闊肌肌電信號的均方根和絕對值均值的變化對肌肉活動預(yù)調(diào)節(jié)機制有很好的表征能力;(4)以健康兒童為參照,使用偏離指數(shù)衡量腦癱患兒爬行運動特征值偏離正常組兒童的程度,對腦癱患兒爬行功能異常進行評估。并利用PCA算法對特征向量進行降維,基于降維后的運動學(xué)特征向量和表面肌電特征向量,提出一種基于特征向量距離比的方法對腦癱患兒爬行功能異常進行量化評估。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R742.3;TP212.3
【部分圖文】：

動分析中。利用基于視頻的運動捕獲系統(tǒng)，能夠獲得運動速度、肢體運動軌跡、逡逑關(guān)節(jié)活動角度等參數(shù)。利用這些數(shù)據(jù)對人體運動進行三維建模，可實現(xiàn)運動學(xué)層逡逑面的分析。同時，圖像處理技術(shù)因其便捷性、有趣性，被廣泛應(yīng)用于患者的臨床逡逑診斷和康復(fù)訓(xùn)練中。Ｂｕｒｎｓｉｄｅ和Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ等人通過少數(shù)嬰兒爬行運動的影像記逡逑錄描述了爬行運動中肢體間的協(xié)調(diào)性［７－８］。利用視頻捕獲系統(tǒng)，Ｂａｂｉ５等提出了描逡逑述手膝爬行下兩點支撐相靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的分析方法，用于衡量爬行運動的穩(wěn)定逡逑性［３＇邋Ｅｘｅｌｌ等利用Ｋｉｎｅｃｔ視頻處理技術(shù)跟蹤分析了上肢的康復(fù)訓(xùn)練過程［３８］。利逡逑用Ｋｉｎｅｃｔ系統(tǒng)，Ｄｕｔｔａ等提取并分析老年人的平衡數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)最大質(zhì)量中心和壓逡逑力中心的傾角和臨床平衡打分關(guān)聯(lián)性很大通過三維捕獲系統(tǒng)提取腦癱患兒逡逑完成特定動作任務(wù)下的運動學(xué)數(shù)據(jù)，再根據(jù)軀干和上肢的生物力學(xué)模型，Ｂｕｔｌｅｒ逡逑等提出了針對腦癱患兒上肢運動功能的定量評估方法［４Ｇ］。Ｒｉｇｈｅｔｔｉ等利用光電子逡逑視頻捕獲系統(tǒng)（標記點放置見圖２．１）探索了人類嬰兒和其它四足哺乳動物在手逡逑膝爬行模式下的運動學(xué)相似性，發(fā)現(xiàn)人類爬行過程中上肢的伸展、脊柱和肢體間逡逑的協(xié)調(diào)性與哺乳動物都很相似［４１１。利用視頻運動捕獲系統(tǒng)，Ｇａｌｌａｇｈｅｉ？等對比了逡逑在有限的空間內(nèi)彎腰步態(tài)和爬行運動間的運動學(xué)特征差異ｆ１１］。逡逑

３．１引言逡逑本章主要介紹基于運動學(xué)信號和表面肌電信號的爬行運動特征提取方法。如逡逑圖３．１所示，首先給出動力學(xué)信號和表面肌電信號的采集方法，然后介紹爬行運逡逑動數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法及流程，最后給出用于描述爬行運動強度、復(fù)雜性和穩(wěn)定性逡逑的運動學(xué)特征，以及用于描述爬行運動中肌肉激活水平、關(guān)節(jié)處拮抗肌對共收縮、逡逑肌電復(fù)雜性、肌肉疲勞性和肌肉活動預(yù)調(diào)節(jié)機制的表面肌電特征。逡逑數(shù)據(jù)預(yù)處理逡逑Ｉ－邐；■？邐｜邐ｆＥＭＧ邋Ｉ逡逑Ｉ帶通逮波丨Ｉ邋￣！逡逑邐邋｜１邋Ｔ邐｜ｒ－ｆ邋樣本熵逡逑~#兒童＾邐！邋”邐！邋Ｔｎ邋ＩＦｗａａ邋ｄ逡逑（ＴＯ）邐ＷａｌＳｆｃ＊邋；邋ｊ邋＇邋Ｉ邋Ｉ邋Ｌ邋｜邋平苧ｇｇｇ率邋Ｉ邋ＴＤ邋ｓＥＭＧ特征[阱義希卞五澹�，邋劐—ＭＭ．一�(zāi)兄燈德剩聞佬性碩屑″義希海螅牛停切藕牛桑擼浚у巍″危懾邋五澹殄穩(wěn)夤δ蘢刺膩義襄�！逦Ｉ傖｀崻邋１＇逦！逦描述能力■并辶x希傻屯ǎ輳鼉地謂刑卣鰨族五五義希危剩擼擼椋使布せ畋�！逦辉Ｔ．€握眨義希韶厘澹麇澹歟ⅲ椋裕藻逡�、激烩備摂nу危苠危叨隕稈〉腦碩Ш灣義稀卞澹翦危�？钡a婕〉縑卣鶻繡義希危殄澹頡

本文編號：2817364