本文關(guān)鍵詞：表面肌電特征提取及虛擬康復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：中風(fēng)患者上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的康復(fù)和評(píng)價(jià)已成為現(xiàn)代康復(fù)工程的研究熱點(diǎn)。其中,虛擬康復(fù)作為中風(fēng)康復(fù)領(lǐng)域的新技術(shù),相比于傳統(tǒng)康復(fù)手段,具有人機(jī)交互性好、靈活性高的特點(diǎn),改善了原有治療師與患者一對(duì)一的治療模式,使康復(fù)過程向程序化、數(shù)字化和簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。然而現(xiàn)有虛擬康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)在操作安全可行性、患者主動(dòng)參與性、訓(xùn)練個(gè)體適應(yīng)性、康復(fù)評(píng)價(jià)有效性等方面存在一定局限,限制其臨床應(yīng)用。針對(duì)以上問題,本文將肌電信號(hào)分析及反饋控制引入虛擬康復(fù)系統(tǒng)中,研究肌電信號(hào)參數(shù)辨識(shí)與動(dòng)態(tài)特征提取方法,獲取與人體運(yùn)動(dòng)模式相關(guān)的肌電特征及變化規(guī)律;同時(shí),探索從肌電角度評(píng)價(jià)神經(jīng)肌肉運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)的特征指標(biāo),定量分析人體康復(fù)狀態(tài)和肌肉運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的功能聯(lián)系;進(jìn)一步,結(jié)合肌電信號(hào)和虛擬現(xiàn)實(shí)建立智能化、人性化、具有個(gè)體適應(yīng)性的上肢虛擬康復(fù)系統(tǒng)。本文具體工作如下:首先,針對(duì)表面肌電信號(hào)特點(diǎn)研究有效的肌電特征提取方法并用于人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別。在小波包和信息熵的基礎(chǔ)上,提出一種用于表征單通道肌電信號(hào)非平穩(wěn)、非線性特征的小波包頻帶局部熵方法;基于非負(fù)張量分解方法,提出一種肌電信號(hào)多通道多域分析方法,可有效提取隱含在時(shí)間、空間、頻率等多個(gè)模態(tài)上的肌電聯(lián)合特征。將兩種方法與常規(guī)特征提取方法進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),兩種方法均具有較高的分類識(shí)別率,能夠有效反映人體運(yùn)動(dòng)意圖。本文從算法復(fù)雜度和實(shí)時(shí)性角度考慮,確定小波包頻帶局部熵為康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)肌電控制的主要指標(biāo)。其次,結(jié)合臨床評(píng)價(jià)手段研究基于表面肌電的中風(fēng)運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)中風(fēng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)中的肌張力、肌肉協(xié)同及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。提出反射肌電閾值實(shí)現(xiàn)肌張力定量評(píng)價(jià)、引入非負(fù)矩陣分解方法評(píng)價(jià)肌肉激活模式及協(xié)同結(jié)構(gòu)、研究肌間一致性方法描述特定功能頻段內(nèi)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的異常耦合模式,將上述三種方法引入康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)康復(fù)運(yùn)動(dòng)中對(duì)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能狀態(tài)的客觀評(píng)價(jià)。再次,設(shè)計(jì)了基于肌電反饋與虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)�；诩‰娦盘�(hào)實(shí)時(shí)采集和分析,獲取人體運(yùn)動(dòng)意圖并控制虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互訓(xùn)練,引導(dǎo)患者主動(dòng)完成特定動(dòng)作任務(wù)加速神經(jīng)系統(tǒng)重建;基于肌電運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià),客觀定量評(píng)價(jià)患者的肌肉功能狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度,能及時(shí)跟蹤患者的康復(fù)訓(xùn)練效果,以便醫(yī)師合理確定康復(fù)訓(xùn)練方案;基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),開發(fā)了基于C#的肌電反饋虛擬康復(fù)訓(xùn)練軟件系統(tǒng),根據(jù)不同康復(fù)目的和康復(fù)階段設(shè)計(jì)不同虛擬游戲場(chǎng)景,并根據(jù)運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整場(chǎng)景模式和難度等參數(shù),增加系統(tǒng)的個(gè)體適應(yīng)性。最后,對(duì)所搭建的虛擬康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及前期實(shí)驗(yàn)研究,針對(duì)一定量的中風(fēng)康復(fù)患者分別進(jìn)行分階段實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)合臨床分析和醫(yī)師評(píng)價(jià),從運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別的準(zhǔn)確性、運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)的可靠性、虛擬康復(fù)效果的跟蹤評(píng)估三方面分別進(jìn)行分析,驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的康復(fù)訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可行性和有效性。本研究將為中風(fēng)運(yùn)動(dòng)功能障礙康復(fù)和功能評(píng)價(jià)提供新思路,為制定“以人為中心”的康復(fù)策略奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：中風(fēng)康復(fù) 表面肌電特征提取 運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別 運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià) 虛擬康復(fù)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R743.3;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 表面肌電分析在康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用13-17
• 1.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域的研究進(jìn)展17-19
• 1.3 上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)研究存在的主要問題19
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 基于表面肌電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 單通道表面肌電特征提取方法研究21-24
• 2.2.1 小波包頻帶局部能量22-23
• 2.2.2 小波包頻帶局部熵23-24
• 2.3 多通道表面肌電特征提取方法研究24-27
• 2.3.1 張量分解24-25
• 2.3.2 非負(fù)TUCKER分解25-27
• 2.4 肌電特征提取及運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析27-34
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集27
• 2.4.2 基于小波包頻帶局部熵的運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別27-31
• 2.4.3 基于非負(fù)TUCKER分解的運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別31-33
• 2.4.4 特征提取方法對(duì)比研究33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 基于表面肌電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)35-57
• 3.1 引言35
• 3.2 臨床中風(fēng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)35-36
• 3.3 基于表面肌電的肌張力估計(jì)36-43
• 3.3.1 總拮抗值和凈拮抗值37-38
• 3.3.2 協(xié)同收縮率38
• 3.3.3 反射肌電閾值38-39
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析39-43
• 3.4 基于表面肌電的肌肉協(xié)同分析43-48
• 3.4.1 肌肉激活模型43-44
• 3.4.2 非負(fù)矩陣協(xié)同提取方法44-45
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析45-48
• 3.5 基于表面肌電的肌肉異常耦合分析48-55
• 3.5.1 肌間一致性分析49
• 3.5.2 統(tǒng)計(jì)顯著性分析49-50
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析50-55
• 3.6 本章小結(jié)55-57
• 第4章 基于肌電反饋的虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 虛擬康復(fù)技術(shù)57-58
• 4.3 基于肌電反饋的虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)搭建58-66
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理模塊59-60
• 4.3.2 虛擬環(huán)境模塊60-64
• 4.3.3 肌肉運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)評(píng)價(jià)模塊64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第5章 實(shí)驗(yàn)研究67-76
• 5.1 引言67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及設(shè)備67-68
• 5.3 實(shí)驗(yàn)方案及流程68-70
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析70-75
• 5.4.1 康復(fù)運(yùn)動(dòng)中肌電特征提取及運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別70-71
• 5.4.2 康復(fù)運(yùn)動(dòng)中肌肉運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)71-74
• 5.4.3 虛擬康復(fù)效果評(píng)估74-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果84-85
• 致謝85-86
• 作者簡(jiǎn)介86

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 加玉濤;羅志增;;肌電信號(hào)特征提取方法綜述[J];電子器件;2007年01期

2 岳宏;王小龍;張娟;;虛擬現(xiàn)實(shí)在手臂外骨骼康復(fù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];科技通報(bào);2006年01期

3 蔡立羽,王志中,張海虹;基于短時(shí)傅里葉變換的肌電信號(hào)識(shí)別方法[J];中國(guó)醫(yī)療器械雜志;2000年03期

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本文編號(hào)：513669