本文關(guān)鍵詞：抑制上肢病理性震顫的功能性電刺激系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 病理性震顫 BLC-CPG信號(hào)分離算法 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID 功能性電刺激器

【摘要】：病理性震顫是一種常見于老年人的疾病,常伴隨于帕金森、腦卒中風(fēng)等疾病發(fā)生,罹患的病人在日常生活中某些部位如上肢、腿部會(huì)出現(xiàn)不由自主地節(jié)律性的抖動(dòng),給生活帶來極大的不便和痛苦。常規(guī)的治療手段如手術(shù)和藥物均有費(fèi)用高、副作用大等缺點(diǎn),故研究一種新型的抑震方式具有很大的實(shí)際意義。本文以功能性電刺激器(FES)抑震為方法,對(duì)抑震系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究,并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了FES抑震系統(tǒng)的可行性。首先,分析了抑震系統(tǒng)反饋信號(hào)的要求,提出了一種基于CPG的限頻帶線型擬合算法(BLC-CPG),用于對(duì)肘關(guān)節(jié)角度進(jìn)行分離。BLC-CPG算法具有極小的相位滯后,解決了控制系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)的時(shí)效性需求;同時(shí)分離算法具有擬合精度高、分離后高低頻耦合度低等特點(diǎn),滿足了抑震系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)精度的要求。通過與其他分離算法的對(duì)比,驗(yàn)證了BLC-CPG分離算法的優(yōu)越性,并通過對(duì)實(shí)測(cè)病人信號(hào)的分離,驗(yàn)證了BLC-CPG算法的可行性。設(shè)計(jì)了FES抑震系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。選擇了改進(jìn)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法作為控制器;設(shè)計(jì)加權(quán)二次型目標(biāo)函數(shù)學(xué)習(xí)規(guī)則對(duì)控制算法進(jìn)行了改進(jìn),并仿真驗(yàn)證了改進(jìn)學(xué)習(xí)規(guī)則后的作用效果;引入了基于人體免疫系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)器,用以改變系統(tǒng)總輸出增益K,改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。建立Open Sim軟件和Simulink軟件的聯(lián)合仿真平臺(tái),對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并將與其他控制算法進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了控制系統(tǒng)優(yōu)越的控制效果。設(shè)計(jì)了功能性電刺激器。首先對(duì)功能性電刺激器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,確定了設(shè)計(jì)目標(biāo);然后從硬件的角度設(shè)計(jì)了電刺激的架構(gòu),包括模擬恒流輸出部分、控制部分和電源部分,對(duì)各部分進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)與驗(yàn)證;從軟件的角度確定了電刺激器的軟件架構(gòu)和流程,設(shè)計(jì)了與上位機(jī)通訊的電刺激指令集。并制作刺激器實(shí)物,實(shí)測(cè)其輸出結(jié)果,驗(yàn)證了功能性電刺激器的性能。最后進(jìn)行FES抑震系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。首先建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),搭建了MYO信號(hào)采集系統(tǒng),并建立了人體上肢坐標(biāo)系,數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化得到了肘關(guān)節(jié)角度;提出了抑震率和震顫波動(dòng)度兩個(gè)指標(biāo)對(duì)抑震效果進(jìn)行評(píng)價(jià);實(shí)驗(yàn)從開環(huán)和閉環(huán)兩個(gè)角度進(jìn)行,分別以靜止性震顫、勺子吃飯震顫、佩戴眼鏡震顫三個(gè)部分進(jìn)行了抑震實(shí)驗(yàn),并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得出了抑震實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：病理性震顫 BLC-CPG信號(hào)分離算法 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID 功能性電刺激器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R742.5;TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-18
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析17-18
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 肘關(guān)節(jié)角度信號(hào)分離算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 肘關(guān)節(jié)角度信號(hào)特征分析20-21
• 2.3 信號(hào)分離算法分析與對(duì)比21-23
• 2.4 限頻帶CPG線型擬合算法（BLC-CPG）23-28
• 2.4.1 中樞模式發(fā)生器CPG的概念23-24
• 2.4.2 CPG的選擇與分析24-26
• 2.4.3 BLC-CPG濾波算法的設(shè)計(jì)26-28
• 2.5 BLC-CPG算法的仿真驗(yàn)證及對(duì)比28-32
• 2.5.1 多頻率疊加信號(hào)擬合與分離28
• 2.5.2 不同分離算法分離結(jié)果對(duì)比28-31
• 2.5.3 BLC-CPG處理實(shí)際震顫信號(hào)31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 FES抑震系統(tǒng)控制方法的研究33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 控制系統(tǒng)需求及控制策略分析33-34
• 3.3 改進(jìn)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法34-39
• 3.3.1 傳統(tǒng)PID控制算法34
• 3.3.2 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法34-36
• 3.3.3 有監(jiān)督的Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則36-37
• 3.3.4 改進(jìn)的加權(quán)二次型目標(biāo)函數(shù)學(xué)習(xí)規(guī)則37-39
• 3.4 變?cè)鲆鍷免疫調(diào)節(jié)器39-42
• 3.4.1 人體免疫調(diào)節(jié)的基本原理39-40
• 3.4.2 免疫調(diào)節(jié)器40-42
• 3.5 控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)的建立42-44
• 3.5.1 Open Sim與Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)的建立42-43
• 3.5.2 FES電刺激強(qiáng)度與肌肉活化度的轉(zhuǎn)換43-44
• 3.6 控制算法仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第4章 功能性電刺激器的設(shè)計(jì)49-61
• 4.0 引言49
• 4.1 人體阻抗的研究49-51
• 4.2 FES各項(xiàng)參數(shù)的確定51-53
• 4.2.1 FES刺激模式的確定51
• 4.2.2 FES刺激波形的確定51-52
• 4.2.3 FES其他參數(shù)的確定52-53
• 4.3 FES的硬件設(shè)計(jì)53-57
• 4.3.1 模擬恒流輸出部分的設(shè)計(jì)53-56
• 4.3.2 FES控制部分的設(shè)計(jì)56-57
• 4.3.3 供電電源部分的設(shè)計(jì)57
• 4.4 FES的軟件設(shè)計(jì)57-59
• 4.5 FES電極的選擇59
• 4.6 FES的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證59-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 第5章 FES抑震系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的研究61-74
• 5.1 引言61
• 5.2 FES抑震系統(tǒng)平臺(tái)的建立61-64
• 5.2.1 采集系統(tǒng)的建立62
• 5.2.2 肘關(guān)節(jié)角度的轉(zhuǎn)換算法62-64
• 5.2.3 上位機(jī)系統(tǒng)的建立64
• 5.3 實(shí)驗(yàn)策略的確定與驗(yàn)證64-66
• 5.3.1 抑震實(shí)驗(yàn)策略的設(shè)計(jì)64-65
• 5.3.2 抑震性能評(píng)價(jià)指標(biāo)65-66
• 5.4 開環(huán)抑震實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析66-70
• 5.4.1 開環(huán)靜止性震顫抑震實(shí)驗(yàn)66-67
• 5.4.2 開環(huán)意向運(yùn)動(dòng)抑震實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.4.3 開環(huán)抑震實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析69-70
• 5.5 閉環(huán)抑震實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析70-73
• 5.5.1 閉環(huán)靜止性震顫抑震實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.5.2 閉環(huán)意向運(yùn)動(dòng)抑震實(shí)驗(yàn)71-73
• 5.5.3 閉環(huán)抑震實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-83
• 致謝83

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本文編號(hào)：795550