基于sEMG的手指康复治疗的信号处理研究

手指功能在日常生活中特别重要,特别是在一些需要抓取和一些较为精细的动作中,对日常生活质量有着不可忽视的影响。而目前临床针对手指功能康复的治疗模式主要采用辅助设备康复,而这种模式又较为枯燥。提出了一种通过采集表面肌电信号(sEMG)的方式,使得手指功能受损的患者可以脱离现有比较枯燥的治疗方式,同时也更有利于患者其他功能例如神经系统功能的恢复。采用肌电信号公开数据集,对原始肌电信号做相关的预处理,同时采用matlab仿真的方式验证预处理的正确性;并通过临床实验采集患者肌电信号的方式验证使用目前的肌电传感器对运动意图分析的可行性。

基于sEMG信号和BPNN算法的机械臂控制系统设计

为了解决市场康复假肢功能单一、使用效果极差和价格昂贵等缺点,提出一种基于表面肌电信号的机械手控制系统。该系统主要分为两部分:一部分是基于Cortex-M4系列的肌电信号采集、预处理、BP神经网络分类的信号处理系统;另一部分是基于Cortex-M3系列的机械手臂控制系统。信号处理系统发出控制命令无线传输到机械臂,控制6舵机自由度的机械臂,实现6个动作的展示。试验结果证明:该系统能够实现6个动作的自学习,成功率在80%以上,系统有一定的应用价值。

基于sEMG-JASA的脊柱手术器械操作肌肉疲劳度测评

基于时频联合分析法(JASA),开展基于表面肌电信号的脊柱手术器械上肢操作肌肉疲劳评估研究,完成脊柱手术器械优化前后操作舒适性的对比测评。共招募17名受试者分别采集其肱桡肌和肱二头肌的表面肌电信号,选取5种优化前后的手术器械进行数据对比,基于RMS和MF特征值计算相同任务下各组器械的操作疲劳时间占比。结果表明完成相同操作任务时,优化前手术器械的操作疲劳时间显著高于优化后器械(P<0.05);操作同一器械,肱桡肌和肱二头肌疲劳状态无显著性差异(P>0.05),这为手术器械的人因学设计及疲劳损伤防护等提供客观数据及参考。

肌电信号控制的智能小车实验平台设计

肌电信号是人体肌群在运动时产生的一种微弱信号,该信号蕴藏着与运动相关的控制信息源。提出了一种基于肌电信号的智能小车控制系统。该系统由肌电信号采集模块、无线传输模块、小车控制模块和显示模块等组成。整个系统分为主从两部分。主机采用STM32F103ZET6微处理器对肌电信号进行多通道采集,提取所采集信号的特征值。将特征值分为测试集和训练集,并对不同手势信号贴上对应的标签,使用K最近邻(KNN)算法对测试集进行准确度分析以实现对不同手势的识别。识别结果通过无线传输模块发送给从机小车,小车接收到主机发送的内容后进行相应的动作。测试结果表明,所提出的方法在不同时间段信号采集的平均准确率可达91.14%以上,系统具有很好的鲁棒性。

基于多模态轻量化混合模型的情绪识别

实现更加准确的情绪识别是当前面临的一项富含挑战性且十分有意义的任务。由于情绪的复杂多样性,单一模态的脑电信号难以对情绪进行全面客观的度量。因此本文提出一种多模态轻量化混合模型PCA-MWReliefFGAPSO-SVM,该混合模型由PCA-MWReliefF特征通道选择器和GAPSO-SVM分类器构成。选用脑电信号(EEG)、肌电信号(EMG)、体温信号(TEM)三模态信号进行情绪识别。在DEAP公共数据集上进行多次实验验证,在效价维度、唤醒维度和四分类中分别取得了97.5000%、95.8333%、95.8333%的分类准确率。实验结果表明,提出的混合模型有助于提高情绪识别准确率且明显优于单模态情绪识别。与近期的类似工作相比,本文提出的混合模型具有较高准确率、计算量小且通道数少的优点,更易于实际应用。

羽毛球运动训练对航母舰载机飞行学员颈痛的干预效果研究

目的评估羽毛球运动对舰载机飞行学员颈痛的干预效果,为该运动预防和缓解舰载机飞行学员颈痛提供科学依据。方法根据纳入和排除标准筛选16名航母舰载机飞行学员作为受试者,随机分为运动康复组和对照组,每组各8人。运动康复组除进行部队日常训练外,另进行每周3次,每次1 h的羽毛球运动;对照组进行部队日常训练,不做其他干预。研究为期3个月。颈痛的干预效果以实验前后颈椎功能障碍指数(NDI)评分、视觉模拟疼痛量表(VAS)、颈椎活动度(CROM)、颈部最大肌力、表面肌电信号均方根值(RMS)、积分肌电值(iEMG)作为评价指标。结果运动康复组NDI评分较干预前具有显著性差异(P<0.05),对照组NDI评分较干预前无显著性差异(P>0.05)。运动康复组VAS评分较干预前有显著性差异(P<0.01),对照组VAS评分较干预前无显著性差异(P>0.05)。运动康复组受试者干预后颈椎最大活动度在各方向均有所增加,且左屈、右屈活动度较干预前具有显著性差异(P<0.05),其余方向无显著性差异(P>0.05);对照组颈椎各方向最大活动度较干预前无显著性差异(P>0.05)。运动康复组受试者颈部最大肌力在前屈、后伸、左屈方向较干预前具有显著性差异(P<0.01),右屈、左旋、右旋值较干预前具有显著性差异(P<0.05);左右侧胸锁乳突肌RMS在四个方向动作中无显著性差异(P>0.05),左侧斜方肌上束在前屈和右屈动作中RMS具有显著性差异(P<0.05),在后伸和左屈动作中无显著性差异(P>0.05),右侧斜方肌上束在四个方向动作中无显著性差异(P>0.05)。运动康复组受试者干预后在前屈、后伸以及右屈运动中,4块肌肉iEMG均大于干预前,但无显著性差异(P>0.05)。在左屈动作中,左侧胸锁乳突肌与右侧斜方肌上束iEMG大于干预后,右侧胸锁乳突肌和左侧斜方肌上束iEMG小于干预后,但均无显著性差异(P>0.05)。结论羽毛球运动干预能够缓解航母舰载机飞行学员的颈部疼痛,使其颈椎功能障碍得到一定程度的恢复,并且能够增加颈部灵活性,增强颈部肌力,同时激活深层肌肉参与维持颈部稳定,有效提升颈部肌肉群的抗疲劳能力。

基于表面肌电信号及肌肉疲劳的上肢肌力预测

为解决目前肌肉力测量时用肢体末端力表示实际肌肉力大小,以及未将肌肉疲劳程度考虑在内的问题,本文提出了一种基于表面肌电信号和肌肉疲劳的上肢肌肉力预测方法。利用AnyBody软件建立上肢肌肉骨骼模型,并将上肢末端力经过仿真得到单块肌肉的肌力大小;采用肌肉等长收缩的时间来表征肌肉疲劳程度。10名健康男性受试者进行上肢等长收缩实验,提取实验过程中肱二头肌肌电信号的积分肌电值、均方根、中值频率、平均功率频率、最大小波系数及其对应频率六个特征值;将肌肉力与特征值、肌肉疲劳程度进行分析后发现三者之间高度相关。采用麻雀搜索算法优化BP神经网络的权值和阈值,构造并训练上肢肌力预测模型。经测试集检验结果表明,该方法的误差小于12%,可以对肌力进行较为准确的预测。

基于肌电控制的半定制柔性康复训练手套

针对现有康复训练手套舒适性差、适用范围窄、康复训练效果不佳等问题,文章设计一种由柔性执行器和肌电控制系统组成的半定制康复训练手套。基于Yeoh理论建立执行器弯曲模型,借助有限元仿真对执行器气腔进行分析,研究执行器气腔压强、高度、底层厚度对弯曲角度的影响;选取柔性执行器尺寸参数,采用3D打印技术制作长度可调的连接部件实现半定制;利用Myoware传感器采集皮肤表面肌电信号同时进行滤波处理,利用Arduino UNO单片机执行特征提取,由支持向量机(support vector machine,SVM)算法完成运动意图识别,并依据识别结果控制气动系统驱动康复训练手套。结果表明,SVM算法分类准确率高,所研制的半定制柔性康复训练手套结构简单,与手部贴合度高,性能可靠。该康复训练手套对主动式镜像康复训练具有积极的效果。

面向采摘机器人采摘作业的可穿戴设备控制系统设计

介绍了肌电传感器的工作原理,设计了基于MYO可穿戴设备的手指姿态采集与处理模块,并基于BP神经网络实现了对操作人员的手势识别,实现了基于MYO可穿戴设备的采摘机器人采摘控制。实验结果表明:系统准确识别率高达97.33%,平均响应时间只有36.94ms,交互控制准确度高,能够完成对采摘机器人的远程控制,具有准确性和可行性。

针刺联合川平法治疗脑卒中后上肢功能障碍的疗效及电生理特征研究

目的观察针刺联合川平法治疗脑卒中后上肢功能障碍的疗效及对电生理特征的影响。方法筛选2022年1月—2022年12月,康复科及神经科收治住院的脑卒中后上肢功能障碍患者135例作为研究对象,采用随机数表法分为针刺组、川平组与联合组,每组45例。3组患者均给予常规药物治疗及康复训练。针刺组在常规治疗的基础上给予针刺治疗,川平组在常规治疗的基础上给予川平法(反复促通技术)(Repetitive facilitative exercise, RFE)治疗,联合组在常规治疗的基础上给予针刺联合川平法治疗,均为每日治疗1次,每周连续5 d休息2 d,共治疗8周。分别在治疗前、治疗4周、治疗8周后,比较3组的上肢运动功能[简化Fugl-Meyer评定量表(FMA)],上肢肌张力[改良Ashworth量表(MAS)],手活动功能[Wolf手活动功能测试(WMFT)]及日常生活活动能力[改良Barthel指数(MBI)评分];比较3组的肱二头肌、肱三头肌及腕背伸肌的最大收缩时肌电信号(Electromyography, EMG)界限值,采用生物反馈治疗仪进行测定。结果治疗4周和治疗8周后,3组的简化FMA评分、WMFT评分和MBI评分整体比较差异均有统计学意义(P<0.05),治疗后均较治疗前显著提升(P<0.05),且联合组显著高于针刺组和川平组(P<0.05);3组的改良MAS评分整体比较亦有差异有统计学意义(P<0.05),治疗后均较治疗前显著降低(P<0.05),且联合组显著低于针刺组和川平组(P<0.05)。治疗4周和治疗8周后,3组间肱二头肌、肱三头肌和腕背伸肌的最大收缩时EMG界限值整体比较均有统计学意义(P<0.05),3组的EMG界限值均较治疗前显著提升(P<0.05),且联合组显著高于针刺组和川平组(P<0.05)。结论针刺联合川平法治疗脑卒中后上肢功能障碍,能够有效提高患者上肢及手部主要肌群的最大收缩时EMG界限值,改善患者上肢及手部肌肉的收缩能力,从而显著提升患者的上肢和手部运动功能,缩小上肢肌张力,改善患者的日常生活活动能力。

一种双路并行的大规模手势识别模型

文章以大规模手势为研究对象,提出一种基于肌电信号(electromyography,EMG)分支和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)分支的双路并行手势识别模型。首先,设计双路并行模型来充分提取数据特征,EMG分支利用二维卷积神经网络设计双流结构,分别关注EMG信号的空间和通道变化,IMU分支在卷积长短时记忆(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)网络基础上引入时间机制,将空间信息与时间信息融合;其次,对模型预训练并根据预训练模型进行参数微调,提高模型泛化性;最后,在500个常用的中国手语手势上进行测试,结果表明,该模型平均识别率为82.1%,与SignSpeaker和CG-Recognizer相比分别提高了21.0%和6.8%。

肌电图(EMG)在运动生物力学研究中的应用

主要通过文献研究,从应用的角度出发,对肌电图(EMG)在运动生物力学研究中的相关研究进行综述。包括EMG的测量、结果的处理与分析、应用研究成果、存在问题和应用展望。重点对目前的研究提出问题并进行探讨,为EMG在运动生物力学中的进一步研究与应用提出思考和帮助。

基于织物传感器所测肌肉厚度特征的肌肉疲劳监测

骨骼肌疲劳监测是康复医疗和运动科学等领域热点课题。然而受传感器的尺寸和价格所限,目前的肌肉疲劳监测技术不适用于运动场景。该研究基于织物应变传感器的穿戴式智能带测量人体上臂肱二头肌的厚度变化,以期辅助常规肌电图(electromyography,EMG)传感器监测肌肉疲劳。测试方案选用哑铃弯举动作,采用EMG过零率和EMG中位频率检验新提出的2个基于厚度的肌肉疲劳指标,即电阻中位频率和电阻所围面积。结果显示,EMG中位频率和电阻中位频率相关系数达0.7815,P值为0.0220;EMG过零率和电阻所围面积相关系数达0.8747,P值为0.0045。结果表明,基于厚度的肌肉疲劳指标与常用的基于EMG的疲劳指标显著相关。该研究验证了使用面向可穿戴的柔性传感器在运动中监测肌肉疲劳的可行性,显示出该类传感器在肌肉疲劳监测研究领域的广阔前景。

异氟烷麻醉对小鼠自发肌电及TUS/TMAS诱发肌电的影响

经颅超声刺激(TUS)和经颅磁声耦合刺激(TMAS)调控运动皮层效果明显,但受限于清醒状态动物难以束缚,已有研究大多在麻醉状态下进行,对麻醉减弱调控效果的分析集中于中枢神经系统。本研究记录了异氟烷麻醉下24只小鼠的肢体自发肌电和TUS/TMAS诱发肌电,定量分析了麻醉对自发肌电和诱发肌电发放率、潜伏期、时长和幅值的影响。结果显示,随着异氟烷输出浓度从0.40%增加至0.75%,每周期内小鼠自发肌电频次减少约50%,肌电发放时长变短,呈抑制状态;TUS/TMAS诱发肌电的成功率分别降低约50%和70%、潜伏期均延长约0.1 s、时长分别缩短约0.3和0.5 s,表明TUS/TMAS对运动皮层的调控效果随麻醉程度的加深而减弱。肢体自发和诱发肌电在发放率和时长上存在关联性特征,提示麻醉状态下小鼠自发肌电抑制状态可能是刺激效果减弱的影响因素之一。

EMG作增容剂的PPS/PA1010合金的力学性能及增容机理

将用4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）化学处理过的PPS（简称CPPS）与PA1010及高分子量的乙烯、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（简称EMG）共混，制备了一系列不同配比NCPPS／PA1010／EMG共混物，并对这些共混物的力学性能进行了测试。结果表明，当MDI含量在2．0份～2．5份之间时，材料的综合力学性能较好。而随着EMG含量的增加，材料的冲击强度显著提高，且其它的力学性能基本保持不变。并推测了增容机理。

EMG增容制备PPS/PA66合金的研究

采用乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMG)作为增容剂,制备了聚苯硫醚(PPS)/尼龙66(PA66)合金。并对该合金的力学性能、微观结构形态进行了研究。结果表明:EMG对PPS/PA66体系有很好的增容作用,能改善PPS/PA66合金的力学性能,并且增容后,PPS/PA66的界面结合明显增强;EMG的含量越多,增容效果越显著。

基于生物力学和颈腰部EMG判别驾驶员疲劳状态

本文中通过采用颈腰部生物力学和表面肌电信号相结合的方式,对驾驶员在驾驶过程中的疲劳状态进行了研究。首先,通过生物力学的计算与分析,合理地选择了能有效反映驾驶疲劳状态的生理信号采集位置,即颈6左右两侧上斜方肌和腰4左右两侧竖脊肌。然后,在利用经验模态分解算法对测得的肌电信号进行去噪的基础上,找出能表征驾驶员疲劳状态的颈腰部肌电特性参数,并对提取的特征参数(颈部复杂度、腰部复杂度和腰部近似熵)进行主成分分析,获得了两个主成分,有效保留有用信息,去除冗余信息,实现了特征参数的降维。最后,以此为自变量建立疲劳驾驶评价模型,有效提高了模型的正确率,加快了模型的运算速度。结果表明,该方法在对驾驶员正常与疲劳状态的区分上具有良好的识别效果,正确率可达90%以上。

EMG修正对颈部及眼部前庭诱发肌源性电位的影响

目的研究肌电图(electromyogram,EMG)修正对前庭诱发肌源性电位(Vestibular-evoked myogenic po-tentials,VEMPs)结果产生的影响,并建立修正后的cervical Vestibular-evoked myogenic potential(c VEMP)及ocularVestibular Evoked Myogenic Potential(o VEMP)正常值范围,为临床上准确评估前庭感受器功能提供更可靠的参考依据。方法采用500Hz tone-burst刺激声对20名(40耳)听力正常且无耳蜗及前庭系统疾病的正常青年人进行c VEMP及o VEMP测试。受试者年龄为20-30岁,平均年龄(23.76±2.81)岁。测试强度为100d B n HL,通过ER-3A标准插入式耳机给声,测试时体位采取坐姿。结果所有受试者均能引出清晰可重复的c VEMP及o VEMP波形。Tone-burst c VEMP的P1潜伏期为14.13±1.97(ms),N1潜伏期为21.54±2.23(ms),幅值为1.63±0.60(μV)。Tone-burst o VEMP的N1潜伏期为10.15±0.72(ms),P1潜伏期为15.79±1.01(ms),幅值为1.38±1.02(μV)。cVEMP修正前后的振幅有显著性差异(*P<0.05),修正前后比值达到40~50倍。结论 EMG修正对振幅标准化有重要意义,其中对c VEMP的测试结果影响较大,建立一组EMG修正后VEMPs的正常参考值范围能够更准确评估双侧不对称性。Tone-burst c VEMP及o VEMP引出率高,可作为临床上评估椭圆囊和球囊功能的常规检测方法。

一种便携式肌电信号(EMG)提取方法及其电路实现

基于生物电特别是肌电信号(EMG)的人机接口研究是目前国内外人-计算机接口技术研究领域的热点之一。研制一种信噪比高、耗电少、体积小、成本低的肌电信号提取电路是该项研究的重要内容。本文首创了一种新的表面电极贴片方式,以及相应的隔离技术、信号拾取方法和滤波的方法。可在低功耗和小体积的条件下实现人体表面高内阻情况下微弱的肌电信号的检测。本方法为这类便携式的人-计算机接口技术的研究提供了一种有效的手段。

划船运动员静力及动力性肌肉运动疲劳时肌氧含量的变化特征及对EMG参数的影响

研究目的:1)研究静力和动力性肌肉运动疲劳时肌肉氧含量的变化特点及其规律;2)了解静力性、动力性递增强度运动时EMG参数变化;3)探讨肌氧含量与EMG参数变化之间的关系,为肌肉疲劳时影响肌电-肌氧机制提供可能的理论基础。研究方法:1)肌氧含量的测试:探头纵向旋转让光源和检测器的轴线平行于股外侧肌外侧头大腿测定运动时肌氧含量的变化;2)肌电的测试:采用表面肌电图的测量,得出表面电图各指标参数;3)静力负荷等长收缩:通过力量传感器测出其最大肌肉收缩所对应的MVC;4)动力性负荷运动:采取功率自行车逐级递增负荷的测试方法作为肌肉的动力性运动,同步记录EMG参数,并在每一级负荷末30s采血测定血乳酸浓度。结论:静力性运动时E/T值大幅度增大的时间大多出现在肌氧停止下降之后,肌氧的降低程度与肌肉疲劳程度有关。动力性运动时血乳酸值随负荷而增加,IEMG的变化趋势与血乳酸相似,IEMG、Oxy-Hb、BL值三者呈非常显著性相关,表明肌肉疲劳时肌肉氧供和内环境的改变也是影响EMG信号的重要因素。