基于表面肌电信号吉他和弦手指静力分析评估
发布时间：2021-08-31 03:34
表面肌电信号（Surface Electromyography sEMG）,是一种电信号,并且在人体的无创肌肉检查时,也是一种非常有效且使用的办法,我们分析研究表面肌电信号的检测和分析方法,而本文主要通过这项已比较完善和成熟的方法,并对其中一些部分加以改进,运用到评估手臂识别不同力度下演奏吉他时候的电信号,从而评估一个人演奏吉他时按和弦的手指力度的标准。本文主要对力度这单一的方面进行深入研究。第一步,先通过采集肌电信号和预处理过程,进一步了解小臂的运动的电信号和发力肌肉群信号之间的联系,也明确本文手臂发力的肌肉群。并对所采集的两通道肌电信号进行了比较分析,选择了合适信号并对其进行了滤波、活动段端点检测等预处理。然后是特征提取与分析。现阶段比较常用的方法有三种,分别是时域法、频域法、时频域法。也了解了它们各自的优缺点,最终选取了时频域中的小波和小波包的奇异值特征,最大值特征,以及能量系数特征几个特征分布,然后对其做了一定样本的统计分析,最终选取出了小波系数奇异值作为特征向量进行下一步的识别分类训练。最后是模式识别与探究。本文选择的是两种比较常用的算法,BP人工神经网络算法和DBN算法进行...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面电极贴片
情况下，通常可以顺利被检测到。表面肌电图也是由多个运动单位的动作电位组成的时空复合信号，也体现了人体的生理结构特征就是人体肌肉收缩。神经的放电频率决定了运动单位动作电位的频率，并且运动单位中肌肉动作的频率次数决定了振幅。当人体有运动的需求时，大脑马上就会发出相应的指令控制，并且由根据人类中枢神经系统接受它。这时，运动神经元也会沿着人的神经系统传导到轴突的末端，并沿电位传播，导致肌纤维收缩、肌肉紧张，最后生成并识别相应的人类行为。表面肌电信号是由表面电极测得的电位差。具体形成过程如下图2.1所示。图2.1电位差形成过程图Fig.2.1Formationprocessofpotentialdifference在更深的意义上，运动神经单元（隐藏在脊髓中）的细胞中存在肌电信号。运动神经单元也存在于人体当中。神经轴突延伸到肌肉纤维，通过肌纤维与终板之间的融合。任何大量的肌肉纤维都与神经元相连，然后汇合变成成一个全新的运动单元。静止状态的时候，在细胞膜内中的电压为负，细胞膜外的电压为正。当发生这种现象时，我们称之为增强，它的电压值称为静态电位。在运动状态下，我们称如果肌肉细胞处于激发状态时，膜电位会产生极化变化，并向周围区域扩展。这样的称之为电位差，此时的电位为动作电位。运动单位是由同一个神经分支控制的大量肌肉纤维组成。当肌肉受到外神经或中枢神经的强烈刺激时，同一运动单元中的无数肌肉纤维将同时受到刺激。我们称所有肌肉细胞动作电位为运动单位动作电位。人体的中枢系统的运动单位如下图2.2所示。沈阳工业大学硕士学位论文
第2章基于肌肉和弦力度表面肌电信号实验设计与预处理9图2.2中枢运动系统图Fig.2.2centralmotorsystemdiagram2.1.2表面肌电信号的主要特点表面肌电信号是人类活动的一种非一般状态，它是多相性诱发电位在时间和空间上叠加的结果。相对来说它具有一定的波动性，既能反映肌肉在不同运动中力量的变化幅度，其相关信息是又能反映肌肉运动过程中神经和肌肉。肌电信号的特性总结如下：（1）肌电幅度：肌电信号的幅度与肌肉收缩的程度一般成正比。肌肉收缩程度越大，肌电信号的幅度越大。（2）高阻抗：采集表面肌电信号时，由于皮肤皮下组织中含有天然电阻和电容，信号的输入阻抗相对比较高。人体阻抗由于外界环境发生变化而变化。当皮肤出现干燥的情况时，人体阻抗大约为一定值；阻抗将降低到干燥状态的一半如果出现人体的表皮有汗或者潮湿的情况下。（3）光谱特性：sEMG的能量主要分布在1000Hz以下。所以只有选择了合适的仪器，通过有目的性的测量途径，才能达到为上肢康复运动识别提供更好的数据，才能较为准确、快速地获取到需要的的肌电信号。2.1.3基于肌肉和弦力度的表面肌电信号的实验采集系统本文选择了国内的肌电信号采集系统设备，包括肌电传感器、表贴式电极，前置放大器等。由于侵入型进入人体后会造成一定的危害，所以没有得到很广泛的社会应用。目前比较常用的方法是非侵入式，也称为表面电极式，可以同时采集四个通道的信号，本文采取两个通道，电极位置和采样频率可根据具体实验要求进行自由选择。实验选择了上臂肱桡饥屈肌侧腕屈肌位置。采样频率是通过手动设置的。实验中，将采集到的多个通道表面肌电信号保存到PC机上，对实验数据进行基本的处理，通过在PC机上实时显示各通道的时域电流信号幅度。很高的灵活性和稳定性在整个
本文编号：3374106
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面电极贴片
情况下，通常可以顺利被检测到。表面肌电图也是由多个运动单位的动作电位组成的时空复合信号，也体现了人体的生理结构特征就是人体肌肉收缩。神经的放电频率决定了运动单位动作电位的频率，并且运动单位中肌肉动作的频率次数决定了振幅。当人体有运动的需求时，大脑马上就会发出相应的指令控制，并且由根据人类中枢神经系统接受它。这时，运动神经元也会沿着人的神经系统传导到轴突的末端，并沿电位传播，导致肌纤维收缩、肌肉紧张，最后生成并识别相应的人类行为。表面肌电信号是由表面电极测得的电位差。具体形成过程如下图2.1所示。图2.1电位差形成过程图Fig.2.1Formationprocessofpotentialdifference在更深的意义上，运动神经单元（隐藏在脊髓中）的细胞中存在肌电信号。运动神经单元也存在于人体当中。神经轴突延伸到肌肉纤维，通过肌纤维与终板之间的融合。任何大量的肌肉纤维都与神经元相连，然后汇合变成成一个全新的运动单元。静止状态的时候，在细胞膜内中的电压为负，细胞膜外的电压为正。当发生这种现象时，我们称之为增强，它的电压值称为静态电位。在运动状态下，我们称如果肌肉细胞处于激发状态时，膜电位会产生极化变化，并向周围区域扩展。这样的称之为电位差，此时的电位为动作电位。运动单位是由同一个神经分支控制的大量肌肉纤维组成。当肌肉受到外神经或中枢神经的强烈刺激时，同一运动单元中的无数肌肉纤维将同时受到刺激。我们称所有肌肉细胞动作电位为运动单位动作电位。人体的中枢系统的运动单位如下图2.2所示。沈阳工业大学硕士学位论文
第2章基于肌肉和弦力度表面肌电信号实验设计与预处理9图2.2中枢运动系统图Fig.2.2centralmotorsystemdiagram2.1.2表面肌电信号的主要特点表面肌电信号是人类活动的一种非一般状态，它是多相性诱发电位在时间和空间上叠加的结果。相对来说它具有一定的波动性，既能反映肌肉在不同运动中力量的变化幅度，其相关信息是又能反映肌肉运动过程中神经和肌肉。肌电信号的特性总结如下：（1）肌电幅度：肌电信号的幅度与肌肉收缩的程度一般成正比。肌肉收缩程度越大，肌电信号的幅度越大。（2）高阻抗：采集表面肌电信号时，由于皮肤皮下组织中含有天然电阻和电容，信号的输入阻抗相对比较高。人体阻抗由于外界环境发生变化而变化。当皮肤出现干燥的情况时，人体阻抗大约为一定值；阻抗将降低到干燥状态的一半如果出现人体的表皮有汗或者潮湿的情况下。（3）光谱特性：sEMG的能量主要分布在1000Hz以下。所以只有选择了合适的仪器，通过有目的性的测量途径，才能达到为上肢康复运动识别提供更好的数据，才能较为准确、快速地获取到需要的的肌电信号。2.1.3基于肌肉和弦力度的表面肌电信号的实验采集系统本文选择了国内的肌电信号采集系统设备，包括肌电传感器、表贴式电极，前置放大器等。由于侵入型进入人体后会造成一定的危害，所以没有得到很广泛的社会应用。目前比较常用的方法是非侵入式，也称为表面电极式，可以同时采集四个通道的信号，本文采取两个通道，电极位置和采样频率可根据具体实验要求进行自由选择。实验选择了上臂肱桡饥屈肌侧腕屈肌位置。采样频率是通过手动设置的。实验中，将采集到的多个通道表面肌电信号保存到PC机上，对实验数据进行基本的处理，通过在PC机上实时显示各通道的时域电流信号幅度。很高的灵活性和稳定性在整个
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