上肢协调运动中肌间耦合特性分析方法研究

发布时间：2020-03-17 21:38

【摘要】：运动控制系统具有高度复杂的、非线性的特点,上肢协调运动作为生活自理的必要条件,是由中枢神经运动系统控制、与上肢运动相关肌肉群协调收缩、相互作用的结果,运动过程中产生的肌电信号(Electromyography,EMG)能够反映运动控制系统的响应信息。肌肉间的相互作用体现在肌间耦合关系,反映了神经系统对运动肌肉的控制支配作用,肌间耦合强度体现了肌肉的激活性和协调性,进而评价运动系统功能。因此,上肢协调运动中肌间耦合特性及其变化规律是探索肌肉协调整合及神经运动系统的控制协调机制的热点关注问题。首先,阐述了肌电信号的产生机制和特点,并对肌间耦合分析方法研究现状及其应用现状进行综述,并结合肌间耦合关系的特点和现有耦合分析方法无法进行多尺度分析和定量描述肌间非线性耦合关系的问题,提出了本文的主要研究内容:从肌电信号的多尺度和非线性的角度出发,基于传统相干性分析方法对肌间耦合特性分析方法进行改进和拓展。其次,针对肌间耦合关系存在特征频段特性,而传统相干分析无法刻画肌电信号的多尺度特性,构建基于多尺度同步分解的MEMD-相干性特征频段肌间耦合分析模型,对多通道肌电信号进行同步分解,获得尺度相同、频率对应的特征频段信息,并对特征频段的肌电信号进行相干性分析,然后将该方法应用到健康被试上肢不同静态握力下的肌间耦合特性分析中,结果表明该方法能够为肌间耦合多尺度特性分析方法的研究提供新思路。再次,针对运动控制系统表现出的肌间耦合作用存在非线性特点,构建基于小波包-n:m相干性的肌间交叉频率耦合分析模型,首先获取肌电信号在不同频率点的特征信息,通过对不同频率比值下的特征信号进行肌间n:m交叉频率相干性分析来刻画肌间的非线性耦合关系,并将其应用到健康被试恒定握力维持下肘屈伸过程,分析结果表明该方法能够描述特定运动下肌间交叉频率非线性耦合特性关系。最后,将本文提出的肌间耦合分析方法应用到中风患者的患侧上肢协调运动过程肌间耦合分析的研究中,并对比分析中风患者与健康被试之间的肌间耦合差异,结果表明,中风患者的肌间耦合特性在一定程度上存在缺失,研究结果从肌间耦合角度定量分析了患者的运动功能状态,对患者康复训练策略的制定提供理论依据和参考,同时验证了本文所提出方法的有效性。
【图文】：

信息传递系统,运动控制,信息传递方式,微弱电信号

运动控制信息传递系统

基站,采集设备,传感器,设备

图 2-1 Delsys 肌电信号无线采集设备Delsys 肌电信号采集设备主要包括基站和 Delsys 传感器，基站可以同时接收传感器的信号数据，可以实现多通道肌电信号同步采集。信号传输方式采用无输，避免了多路同步采集时的线路干扰和电量消耗，其有效传输距离为 20 米，频率为 2000Hz。在进行多通道肌电信号数据采集实验之前，需用浓度为 75%的酒精擦拭皮肤，去除皮肤表面的油脂和皮屑对信号的影响，，提高获取肌电信号噪比。2.2 肌电信号的预处理肌电信号是非平稳的生理信号，十分微弱，在数据采集过程中容易受到外部和采集装置的干扰，会影响到进一步肌间耦合特性分析的准确性。因此，根据信号噪声的干扰形式及其特点设计相应的预处理方法。常见的噪声干扰表现形要有基线漂移、工频及其各次谐波干扰、频带过宽、尖峰干扰和运动伪迹等。着重对基线漂移、工频干扰和频带过宽等噪声干扰进行处理，给出相应的预处
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R496;TN911.7

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