自主动作和电刺激下的脑电/肌电相干性对比分析研究
发布时间：2021-06-21 18:54
人体在运动过程中,运动皮层发放神经冲动,经脑干、脊髓沿着运动神经通路支配肌肉完成相应运动。同时,肌肉运动产生的本体感觉沿着感觉神经传导通路到皮层进行整合分析,输出决策指令,最后准确完成动作。这种皮层与肌肉之间的功能耦合可以用脑电/肌电相干性度量。对脑电/肌电信号的相干性分析可以揭示大脑和肌肉之间的内在联系和规律,已经成为近年来康复医疗、康复机器人领域的研究热点。神经机制的复杂性决定了要对所有动作模式下的脑电/肌电相干性分析,在目前的研究条件和方法下是不现实的。本文根据国家基金“人体平衡调节脑功能网络模型与平衡能力评估研究”要求,从脑控制肌肉机理出发,研究自主动作和电刺激下的脑电/肌电相干性,设计了自主动作和电刺激下的脑电/肌电信号同步采集实验,对脑电/肌电信号进行了预处理,研究了不同自主动作和不同频率电刺激下的脑电/肌电相干性。论文的主要工作以及创新点如下:（1）设计了自主动作和电刺激两类实验进行数据采集,自主动作设计了5kg握力、10kg握力、腕屈和腕伸四种动作来探讨神经下行中的神经振荡规律。以2Hz、3.5Hz、8Hz三种频率电刺激尺神经和尺侧腕屈肌来探讨本体感觉上传中的神经振荡规...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
神经元Hodgkin-Huxley模型等效电路
狭义的 FES是指利用低脉冲电流刺激骨骼肌，使骨骼肌运动，以期恢复肌肉的功能，如图1.2。广义上的 FES 是指通过脉冲电流刺激那些可以被刺激的人体机体组织和神经，如耳蜗神经、视听神经等。一般所说的 FES 是指狭义上的 FES。图 1.2 狭义功能性电刺激最早使用“电”来治病要追溯到公元前 420 年，古希腊的两位医生将一种放电的鱼放在患者头痛处。自“电疗之父”D.B.Duchenne 出版基于电疗的电生理学著作后，应用电刺激技术从此有了标准。随着电子技术的发展，FES 已经可以设定精确的刺激时序和强度，具有可控性强的特点[47]。在上世纪 60 年代，功能性电刺激仪器首次成功地被用于矫正足下垂，此后的几十年，各种类型的 FES被研制出来并用于恢复运动功能障碍患者身上，取得了较好的效果。如图 1.3 中A 是日本 Handa[48]研制的 freehand 植入式电刺激系统，拥有 32 个通道
图 1.3 各类型的上下肢 FES 系统FES 常应用于像脑卒中、脊髓损伤等患者的康复中，此类患者由于中枢神经损伤或者周围神经损伤，导致了部分神经控制运动功能的缺失。近年来的研究表明 FES 是中风患者和脊髓损伤患者运动功能康复最有效的方式，FES 可通过刺激不受患者控制的神经，使其完成相应的动作，从而改善运动功能障碍患者关节和肌肉信息流的传入以及视觉感知能力，有助于神经机制的重建[49]。Hara[50]等的研究也支持这一结论。此外，李扬政[51]对健康人进行电刺激研究，表明 FES对提升健康人的骨骼肌肌力也有明显的作用，也有研究指出电刺激能改善肌群之间的协同作用，从而提升肌肉的反应速度和耐力[52]，郭庆芳[53]等的研究也指出电刺激使得运动员的肌肉力量明显增加，帮助改进了运动技术。FES 的应用可以总结为：对神经损伤患者能促进其功能恢复，防止神经失调肌肉萎缩，对劳损肌肉起到止痛、扩展血管、兴奋神经、按摩肌肉的作用。1.3 课题研究存在的问题及面临的挑战对脑电/肌电相干性的研究涉及到神经科学、信号处理等多个学科的交叉，人体神经系统的复杂性决定了皮层肌肉之间的功能联系和作用方式更为复杂。脑
【参考文献】：
期刊论文
[1]脑卒中患者脑电、肌电相干性研究[J]. 赵晨钰,毕胜. 中国康复. 2017(02)
[2]《中国脑卒中防治报告2016》概要[J]. 王陇德,王金环,彭斌,许予明. 中国脑血管病杂志. 2017(04)
[3]基于Gabor小波和格兰杰因果的脑-肌电同步性分析[J]. 谢平,陈迎亚,张园园,邹策,陈晓玲,张利泰. 中国生物医学工程学报. 2017(01)
[4]康复治疗师职业倦怠及其影响因素[J]. 王红雨,王敏,岳建兴. 中国康复理论与实践. 2016(12)
[5]基于EEMD的ICA算法在轴承-丝杠复合故障诊断中的应用[J]. 李善,谭继文,俞昆. 机床与液压. 2016(23)
[6]单通道脑电信号眼电伪迹去除算法研究[J]. 刘志勇,孙金玮,卜宪庚. 自动化学报. 2017(10)
[7]基于变分模态分解-传递熵的脑肌电信号耦合分析[J]. 谢平,杨芳梅,李欣欣,杨勇,陈晓玲,张利泰. 物理学报. 2016(11)
[8]改进的双变量收缩函数模型脑电信号消噪方法[J]. 陈顺飞,罗志增,周镇定. 传感技术学报. 2016(02)
[9]医疗康复机器人研究进展及趋势[J]. 李光林,郑悦,吴新宇,胡颖,方鹏,熊璟,夏泽洋,王灿. 中国科学院院刊. 2015(06)
[10]功能性电刺激下下肢相关运动诱发的脑状态变化分析[J]. 綦宏志,徐佳朋,邱爽,徐瑞,冯静,明东. 纳米技术与精密工程. 2015(05)
博士论文
[1]基于脑电和肌电相干性的辅助中风病人主动康复方法研究[D]. 楼鑫欣.浙江大学 2014
[2]针刺神经电信息传导与作用规律的研究[D]. 韩春晓.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于脑电信号的运动功能障碍检测与评估研究[D]. 陈顺飞.杭州电子科技大学 2017
[2]运动想象脑电处理及其模式识别方法研究[D]. 姚家扬.杭州电子科技大学 2016
[3]基于多元EMD的BCI信号处理研究[D]. 刘源.燕山大学 2013
[4]大脑皮层与上肢肌肉间功能耦合与信息传输的研究[D]. 荣瑶.北京工业大学 2013
[5]基于多通道时空信息的表面肌电信号分解[D]. 魏代祥.中国科学技术大学 2011
[6]基于脑电信号的假手控制方法研究[D]. 李亚飞.杭州电子科技大学 2009
[7]表面肌电信号的特征提取与模式分类研究[D]. 邱青菊.上海交通大学 2009
[8]电刺激诱发表面肌电信号检测分析及肌疲劳的研究[D]. 颜芳.重庆大学 2003
[9]脑电消噪的独立分量分析方法及其应用研究[D]. 龙飞.安徽大学 2002
本文编号：3241218
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
神经元Hodgkin-Huxley模型等效电路
狭义的 FES是指利用低脉冲电流刺激骨骼肌，使骨骼肌运动，以期恢复肌肉的功能，如图1.2。广义上的 FES 是指通过脉冲电流刺激那些可以被刺激的人体机体组织和神经，如耳蜗神经、视听神经等。一般所说的 FES 是指狭义上的 FES。图 1.2 狭义功能性电刺激最早使用“电”来治病要追溯到公元前 420 年，古希腊的两位医生将一种放电的鱼放在患者头痛处。自“电疗之父”D.B.Duchenne 出版基于电疗的电生理学著作后，应用电刺激技术从此有了标准。随着电子技术的发展，FES 已经可以设定精确的刺激时序和强度，具有可控性强的特点[47]。在上世纪 60 年代，功能性电刺激仪器首次成功地被用于矫正足下垂，此后的几十年，各种类型的 FES被研制出来并用于恢复运动功能障碍患者身上，取得了较好的效果。如图 1.3 中A 是日本 Handa[48]研制的 freehand 植入式电刺激系统，拥有 32 个通道
图 1.3 各类型的上下肢 FES 系统FES 常应用于像脑卒中、脊髓损伤等患者的康复中，此类患者由于中枢神经损伤或者周围神经损伤，导致了部分神经控制运动功能的缺失。近年来的研究表明 FES 是中风患者和脊髓损伤患者运动功能康复最有效的方式，FES 可通过刺激不受患者控制的神经，使其完成相应的动作，从而改善运动功能障碍患者关节和肌肉信息流的传入以及视觉感知能力，有助于神经机制的重建[49]。Hara[50]等的研究也支持这一结论。此外，李扬政[51]对健康人进行电刺激研究，表明 FES对提升健康人的骨骼肌肌力也有明显的作用，也有研究指出电刺激能改善肌群之间的协同作用，从而提升肌肉的反应速度和耐力[52]，郭庆芳[53]等的研究也指出电刺激使得运动员的肌肉力量明显增加，帮助改进了运动技术。FES 的应用可以总结为：对神经损伤患者能促进其功能恢复，防止神经失调肌肉萎缩，对劳损肌肉起到止痛、扩展血管、兴奋神经、按摩肌肉的作用。1.3 课题研究存在的问题及面临的挑战对脑电/肌电相干性的研究涉及到神经科学、信号处理等多个学科的交叉，人体神经系统的复杂性决定了皮层肌肉之间的功能联系和作用方式更为复杂。脑
【参考文献】：
期刊论文
[1]脑卒中患者脑电、肌电相干性研究[J]. 赵晨钰,毕胜. 中国康复. 2017(02)
[2]《中国脑卒中防治报告2016》概要[J]. 王陇德,王金环,彭斌,许予明. 中国脑血管病杂志. 2017(04)
[3]基于Gabor小波和格兰杰因果的脑-肌电同步性分析[J]. 谢平,陈迎亚,张园园,邹策,陈晓玲,张利泰. 中国生物医学工程学报. 2017(01)
[4]康复治疗师职业倦怠及其影响因素[J]. 王红雨,王敏,岳建兴. 中国康复理论与实践. 2016(12)
[5]基于EEMD的ICA算法在轴承-丝杠复合故障诊断中的应用[J]. 李善,谭继文,俞昆. 机床与液压. 2016(23)
[6]单通道脑电信号眼电伪迹去除算法研究[J]. 刘志勇,孙金玮,卜宪庚. 自动化学报. 2017(10)
[7]基于变分模态分解-传递熵的脑肌电信号耦合分析[J]. 谢平,杨芳梅,李欣欣,杨勇,陈晓玲,张利泰. 物理学报. 2016(11)
[8]改进的双变量收缩函数模型脑电信号消噪方法[J]. 陈顺飞,罗志增,周镇定. 传感技术学报. 2016(02)
[9]医疗康复机器人研究进展及趋势[J]. 李光林,郑悦,吴新宇,胡颖,方鹏,熊璟,夏泽洋,王灿. 中国科学院院刊. 2015(06)
[10]功能性电刺激下下肢相关运动诱发的脑状态变化分析[J]. 綦宏志,徐佳朋,邱爽,徐瑞,冯静,明东. 纳米技术与精密工程. 2015(05)
博士论文
[1]基于脑电和肌电相干性的辅助中风病人主动康复方法研究[D]. 楼鑫欣.浙江大学 2014
[2]针刺神经电信息传导与作用规律的研究[D]. 韩春晓.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于脑电信号的运动功能障碍检测与评估研究[D]. 陈顺飞.杭州电子科技大学 2017
[2]运动想象脑电处理及其模式识别方法研究[D]. 姚家扬.杭州电子科技大学 2016
[3]基于多元EMD的BCI信号处理研究[D]. 刘源.燕山大学 2013
[4]大脑皮层与上肢肌肉间功能耦合与信息传输的研究[D]. 荣瑶.北京工业大学 2013
[5]基于多通道时空信息的表面肌电信号分解[D]. 魏代祥.中国科学技术大学 2011
[6]基于脑电信号的假手控制方法研究[D]. 李亚飞.杭州电子科技大学 2009
[7]表面肌电信号的特征提取与模式分类研究[D]. 邱青菊.上海交通大学 2009
[8]电刺激诱发表面肌电信号检测分析及肌疲劳的研究[D]. 颜芳.重庆大学 2003
[9]脑电消噪的独立分量分析方法及其应用研究[D]. 龙飞.安徽大学 2002
本文编号：3241218
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