[发明专利]多指多自由度假手用肌电控制能力检测训练方法

说明书

技术领域

本发明属于假手用肌电控制能力检测方法领域，尤其是一种在安装多自由度肌电假手前，用于截肢者肌电控制能力检测和训练提高肌电控制能力的多指多自由度假手用肌电控制能力检测训练方法。

背景技术

假手是为恢复人手的形态和功能，以补偿截肢造成的缺损而制作和装配的人工手。假手是一种重要的上肢假肢，不仅前臂截肢患者需要安装假手来代偿缺失的人手功能，即使上臂或者肩离断的截肢者安装的上肢假肢，也需要有假手作为末端操作器。据2006年抽样统计，中国有2412万肢体残疾人，按截肢者占8％推算，截肢者有200万，其中上肢截肢者约占29％，有58万人，可见假手有很大的市场需求。假手的种类很多，通过提取残肢表面肌电信号(surfaceElectromyography，sEMG)控制的肌电假手，因仿生性能好，而得到广泛应用。

肌电假手的控制方式可分为三类：阈值控制、比例控制和模式识别控制。阈值控制肌电假手是当肌电幅值超过设定阈值时控制假手运动，这种方法因简单、可靠而广被采用，目前市场上应用的肌电假手大多数都采用这种方法。比例控制肌电假手是可以根据肌电强弱来选择假手相应的速度和握力等级，这个方法在假手握取到物体之前，实行比例速度调节。阈值和比例控制方法的理论依据是肌电信号(Electromyography，EMG)可近似成一种具有可控方差的零均值高斯过程，其方差与肌肉收缩强度成正比。阈值和比例控制利用的是EMG功率信息，比较适合控制单自由度假手。目前市场上手部有一个自由度的多自由度上肢假肢(其它为腕或肘等关节的自由度)都是通过切换开关来控制不同关节运动的。对于多指多自由度假手，因手指间组合方式多而不能采用固定模式的顺序控制，因对组合动作时不同手指运动实时性要求高，所以更不可能采用时间上有明显滞后的串行切换开关控制，只能采用基于模式识别的肌电控制方法。我们在已经公开的发明专利CN101036601A和授权的发明实用新型专利CN2746890Y中发明的基于模式识别的二自由度肌电假手控制方法就是为了提高二自由度肌电假手控制的实时性，利用AR模型提取两个通道sEMG特征，然后将AR模型系数作为BP神经网络分类器输入，识别张开/合拢、腕上/下翻、腕左/右旋和停止7个动作。

基于模式识别的肌电控制方法的优点是可以从较少通道的sEMG中，得到控制多于sEMG通道数的信号，而且不同动作之间没有时间上的延迟，实时性高。但是基于模式识别的肌电控制方法个体差异性比较大，通过对sEMG进行模式识别，识别出运动模式的正确率不仅与截肢位置、截断肌肉保留情况及其缝合方式等多种因素有关，而且与电极安放的位置、肌肉的强壮程度、采用的sEMG特征及分类器的算法等因素有关。

即使是基于阈值控制和比例控制的单自由度肌电假手对截肢者自身的截肢位置、sEMG强度及控制肌肉收缩的能力都是有一定要求，譬如要求截肢者sEMG的幅度要大于100毫伏才能安装，对于sEMG没有达到标准或者控制能力较差的，则利用肌电检测仪进行反馈训练，如果训练仍然达不到标准的，则不能安装肌电假手。基于模式识别的肌电控制上肢假肢，利用的不仅仅是肌电幅值的信号，因此安装前，对截肢者要进行更多的测试与分析，选择识别成功率最高的sEMG特征提取方法和分类器，并且进行增强sEMG幅度、提高sEMG识别成功率和识别成功率稳定性的sEMG反馈训练，使更多的截肢者能够成功安装基于模式识别的肌电控制多自由度上肢假肢。目前，市场上只有为安装基于阈值控制和比例控制的肌电上肢假手配套的肌电反馈训练装置，但是没有为安装基于模式识别的肌电控制多指多自由度假手配套的肌电控制能力检测训练方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种为安装基于模式识别的肌电控制多指多自由度假手用肌电控制能力检测训练方法，本发明不局限于肌电控制多指多自由度假手，同样也适于肌电控制多自由度上肢假肢。

本发明的技术方案是：多指多自由度假手用肌电控制能力检测训练方法，其特征是包括下列步骤：

---用信号采集模块采集残肢表面肌电信号数据，当数据的噪声均匀，信号幅值大于噪声幅值的5倍以上，且信号持续时间大于0.5秒时，此时的数据可以作为合适的信号数据；

---利用信号分析模块对采集的数据进行滤波处理、时域、频域和时频域的分析，分析结果在界面上以图形方式显示；