[发明专利]基于相关系数的肌电假肢控制源导联优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗康复器械，具体讲，涉及基于相关系数的不同动作下肌电假肢控制源导联优化新方法。

背景技术

肢体残疾已经成为我国人口中的最重大残障疾病，给家庭社会带来沉重的负担。如何帮助残疾患者有效地提高自理能力，改善肢体残疾者生活质量是政府和社会面临的一个严峻的挑战，并成为医疗康复领域重要的研究课题。肌电假肢又称肌电控制人造假肢(EMG controlled limb prosthetics),是一种利用残肢的肌电信号来控制假肢的人机系统，控制原理的实质为人体与假肢间的信息交换，可以帮助残疾患者恢复部分运动功能，享受正常人的生活。实验表明，当机体做某种动作时，大脑通过神经系统给相关肌肉发出一组生物电脉冲，并通过神经电位来刺激肌肉的收缩，产生相应的动作，动作力度越大，肌肉发放的相应电信号也越大。一般肌电假肢由以下五个部分组成：肌电提取装置(表面电极)、肌电滤波放大装置、信号处理装置、动作执行装置和反馈装置。通过对肌电信号的研究，采用表面肌电信号控制假肢，实现对残疾者的残臂再造是当今生物工程领域研究的重点。

1948年，R．Rect发明了世界上第一例肌电假肢，给数以万计的残疾者带来了自主生活的希望。从1960年开始，肌电假肢被越来越多的截肢患者所接受，又因为其具有结构简单、安装方便，无创性、实时性、多靶点测量等优点，已成为康复工程领域另一个重要的发展方向。随着科学技术的发展，肌电控制假肢的研究已有了长足的进步，奥托博克假肢矫形器生产公司发明了可以控制多手指的肌电假肢，20世纪80年代至90年代期间，一种可以持续工作8小时的轻松便携肌电假手受到了截肢患者的欢迎。然而，目前的假肢有灵活度低、控制不精准、自由度差等诸多缺点，市场上还未见到技术成熟、控制精准的肌电假腿的诞生。同时，市场上的肌电假肢往往需要许多块肌电联合控制，这样不仅带来了不必要的冗余信息，还严重影响了肌电假肢的便携化和控制效率。进行不同动作下肌电假肢控制源的导联优化，具有极为重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，寻找到最佳的导联优化预测方案。以达到更加精准快速预测下肢关节角度，控制肌电假肢的目的，为此，本发明采取的技术方案是，一种基于相关系数的肌电假肢信号源导联优化方法，包括下列步骤，提取人体在深蹲、站起、伸膝和行走过程中六路肌肉的肌电信号，六路肌肉的肌电信号是：股直肌、股二头肌、半腱肌、比目鱼肌、胫骨前肌和腓肠肌；利用三维运动捕捉系统记录人体运动三维坐标，进而求得下肢膝关节角度信息；提取肌电的均方根值作为特征参数，计算其与下肢关节角度的相关系数；根据相关系数的大小，依次去除不相关肌肉导联，利用人工神经网络ANN建立下肢肌骨动力学模型，预测关节角度，对比不同结果的误差，得到不同动作下最佳的导联优化方式。

利用以下公式求解肌电的均方根值：

RMS=1NΣk=1Nxk2]]>

其中，x_k为第k个采集到的肌电信号，N为采集样本数；

相关系数是度量两个随机变量间关联程度的量，相关系数越高，两变量间的相关程度越大，计算公式如下：