[发明专利]人体下肢行走关节角度肌电连续解码方法

权利要求书

1.一种人体下肢行走关节角度肌电连续解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用光学运动捕捉系统记录人体下肢行走运动三维坐标，通过人体下肢运动学建模方法计算下肢髋关节、膝关节和踝关节的运动角度；

步骤二、通过16路肌电仪同步采集运动期间人体下肢运动相关8块肌肉的表面肌电信号，8块肌肉具体为：股直肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌、比目鱼肌、腓肠肌内侧、腓肠肌外侧和胫骨前肌；

步骤三、对采集的8块肌肉的表面肌电信号进行滤波、整流预处理提取肌电活动强度信息，并使用PCA方法对肌电活动强度信息降维，提取肌电活跃度主分量；

步骤四、以步骤三选择所得的肌电活跃度主分量作为输入量和以步骤一计算所得关节运动角度作为输出量构建训练集，使用GEP符号回归分析方法，建立非线性下肢关节角度预测模型；

步骤五、采集人体下肢行走运动相关8块肌肉的表面肌电信号，8块肌肉具体为：股直肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌、比目鱼肌、腓肠肌内侧、腓肠肌外侧和胫骨前肌；对采集的8块肌肉的表面肌电信号进行滤波、整流预处理提取肌电活动强度信息，并使用PCA方法对肌电活动强度信息降维，提取肌电活跃度主分量；将提取的肌电活跃度主分量输入所述非线性下肢关节角度预测模型中，获得人体下肢髋关节、膝关节和踝关节的运动角度预测值。

2.据权利要求1所述的人体下肢行走关节角度肌电连续解码方法，其特征在于，步骤一中计算关节运动角度具体包括：

所求角度均为各个关节在人体矢状面上的运动角度，其计算公式如下：

θ₁＝acos(T₁k_Thigh·k_Pelvis)

θ₂＝acos(T₂k_Calf·k_Thigh)

θ₃＝acos(T₃k_Foot·k_Calf)

式中：θ₁、θ₂和θ₃分别为髋关节、膝关节和踝关节的屈/伸角；T₁、T₂和T₃分别为从大腿坐标系到骨盆坐标系、小腿坐标系到大腿坐标系和足部坐标系到小腿坐标系的转化矩阵；k_Pelvis、k_Thigh、k_Calf和k_Foot分别为骨盆坐标系、大腿坐标系、小腿坐标系和足部坐标系竖直轴上的单位矢量。

3.据权利要求1所述的人体下肢行走关节角度肌电连续解码方法，其特征在于，步骤三具体包括：

利用20-500Hz带通滤波器和50Hz工频陷波器对肌电信号进行降噪和伪迹消除处理，之后对信号进行全波整流和归一化处理，得到肌电活动强度信息X＝{x_ij}_m×p作为PCA降维的输入；选择贡献率之和大于给定提取效率的前h个肌电活跃度主分量α＝[α₁,α₂,…,α_h]作为GEP算法条件属性，其h取值为2～6；p＝8表示表面肌电信号通道数，m表示采样点数，给定提取效率为90％。

4.据权利要求3所述的人体下肢行走关节角度肌电连续解码方法，其特征在于，步骤四中GEP符号回归方法具体包括：

用GEP算法的多基因染色体表示问题的可行解，包括可行解的形式和参数，然后利用遗传进化在解空间中进行搜索，最后根据适应度值进行优胜劣汰，求得最优解，即拟合样本肌电活跃度主分量与关节角度最好的非线性预测模型。