[发明专利]一种基于运动信号的反馈穿戴系统及预处理方法

权利要求书

1.一种基于运动信号的反馈穿戴系统，其特征在于，包括：

健肢运动检测装置；

患肢运动检测装置；

所述健肢运动检测装置与所述患肢运动检测装置通讯连接，分别设置在健肢及患肢上；

所述健肢运动检测装置用于获取健肢主动运动信息，并将所述健肢主动运动信息传输给所述患肢运动检测装置；

所述患肢运动检测装置用于通过滤波预处理获取患肢实际的主动运动信息，并通过与健肢主动运动信息进行对比分析及对患肢肌肉骨骼进行模型分析，提醒、指导患肢运动。

2.根据权利要求1所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述健肢运动检测装置包括：

第一加速度检测单元；

第一计算单元；

所述第一加速度检测单元用于获取特定时间内健肢加速度变化量；

所述第一计算单元用于将加速度积累变化量与设定阈值比较计算确定健肢是否在运动并计算所述加速度积累变化量，以获取健肢运动程度信息。

3.根据权利要求2所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述患肢运动检测装置包括：

第二加速度检测单元；

第二计算单元；

肌电信号检测单元；

预处理单元；

模型分析单元；

所述第二加速度检测单元用于获取特定时间内患肢加速度变化量；

所述肌电信号检测单元用于获取患肢肌群的肌电信号；

所述第二计算单元用于通过对患肢加速度运动信号与肌电信号的同步性及加速度积累量进行计算分析，以获取患肢实际的主动运动信息；

所述预处理单元用于对肌电信号进行数据滤波、肌肉动作起始时刻检测及静息状态特征性滤波；

所述模型分析单元用于通过构建上肢肌肉骨骼进行虚拟模型，采用肌电信号输入反映上肢屈伸肌的协同收缩模式，以获取患肢常进行的运动类型。

4.根据权利要求3所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述反馈穿戴系统还包括：

对比分析单元；

提醒单元；

所述对比分析单元用于根据患肢和健肢主动运动数据，并根据患肢加速度积累量及实际的主动运动信息计算患肢相对于健肢的运动程度，根据习得性废用指数及治疗参数输出提醒指令；

所述提醒单元用于根据提醒指令对患肢进行振动或者灯光提醒。

5.根据权利要求4所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述肌电信号检测单元包括：

肌电信号采集仪及多个肌电信号传感器；

所述肌电信号传感器分别设置在腕前区、腕背区、肱二头肌处及肱三头肌处，用于获取患肢腕部及肘部肌群的肌电信号；

所述肌电信号采集仪用于对肌电信号进行采样。

6.根据权利要求5所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述模型分析单元采用积分肌电值iEMG表示患肢结构活跃指数：

患肢肘关节活跃指数＝iEMG_肱二头肌平均值/iEMG_肱三头肌平均值；

患肢膝关节活跃指数＝iEMG_腕屈肌处平均值/iEMG_腕伸肌处平均值。

7.根据权利要求6所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述第二计算单元用于通过：

患肢加速度运动数据方差平均值超过特定阈值；

及

肌电信号的均方根值超过静息状态阈值；

来分析计算患肢实际的主动运动信息。

8.根据权利要求7所述的反馈穿戴系统，其特征在于，所述第一加速度检测单元、第二加速度检测单元分别包括三轴加速度传感器，所述三轴加速度加速度传感器采样频率为20Hz。

9.一种肌电信号预处理方法，用于对权利要求3-8中任一中的肌电信号进行预处理，其特征在于，包括步骤：

采用数字高通滤波器对采集到的肌电信号进行数据滤波；

利用TKEO算子判断患肢肌肉动作初始时刻；

对非运动状态的肌张力特征提前进行时域和频域提取，对所述肌张力肌电信号进行特征滤波。

10.根据权利要求7所述的肌电信号预处理方法，其特征在于，所述步骤：利用TKEO算子判断患肢肌肉动作初始时刻，包括子步骤：

预先在采集的肌电信号数据序列中截取长度为M的底噪信号；

利用式子(1)、(2)分别计算所述底噪信号的均值μ₀及第一标准差δ₀，

其中，x(n)为需要处理的肌电数据序列，x(i)截取底噪信号的起始时刻点；

利用式子(3)对窗口长度为W对需要处理的肌电数据求取第二标准差std(n)，

其中，n＝M+W,M+W+1,……；

利用式子(4)将所述第一标准差与所述第二标准差进行比较，获取比较差值s(n)

s(n)＝sign[std(n)-h·δ₀] (4)

其中，h为放大倍数因子，用于确定合适阈值数值；

对所述比较差值s(n)进行判断，若为1，则判定肌肉动作已经发起；

利用式子(5)选取时刻最小的t₀作为肌肉动作的起始时刻，