[發明專利]基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置及方法

有效

• 申請號: 201911412139.6
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111053555B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 高碩;方潮銘;王軼軒;徐立軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/103;A61B5/11
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 畢翔宇

本發明公開了一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置，并進一步公開了采用該裝置實現的基于表面肌電信號與足底力的地形分類方法。分類方法中，受試者在選定肌肉表面貼上肌電電極貼片組，在足底選定位置處粘貼壓阻片，然后按照一定指導，完成不同地形的行走任務；然后進行數據預處理與特征提??；將不同地形下提取出的特征作為機器學習模型的輸入，進行分類模型的訓練，并測試分類模型的準確率，調整參數，優化模型。本發明考慮了不同地形對人體肌電信號的影響，并通過實驗進行量化，以簡單的機器學習模型進行分類，提高了可穿戴式輔助設備智能性與安全性。本發明適用于醫療設備技術領域。

技術領域

本發明屬于醫療康復技術領域，用于將足底力信號與表面肌電信號綜合進行分類，具體地說是一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置及方法。

背景技術

肌電信號(EMG)是眾多肌纖維中運動單元動作電位(MUAP)在時間和空間上的疊加。表面肌電信號(SEMG)是淺層肌肉和神經干上電活動在皮膚表面的綜合效應。表面肌電信號能夠反映使用者的肌肉活動狀況。根據表面肌電信號能夠提前預知使用者的期望動作，這為下肢行動受限患者的康復訓練起到了重要作用。目前，表面肌電信號的檢測已經被廣泛地用于外骨骼、智能假肢等可穿戴式的輔助康復設備的控制當中。

然而，表面肌電信號是在中樞神經調配下由患者主觀發出的一種生物電信號，若患者對周圍環境如地形變化的感知受限，其表面肌電信號將缺乏有效的反饋。

現有技術已有的基于表面肌電信號的下肢康復設備都主要只針對平地行走的情況進行檢測，缺乏對表面肌電信號因環境變化的校正反饋。上述技術缺陷不僅令使用者舒適度降低，還因地形切換而存在較大安全隱患。

發明內容

本發明的目的，是要提供一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置。

本發明還有一個目的，是要提供一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類方法。該方法以表面肌電信號作為輸入，利用足底力傳感器提供反饋，進行實時地形分類，具有準確度高，復雜度低，便攜易測的優點，提高了輔助式設備的通用性，安全性與智能性。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方案如下：

一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置，包括前端信號采集部分、數據預處理部分、特征提取部分和機器學習模型建立部分；特征提取部分和機器學習模型建立部分均設置在PC端；

所述前端信號采集部分包括表面肌電信號采集單元和足底力采集單元；

所述數據預處理部分包括表面肌電信號預處理單元和足底力信號預處理單元；

所述表面肌電信號采集單元的輸出端通過表面肌電信號預處理單元與特征提取部分的第一輸入端相連，足底力采集單元的輸出端通過足底力信號預處理單元與特征提取部分的第二輸入端相連；

所述特征提取部分的輸出端與機器學習模型建立部分的輸入端相連。

作為限定：所述表面肌電信號采集單元包括肌電電極貼片組，表面肌電信號預處理單元采用便攜式肌電儀，肌電電極貼片組與便攜式肌電儀的輸入端相連，便攜式肌電儀的輸出端與特征提取部分的第一輸入端相連；

所述足底力采集單元包括壓阻傳感器，足底力信號預處理單元包括串聯的有源線性放大電路、單片機和藍牙模塊，藍牙模塊的輸出端作為足底力信號預處理單元的輸出端，藍牙模塊的輸出端與特征提取單元的第二輸入端相連。

一種基于表面肌電信號與足底力的地形分類方法，采用上述的基于表面肌電信號與足底力的地形分類裝置實現，該方法按照以下步驟順序進行：

一、安裝實驗裝置，完成不同地形下數據的采集

在選定的腿部肌肉表面安裝表面肌電信號采集單元，同時在選定的足底區域安裝足底力采集單元；