[發(fā)明專利]人體表面肌電信號單通道盲源分離法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210114093.1
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102631195A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭一娜;王清華;黃書華;卓東風(fēng);李秋果
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0488
• 分類號: A61B5/0488
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人體表面肌電信號單通道盲源分離法。

背景技術(shù)

人體表面肌電信號是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)進行隨意性和非隨意性活動時，生物電變化經(jīng)表面電極引導(dǎo)而獲得到的一維電壓時間序列信號。肌電電極所采集到的表面肌電信號，幅值較低，易受到周圍環(huán)境噪聲干擾，盲源分離方法能夠?qū)τ谠肼暤囊种凭哂休^好的效果。在脫機的情況下，采用盲源分離方法處理人體前臂的表面肌電信號后，識別人的各種手勢準(zhǔn)確率高達99%。

對于信號的多通道傳輸，大都采用多接口和連線，或者復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，這些方法缺點是采用設(shè)備復(fù)雜度較高，花費成本高。

單通道盲源分離是盲源分離的一種極端的情況，即在未知信號混合的方式的情況下，憑借單通道信號恢復(fù)出多通道信號，人們在這方面的探索也是剛剛展開，目前常見的方式是將單通道通過某種方法轉(zhuǎn)化為“虛擬多通道”，最后利用獨立成分分析ICA進行分離得出原信號。

目前主要的單通道盲源分離法有以下三種類型：????????????????????????????????????????????????單通道ICA分析（single?channel?ICA）即SCICA，當(dāng)信號的頻譜相距較近，對于如母嬰心跳的混合信號，用SCICA方法不能進行分離；對信號奇異值分解（Singular?Value?Decomposition,?SVD）后再進行ICA處理，即SVD_ICA和奇異譜分析Singular?Spectrum?Analysis，SSA）后進行ICA處理，即SSA_ICA，此兩種方法對于信號頻譜重疊時，分離信號效果較差，出現(xiàn)混疊；小波分解（Wavelet?Decomposition）后進行ICA處理，即Wavelet_ICA和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（Empirical?Mode?Decomposition，EMD）后進行ICA處理，即EMD_ICA，此兩種方法在信號的頻譜重疊的情況下仍能進行分離，運用小波分解時需要針對不同的信號進行選取小波，而EMD分解是根據(jù)信號的特征提取出本征模態(tài)函數(shù)（Intrinsic?Model?Function），即IMF，具有很強的自適應(yīng)性；由于所采集到的人體表面肌電信號頻譜在一定情況下會重疊，實際對比Wavelet_ICA?和EMD_ICA,?發(fā)現(xiàn)EMD_ICA分離效果波形平滑，更接近原信號，但EMD_ICA方法處理過程速度較慢，過程中需要人憑借經(jīng)驗進行信號的挑選，智能性不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種利用單通道盲源分離法對人體肌電信號進行采集的方法，可以有效地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，其特征在于采用的模塊包括有多通道輸入單通道輸出的肌電信號預(yù)處理模塊和單通道輸入多通道輸出的肌電信號單通道盲源分離模塊，其實施步驟是：

A、將采集到多路肌電信號通過屏蔽導(dǎo)線送到肌電信號預(yù)處理模塊直接相加，得到預(yù)處理單通道肌電信號；

B、將預(yù)處理所得到的單通道肌電信號送到肌電信號盲源分離模塊，進行總體經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（Ensemble?Empirical?Mode?Decomposition），即EEMD分解，主成份分析PCA降維和獨立成分分析ICA，實現(xiàn)多路表面肌電信號通過一個輸入口采集，多路輸出口輸出：

B.1、總體經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解EEMD處理得到本征模態(tài)函數(shù)IMFs；?

a、將預(yù)處理所得到的單通道肌電信號,多次加入具有均值為零、標(biāo)準(zhǔn)差為常數(shù)的白噪聲,即為,其中為加入白噪聲之后的信號，為第i次加入的白噪聲，白噪聲n_i(t)的準(zhǔn)則為，，，其中，表示加入的高斯白噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，表示肌電信號中有效高頻成分的幅值標(biāo)準(zhǔn)差，表示肌電信號幅值標(biāo)準(zhǔn)差，為比例系數(shù)，通常情況下，=能有效避免肌電信號分解中的模式混淆；

b、對所得到的信號進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解EMD，得到各自的IMF記為,和余項。其中表示加入白噪聲后分解得到的第個IMF；

c、將步驟b所得到的IMF進行總體平均運算，得到IMFs為，其中，為對原信號進行EEMD分解后所得到的第個IMF。由此可以得到IMF分量矩陣,其中，為單通道肌電信號經(jīng)EEMD分解后的IMF個數(shù)，上標(biāo)T為轉(zhuǎn)置運算；

B.2、對得到IMF分量進行PCA降維：