[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于肌肉協(xié)同的步行能力分析方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410136557.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103886215B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玲;李飛;陳香
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00;G06K9/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 楊學(xué)明,顧煒

1.一種基于肌肉協(xié)同的步行能力計(jì)算方法，其特征在于，該步行能力計(jì)算方法先利用非負(fù)矩陣分解(Non-negative?Matrix?Factorization,NMF)算法從步態(tài)周期表面肌電信號(hào)（Surface?Electromyography,SEMG）中提步雙腿的步態(tài)肌肉協(xié)同模式；然后利用基于步態(tài)肌肉協(xié)同模式相似性的協(xié)同綜合計(jì)算（Synergy?Comprehensive?Calculation，SCC）模型計(jì)算不同個(gè)體的步行能力；其中SCC模型是以成年人穩(wěn)定的步態(tài)肌肉協(xié)同模式作為標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)肌肉協(xié)同模式，綜合分析受試者左右腿肌肉協(xié)同模式與標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)肌肉協(xié)同模式的相似性，以及左右腿在步態(tài)運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出的對(duì)稱(chēng)性，計(jì)算出反映步行能力的特征參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于肌肉協(xié)同的步行能力計(jì)算方法，其特征在于，所述步行能力計(jì)算方法具體包括如下步驟：

（1）利用非負(fù)矩陣分解NMF算法從步態(tài)周期表面肌電信號(hào)（Surface?Electromyography,SEMG）中提步雙腿的步態(tài)肌肉協(xié)同模式，將提取的左右腿肌肉協(xié)同矩陣L,R分別表示為：

L＝L^m×l＝{l1,l2…l_l}

R＝R^m×r＝{r₁,r₂…r_r}

其中列向量l_i,r_j分別表示左右腿的肌肉協(xié)同模式，所述i＝1,2…l;j＝1,2…r，l,r分別表示左右腿的步態(tài)肌肉協(xié)同數(shù)量，m表示步態(tài)分析中所選取的一組肌肉的數(shù)量；將成年人雙腿共有的肌肉協(xié)同模式作為標(biāo)準(zhǔn)模板集T：

T＝T^m×s＝{t₁,t₂…t_s}

T是一個(gè)m×s的矩陣，列向量t_k表示標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)肌肉協(xié)同模式，所述k＝1,2…s，s表示標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)肌肉協(xié)同模式的數(shù)量；

（2）利用基于步態(tài)肌肉協(xié)同模式相似性的協(xié)同綜合計(jì)算（Synergy?Comprehensive?Calculation，SCC）模型，計(jì)算步行能力指標(biāo)S：

1）用皮爾森相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式R(x,y)計(jì)算受試者左右腿各個(gè)步態(tài)肌肉協(xié)同模式l_i,r_j與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)肌肉協(xié)同模式t_k之間相關(guān)系數(shù)R(t_k,l_i),R(t_k,r_j)；定義左右腿肌肉協(xié)同矩陣L,R與標(biāo)準(zhǔn)模板集T的相似程度Sim(T,L),Sim(T,R)，其計(jì)算公式如下：

Sim(T,L)=Σi=1lF(T,li)]]>

Sim(T,R)=Σj=1rF(T,rj)]]>

F(T,l_i)＝max(R(t_k,l_i))?k＝1,2…s

F(T,r_j)＝max(R(t_k,r_j))?k＝1,2…s

F(T,l_i)，F(xiàn)(T,r_j)分別表示左右腿肌肉協(xié)同模式l_i,r_j與標(biāo)準(zhǔn)模板集T的相似程度，對(duì)每個(gè)F(T,l_i)，F(xiàn)(T,r_j)乘上所述得分系數(shù)B＝100/s，則所述左右腿相似性得分S_l,S_r分別為：

S_l＝B*Sim(T,L)

S_r＝B*Sim(T,R)

S_l,S_r的取值在0-100之間；

2）在SCC模型中用皮爾森相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式R(x,y)計(jì)算受試者左右腿各個(gè)步態(tài)肌肉協(xié)同模式l_i,r_j之間的相關(guān)系數(shù)R(r_j,l_i)并定義左右腿肌肉協(xié)同矩陣L,R之間的相似程度Sim(R,L)，其計(jì)算公式為：

Sim(R,L)=Σi=1lF(R,li)r≥lΣj=1rF(L,rj)r<l]]>

F(R,l_i)＝max(R(r_j,l_i))j＝1,2…r

F(L,r_j)＝max(R(r_j,l_i))i＝1,2…l

F(R,l_i)表示該SCC模型中左腿肌肉協(xié)同模式l_i與右腿肌肉協(xié)同矩陣R的相似程度；F(L,r_j)則表示右腿肌肉協(xié)同模式r_j與左腿肌肉協(xié)同矩陣L的相似程度，所述對(duì)稱(chēng)性得分Sym的計(jì)算公式如下：

Sym＝A*Sim(R,L)

其中所述對(duì)稱(chēng)性得分系數(shù)A＝100/min(l,r)，Sym的取值在0-100之間；

3）最后，求S_l,S_r,Sym的平均值，得到總體得分S：

S＝(S_l+S_r+Sym)/3

S即為SCC模型的計(jì)算結(jié)果，S的取值在0-100之間。