[發(fā)明專利]一種頸部功能鍛煉識別方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011433416.4
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112569565A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 潘赟;薛博文;朱懷宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學德清先進技術與產業(yè)研究院
• 主分類號: A63B71/06
• 分類號: A63B71/06;A63B23/025;A61B5/389;A61B5/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種頸部功能鍛煉識別方法，包括以下步驟：步驟S1.采集測試者的左右胸鎖乳突肌和左右上斜方肌表面肌電信號；步驟S2.對采集的表面肌電信號進行預處理；步驟S3.對上述預處理后的表面肌電信號進行信號分離，獲得分離后的信號；步驟S4.對分離后的表面肌電信號進行特征提取；步驟S5.根據提取后特征進行頸部功能鍛煉識別。以及提供一種頸部功能鍛煉識別系統(tǒng)。本發(fā)明通過提取小波系數相關特征來表征不同動作表面肌電信號；利用信號分離方法消除了多路信號間的混疊成分；通過基于聚類層次分析的BP神經網絡實現(xiàn)對頸部功能鍛煉動作的有效識別。

技術領域

本發(fā)明涉及一種頸部功能鍛煉識別方法及系統(tǒng)。

背景技術

當今社會，人們在日常生活中頸椎屈曲的情況越來越常見。在頸部屈曲期間，頭部的重心向前移動，頸部肌肉的收縮力和頸椎上的壓力會倍增，并且頸部伸肌的拉伸應力也會顯著增加。因此，如果頸部長時間處于過度向前彎曲的不良姿勢，則頸部肌肉將長時間處于緊張狀態(tài)，從而使頸部肌肉超負荷，導致頸部動靜力平衡失調，加速頸椎和頸部肌肉的損傷，進而可能使頸部肌肉發(fā)生病變，導致頸椎病的發(fā)生。根據相關調查結果，我國有五千萬例頸椎病患者，每年新增約一百萬例頸椎病患者。目前頸椎病已經成為威脅我國人口健康的主要疾病之一。調查還表明約70％的人在一生中會罹患頸椎病。大量研究證明頸部功能鍛煉可改善包括頸椎病在內多種頸部病變的癥狀，頸部功能鍛煉主要包括McKenzie療法頸部練習1(頸部后縮)和McKenzie療法頸部練習2(頸部后縮狀態(tài)下左側右側)，對頸部功能鍛煉進行識別能幫助患者更好的進行頸部康復鍛煉。

人體頸部動作識別技術主要利用各種傳感器采集頸部動作的相關數據，通過分析傳感器數據，最終實現(xiàn)對人體頸部動作的識別。識別主要包括三個過程，分別是數據收集、特征提取和特征學習。當前，在人體頸部行為識別技術中，使用的傳感器大多是基于物理信號(如頸部運動時的速度、加速度、頸部姿態(tài)等)、位置數據(如磁力計等)以及生理信號(如肌電圖、心率、心電圖、肌音圖等)等等進行人體頸部行為的識別。其中肌電信號作為一種較早研究肌肉運動情況的信號源，可以很好地顯示人體肌肉運動過程中的電位移變化，大量研究證明，利用肌電信號進行頸部動作識別能夠得到較高的識別準確率。

頸部的各種動作主要與頸椎穩(wěn)定肌有關，頸椎穩(wěn)定肌是分布于頸椎和軀干局部的具有維持頸椎穩(wěn)定性和實現(xiàn)頸椎保護的肌群，其中胸鎖乳突肌和上斜方肌起主要的穩(wěn)定作用。胸鎖乳突肌和斜方肌都屬于頸部淺層肌肉，位置容易確定并且在采集肌電信號時受到的干擾較小，對頸部左右轉動、左側右側以及前屈后仰等動作均有比較明顯的作用。肌電信號采集通常有兩種方法：針狀電極和表面電極。前者插入肌肉中采集肌電信號，后者放置在皮膚上以獲取表面肌電信號。針狀肌電極能夠采集深層肌肉的肌電活動，而且涉及到的運動單元數目非常少，更具有針對性，能夠清楚的導出單個運動單元或單個肌纖維產生的電位變化，然而針電極因其有創(chuàng)性，進針的位置、深淺和手法都十分關鍵，對于操作者的要求比較高，同時針電極無法測量運動期間的肌電信號，因此，針電極一般用于臨床診斷和一些基礎性研究。與針電極采集肌電信號相比，表面電極由于其采集的間接性和非特異性，具有更大的檢測范圍和更低的空間分辨率，采集到的表面肌電信號更加容易受到干擾，信噪比更低。它的信號質量容易受到許多因素的影響，例如電極位置、皮膚狀況、毛發(fā)狀況、脂肪厚度、精神狀態(tài)、電磁干擾情況等等。但是，通過表面電極測量肌電信號是非侵入性的，不需要醫(yī)生的參與，是非臨床環(huán)境下采集肌電信號的首選方法。

以往研究中，鮮少有對頸部功能鍛煉進行識別，并且頸部功能鍛煉容易與其它頸部動作混淆，如頸部后縮運動易與頸部后仰運動混淆，頸部后縮狀態(tài)下左側右側運動易與頸部左側右側運動混淆。因此對頸部功能鍛煉進行識別能幫助患者更好的進行頸部康復鍛煉。

發(fā)明內容

為了克服已有技術的不足，本發(fā)明提供了一種頸部功能鍛煉識別方法及系統(tǒng)，通過提取小波系數相關特征來表征不同動作表面肌電信號；利用信號分離方法消除了多路信號間的混疊成分；通過基于聚類層次分析的BP神經網絡實現(xiàn)對頸部功能鍛煉動作的有效識別。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：