[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的肌肉運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110529422.8
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113367698B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝龍漢;魏昫陽;陳彥
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: A61B5/22
• 分類號: A61B5/22;A61B5/389;G06F17/18;G06N20/00;G16H15/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的肌肉運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測方法，應(yīng)用于各類肌肉運(yùn)動狀態(tài)實時監(jiān)測的場景，包括如下步驟：基于簡要生理信息選取肌群數(shù)學(xué)模型；校準(zhǔn)環(huán)節(jié)采集目標(biāo)肌肉肌力與對應(yīng)sEMG樣本點(diǎn)；基于SVR對樣本點(diǎn)進(jìn)行回歸分析并實現(xiàn)肌肉激活程度的標(biāo)準(zhǔn)化；在虛擬環(huán)境對肌肉骨骼模型進(jìn)行實時渲染。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集模塊；校準(zhǔn)預(yù)測模塊；映射與可視化模塊；監(jiān)測顯示模塊。本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)能夠提供肌肉激活程度以及各種異常情況的實時可視化監(jiān)測功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及康復(fù)數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的肌肉運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

腦卒中引起的偏癱極大影響著患者的日常生活。隨著醫(yī)療水平的提升，偏癱康復(fù)需要更為科學(xué)的監(jiān)測與診斷方式。傳統(tǒng)康復(fù)方法依賴康復(fù)師主觀的經(jīng)驗判斷，存在較大的個體差異。而各類量表雖然經(jīng)過大量臨床實驗的應(yīng)用，但是由于其使用過程耗費(fèi)大量的人力和時間，往往對患者造成較大的生理和心理負(fù)擔(dān)。

基于嚴(yán)肅游戲的康復(fù)訓(xùn)練和評估系統(tǒng)僅僅使用宏觀的肢體運(yùn)動信息進(jìn)行交互，雖然可以有效提高患者的康復(fù)興趣，但是由于信息來源單一以及患者的表達(dá)能力下降等原因，運(yùn)動意圖不易被康復(fù)師獲得。同時，由于肌肉狀態(tài)肉眼不易觀察，當(dāng)通過運(yùn)動或表情等方式表現(xiàn)時往往已經(jīng)對肌肉組織造成了傷害，因此可以實時檢測肌肉狀態(tài)的技術(shù)手段十分有必要。表面肌電信號(sEMG)是一種可以反映患者的運(yùn)動意圖的生理指標(biāo)，通過非侵入方式就可獲取。盡管已經(jīng)有對肌肉激活程度可視化的方法，但是由于其基于對歷史數(shù)據(jù)的簡單標(biāo)準(zhǔn)化，并不能形成可以實時處理的運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的肌肉運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測方法，從而用易于獲取的生理信息對肌肉激活程度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，解決對各類運(yùn)動障礙患者的肌肉運(yùn)動狀態(tài)實時監(jiān)測問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的肌肉運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測方法，包括如下步驟：

基于生理信息和最大肌力預(yù)測數(shù)學(xué)模型獲取理論肌肉力量極限值,所述最大肌力預(yù)測數(shù)學(xué)模型為

F_max＝C×C_com×W^k

F_max為理論肌肉力量極限，C為回歸系數(shù)，C_com為校正系數(shù)，W為體重，k為回歸斜率；

采集目標(biāo)肌肉肌力與對應(yīng)sEMG樣本點(diǎn)；

基于SVR回歸模型對樣本點(diǎn)進(jìn)行回歸，得到肌力-sEMG回歸曲線，并結(jié)合所述肌力-sEMG回歸曲線對實時的sEMG信號進(jìn)行肌肉激活程度的標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的肌肉激活程度；

在虛擬環(huán)境對肌肉骨骼模型進(jìn)行實時渲染。

對本發(fā)明方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基于簡要生理信息選取肌群數(shù)學(xué)模型，包括：

獲取使用者年齡、性別、體重以及目標(biāo)肌群信息；

選取適配的最大肌力預(yù)測數(shù)學(xué)模型。

對本發(fā)明方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述生理信息包括年齡、性別、體重以及目標(biāo)肌群信息。

對本發(fā)明方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采集目標(biāo)肌肉肌力與對應(yīng)sEMG樣本點(diǎn)中，在目標(biāo)肌群處放置肌電采集裝置來采集。

對本發(fā)明方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采集目標(biāo)肌肉肌力與對應(yīng)sEMG樣本點(diǎn)，以等長收縮的方式隨機(jī)進(jìn)行若干組發(fā)力，記錄肌力數(shù)值與對應(yīng)的sEMG信號。

對本發(fā)明方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述標(biāo)準(zhǔn)化后的肌肉激活程度獲取方式的步驟包括：