[發(fā)明專利]基于肌電預(yù)期姿勢調(diào)整的卒中電刺激訓(xùn)練意圖識別裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111440647.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113995956B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐瑞;趙鑫雨;明東;王紫堯;孟琳
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/389;G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

1.基于肌電預(yù)期姿勢調(diào)整的卒中電刺激訓(xùn)練意圖識別裝置，其特征在于，所述裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)特征處理模塊、模型訓(xùn)練模塊、電刺激模塊和主動控制電刺激單元，其中：具體識別步驟如下：

所述數(shù)據(jù)采集模塊通過肌電采集電極獲取受試者運(yùn)動側(cè)肢體的肱二頭肌、肱橈肌、指伸肌、旋前圓肌、掌長肌和胸大肌以及軀干上的腹直肌執(zhí)行右手的手腕內(nèi)翻、手腕外翻和手臂前伸的運(yùn)動肌電信號；

所述數(shù)據(jù)特征處理模塊對受試者的運(yùn)動肌電信號按照預(yù)期姿勢調(diào)整分權(quán)算法生成運(yùn)動前肌電信號加權(quán)特征；

所述模型訓(xùn)練模塊采用支持向量機(jī)分類器對運(yùn)動前肌電信號加權(quán)特征進(jìn)行訓(xùn)練生成含有手腕內(nèi)翻、手腕外翻和手臂前伸的運(yùn)動意圖數(shù)據(jù)信息；

所述電刺激模塊采集含有手腕內(nèi)翻、手腕外翻和手臂前伸的運(yùn)動意圖數(shù)據(jù)信息分別輸出相應(yīng)電刺激控制參數(shù)；

所述主動控制電刺激單元將采集到運(yùn)動肌電信號進(jìn)行判別輸出脈沖指令信號給電刺激模塊，其中：電刺激模塊根據(jù)脈沖指令信號生成刺激脈沖:

當(dāng)刺激橈側(cè)腕屈肌實(shí)現(xiàn)正常速度進(jìn)行手腕內(nèi)翻時，輸出電流強(qiáng)度為V₁；

當(dāng)刺激尺側(cè)腕伸肌實(shí)現(xiàn)正常速度進(jìn)行手腕外翻時，輸出電流強(qiáng)度為V₂；

當(dāng)刺激肱三頭肌實(shí)現(xiàn)正常速度手臂前伸時，輸出電流強(qiáng)度為V₃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌電預(yù)期姿勢調(diào)整的卒中電刺激訓(xùn)練意圖識別裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)特征處理模塊通過如下步驟生成運(yùn)動前肌電信號加權(quán)特征：

將含有肱二頭肌、肱橈肌、指伸肌、旋前圓肌、掌長肌、胸大肌和腹直肌的運(yùn)動肌電信號分別對應(yīng)編號1至7，將采集的肌電信號對應(yīng)多次動作執(zhí)行得到原始信號數(shù)據(jù)emg_n,n∈{ 1,2,3,4,5,6,7} ，經(jīng)過30-350Hz帶通濾波、40Hz和50Hz陷波、歸一化后，得到肌電數(shù)據(jù)EMG_n，所述肌電數(shù)據(jù)EMG_n分別對應(yīng)七塊肌肉處理后的肌電信號；

依據(jù)動作執(zhí)行開始的時間，截取動作執(zhí)行前1000ms內(nèi)的處理后的肌電信號得到反饋肌電信號E_(n,m),n為對應(yīng)編號的肌肉，m表示第m次執(zhí)行動作；對截取的肌電信號取絕對值后進(jìn)行6Hz的低通濾波，得到反饋肌電信號的包絡(luò)信號A_(n,m)，n為對應(yīng)編號的肌肉，m表示第m次執(zhí)行動作；

根據(jù)所截取的1000ms肌電包絡(luò)信號中的前700ms計(jì)算各肌肉靜息狀態(tài)下的肌電包絡(luò)信號的平均值mean_(n,m)和標(biāo)準(zhǔn)差std_(n,m)，n為對應(yīng)編號的肌肉，m表示第m次執(zhí)行動作；當(dāng)所截取的1000ms肌電包絡(luò)信號A_(n,m)中的后200ms中存在連續(xù)的15ms信號均在mean_(n,m)-2*std_(n,m)至mean_(n,m)+2*std_(n,m)的范圍以外時，視為肌肉的預(yù)期激活，記錄激活點(diǎn)P_(n,m)；

根據(jù)所截取的1000ms肌電信號E_(n,m)中后200ms部分及激活點(diǎn)P_(n,m)采用提取后200ms開始到激活點(diǎn)P_(n,m)肌電信號的均方根特征值RMS1_(n,m)及激活點(diǎn)P_(n,m)到結(jié)束的肌電信號的均方根特征值RMS2_(n,m)；

定義運(yùn)動前肌電信號加權(quán)特征為RMS1_(n,m)+λ*RMS2_(n,m)，其中λ為經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)為3，其目的為放大激活后特征意圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌電預(yù)期姿勢調(diào)整的卒中電刺激訓(xùn)練意圖識別裝置，其特征在于，所述電刺激模塊采用電刺激器以40Hz的頻率，200μs的脈寬，從0mA開始增加電刺激的電流強(qiáng)度，增加間隔為0.1mA，分別刺激橈側(cè)腕屈肌、尺側(cè)腕伸肌和肱三頭肌，這三塊肌肉分別對應(yīng)手腕內(nèi)翻、手腕外翻和手臂前伸的動作。