[發明專利]一種踝關節多角度連續預測方法、系統、裝置及存儲介質

在審

• 申請號: 202210282118.2
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114722863A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 但果;樊家明;符美松;趙志恒;葉晶
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08;A61B5/00;A61B5/11;A61B5/397
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 余凱歡

本發明公開了一種踝關節多角度連續預測方法、系統、裝置及存儲介質。踝關節多角度連續預測方法包括：采集肌電信號和角度信號；對肌電信號進行預處理生成第一特征值；對角度信號進行運動學建模生成踝關節多角度信號；根據第一特征值和踝關節多角度信號構建訓練集神經網絡，并通過差分進化算法優化得到測試集神經網絡；采用測試集神經網絡進行預測，得到預測結果。本發明通過肌電信號以及對應的多個自由度的角度信號構建訓練集神經網絡，實現了基于肌電信號對踝關節的多角度的連續預測；通過采用廣義回歸神經網絡實現了穩定性高、收斂速度快以及精確度高的踝關節多角度連續預測；通過采用差分進化算法優化訓練集神經網絡，提高了優化效率。

技術領域

本申請涉及醫療器械領域，尤其是一種踝關節多角度連續預測方法、系統、裝置及存儲介質。

背景技術

足下垂是腦卒中患者最常出現的運動功能障礙。腦卒中后足下垂是由于上運動神經元損傷造成的下肢癱瘓，與中樞神經損傷、肌肉的制動與廢用以及小腿肌群的麻痹痙攣有關。足下垂會使患者出現異常步態，從而導致患者步行時不穩。因此，踝關節的康復對于足下垂患者是十分重要的。目前腦卒中患者的踝關節康復治療主要的方法有運動治療、FES治療和化學治療三種方法。其中運動治療是根據神經系統正常發育機能及發育過程，通過運動誘導與抑制的方法使患者逐步學會如何以正常的方式去完成日常生活動作的訓練方法。這種方法對于足下垂的治療有著明顯的效果，但是傳統的運動康復療法主要是康復醫師對患者進行指導。盡管市場上已經有很多用于踝關節康復的訓練機器人，但是這類機器更多的是使用傳統的基于程序控制的人機交互方法。相關研究已經證明，腦卒中患者主動的康復訓練可以有效改善大腦皮質的重組，有利于神經元的康復。因此，為了達到更好的康復訓練效果，需要在康復機器人中加入更加智能的人機交互方法。

肌電作為人體的一種生物信號，包含了產生在肢體動作前的肌肉活動信息，被廣泛地用于開發人機交互系統。目前使用肌電信號進行人機交互的研究主要包括使用肌電信號對某一個關節的特定動作進行預測。然而，一方面，現有的基于肌電信號的關節角度預測方法僅僅針對單個關節的單個自由度進行預測，在預測具有多自由度的踝關節時準確度和可靠性低；另一方面，現有的基于肌電信號的關節角度預測方法往往采用GA-BP神經網絡建立肌電特征值和角度之間的回歸模型，但是BP網絡是一種全局逼近網絡，具有雙層權值，存在收斂速度較慢以及容易陷入局部極小點的問題，很難滿足控制系統的高度實時性要求，并不適用于關節角度信號的連續預測。

發明內容

本發明的目的在于至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明實施例的一個目的在于提供一種踝關節多角度連續預測方法、系統、裝置及存儲介質，實現了對踝關節的多角度連續預測，并且提高了預測的穩定性和精確度。

為了達到上述技術目的，本發明實施例所采取的技術方案包括：

第一方面，本發明實施例提供了一種踝關節多角度連續預測方法，包括以下步驟：

采集肌電信號和角度信號，所述肌電信號為控制踝關節運動的小腿肌肉的肌電信號，所述角度信號包括腳掌的俯仰角、翻滾角和偏航角的歐拉角信號；

對所述肌電信號進行預處理，生成第一特征值；

對所述角度信號進行運動學建模，生成踝關節多角度信號；

根據所述第一特征值和所述踝關節多角度信號構建訓練集神經網絡，所述訓練集神經網絡采用廣義回歸神經網絡；

通過差分進化算法優化所述訓練集神經網絡，得到測試集神經網絡；

采用所述測試集神經網絡對待預測的對象進行預測，得到踝關節多角度的預測結果。