[發明專利]面向多通道FES偽跡去除的G-S-G自適應濾波方法

在審

• 申請號: 202210975375.4
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115414056A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 陳曉玲;焦云濤;蔡裕豪;王新宇;楊懷剛;楊軼楠;尹立勇;謝平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/397;A61B5/00;G06K9/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 陳躍心

本發明公開了面向多通道FES偽跡去除的G?S?G自適應濾波方法，包括如下步驟：S1、對多通道肌電信號進行帶通濾波，獲取肌電信號能量集中的有效頻段；S2、基于FES參數范圍和信號采集頻率確定滑動窗的窗口長度，滑動窗每次前移長度與滑動窗長度相同，窗口數據不存在重疊部分；S3、利用多通道肌電信號間FES偽跡的高度相關性，將每個滑動窗內的各通道肌電信號作為彼此的參考信號，應用格拉姆?施密特算法對多通道肌電信號進行去相關處理，消除各通道肌電信號中的m波和大部分尖峰偽跡；S4、運用格拉布斯準則依次進行異常值識別與剔除，并進一步去除尖峰偽跡；S5、再次進行帶通濾波處理，去除肌電信號中的諧波干擾。

技術領域

本發明涉及肌電信號偽跡去除和優化的技術領域，尤其是面向多通道FES偽跡去除的G-S-G自適應濾波方法。

背景技術

功能性電刺激作為一種神經康復技術，其康復效果已得到廣泛認可，通過對特定肌肉進行刺激，誘使肌肉產生收縮，進而產生相應運動，輔助患者的康復和日常生活。然而由于肌電信號中電刺激偽跡難以去除，使FES的主動控制面臨很大的挑戰，現有的FES去噪方法主要針對恒定參數的FES，無法處理變參數下的FES偽跡。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供面向多通道FES偽跡去除的G-S-G自適應濾波方法，利用FES募集運動單元的同步性和運動神經募集運動單元的異步性，采用兩通道間信號的相關性，自適應去除相關性較強的FES偽跡，保留肌電信號，效果良好，未來在FES主動控制方面有著巨大前景。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：面向多通道FES偽跡去除的G-S-G自適應濾波方法，包括如下步驟：

步驟S1、對多通道肌電信號進行帶通濾波，獲取肌電信號能量集中的有效頻段用于提取多通道肌電信號；

步驟S2、基于FES參數范圍和信號采集頻率確定滑動窗的窗口長度，滑動窗每次前移長度與滑動窗長度相同，窗口數據不存在重疊部分；

步驟S3、利用多通道肌電信號間FES偽跡的高度相關性，將每個滑動窗內的各通道肌電信號作為彼此的參考信號，應用格拉姆-施密特算法對多通道肌電信號進行去相關處理，消除各通道肌電信號中的m波和大部分尖峰偽跡；

步驟S4、運用格拉布斯準則依次進行異常值識別與剔除，并進一步去除尖峰偽跡；

步驟S5、再次進行帶通濾波處理，去除肌電信號中的諧波干擾。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述步驟S3中格拉姆-施密特算法如下：

其中，M表示算法的階數，上標m為階段索引，i為相應階段的通道索引，x_i為第i通道的肌電數據。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述步驟S4的具體過程如下：

步驟S41、對滑動窗內肌電信號進行整流，使信號值都為正值，計算滑動窗內肌電信號各采集點的G_i值，計算公式為：

G_i＝(x_i-x)/s

其中i是測量點的排列序號，x為滑動窗內信號的平均值，s為滑動窗內肌電信號的標準差；

步驟S42、根據滑動窗內信號的RMS值，自適應判斷滑動窗內肌電信號是否位于動作區域；

步驟S43、根據信號所在區域設定不同的臨界值G_P；比較G_P與G_i，若G_PG_i，則判斷為異常值，將其從整流前原肌電信號中剔除，反之則判定為正常值，在原始信號中保留。