專利名稱：步行器助行中穩(wěn)定性與腦電-肌電相干系數(shù)模糊融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)輔具的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體講涉及步行器助行安全監(jiān)測(cè)中的穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)度模糊融合方法。
背景技術(shù)：
由于自然災(zāi)害、交通事故的頻發(fā)，以及社會(huì)老齡化的加劇，神經(jīng)功能障礙或肢體損傷的范圍逐年擴(kuò)大?？祻?fù)輔具如步行器、拐杖等的使用也越來越普遍。隨之而來的就是康復(fù)輔具使用的安全性問題。據(jù)調(diào)查顯示，從2001年到2006年，美國每年約有47000人(不小于65歲)因?yàn)?br> 步行器和拐杖使用不當(dāng)而摔傷。其中，87%是由步行器的使用不當(dāng)造成的?？梢?，步行器， 作為輔助患者運(yùn)動(dòng)的一種重要工具，卻因?yàn)槭褂貌划?dāng)造成了患者的二次損傷，給患者心理和生理上造成了不良的影響。對(duì)步行器力學(xué)參數(shù)的獲取，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控使用者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有效防止患者在使用步行器過程中摔傷。鑒于此，很多學(xué)者為獲取步行器的力學(xué)參數(shù)提出了不同的方法研究。1996年，英國 University College London 的Donalson和 Yu 首次提出了柄反作用矢量(HRV)的概念，將患者在站立行走過程中對(duì)輔具的作用合成簡(jiǎn)化為集中載荷，分別用位于左右手柄中點(diǎn)橫截面形心處的兩個(gè)力學(xué)矢量來表示。HRV(Handle Reaction Vector) 在三個(gè)軸上的分量就可以來表征輔具提供給患者的力平衡、力推進(jìn)和力支持水平。其中， 在手柄處定義坐標(biāo)系中x，y，z軸的正向分別為患者的右向，前向，上向。HRV的具體公式如下HRV = [Flx，F(xiàn)ly，F(xiàn)lz，F(xiàn)rx，F(xiàn)ry，F(xiàn)rJτ(1)公式中下標(biāo)1代表的的是左手柄，r代表右手柄。在動(dòng)力輔具系統(tǒng)從穩(wěn)定到傾翻之前的過程中其手柄受力不斷變化。而當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定后，也就是發(fā)生傾翻后，輔具懸空那一側(cè)的某幾路傳感器的輸出電壓不再隨著手柄受力的增大而變化，即HRV中的某幾個(gè)分量不再變化。所以，可以將HRV作為判斷輔具安全與否的一項(xiàng)參數(shù)。研究腦電-肌電的相干性，有助于理解大腦怎樣控制肌肉，反映了運(yùn)動(dòng)障礙的狀況，例如帕金森，皮質(zhì)肌陣攣，上肢肌張力障礙；在持續(xù)的自主肌收縮過程中，腦電和肌電的一致性可以作為神經(jīng)協(xié)調(diào)的一種標(biāo)志；另外，腦電和肌電的相干性也可以作為疲勞評(píng)價(jià)的
一種方法。自1995年，第一例利用食指外展時(shí)腦磁圖(MEG)和第一背側(cè)骨間肌的表面肌電 (sEMG)研究MEG-EMG相干性的文獻(xiàn)發(fā)表，很多學(xué)者都對(duì)大腦皮層與肌肉的關(guān)系產(chǎn)生了興趣，并進(jìn)行了相關(guān)的研究。2000年，James Μ. Kilner等人證明了腦電-肌電的相干性與重要的運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)有關(guān)，這些參數(shù)包括抓取目標(biāo)的順從程度和任務(wù)類型等。2006年，Wolfgang Omlor等人的研究表明，在靜態(tài)條件下，腦電和肌電在β頻段有顯著的相干性；在動(dòng)態(tài)條件下，Y頻段有更為明顯的相干性，同時(shí)，β頻段的相干性迅速降低。2010年，Qi Yang等人通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出EEG-EMG相干性最大出現(xiàn)在β帶的高頻部分，Y帶的低頻部分。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)步行器使用者在利用步行器康復(fù)訓(xùn)練過程中的身體狀態(tài)，并且提前預(yù)警，防止使用者的二次損傷的方法，為達(dá)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種步行器助行中穩(wěn)定性與腦電-肌電相干系數(shù)模糊融合方法，包括以下步驟1)采集C3，C4導(dǎo)聯(lián)的腦電，對(duì)腦電0. 5 45Hz濾波，放大；采集肱三頭肌表面肌電，對(duì)肌電1 200Hz濾波，50Hz及其倍頻陷波，放大；2)對(duì)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，取之前Is內(nèi)的腦電和肌電數(shù)據(jù)。由相干系數(shù)的定義，得到不同頻率下，左臂肌電與C4導(dǎo)聯(lián)腦電的相干系數(shù)Cohl，以及右臂肌電與C3導(dǎo)聯(lián)腦電的相干系數(shù)Coh2，取兩者峰值的最小值作為相干性分析的參數(shù)，即Coh = min {max (Cohl), max(Coh2)}；3)在已知步行器標(biāo)定矩陣的情況下，由步行器上的應(yīng)變片輸出電壓得到柄反作用矢量HRV，并計(jì)算輔具傾翻指數(shù)WTI ；4)通過實(shí)驗(yàn)，利用主觀經(jīng)驗(yàn)法得到的所有WTI和Coh取值情況下，其隸屬度Us、Ud 的值，從而確定WTI和腦電-肌電相干系數(shù)的隸屬度函數(shù)；5)由模糊識(shí)別算法，根據(jù)隸屬度最大原則，分別判定WTI和Coh所處的狀態(tài)，若有一個(gè)參數(shù)被判定為危險(xiǎn)，則說明步行器有傾翻可能，步行器使用者處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需報(bào)警引起注意。計(jì)算輔具傾翻指數(shù)WTI具體為縱向WTI計(jì)算的是縱向傾翻力(Fly、Fry)所造成的縱向傾翻趨勢(shì)大小，若 (Fly+Fry) > 0，則有向前傾翻的趨勢(shì)，預(yù)期傾翻軸為f_f，即步行器前方兩個(gè)支撐點(diǎn)所確定的直線，其縱向WTI計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種步行器助行中穩(wěn)定性與腦電-肌電相干系數(shù)模糊融合方法，其特征是，包括以下步驟1)采集C3，C4導(dǎo)聯(lián)的腦電，對(duì)腦電0.5 45Hz濾波，放大；采集肱三頭肌表面肌電，對(duì)肌電1 200Hz濾波，50Hz及其倍頻陷波，放大；2)對(duì)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，取之前Is內(nèi)的腦電和肌電數(shù)據(jù)。由相干系數(shù)的定義，得到不同頻率下，左臂肱三頭肌表面肌電與C4導(dǎo)聯(lián)腦電的相干系數(shù)Cohl，以及右臂肱三頭肌表面肌電與C3導(dǎo)聯(lián)腦電的相干系數(shù)Coh2，取兩者峰值的最小值作為相干性分析的參數(shù)，即Coh = min {max (Cohl), max (Coh2)}；3)在已知步行器標(biāo)定矩陣的情況下，由步行器上的應(yīng)變片輸出電壓得到柄反作用矢量 HRV，并計(jì)算輔具傾翻指數(shù)WTI ；4)通過實(shí)驗(yàn)，利用主觀經(jīng)驗(yàn)法得到的所有WTI和Coh取值情況下，其隸屬度US、UD的值， 從而確定WTI和Coh的隸屬度函數(shù)；5)由模糊識(shí)別算法，根據(jù)隸屬度最大原則，分別判定WTI和Coh所處的狀態(tài)，若有一個(gè)參數(shù)被判定為危險(xiǎn)，則說明步行器有傾翻可能，步行器使用者處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需報(bào)警引起注意。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，輔具傾翻指數(shù)WTI具體計(jì)算方法為縱向WTI計(jì)算的是縱向傾翻力(Fly、Fry)所造成的縱向傾翻趨勢(shì)大小，若(Fly+F”)> 0，則有向前傾翻的趨勢(shì)，預(yù)期傾翻軸為f-f，即步行器前方兩個(gè)支撐點(diǎn)所確定的直線，其縱向WTI計(jì)算公式為
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，利用主觀經(jīng)驗(yàn)法得到的所有WTI和Coh取值情況下，其隸屬度us、Ud的值，從而確定WTI和Coh的隸屬度函數(shù)。 隸屬函數(shù)的具體公式如下
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，評(píng)價(jià)腦電-肌電相干性的常用的參數(shù)是相干系數(shù)，其具體定義如下
全文摘要
本發(fā)明涉及康復(fù)輔具的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)。為提供提前預(yù)警，防止使用者的二次損傷的方法，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種步行器助行中穩(wěn)定性與腦電-肌電相干系數(shù)模糊融合方法，包括以下步驟1)采集C3，C4導(dǎo)聯(lián)的腦電，對(duì)腦電0.5～45Hz濾波，放大；2)取兩者峰值的最小值作為相干性分析的參數(shù)；3)在已知步行器標(biāo)定矩陣的情況下，由步行器上的應(yīng)變片輸出電壓得到柄反作用矢量HRV，并計(jì)算輔具傾翻指數(shù)WTI；4)通過實(shí)驗(yàn)確定WTI和腦電-肌電相干系數(shù)的隸屬度函數(shù)；5)由模糊識(shí)別算法，根據(jù)隸屬度最大原則，分別判定WTI和Coh所處的狀態(tài)。本發(fā)明主要應(yīng)用于康復(fù)輔具的設(shè)計(jì)制造。
文檔編號(hào)A61B5/04GK102274108SQ20111012795
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者萬柏坤, 徐瑞, 明東, 王璐, 綦宏志, 邱爽 申請(qǐng)人:天津大學(xué)