收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于肌电信号的肘关节生物力学建模

白杰  
【摘要】:病理性震颤指由于染色体遗传或小脑疾病等造成患者在执行精巧动作时发生震颤。目前,病理性震颤的主要治疗手段为药物治疗和手术治疗,但是药物治疗疗效较差,手术治疗风险较大,并且往往会给患者带来副作用。此外,许多学者提出了采用便携式抑震机器人进行治疗的手段。但是,便携式抑震机器人质量较大,在患者执行正常动作时会提供较大的阻力。因此,基于功能性电刺激疗法的治疗手段目前成为各国相关工程技术人员研究的热点。本文以肘关节为研究对象,建立肘关节的生物力学模型,从而为采用功能性电刺激疗法的进一步研究奠定理论基础。 为了研究肘关节运动过程中相关肌肉的特性,搭建了针对肘关节的运动信息采集系统。该系统采集肘关节运动过程中的角度信息和主要肌肉的肌电信号。其中,肌电信号传感器采用肌电信号采集仪,角度传感器采用光电码盘;微处理器采用STM32F407DISCOVERY开发板,以对传感器采集的信息进行数据处理;在上位机利用LABVIEW编程,进行数据接收、处理和存储。 在生物力学建模的过程中,首先建立了以肌肉的肌电信号为输入、肘关节的关节角度轨迹为输出的生物力学模型。在肘关节运动过程中,通过采集相关肌肉的肌电信号获得神经系统对运动神经元的刺激输入,通过肌肉活化度模型来获得肌肉的活化程度,通过肌肉力模型来计算各个肌肉的输出力,通过肘关节运动学最终计算出肘关节运动过程中角度的轨迹。其次,建立了以关节角度轨迹为输入、肌肉的肌电信号为输出的肘关节生物力学模型。在该模型中,分别建立了内驱力模型、高尔基腱的反馈模型和肌梭的反馈模型。另外,分析了高尔基腱的反馈模型频率响应特性,并通过推导揭示出了肌梭反馈模型的本质特性。 在实验和仿真环节,利用OPENSIM对关节动力学的主要计算公式以及肌肉力模型进行了优化和验证;同时,利用鲍威尔搜索法对所建模型的主要未知参数进行了优化,并利用一个单自由度实验平台进行了实验,对所建立的模型进行了验证。 通过本课题,最终建立了以关节角度信号为输入、相关肌肉的肌电信号为输出的ETA肘关节生物力学模型,从而为采用功能性电刺激疗法治疗病理性震颤奠定理论基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:R742.5

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张希安;叶铭;张琳琳;聂文忠;王成焘;;基于优化和力—肌电关系的肌肉力混合计算方法[J];生物医学工程学杂志;2009年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王祥翔;司志华;柴湘婷;薛卫秀;;帕金森病的临床特征评估[J];山东医药;2014年22期
2 孙建;向馗;高理富;李涛;葛运建;;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制的理论和方法[J];智能系统学报;2012年04期
3 王军;王运杰;罗晓光;任艳;何志义;李连祥;孙炜;吴鹏飞;王维;;丘脑底核背外侧部电刺激治疗帕金森病的疗效[J];中国医科大学学报;2013年12期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 苗欣;艺术体操运动员脊柱侧弯特征及椎旁肌功能变化的研究[D];北京体育大学;2013年
3 乌萨马(Usama Jasim Naeem);根据肌电图(EMG)信号评估人手臂肌肉力和肌肉疲劳的人工智能方法[D];华中科技大学;2013年
4 王望;椎旁肌在腰椎退行性疾病中改变的相关研究[D];北京协和医学院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王胜新;面向病理性震颤抑震机器人生物机械模型的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 姚鹏;利用功能性电刺激技术抑制腕部震颤的研究[D];上海交通大学;2013年
3 桑春蕾;驾驶员骨骼肌肉生物力学建模及坐姿舒适性研究[D];吉林大学;2013年
4 侯慧娜;基于人机工程学的上下肢康复训练器设计与分析[D];燕山大学;2013年
5 刘夏;躯干等速旋转运动中核心肌力学特征的研究[D];南方医科大学;2013年
6 陈强;面向病理性震颤抑制机器人上肢生物力学模型的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 代海洋;人手生理性震颤测试关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡立羽,王志中;肌电信号分析方法的研究及进展[J];中国医疗器械杂志;1999年04期
2 杨基海,钟展辉,李峪峻,周平,陈香,娄智;肌电信号分解的一种方法(英文)[J];中国科学技术大学学报;2000年01期
3 李芳,王人成;肌电信号及其运动模式辨识方法的发展趋势[J];中国康复医学杂志;2005年07期
4 杨广映,罗志增;小波变换在肌电信号预处理中的应用[J];杭州电子科技大学学报;2005年01期
5 赵京东;刘英涛;姜力;高晓辉;;采用肌电信号控制残疾人假手的研究[J];机械制造;2006年09期
6 李醒飞;朱嘉;杨晶晶;张国雄;卢志扬;;基于肌电信号的人手运动状态的辨识[J];中国生物医学工程学报;2007年02期
7 肖毅;陈善广;王春慧;;基于熵理论和复杂度的肌电信号分析[J];科技导报;2009年21期
8 许栋岳;李克勇;;肌电信号的特征分析方法及其应用[J];现代生物医学进展;2010年13期
9 林彩娜;马超;伍少玲;燕铁斌;;不同步行方式下正常人腰腹肌肌电信号分析[J];中国康复医学杂志;2012年01期
10 杨福生;;肌电信号的处理[J];国外医学(生物医学工程分册);1987年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周萌;沈钧贤;童秉纲;尹协振;;鲫鱼肌电信号测量研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 路国华;杨芳;;肌电信号中心电噪声的自适应滤波[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
3 张小栋;;肌电信号的检测与处理技术研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
4 何乐生;胡耀航;王威廉;;基于精确起始时刻同步的肌电信号动作识别方法[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年
5 潘惠娟;;表面肌电的基本原理和研究进展[A];第十七届中国内镜医师大会论文集[C];2007年
6 吴浩浩;罗志增;;基于肌电信号信号轮廓DTW的手部动作识别方法[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
7 王耀兵;季林红;黄靖远;;康复训练过程中上肢运动肌电信号特征的对比分析[A];继往开来 与时俱进——2003年康复医学发展论坛暨庆祝中国康复医学会成立20周年学术大会论文集[C];2003年
8 杨义勇;王人成;金德闻;黄昌华;;上肢肘关节受扰运动过程的肌电信号幅值变化和功率谱分析[A];中国康复医学会第四届会员代表大会暨第三届中国康复医学学术大会论文汇编[C];2001年
9 马丽;侯文生;郑小林;彭承琳;许蓉;;握力水平与前臂肌肉sEMG信号复杂度的相关性研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
10 陈玲玲;杨鹏;王辉;郭欣;;基于HMM和SVM的下肢肌电信号处理[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报记者 周文 任然;童工小叶受伤截肢索赔案了又未了[N];中国妇女报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 任小梅;基于临床诊断肌电信号的自动分解算法及研究[D];上海交通大学;2006年
2 吴剑锋;基于肌电信号的人体下肢运动信息获取技术研究[D];浙江大学;2008年
3 颜志国;基于粗糙集和支持向量机的表面肌电特征约简和分类研究[D];上海交通大学;2008年
4 姜苇;子宫肌电信号的分析与子宫收缩机理的研究[D];天津大学;2004年
5 杨志家;体表肌电信号中疲劳信息提取方法的研究[D];浙江大学;1999年
6 李阳;智能仿生手臂肌电信号—运动模型化与模式识别理论方法研究[D];吉林大学;2012年
7 陈歆普;基于肌电信号的多模式人机接口研究[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘英涛;多自由度残疾人假手机构设计及肌电信号控制[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 孟艳丽;肌电信号的非线性动力学分析[D];东北师范大学;2002年
3 朱海港;基于肌电信号的跌倒辨识研究[D];杭州电子科技大学;2014年
4 于擎;基于手势动作肌电信号的虚拟鼠标控制[D];中国科学技术大学;2009年
5 宋嵘;非线性分析及其在肌电信号处理中的应用[D];汕头大学;2002年
6 陈玲玲;基于支持向量机的下肢肌电信号模式识别的研究[D];河北工业大学;2006年
7 杨瑞;肌电信号采集与分析系统的研制[D];华中科技大学;2009年
8 袁丁;双间三模态神经肌肉活动范式下的脑—肌电信号处理与相干性分析[D];天津大学;2012年
9 陈成;肌电信号的处理方法及其对职业性下腰痛评估的研究[D];天津大学;2004年
10 徐敏;功能性电刺激治疗系统的研制[D];北京交通大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026