收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于熵的表面肌电信号特征提取研究

陈伟婷  
【摘要】: 表面肌电(surface electromyography, SEMG)信号为研究与收缩相关的肌肉电特性提供了安全便捷的无创性切入口,在临床医学、康复医学、运动医学、神经生理学和人机工效学等诸多领域都有着广泛的应用。SEMG信号的特征提取研究促进了这些应用。本文从基于熵的复杂性分析入手,对SEMG信号的特征提取问题和疲劳分析问题进行了深入的理论探索和实践研究。所做的主要工作及创新之处如下: 针对SEMG信号数据短且信噪比低的特点,提出了模糊近似熵——FuzzyEn的概念。FuzzyEn突破了常用的非线性指标(如分形维数,Lyapunov指数,K-S熵等)应用于生理电信号时的局限性,而且,通过模糊集概念的引入,避免了近似熵(ApEn)和样本熵(SampEn)度量系统复杂性时所存在的一些问题。对模拟数据集的分析结果表明,FuzzyEn具有相对一致性强,对参数的依赖性小和抗噪性能强等优点,而且只需较短的实验数据即可获得较好的估计。对不同动作SEMG信号的特征提取的结果表明,通过FuzzyEn提取的特征能够更加有效地表征不同的动作。 提出了一种研究时间序列演化模式的方法,及一个衡量信号规则性变化的指标——Dreg。通过一个沿时间轴平移的观察窗,观察时间进程中时间序列各演化模式相对概率的变化情况,捕捉其蕴含的时间信息。统计所有代表规则性变化的演化模式相对概率的总和,记为Dreg。Dreg越大,表明信号的规则性演化模式所占比重越大,反之则表示信号的规则性演化模式所占比重越小。通过研究静态持续收缩和动态重复收缩过程中肌电信号的演化模式相对概率和Dreg的变化,揭示了肌肉疲劳进程中肌电信号趋于规则性变化的规律。本文的工作证实了以往研究中关于疲劳肌电变化规律的猜测,从而为利用复杂度评价肌肉疲劳提供了有力的证据。 提出了基于频带分解的相对带谱能量和带谱熵的概念,并将其应用于肌电疲劳特性的分析。通过对疲劳进程中带谱能量变化情况的研究,发现了在疲劳进程中肌电信号的不同频带会出现不同变化:对相对带谱能量(子频带带谱能量相对于信号总能量的比重)基本不随肌肉收缩时间而变的频带,称其为“不变频带”;频率低于“不变频带”的频带的相对带谱能量随时间而上升,而频率高于“不变频带”的频带的相对带谱能量则随时间而下降。鉴于肌电信号谱能量在不同频带处的不均匀分布,及其随肌肉状态的变化所产生的转移现象,本文提出了同时结合线性频谱分析和复杂性分析的带谱熵的概念,并将其应用于肌电信号疲劳特征的提取。带谱熵既可直接刻画疲劳进程中频率信息向低频转移的现象,同时也反映了多频率成分肌电信号的复杂度变化情况及其动力学特征。带谱熵可以直接应用FFT的结果,因而计算简单,易于实时实现。与已有的一些肌电指标相比,带谱熵在疲劳分析中具有更强的可靠性和一致性。 最后,针对振动刺激对肌肉疲劳进程的影响进行了研究。通过比较振动力量训练和非振动力量训练方式下SEMG信号特征的变化规律,得出振动力量训练较非振动力量训练方式更不容易疲劳的结论,并探讨了其可能的内在生理机制,为振动刺激是否有助于恢复和提高肌肉力量这个争议性的话题提供了肯定性的结论和实践依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 雷敏,王志中;替代数据法在肌电信号分析中的应用[J];上海交通大学学报;2000年11期
2 梅品高;罗志增;加玉涛;;一种消除表面肌电信号中工频干扰的方法[J];杭州电子科技大学学报;2008年02期
3 杨军;雷敏;;基于双谱分析的表面肌电信号模式识别[J];制造业自动化;2009年03期
4 杨超;张强;何成奇;蒋兆强;;Ⅰ型骨质疏松患者表面肌电信号特点及影响因素研究[J];现代预防医学;2009年06期
5 朱海忠;王志中;胡晓;王刚;;基于模糊小波包和决策树的表面肌电信号分类研究[J];医疗卫生装备;2006年03期
6 杨广映;汪洋;罗志增;;改进的互谱法分析SMES及其在虚拟仪器中的实现[J];电测与仪表;2006年10期
7 吴小鹰;侯文生;郑小林;王洪;查敏;;上臂表面肌电信号与肘关节角度的相关性研究[J];航天医学与医学工程;2007年04期
8 韩晓新;;表面肌电信号采集电路的设计[J];计算机测量与控制;2011年07期
9 何庆华,钟渝,吴宝明,王禾,颜芳,田逢春;电刺激诱发表面肌电信号的初步实验研究[J];中国临床康复;2004年23期
10 杨广映,罗志增;肌电信号的功率谱分析方法[J];传感技术学报;2004年03期
11 刘洪涛;曹玉珍;谢小波;胡勇;;表面肌电信号的时变AR模型参数评估肌疲劳程度的研究[J];中国生物医学工程学报;2007年04期
12 田喜英;雷敏;;基于多尺度主元分析的表面肌电信号模式分类[J];中国医疗器械杂志;2009年04期
13 王坤;王成俊;罗二平;申广浩;汤池;吴小明;闫一力;荆斌;谢康宁;;基于幅频联合分析法对肌肉疲劳状态下表面肌电信号时、频域变化规律的研究[J];中国医学物理学杂志;2010年04期
14 尤波;周丽娜;黄玲;;实时肌电信号采集系统设计与探究[J];黑龙江大学工程学报;2011年01期
15 雷敏,王志中;基于学习矢量量化神经网络的表面肌电信号的模式分类研究[J];中国康复医学杂志;1999年06期
16 王人成,董华,黄昌华,廖克,华超,金德闻;低成本人体步态在线检测系统[J];清华大学学报(自然科学版);2002年02期
17 谭春祥,杨基海,钱晓进,梁政;独立分量分析在表面肌电信号分解中的应用[J];生物医学工程研究;2004年01期
18 曹玉珍,刘洪涛,武文君,范增飞;表面肌电信号的时变AR模型参数估计及其在下腰痛评估中的应用研究[J];北京生物医学工程;2005年05期
19 施俊;胡跃辉;郑永平;周康源;陈昕;黄庆华;;使用超声估计肌肉疲劳的初步研究[J];应用声学;2006年01期
20 王刚;王志中;胡晓;黄永峰;;基于最佳小波包的表面肌电信号分类方法[J];中国医学物理学杂志;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨晓颜;杜青;周璇;赵黎;张树新;陆体江;潘晨辉;;先天性马蹄内翻足表面肌电信号研究[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
2 曲峰;;周伟破全国男子百米记录前后时肌电信号的混沌特性[A];第十届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2002年
3 何为;杨基海;梁政;陈香;任焱暄;;一种模拟表面肌电信号不同发放时刻的波形变异的方法[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
4 赵章琰;陈香;张旭;涂有强;杨基海;;实时手势动作表面肌电信号识别研究[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
5 梁政;杨基海;李强;陈香;钱晓进;冯焕清;;一种基于FIR滤波器的多导表面肌电信号合成方法[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
6 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
7 王艳国;王金贵;;以表面肌电信号评估颈椎病颈部肌肉功能的研究进展[A];全国脊诊整脊技术第二届学术研讨会暨全国脊诊整脊杰出专家表彰大会论文集[C];2006年
8 王艳国;王金贵;;以表面肌电信号评估颈椎病颈部肌肉功能的研究进展[A];全国脊诊整脊医学第三次学术研讨会暨全国脊诊整脊杰出专家表彰大会会议专刊[C];2007年
9 单子罡;马国东;;立式八段锦托举动作上肢表面肌电信号的研究[A];2011年中国生理学会运动生理学专业委员会会议暨“运动与骨骼肌”学术研讨会论文集[C];2011年
10 王乐军;黄勇;龚铭新;陈志勇;许翔;马国强;;小波包分析与人工神经网络相结合探索60秒全力蹬踏自行车致股直肌疲劳过程中的表面肌电信号变化特征[A];第十三届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚博;表面肌电信号分解算法及其在小儿脑瘫评诂中的应用[D];中国科学技术大学;2012年
2 宋全军;人机接触交互中人体肘关节运动意图与力矩估计[D];中国科学技术大学;2007年
3 李庆玲;基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 王刚;基于小波变换和多重分形分析的表面肌电信号分析[D];上海交通大学;2008年
5 李强;表面肌电信号的运动单位动作电位检测[D];中国科学技术大学;2008年
6 赵章琰;表面肌电信号检测和处理中若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 陈伟婷;基于熵的表面肌电信号特征提取研究[D];上海交通大学;2008年
8 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
9 黄鹏程;基于多点连续肌电控制的仿生康复手关键技术研究[D];浙江工业大学;2013年
10 袁艳;负重振动力量训练的神经肌肉适应特征及其机制研究[D];上海体育学院;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹晓阳;动作表面肌电信号的非线性特性研究[D];上海交通大学;2012年
2 王玉珏;表面肌电信号分析与实时系统构建[D];华东理工大学;2012年
3 蔡雨恬;表面肌电信号分析系统设计[D];内蒙古大学;2013年
4 孙甲文;表面肌电信号预处理技术研究[D];哈尔滨理工大学;2013年
5 刘灵芝;基于无线传感器网络的表面肌电信号驱动的人机接口技术研究[D];北京交通大学;2010年
6 邹晓亮;面向仿生手臂的表面肌电信号采集与处理系统研究[D];吉林大学;2011年
7 魏代祥;基于多通道时空信息的表面肌电信号分解[D];中国科学技术大学;2011年
8 卢蕾;基于表面肌电信号区分上肢动作的实验研究[D];北京协和医学院;2011年
9 徐颖洁;基于遗传算法和神经网络的表面肌电信号分析[D];上海交通大学;2011年
10 李皓;人体表面肌电信号采集系统的研究[D];河北工业大学;2010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
  • 010-62982499
  • 010-62783978