發(fā)布時間：2017-03-15 22:06

  本文關鍵詞：基于肌電橋的下肢運動功能重建實驗儀器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前我國殘疾人總數已超過8000萬人,在這些殘疾人中肢殘人士超過2400萬人,其中腦卒中導致的偏癱患者和脊髓損傷導致的截癱和全癱患者占很高比例。偏癱是腦卒中最常見的后遺癥之一,偏癱患者通常會存在某種程度的運動功能障礙。大概三分之二的腦卒中患者在康復早期都存在因腿部肌無力導致的步態(tài)障礙。其中只有一半的腦卒中步態(tài)障礙者能恢復功能,剩下的往往終身患有足下垂,這嚴重影響了患者的日常生活質量。所以步態(tài)障礙也就成為了腦卒中致殘的嚴重后果之一。因此,研究腦卒中導致的偏癱,設計、實現(xiàn)恢復肢體癱瘓者步態(tài)功能的儀器具有重大的科學意義和臨床應用價值。本課題組基于前期提出并研究的植入式微電子神經橋的基礎上又提出了表面式肌電橋,以避免植入式神經電極存在的植入手術復雜,植入后易感染等問題。體表肌電信號作為一種運動控制信號,蘊含著肌肉活化信息,可作為功能性電刺激(FES)控制源信號。本論文主要完成了基于肌電橋的下肢運動功能重建系統(tǒng)的異步橋接模式研究,以及八通道肌電橋軟件系統(tǒng)嵌入式實現(xiàn)。在此基礎上實現(xiàn)了異步橋接模式在八通道肌電橋中實現(xiàn)坐姿對側踝關節(jié)背屈,跖屈交替性控制并研究了異步橋接模式在無線肌電橋中足下垂矯正中的應用方法。首先介紹了八通道有線肌電橋與無線肌電橋的硬件系統(tǒng)構成。其次介紹了異步橋接模式的一般控制策略流程。詳細介紹了肌電存儲中如何利用樣本熵算法檢測肌電信號起始時刻(onset time)以及刺激時機決策在兩種肌電橋不同應用場景中的實現(xiàn)方法。然后介紹了八通道肌電橋的任務構成,詳細描述了各任務之間的關系。闡述了異步橋接模式在八通道肌電橋中以及無線肌電橋中的嵌入式實現(xiàn)。最后,對八通道肌電橋的異步橋接模式進行了聯(lián)調實驗,以及坐姿對側踝關節(jié)交替性控制實驗,實現(xiàn)了健康人帶動另一健康人踝關節(jié)跖屈,背屈交替性控制。
【關鍵詞】：肌電橋 功能性電刺激 肢體功能重建 異步橋接 足下垂 交替控制
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R49;R743
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-35
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 脊髓損傷10-11
• 1.1.2 腦卒中11-14
• 1.2 癱瘓肢體功能重建方法介紹14-16
• 1.2.1 生物學方法14-15
• 1.2.2 工程學方法15-16
• 1.3 功能電刺激FES介紹16-20
• 1.3.1 功能性電刺激技術16-17
• 1.3.2 功能性電刺激參數的選擇17-20
• 1.4 下肢運動功能康復FES系統(tǒng)20-25
• 1.4.1 國外下肢運動功能康復FES系統(tǒng)21-24
• 1.4.2 國內運動功能康復FES系統(tǒng)24
• 1.4.3 現(xiàn)有表面式FES系統(tǒng)的不足24-25
• 1.5 表面肌電技術25-29
• 1.5.1 表面肌電的概念25-26
• 1.5.2 表面肌電優(yōu)勢26
• 1.5.3 表面肌電的產生26-27
• 1.5.4 原始表面肌電信號的特性27-29
• 1.6 本課題前期工作基礎介紹29-32
• 1.6.1 微電子神經肌電橋理論29-30
• 1.6.2 與本課題相關課題進展30-32
• 1.7 本論文研究內容與目標32-35
• 第2章 肌電橋硬件平臺介紹35-43
• 2.1 八通道肌電橋系統(tǒng)35-36
• 2.2 八通道肌電橋部分硬件平臺介紹36-39
• 2.2.1 肌電信號采集系統(tǒng)36-37
• 2.2.2 主控模塊37-38
• 2.2.3 八通道刺激器模塊38
• 2.2.4 其他部件38-39
• 2.3 無線八通道肌電橋系統(tǒng)39-40
• 2.4 無線八通道肌電橋系統(tǒng)硬件平臺介紹40-42
• 2.4.1 肌電信號采集模塊40-41
• 2.4.2 刺激端與采集端主控模塊41-42
• 2.4.3 刺激器模塊與電源模塊42
• 2.5 本章小結42-43
• 第3章 基于肌電信號控制的下肢運動控制策略研究43-58
• 3.1 前言43-46
• 3.1.1 表面肌電信號探測中的噪聲與降噪方法44-46
• 3.2 異步橋接在八通道肌電橋中的坐姿實現(xiàn)46-51
• 3.2.1 肌電onset探測算法47-48
• 3.2.2 樣本熵參數對探測肌電onset的優(yōu)化48-51
• 3.2.3 在異步橋接時所需的預處理操作51
• 3.3 異步橋接在無線肌電橋中的足下垂矯正實現(xiàn)51-57
• 3.3.1 步態(tài)事件與腿部肌肉肌電信號的關系52-53
• 3.3.2 三軸加速度傳感器劃分步態(tài)事件53-55
• 3.3.3 小腿角速度曲線與脛骨前肌肌電信號關系55-56
• 3.3.4 小腿角速度對刺激端與采集端的控制56-57
• 3.4 本章小結57-58
• 第4章 異步橋接模式在肌電橋中的嵌入式實現(xiàn)58-82
• 4.1 前言58-60
• 4.1.1 八通道微電子神經肌電橋系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境介紹58
• 4.1.2 八通道微電子神經肌電橋系統(tǒng)的操作系統(tǒng)58
• 4.1.3 八通道肌電橋主控模塊的圖形界面系統(tǒng)58-59
• 4.1.4 八通道肌電橋主控模塊的文件系統(tǒng)與存儲設備59
• 4.1.5 無線肌電橋系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境介紹59-60
• 4.1.6 無線肌電橋系統(tǒng)的操作系統(tǒng)介紹60
• 4.2 八通道肌電橋主控模塊功能的嵌入式實現(xiàn)60-77
• 4.2.1 主控模塊STM32F103芯片嵌入式編程61-63
• 4.2.2 人機交互界面嵌入式實現(xiàn)63-68
• 4.2.3 液晶屏觸摸坐標檢測任務嵌入式實現(xiàn)68
• 4.2.4 系統(tǒng)應用功能選擇任務中異步橋接模式的嵌入式實現(xiàn)68-74
• 4.2.5 主控模塊STM32F407嵌入式編程74-75
• 4.2.6 STM32F407對STM32F103通訊接口設置75-77
• 4.3 無線肌電橋的嵌入式實現(xiàn)77-81
• 4.3.1 肌電采集端模塊的嵌入式實現(xiàn)79-80
• 4.3.2 刺激輸出端模塊的嵌入式實現(xiàn)80-81
• 4.4 本章小結81-82
• 第5章 系統(tǒng)聯(lián)調測試與下肢肢體運動功能重建實驗82-90
• 5.1 前言82
• 5.2 八通道肌電橋聯(lián)調測試82-84
• 5.2.1 樣本熵控制下的SD卡對肌電信號存儲調試82-83
• 5.2.2 肌電信號編碼測試83-84
• 5.3 足踝背屈和跖屈肌電探測位點選取84-86
• 5.4 足踝背屈和跖屈刺激位點選取86-87
• 5.5 八通道肌電橋下肢肢體功能重建實驗驗證87-89
• 5.6 本章小節(jié)89-90
• 第6章 總結與展望90-92
• 6.1 總結90-91
• 6.2 展望91-92
• 參考文獻92-98
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況與獲獎情況98-99
• 致謝99

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本文編號：251052