專利名稱：基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)工程領(lǐng)域及運(yùn)動機(jī)制研究領(lǐng)域，具體是涉及基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法。
背景技術(shù)：
腦電(EEG)信號與肌電(EMG)信號，分別作為人體指令中心和執(zhí)行末端的代表性信號，在機(jī)體運(yùn)動功能領(lǐng)域的重要性不言而喻。二十世紀(jì)末，對于兩信號相關(guān)性分析的研究就已展開。1995年，Conway等人同時記錄下平穩(wěn)握力狀態(tài)的腦磁信號(MEG)與肌電數(shù)據(jù)， 通過分析不同信號的自功率譜及信號間互譜信息，初步得到不同波段范圍腦電與肌電的相關(guān)信息。之后的研究逐漸使用腦電信號獲取腦部信息，并著重于進(jìn)一步探究腦皮質(zhì)-肌肉的相關(guān)性(Corticomuscular coherence)。進(jìn)入二i^一世紀(jì)以后，對于腦皮質(zhì)-肌肉的相關(guān)性研究趨于多樣化針對如皮質(zhì)下中風(fēng)、帕金森癥等與運(yùn)動機(jī)制的多種疾病的疾病，對其病理機(jī)制，運(yùn)動障礙產(chǎn)生來源等進(jìn)行初步探究(Mima和Toma，2001 ；Mckeown和I^almer，2006 ； Muthuraman和Reathjen，2008)；針對如芭蕾舞者，運(yùn)動員等不同人群，對其不同肌肉功能水平，運(yùn)動協(xié)調(diào)能力作出相關(guān)腦源性分析(Reathjeh和Lindemann，2002 ；Muthuraman和 Heute, 2010)；針對不同腦電及同步化頻率波段，對腦電與肌電相關(guān)性來源進(jìn)行全面的功能性分析(Omlor 和 Patino，2007 ；Kristeva 和 Patino，2007 ；Chakarov 和 Naranjo，2009)。相對于獨(dú)立的信號分析，相關(guān)性分析可以更加直接準(zhǔn)確地反映信號間的聯(lián)系，這使得基于腦電肌電相關(guān)性分析的研究具有廣泛的應(yīng)用價值可深入了解某些運(yùn)動障礙性疾病(例如帕金森癥)的病理機(jī)制，為病后功能修復(fù)和替代提供有效依據(jù)及新途徑；可有效改善運(yùn)動型損傷恢復(fù)期的康復(fù)方法；可提高人體運(yùn)動水平和平衡能力的評估研究手段。傳統(tǒng)的相關(guān)性分析主要通過相干系數(shù)來判定信號間的協(xié)同關(guān)系。由相干系數(shù)定義可知，它是用功率譜對多譜進(jìn)行規(guī)范化的結(jié)果，可以反映出信號間不同頻率的協(xié)同關(guān)系。但相干系數(shù)有其局限性，僅可反應(yīng)出信號頻譜分析部分波段的信息。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法，該方法能夠完整保留腦電信號與肌電信號的全波段信息，在時域與頻域均得到全面的協(xié)同性評價結(jié)果，從而改善醫(yī)療輔助設(shè)施的評價參數(shù)及運(yùn)動機(jī)制評價參數(shù)，為達(dá)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法，包括下列步驟(1)信號采集包括1.1腦電信號采集腦電信號的采集采用國際標(biāo)準(zhǔn)10-20電極放置標(biāo)準(zhǔn)，通過電極帽將電極與頭皮相連，采用單級導(dǎo)聯(lián)法，Al、A2導(dǎo)聯(lián)分別連接到左右耳垂作為無關(guān)電極使用；1.2肌電信號采集；(2)數(shù)據(jù)處理包括
1.1數(shù)據(jù)預(yù)處理使用含50Hz工頻陷波巴特沃斯三階帶通濾波器分別對腦電信號和肌電信號進(jìn)行濾波處理，根據(jù)信號的有效頻段特征，選取腦電信號截止頻率2Hz和40Hz ；肌電信號截止頻率:2Hz 和 200Hz ；1.2同步似然分析方法同步似然的定義如下首先，對實時記錄的長為M的序列xk, i (其中k表示所采集第k道信號，i表示每列信號點數(shù))進(jìn)行“時間馳豫”延拓，重新生成嵌入向量Xk,iXk, i — (Xk，i，Xk, i+1' Xk, i+21 ‘ · · ·，Xk, i + (ml)l)⑴其中i表示延遲長度，m表示嵌入維數(shù)；對于每列信號(第k道)的每個時間點(第i點)定義嵌入向量與其他各點距離小于ε的概率值PEk,i
權(quán)利要求
1. 一種基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法，其特征是，包括以下步驟(1)信號采集包括 1.1腦電信號采集腦電信號的采集采用國際標(biāo)準(zhǔn)10-20電極放置標(biāo)準(zhǔn)，通過電極帽將電極與頭皮相連， 采用單級導(dǎo)聯(lián)法，Al、A2導(dǎo)聯(lián)分別連接到左右耳垂作為無關(guān)電極使用； 1.2肌電信號采集；(2)數(shù)據(jù)處理包括 1.1數(shù)據(jù)預(yù)處理使用巴特沃斯三階帶通濾波器(含50Hz工頻陷波)分別對腦電信號和肌電信號進(jìn)行濾波處理，根據(jù)信號的有效頻段特征，選取腦電信號截止頻率2Hz和40Hz ；肌電信號截止頻率:2Hz 和 200Hz ；1. 2同步似然分析方法同步似然的定義如下首先，對實時記錄的長為M的序列k i (其中k表示所采集第k道信號，i表示每列信號點數(shù))進(jìn)行“時間馳豫”延拓，重新生成嵌入向量Xk, iXk，i — (Xk，i，Xk，i+1，Xk，i+21，· · ·，Xk，i+(ml)i)⑴其中i表示延遲長度，m表示嵌入維數(shù)；對于每列信號(第k道)的每個時間點(第i點)定義嵌入向量與其他各點距離小于 ε的概率值P eU
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述肌電信號采集具體為肌電數(shù)據(jù)采集過程中所涉及肌肉是尺側(cè)腕屈肌，尺側(cè)腕屈肌的作用是屈腕、內(nèi)收腕關(guān)節(jié)，電極放置于右側(cè)前臂尺側(cè)腕屈肌肌腹最豐滿處稍下方，即右肱骨內(nèi)上髁與豌豆骨連線的上1/5處，體表皮膚經(jīng)處理后，粘貼電極，固定導(dǎo)聯(lián)線，伸展手掌數(shù)次，在線記錄肌電信號約20s，檢查信噪比負(fù)荷要求，采集前需先測定各位使用者最大自主等長收縮 (MaximalVoluntary Isometric Contraction, MVIC)狀態(tài)下的肌電信號，測定 MVC 實驗中采取的動作是使用者坐姿，右側(cè)上臂緊貼軀干，肘部保持彎曲約90°，手心朝上，手握握力傳感器用力，要求使用者使出其最大肌力動作持續(xù)4-5秒，不使用爆發(fā)力，重復(fù)三次，取最大值的均值為結(jié)果，采集中，受試者握力分別達(dá)到20% MVC,40% MVC,60% MVC,80% MVC0
全文摘要
本發(fā)明涉及康復(fù)工程領(lǐng)域及運(yùn)動機(jī)制研究領(lǐng)域。為能夠完整保留腦電信號與肌電信號的全波段信息，在時域與頻域均得到全面的協(xié)同性評價結(jié)果，從而改善醫(yī)療輔助設(shè)施的評價參數(shù)及運(yùn)動機(jī)制評價參數(shù)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于同步似然的腦肌電協(xié)同性分析方法，包括下列步驟(1)信號采集包括1.1腦電信號采集；1.2肌電信號采集；(2)數(shù)據(jù)處理包括1.1數(shù)據(jù)預(yù)處理使用巴特沃斯三階帶通濾波器分別對腦電信號和肌電信號進(jìn)行濾波處理，根據(jù)信號的有效頻段特征，選取腦電信號截止頻率2Hz和40Hz；肌電信號截止頻率2Hz和200Hz；1.2同步似然分析方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于康復(fù)器械設(shè)計制造。
文檔編號A61B5/0476GK102178524SQ20111013490
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者萬柏坤, 任玥, 明東, 綦宏志, 袁丁 申請人:天津大學(xué)