基于sEMG的卒中上肢肌肉疲劳监测系统设计

摘要

据统计我国每年卒中患者人数达200万，发病率高达9％，致残率达70％以上，同时卒中患者还要防备着二次复发等。国内对卒中患者的治疗主要是后期康复训练，但是由于卒中患者多数会有中枢神经损伤，无法及时反馈给康复训练师自身肌肉的疲劳状态，容易造成二次损伤。
　　表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)能反应出人体肌肉实时的生理信息，是伴生于皮肤表面的生理电信号。目前没有关于sEMG的公认标准数据库，可见对于sEMG的采集和特征分析方法技术不太成熟，从而不便应用于对人体肌肉生理状态分析。鉴于该现状，结合本院康复机器人实验室的A2-上肢智能反馈训练系统，开始对表面肌电信号与上肢肌肉疲劳度量化关系的研究。
　　本文的主要工作包括:
　　1.设计便携式肌电疲劳监测分析系统，包括初始体表肌电信号采集、放大滤波模块、A/D转换、微处理器信号分析与处理、无线WIFI传输模块等。
　　2.设计基于Android系统智能机的上位机处理系统，将下位机采集、处理后的体表肌电信号进行上位机的储存、显示、监测疲劳等功能。
　　3.构建体表肌电信号处理模型，分析体表肌电信号与上肢肌肉疲劳的时域、频域特性的关系，探索准确测定基于体表肌电信号的上肢肌肉疲劳的方法。
　　4.开展监测系统测试与分析，通过体表肌电信号采集系统获取卒中患者上肢的初始sEMG，对其进行信号处理分析后，再通过WIFI传输到安卓智能手机，在人机交互界面进行数据分析，实时反馈告知卒中康复病人肌肉疲劳的程度。

目录

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摘要

图目录

表目录

符号说明

1 绪论

1．1 肌肉疲劳国内外研究状况

1．1．1 肌肉疲劳产生机制

1．1．2 肌肉疲劳判定机制

1．2 本文主要内容

1．3 本章小结

2 肌电信号特征参数分析

2．1 上肢肌肉疲劳分析

2．2 体表肌电信号的特征

2．3 表面肌电信号的数学模型建立

2．3．1 线性系统模型

2．3．2 集中参数模型

2．3．3 非平稳过程

2．3．4 双极性模型

2．4 特征参数分析

2．4．1 时域分析参数

2．4．2 频域分析参数

2．4．3 时频域分析参数

2．5 体表肌电信号的采集

2．6 卒中康复训练方案

2．7 监测系统整体结构

2．8 本章小结

3 基于sEMG的肌肉疲劳监测系统硬件设计

3．1 上肢体表肌电信号采集电极

3．2 监测系统下位机整体框图

3．3 肌电信号前置放大模块

3．4 肌电信号滤波模块

3．5 肌电信号二级放大模块

3．6 肌电信号量化处理模块

3．7 WIFI无线传输模块

3．8 本章小结

4 基于sEMG的肌肉疲劳监测系统软件设计

4．1 监测系统下位机软件设计

4．2 肌肉疲劳分析算法设计

4．3 无线WIFI传输模块设计

4．4 肌肉疲劳监测系统上位机软件开发

4．4．1 安卓软件开发平台搭建

4．4．2 Android布局

4．5 本草小结

5 监测系统测试与分析

5．1 康复训练流程设计

5．2 肌电信号特征参数选择

5．3 肌肉疲劳监测准确性判断

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

附录

致谢

个人简历、在学校期间发表的学术论文与研究成果