步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法
2023-09-18 12:21:40 2
專利名稱：步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法
技術領域：
本發明涉及康復輔具技術的安全監測，具體講涉及步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法。
背景技術：
由於自然災害、交通事故的頻發，以及社會老齡化的加劇，神經功能障礙或肢體損傷的範圍逐年擴大。康復輔具如步行器、拐杖等的使用也越來越普遍。隨之而來的就是康復輔具使用的安全性問題。據調查顯示，從2001年到2006年，美國每年約有47000人(不小於65歲)因為
步行器和拐杖使用不當而摔傷。其中，87%是由步行器的使用不當造成的。可見，步行器， 作為輔助患者運動的一種重要工具，卻因為使用不當造成了患者的二次損傷，給患者心理和生理上造成了不良的影響。對步行器力學參數的獲取，可以實時監控使用者的運動狀態，有效防止患者在使用步行器過程中摔傷。鑑於此，很多學者為獲取步行器的力學參數提出了不同的方法研究。1996年，英國 University College London 的Donalson和 Yu 首次提出了柄反作用矢量(HRV)的概念，將患者在站立行走過程中對輔具的作用合成簡化為集中載荷，分別用位於左右手柄中點橫截面形心處的兩個力學矢量來表示。HRV(Handle Reaction Vector) 在三個軸上的分量就可以來表徵輔具提供給患者的力平衡、力推進和力支持水平。其中， 在手柄處定義坐標系中x，y，z軸的正向分別為患者的右向，前向，上向。HRV的具體公式如下HRV = [Flx，Fly，Flz，Frx，Fry，FrJτ(1)公式中下標1代表的的是左手柄，r代表右手柄。在動力輔具系統從穩定到傾翻之前的過程中其手柄受力不斷變化。而當系統不穩定後，也就是發生傾翻後，輔具懸空那一側的某幾路傳感器的輸出電壓不再隨著手柄受力的增大而變化，即HRV中的某幾個分量不再變化。所以，可以將HRV作為判斷輔具安全與否的一項參數。僅依靠對HRV的分析，並不能很好地提供預警信息。本專利加入使用者上肢的疲勞評價參數，能夠實時獲得步行器使用者的疲勞狀況，避免由於步行康復過程中由於疲勞導致的二次損傷，以及合理安排康復訓練的運動量。肌肉收縮的一個結果就是代謝產物乳酸濃度的升高。淨乳酸濃度除了與主要肌肉纖維的類型和大小有關，更重要的是，它還與力量水平和收縮類型(靜態收縮還是動態收縮)有關。當肌肉收縮時，血流受到肌肉壓力阻擋，肌肉因此缺血缺氧。肌肉內乳酸鹽濃度升高，改變了細胞內的酸鹼度，使得肌肉纖維的傳導速度降低，直接改變了運動單元動作電位的波形。表面肌電信號可以看作所有運動單元動作電位在皮膚表層幹涉疊加的結果，因而肌肉疲勞改變了表面肌電信號的特徵。1991年，Brody等人發現pH的降低決定了肌肉纖維傳導速度的降低，結果導致中值頻率的降低。
發明內容
為克服現有技術的不足，提供一種防止傾翻的方法，在防止傾翻過程中，考慮疲勞的影響，另一方面可以通過疲勞評價，合理安排康復訓練的訓練量，為達上述目的，本發明採取的技術方案是，一種步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法，包括以下步驟1)採集上臂肱三頭肌處的表面肌電信號，對信號進行1 1000Hz濾波、50Hz及其倍頻陷波、放大的預處理；2)對於每個時間點，提取之前Is的肌電信號，按中值頻率的定義公式
權利要求
1.一種步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法，其特徵是，包括以下步驟1)採集上臂肱三頭肌處的表面肌電信號，對信號進行1 1000Hz濾波、50Hz及其倍頻陷波、放大的預處理；2)對於每個時間點，提取之前Is的肌電信號，按中值頻率的定義公式
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是，輔具傾翻指數WTI具體為縱向WTI計算的是縱向傾翻力(Fly、Fry)所造成的縱向傾翻趨勢大小，若(Fly+F」)>0，則有向前傾翻的趨勢，預期傾翻軸為f_f，即步行器前方兩個支撐點所確定的直線，其縱向WTI計算公式為
3.如權利要求1所述的方法，其特徵是，設隸屬於安全的程度為Us和隸屬於危險的程度為UD，由模糊識別算法，分別判定WTI和MDF所處的狀態，具體公式如下
全文摘要
本發明涉及康復輔具技術的安全監測。為提供一種防止傾翻的方法，在防止傾翻過程中，考慮疲勞的影響，另一方面可以通過疲勞評價，合理安排康復訓練的訓練量，本發明採取的技術方案是，一種步行器助行安全監測中的穩定性與疲勞度模糊融合方法，包括以下步驟1)採集上臂肱三頭肌處的表面肌電信號；2)對於每個時間點，提取之前1s的肌電信號，按中值頻率的定義公式計算此段肌電信號的中值頻率；3)計算輔具傾翻指數WTI；4)通過實驗得到WTI和MDF的隸屬度函數；5)分別判定WTI和MDF所處的狀態。本發明主要應用於康復輔具技術的安全監測。
文檔編號A61H3/00GK102319165SQ20111012800
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者萬柏坤, 徐瑞, 明東, 王璐, 綦宏志, 邱爽 申請人:天津大學