面向介入手术机器人控制的表面肌电信号分类算法研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyuxin_718
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,心血管病发病人数持续增长,针对其最有效的方法就是介入手术治疗。可目前介入手术医生缺口较大,加之手术环境影响医生健康,亟需介入手术机器人的出现。精准安全稳定地控制手术机器人是巨大的挑战,所以我们提出了基于表面肌电信号的介入手术机器人新型控制方法。对表面肌电信号的分类识别是最关键的步骤之一,本文是面向介入手术机器人控制的表面肌电信号分类算法研究。主要研究内容如下:第一研究阶段,针对表面肌电信号提取相关特征进行显著性差异分析。招募了九位志愿者,设定四种动作采集数据,对信号进行预处理和特征提取。选用平均肌电图和均方根两个特征,对不同肌肉不同动作使用单向方差分析法进行显著性差异分析。结论显示不同动作之间差异性微弱,两个特征模式之间存在相似性。这部分我们的创新之处是提出了基于表面肌电信号的介入手术机器人新型控制方法。第二研究阶段,采用公开的标准数据集进行分类识别实验,获得了良好的结果。对数据进行一系列预处理操作,提取了七个常见特征,提取了ASS和MSR两个新特征。设计的随机森林算法分别对单特征和多特征组合进行分类识别实验,得到的最佳分类精度达到92.94%。并从混淆矩阵、ROC曲线、PR曲线等评价指标分析了实验结果,验证了模型的稳定性。这部分我们的创新之处是设计了在标准数据集上获得良好分类性能的随机森林算法。最后,我们与中国科学院大学深圳医院合作,采集有丰富经验医生的数据进行深入研究。招募了七位心内科医生,采集其在操作导丝时的表面肌电信号、电磁位置信号和触觉力信号三种多模态数据,对临床手部动作的操作技能进行探究。经过信号处理和特征提取,提取了十九个特征用设计的随机森林算法进行分类识别。实验表明肌肉活动与血管壁接触力之间存在正相关性,同时不同肌肉不同动作之间也具有显著性差异。使用特征数目越多分类效果越好,最高达到94.11%的精度。这部分我们的创新之处是采集专业医生的多模态数据集,国际上尚无先例。提出了基于随机森林算法的分类识别框架,并获得了较好的分类效果。本研究具有较高的科学意义和潜在的应用价值,创新地提出基于表面肌电信号的介入手术机器人控制方法,并设计基于随机森林的表面肌电信号分类识别框架,未来可用于远程手术操控和实现手术过程中力反馈。
其他文献
矿产资源是重要的加工原材料和能源来源,且资源开采业极大地带动了生产区的经济和社会发展水平。然而,伴随着矿产资源的大规模深入开采,资源型城市暴露出诸多危机,如矿产资源
“氨浸-萃取-电积”工艺是从低品位氧化锌矿等非传统资源中回收锌的有效途径之一,萃取是衔接该工艺的重要环节。针对传统从氨性溶液中萃取锌的方法存在锌氨物种受溶液pH值及
近几十年来,船舶制造行业的发展如火如荼,这也使得船舶不断向着规模化、先进化、专业化的方向发展。而无论船舶向着什么方向发展,它的核心思想始终聚焦在如何提升船舶航向控
深埋隧道在开挖过程中受到不同形式的扰动,例如地震、机械振动、爆破等,这些都会破坏围岩的稳定性,导致岩爆现象的发生,岩爆是深埋地下工程在开挖过程中常见的破坏现象。由于
镍因其特殊的物化性质而广泛应用于各类行业中。目前,高品位硫化镍矿日益枯竭致使镍资源开采重心逐渐向低品位资源丰富的氧化镍矿转移。我国云南地区红土镍矿具有硅镁含量高
格栅式地下连续墙是近年来出现的一种新型基础,已在日本的桥梁中得到应用。国内大多把其作为基坑工程的围护结构,少部分应用在桥梁基础上且都为单室闭合型,应用在工民建中几
本论文针对存在模态异步的故障马尔可夫跳变系统提出了一系列自适应容错控制器的设计方法,其目的是为了使异步系统在执行器故障及外部扰动同时存在时保证系统的镇定性并满足
差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,简称DE)是一种可以用来解决各种全局优化问题的简单有效的启发式进化算法。差分进化算法主要分为种群初始化、变异操作、交
本文研究思路基于为公私合营项目(PPP)-委内瑞拉卡布略港-巴基新梅托制定生命周期风险管理框架。目前发达国家和发展中国家普遍推行公私合营项目,以加速经济增长,促进社会发
复杂海面背景下舰船目标的检测和识别一直都是红外探测领域所面临的难点问题,当舰船和水面之间的温差较小时,目标容易淹没在背景杂波中,传统的基于红外强度的探测手段表现出