机器人辅助训练中上肢运动意图识别及运动功能评估方法的研究

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脑卒中是一种严重神经损伤性疾病,患有该疾病的患者会出现上肢运动功能障碍,康复训练能使患者得到一定程度的恢复。传统人工治疗师成本较高,效率低下,基于患者运动意图的机器人辅助康复训练能有效促进大脑运动神经重塑,提高康复效率。本文基于镜像康复理论,同时考虑到脑卒中患者因半瘫而导致其健康侧上肢的表面肌电信号比患病侧更加有效的反映运动意图的特点,基于表面肌电信号建立了健侧上肢的支持向量机运动意图识别模型,控制机器人辅助患侧上肢执行与健侧上肢一致的运动,实现了机器人辅助康复训练。本研究使用支持向量机建立了每位受试者的上肢运动意图分类模型,并结合经典线性判别分类方法进行了对比分析。实验表明,通过支持向量机方法建立的运动意图识别模型具有良好的准确性和稳定性;同时为了进一步的客观定量评估在训练过程中患者的运动能力,本文提出了基于做功计算的主动参与度指标估算方法。该方法基于相同康复训练任务系统做功总量恒定的原理,通过检测机器人做功的大小进而计算患者在康复训练过程中的主动参与度,并通过试验对其有效性进行验证。实验表明,与肌电探测方法相比,基于做功计算的方法能够简单有效的估算出受试者的主动参与度。通过本文建立的上肢运动意图识别模型,机器人可以准确的识别患者上肢运动意图,使患者得到充分有效的康复训练,并且所提出主动参与度评估患者运动能力的方法也可以帮助医师了解患者的康复进程,为患者个性化康复训练计划的制定提供依据,同时也为康复机器人精准辅助康复训练提供了技术支撑。
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