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肌内EMG信号的特征组合

对抓握力估计的影响

1.背景介绍围有限，但是对截肢患者依然很重要。至少能让他们恢复一定的行为能力。目前假肢的作用范01采用sEMG(表面肌电图)信号的一些特征来控制假肢。大多数假肢设备都02

1.1sEMG信号的局限性sEMG信号只能从表面的肌肉测量到，因此容易受到干扰。重复使用的话，sEMG信号的电极会刺激皮肤。为了克服这些局限性，就要采用另外一种方式来控制假肢——肌内EMG信号

1.2肌内EMG信号把电极植入到肌肉里来获得EMG信号的方法。这种方法也有缺点：电极必须植入到肌肉里，破坏性强。电极植入在某一个特定的肌肉里，因此不能准确反映全局肌肉的活动。

1.3目前肌内EMG信号的研究成果在之前的研究中，力量值都是被限制在50N以内，肌内EMG也嗾使是从腕伸肌肌肉获取的。应用范围有限。目前基于多种特征组合的研究还没有做过。Kamavuako研究表明：在记录肌内EMG的过程中，全局放电率和握持的力量之间有很高的相关性。但是这项研究中握持的力量被限制在50N，并且EMG信号必须从腕伸肌肌肉获得，这个方法并不理想。Onishi研究表明：如果限制了伸膝力，肌内EMG信号与力量大小之间的决定系数高于0.85。

2.方法添加标题添加标题这篇论文主要是在之前研究成果上，对比和分析EMG信号的各种特征，最终找出一种完美模拟肌肉真实力量的方法。研究目的：综合各种EMG信号的特征，比较不同组合预测力量值的能力，同时尽可能的覆盖较大范围的力量值。

2.1参与测试的人员共有11位受试人员，年龄在22-26岁，平均年龄23.8岁，四肢健全，无上肢或其他部位的肌肉性疾病或者相关病史。实验步骤符合赫尔辛基宣言，也得到了丹麦当地伦理委员会的认可。赫尔辛基宣言：该宣言制定了涉及人体对象医学研究的道德原则，是一份包括以人作为受试对象的生物医学研究的伦理原则和限制条件，也是关于人体试验的第二个国际文件，比《纽伦堡法典》更加全面、具体和完善。

2.2步骤首先，受试人员坐在椅子上，把右手臂放在托架上，如图1。受试人员用全力抓握测力计3次，取其最大值作为归一化的标准。在每次抓握之间，受试人员可以休息3分钟，主要是为了消除肌肉疲劳的影响。

在完成以上步骤后，要求受试人员在抓握测力计的同时，施加的力量值要追踪三条曲线，如图2。曲线1：在9s内完成6个等幅阶梯式的增长。曲线2：在9s内完成两个尖峰。曲线3：在9s内完成一个钟形曲线。

这三条曲线在试验的时候，次序是任意的，并且每条曲线会被重复做两次。这么做的目的是为了覆盖较大范围的力量值。添加标题之所以选择这三条曲线，是因为可以和以前的研究作比较，他们也是用的这三条曲线。添加标题为了让受试人员更好地拟合这三条曲线，我们会将他们施加的力量值显示在示波器上。添加标题在正式试验之前，每一位受试人员都会有足够的时间去练习如何更好的拟合这些曲线。添加标题同时要求受试人员把手腕放在合适的位置，并在整个试验过程中保持稳定。添加标题

2.3数据采集力量值的采集：用一个手柄大小可调的测力计来测量握持的力量。手柄大小调节到每位受试人员感到最舒适为止，这样做可以发挥出最佳状态。肌内EMG信号的采集：从指伸屈肌(FDP)肌肉引出的导线来采集EMG信号。先找到最佳植入位置，然后将具有铁氟龙涂层的导线消毒后植入到肌肉中。导线除了顶部，其他地方都是绝缘的。手腕上会放置一个参考电极

信号处理添加标题接收到的肌电信号会被放大1000倍，然后在通过一个20Hz-5000Hz的带通滤波器。添加标题采集到的肌电信号和力量值经过16位A/D转换器转换为数字信号，采样率为20kHz。

2.4信号调节A/D转换后的力量信号再通过一个截止频率为20Hz的数字低通滤波器(4阶巴特沃思滤波器)添加标题A/D转换后的肌电信号再通过一个频率在100Hz~3000Hz的数字带通滤波器(4阶巴特沃思滤波器)添加标题每隔50ms取200ms长度的信号来提取需要的特征。添加标题

下面9种特征是从肌内EMG信号中提取的，同时它们也被用来标识sEMG。1波长(WL)：在肌肉处于活跃状态时，波长与信号波动有关，它会提供一些关于频率、周期和肌电信号波形幅值的相关信息。2平均绝对值(MAV)：是对信号标准差的估计，常被作为控制假肢的比例项。3零点(ZC)：ZC用来记录信号过零点的个数，和信号频率有关。4斜率正负变换SSC)：记录信号斜率正负变换的次数。5Willison幅值(WAMP)：估计活跃肌肉单元的个数，表征肌肉收缩的水平。6均方根(RMS)：用来估计标准差，可以替代MAV。

EMGenv：是波长(WL)和斜率正负变换次数(SSC)的综合。改进的平均绝对值(MMAV)：MMAV是对MAV的补充，为了提高特征的鲁棒性，对信号应用汉明窗。约束样本熵(CSE)：是对标准