[发明专利]一种基于生物动力学的下肢膝关节主动肌肌电拟合方法

权利要求书

1.一种基于生物动力学的下肢膝关节主动肌肌电拟合方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

步骤1：采集被试者身高、体重、初始静息肌肉长度以及其在运动过程中的膝关节角度信息和表面肌电信号；

步骤2：构建肌纤维募集模型，以膝关节角度信息为输入，获取意图相关肌电信号；

步骤3：构建逆hill肌力模型，以通过身高、体重和膝关节角度信息获取运动过程中产生的有用力矩为输入，获取肌力相关肌电信号；

所述的逆hill肌力模型是将原有hill肌力模型中的肌电-激活信号、激活信号-肌力部分逆转成肌力-激活信号、激活信号-肌电部分。

步骤4：构建肌梭反馈模型，以通过初始静息肌肉长度和膝关节角度求得运动过程中主动肌的肌肉长度为输入，获取肌长度相关肌电信号；

步骤5：获取股四头肌和股二头肌各自的融合肌电信号

对股四头肌和股二头肌各自配置下肢膝关节不同运动阶段对应的模型策略，并利用损失函数最小二乘搜索参数法将不同运动阶段配置模型获得的肌电信号融合，最终得到获取股四头肌和股二头肌各自的融合肌电信号；

所述下肢膝关节不同运动阶段包括膝关节伸展阶段、膝关节伸展回归至初始静息位置阶段、膝关节屈曲阶段、膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段，其中膝关节伸展和膝关节伸展回归至初始静息位置阶段中主动肌为股四头肌，膝关节屈曲和膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段中主动肌为股二头肌。

所述的下肢膝关节不同运动阶段对应的模型策略为：

1)针对股四头肌，膝关节伸展阶段包含意图控制、主动肌力控制和肌肉长度控制，故对股四头肌配置肌纤维募集模型，逆hill肌力模型以及肌梭反馈模型；膝关节伸展回归至初始静息位置阶段处于意图放松阶段，故对股四头肌配置逆hill肌力模型和肌梭反馈模型；膝关节屈曲阶段和膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段，由于股四头肌不再是主动肌，故对股四头肌只配置与肌肉长度相关的肌梭反馈模型。

2)针对股二头肌，膝关节屈曲阶段包含意图控制、主动肌力控制和肌肉长度控制，故对股二头肌配置肌纤维募集模型，逆hill肌力模型以及肌梭反馈模型；膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段处于意图放松阶段，故对股二头肌配置逆hill肌力模型和肌梭反馈模型；膝关节伸展阶段和膝关节伸展回归至初始静息位置阶段，由于股二头肌不是主动肌，故对股二头肌只配置与肌肉长度相关的肌梭反馈模型。

步骤6：对股四头肌和股二头肌的融合肌电信号与白噪声进行融合，得到下肢的最终肌电信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物动力学的下肢膝关节主动肌肌电拟合方法，其特征在于所述损失函数为：

S(t)＝min[semg(t₁)-u₁(t₁)]+min[semg(t₂)-u₂(t₂)]+min[semg(t₃)-u₃(t₃)]

其中semg表示表面肌电信号，u₁表示肌纤维募集模型的意图相关肌电，u₂表示逆hill肌力模型的肌力相关肌电，u₃表示肌梭反馈模型的肌长度相关肌电；若获取的是股四头肌肌电，t₁表示膝关节伸展阶段，t₂表示膝关节伸展和膝关节伸展回归至初始静息位置阶段，t₃表示膝关节屈曲和膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段；若获取的是股二头肌肌电，t₁表示膝关节屈曲阶段，t₂表示膝关节屈曲和膝关节屈曲回归至初始静息位置阶段，t₃表示膝关节伸展和膝关节伸展回归至初始静息位置阶段。