基于小波變換和分形分析的表面肌電信號(hào)的分類.pdf

1、本論文從小波變換和分形理論入手，進(jìn)一步解決如何從表面肌電信號(hào)中準(zhǔn)確地檢測(cè)動(dòng)作單元電位和有效地提取特征信息以便準(zhǔn)確地識(shí)別表面肌電信號(hào)的問(wèn)題。針對(duì)表面肌電信號(hào)的非平穩(wěn)動(dòng)態(tài)特性，本論文首先分析了動(dòng)作表面肌電信號(hào)形成的生理基礎(chǔ)，得出了一些重要結(jié)論。然后，緊扣國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60171006)的研究主題，應(yīng)用小波變換和關(guān)聯(lián)維對(duì)動(dòng)作表面肌電信號(hào)進(jìn)行了深入細(xì)致地研究。 本論文從神經(jīng)-肌肉的解剖結(jié)構(gòu)入手研究了表面肌電信號(hào)形成的生理基礎(chǔ)

2、，總結(jié)出兩個(gè)重要的結(jié)論：1)在由表面電極募集到大量動(dòng)作單元的動(dòng)作單元電位中，有些動(dòng)作單元電位在表面肌電信號(hào)中被疊加成不可再分的電位群。與動(dòng)作單元電位一樣，電位群也是表面肌電信號(hào)的基本單元。2)在表面電極和動(dòng)作單元之間存在的組織對(duì)動(dòng)作單元電位存在低通效應(yīng)。低通效應(yīng)的結(jié)果就是：負(fù)責(zé)不同動(dòng)作模式的肌肉產(chǎn)生的動(dòng)作單元電位或電位群的主要譜能量將落在較小帶寬的頻帶中，而不會(huì)彌散在表面肌電信號(hào)的整個(gè)頻帶。 本論文創(chuàng)新性地為從表面肌電信號(hào)中檢測(cè)

3、動(dòng)作單元電位或電位群提出了一個(gè)改進(jìn)的小波檢測(cè)手段。在國(guó)外，，有人采用各分辨層的小波作為匹配模板來(lái)檢測(cè)動(dòng)作單元電位或電位群。然而，在每一分辨層只有一個(gè)小波，所以，只有與這小波具有相似形態(tài)特征的動(dòng)作單元電位或電位群才能夠被有效地檢測(cè)出來(lái)。為此，本論文首先創(chuàng)新性地對(duì)各分辨層的小波系數(shù)進(jìn)行閾值處理以提高重構(gòu)子信號(hào)的時(shí)間分辨率，然后，創(chuàng)新性地采用重構(gòu)子信號(hào)中的孤立波代替小波作為模板。這樣，我們可以從表面肌電信號(hào)中有效地檢測(cè)到更多的動(dòng)作單元電位或電

4、位群。 本論文創(chuàng)新性地提出了相對(duì)小波能量和相對(duì)小波能量的變化量。采用部分子空間的相對(duì)小波能量和相對(duì)小波能量的變化量來(lái)識(shí)別動(dòng)作表面肌電信號(hào)可以獲得較高的正確識(shí)別率。而且，采用相對(duì)小波能量的變化量可以減少肌肉疲勞或脂肪厚薄等因素造成的影響。 本論文首次在動(dòng)作表面肌電信號(hào)的識(shí)別中使用小波熵和非線性尺度小波，并且創(chuàng)新性地提出了小波系數(shù)熵。小波系數(shù)熵不僅包含了表面肌電信號(hào)的譜能量分布的信息，而且，還能提取到關(guān)于動(dòng)作單元發(fā)放模式的一

5、些信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的小波包特征提取方法相比，通過(guò)小波熵、小波系數(shù)熵和非線性尺度小波特征提取方法能獲得更高的正確識(shí)別率。 本論文創(chuàng)新性地通過(guò)模糊自相似性計(jì)算表面肌電信號(hào)的關(guān)聯(lián)維，并且為確定表面肌電信號(hào)的標(biāo)度不變區(qū)提出了一個(gè)簡(jiǎn)單可行的方法。模糊自相似性關(guān)聯(lián)維可以克服由傳統(tǒng)GP算法計(jì)算的關(guān)聯(lián)維對(duì)信號(hào)的初始值和超球體的初始位置很敏感的缺點(diǎn)。為確定表面肌電信號(hào)標(biāo)度不變區(qū)，本論文將所有屬于同一模式信號(hào)的關(guān)聯(lián)積分和標(biāo)度關(guān)系曲線畫(huà)在同