检索结果-南通市图书馆

基于OpenSim肌骨建模的膝关节置换术后胫股关节接触力估计

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康复学报 2024年

作者：王晓玲简家伟谢秋蓉连章汇郭春明郭洁梅李玉榕福州大学福建省医疗器械和医药技术重点实验室福建中医药大学中医学院福建中医药大学康复医学院吉林大学第二医院疼痛科

目的：基于OpenSim开发建立1个包含双接触点、3个自由度膝关节的个性化肌肉骨骼模型，估测膝关节负荷，为临床膝骨关节炎患者的精准化诊断及个体化康复方案的制定提供可靠依据。方法：利用由斯坦福大学授权公开，加州拉霍亚市Scripps诊... 详细信息

目的：基于OpenSim开发建立1个包含双接触点、3个自由度膝关节的个性化肌肉骨骼模型，估测膝关节负荷，为临床膝骨关节炎患者的精准化诊断及个体化康复方案的制定提供可靠依据。方法：利用由斯坦福大学授权公开，加州拉霍亚市Scripps诊所希利矫形研究与教育中心发布的“膝关节体内负荷预测挑战赛”公开数据集，纳入4例接受全膝关节置换术并植入压力检测仪器的受试者，以OpenSim模型库中的通用模型gait2392为基础升级搭建，将股骨与胫骨间由单接触点调整为双接触点，并调整膝关节结构，使其具有3个方向自由度，通过模型缩放、逆向运动学分析、逆向动力学分析、残差缩减处理、肌肉控制和肌肉分析等，综合考虑步态中外部力和体内肌力的贡献，计算胫股关节内/外侧接触力。采用MATLAB 2018b进行统计学分析，通过模型估计结果与植入假体测量结果对比，验证本研究建立的肌骨模型的有效性。结果：内侧、外侧、总接触力估计值与测量值的平均相关性分别为0.921±0.079、0.817±0.084、0.930±0.066，均方根误差的平均值分别为0.336±0.146 BW、0.332±0.146 BW、0.442±0.160 BW；内/外侧接触力峰值的估计值与测量值均方根误差分别为0.43±0.25 BW、0.34±0.24 BW，峰值出现时刻误差分别为44.09±34.66 ms、67.52±61.19 ms。和植入式传感器测量值相比，基于OpenSim肌骨建模的胫股关节接触力估计方法能准确预测受试者步行的膝关节内/外和总接触力（平均相关系数0.89，均方根误差0.35 BW，峰值均方根误差0.39 BW，峰值出现时刻误差39.31 ms）。结论：利用所建立的双接触点、3个自由度的膝关节全身OpenSim肌肉骨骼模型能够生成肌肉驱动的步态模拟，得到可靠的胫股关节接触力，为精准监测胫股关节负荷、临床康复方案制定和持续改进假体设计等提供重要依据。

关键词：胫股关节内/外侧接触力 OpenSim 肌肉骨骼模型行走步态

肌电调制结合迭代学习控制的足下垂FES系统

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仪器仪表学报 2023年第4期44卷 112-120页

作者：王兆轩李玉榕陈楷福州大学电气工程与自动化学院福州350108 福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350108

足下垂是指由于神经控制功能障碍导致踝关节无法产生背屈以致足尖上抬不完全或不能的现象。功能性电刺激(FES)作为纠正足下垂步态的治疗方法,通过低频脉冲刺激胫骨前肌引起肌肉收缩,使踝关节产生背屈动作,达到矫正足下垂的目的。本文提... 详细信息

足下垂是指由于神经控制功能障碍导致踝关节无法产生背屈以致足尖上抬不完全或不能的现象。功能性电刺激(FES)作为纠正足下垂步态的治疗方法,通过低频脉冲刺激胫骨前肌引起肌肉收缩,使踝关节产生背屈动作,达到矫正足下垂的目的。本文提出了基于肌电(EMG)调制和迭代学习控制(ILC)的FES输出强度调制方法,利用小腿角速度信号通过动态BP神经网络预测健康步态胫骨前肌肌电信号,以脚尖俯仰角作为反馈信号通过ILC输出参考肌电信号,与神经网络预测的肌电信号加权平均得到修正后的肌电信号,最后利用肌肉激活特性调制FES输出。实验表明开环肌电调制模式下的脚尖俯仰角仅有17°左右,而在闭环调制模式下,脚尖俯仰角最大角度达到了21°左右。本文设计的FES控制系统可以帮助足下垂患者进行康复训练。

关键词：功能性电刺激足下垂迭代学习控制肌电信号

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基于力度无关鲁棒特征的肌电手势识别方法

仪器仪表学报 2022年第5期43卷 183-190页

作者：林恒李玉榕施正义朱菲菲福州大学电气工程与自动化学院福州350108 福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350108

为了减小肌肉收缩力变化对肌电信号模式识别的影响,提出了DCSP特征。该特征首先通过CSP算法得到最大化类与类之间距离的空间投影矩阵,然后对投影后的新信号进行差分和归一化处理,最终通过非相关线性判别分析将数据投影到类内距离最小、... 详细信息

为了减小肌肉收缩力变化对肌电信号模式识别的影响,提出了DCSP特征。该特征首先通过CSP算法得到最大化类与类之间距离的空间投影矩阵,然后对投影后的新信号进行差分和归一化处理,最终通过非相关线性判别分析将数据投影到类内距离最小、类间距离最大的低维空间而得到。在两个数据集上验证基于DCSP特征的肌电手势识别正确率,第1个数据集包含10名完整肢体受试者的数据,第2个数据集包含9名上肢截肢者的数据。在识别率测试的4个方案中,DCSP特征的识别正确率均高于CSP特征,在全部力训练,全部力测试的方案上取得最高的识别率(数据集1:95.83%,数据集2:86.93%),相比CSP特征(数据集1:89.01%,数据集2:70.03%),分类准确率分别提升6%和16%。在特征空间分布的2个测试方案上,DCSP特征比CSP特征都具有更小的类内距离和更大的类间距离。相比较于其他研究的识别正确率,DCSP特征比现有的力度鲁棒特征提升了约5%(数据集1)和8%(数据集2),并且性能不依赖于分类器类型。

关键词：肌肉收缩力共空间模式手势识别

基于形态识别的脊柱个性化建模与侧弯评估系统

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仪器仪表学报 2023年第10期44卷 210-218页

作者：陈家瑾李玉榕叶王为苏婵娟福州大学电气工程与自动化学院福州350108 福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350108 福州市第二医院福州350007

脊柱侧弯是一种高发于青少年群体中的脊柱疾病,为了解决X片评估脊柱侧弯所带来的辐射危害,本文设计并实现了基于形态识别的脊柱个性化建模和侧弯评估系统。首先,提取与脊柱相关的特征点,根据特征点之间的相对位置关系计算生成附加特征点... 详细信息

脊柱侧弯是一种高发于青少年群体中的脊柱疾病,为了解决X片评估脊柱侧弯所带来的辐射危害,本文设计并实现了基于形态识别的脊柱个性化建模和侧弯评估系统。首先,提取与脊柱相关的特征点,根据特征点之间的相对位置关系计算生成附加特征点;其次,设计并应用特征点校正算法和滤波算法以提高特征点的位置精度;最后,在Unity中将椎骨模型配准到由特征点拟合的脊柱线上,得到个性化三维脊柱模型,并计算Cobb角、胸椎后凸角、腰椎前凸角以评估脊柱侧弯。本文对28位受试者进行了实验,对比分析了系统评估结果与X片评估结果:Cobb角与实际Cobb角之间的皮尔逊相关系数为0.82,平均绝对误差为3.4°,均方根误差为4.2°;胸椎后凸角与实际胸椎后凸角之间的皮尔逊相关系数为0.80,平均绝对误差为3.4°,均方根误差为3.8°;腰椎前凸角与实际腰椎前凸角之间的皮尔逊相关系数为0.78,平均绝对误差为3.2°,均方根误差为3.7°。实验结果表明,脊柱侧弯评估系统的精度较高,使用方便,可适用于大范围的青少年脊柱侧弯筛查。

关键词：脊柱侧弯评估形态识别三维建模校正算法卡尔曼滤波

基于sEMG信号的关节力矩NARX预测模型

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仪器仪表学报 2022年第11期43卷 123-131页

作者：刘强李玉榕杜国川连章汇福州大学电气工程与自动化学院福州350108 福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350108

为解决利用力矩传感器控制肌力训练设备所带来的滞后性,利用表面肌电信号(sEMG)超前于运动的特性,设计了基于一组拮抗肌表面肌电信号的关节力矩预测模型。首先搭建康复训练设备为信号采集和实验验证提供条件。将sEMG经过预处理,选择sEM... 详细信息

为解决利用力矩传感器控制肌力训练设备所带来的滞后性,利用表面肌电信号(sEMG)超前于运动的特性,设计了基于一组拮抗肌表面肌电信号的关节力矩预测模型。首先搭建康复训练设备为信号采集和实验验证提供条件。将sEMG经过预处理,选择sEMG信号的方差特征作为神经网络输入,利用带有外部输入的非线性自回归(NARX)模型的动态循环神经网络,分别建立了基于关节力矩实际值的超前多步(MSA)预测模型和基于模型预测输出(MPO)的预测模型,通过等张和等长测试实验,比较了MSA和MPO模型的力矩预测性能。实验结果表明,两种模型输出预测值和实际值之间都有极强关联性(皮尔逊相关系数均大于0.95)。随着超前预测的步数增加,MSA模型的预测精度降低,但是超前预测的时间增大。在等张和等长测试中,当超前步数分别小于29和35时,MSA预测精度显著高于MPO(p<0.05),但MPO模型在成本和体积上更具优势。综上所述,两种模型均可以准确预测关节力矩,在实际康复训练设备控制中,可根据应用需求选择不同的力矩预测模型。

关键词： sEMG NARX 多步超前预测模型模型预测输出

粗糙集理论的分层递阶约简算法及其信息理论基础

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控制理论与应用 2004年第2期21卷 195-199页

作者：乔斌李玉榕蒋静坪浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 福州大学电气系福建福州350002

本文模拟人类认知的分层递阶原则,提出一种粗糙集理论的分层递阶约简算法.该算法首先将信息系统或决策系统的知识在由部分属性所构成的多种层次和多种粒度上表示出来,然后分别对各个属性层次进行递阶约简.因此,该算法具有较强的实用性... 详细信息

本文模拟人类认知的分层递阶原则,提出一种粗糙集理论的分层递阶约简算法.该算法首先将信息系统或决策系统的知识在由部分属性所构成的多种层次和多种粒度上表示出来,然后分别对各个属性层次进行递阶约简.因此,该算法具有较强的实用性和较好的动态特性,并且能并行运算.同时,本文从信息理论的角度证明了分层递阶约简的理论基础.文章的最后将该算法应用于某水泥窑炉控制决策的获取中,证实了其有效性.

关键词：粗糙集理论信息理论信息系统决策系统分层递阶约简

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改进粒子群算法在治疗型关节炎护膝中的应用

仪器仪表学报 2007年第9期28卷 1619-1623页

作者：李玉榕杜民王宇琳福州大学电气工程与自动化学院福州350002

为保证治疗型关节炎护膝中升压电路的优良性能,必须对其中的电路参数进行优化。本文采用一种改进的粒子群算法对升压电路中控制强度的参数进行优化,保证平稳的升压性能。同时为了保证粒子群在搜索过程中目标函数的可计算,采用神经网络... 详细信息

为保证治疗型关节炎护膝中升压电路的优良性能,必须对其中的电路参数进行优化。本文采用一种改进的粒子群算法对升压电路中控制强度的参数进行优化,保证平稳的升压性能。同时为了保证粒子群在搜索过程中目标函数的可计算,采用神经网络对升压电路进行建模,通过实验数据对神经网络进行训练并测试。最后分别在粒子群优化后的参数与原有参数下,对升压电路性能进行比较,验证了该算法所确定的参数可以保证升压过程更平稳,电路具有更好的性能。

关键词：骨性关节炎粒子群算法神经网络

基于连续-离散扩展卡尔曼建模的p53-Mdm2调控关系研究

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中国生物医学工程学报 2017年第2期36卷 180-186页

作者：姜莉李玉榕福州大学电气工程与自动化学院福州350116 福州大学福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350116

生物医学研究揭示,肿瘤抑制基因p53的表达水平与肿瘤的形成相关。p53相关的信号转导网络研究为揭示癌症、肿瘤的发病机制和寻找其治疗方法提供新思路,而p53和癌基因Mdm2的负反馈关系是该信号转导网络的核心部分。因此,研究p53-Mdm2的调... 详细信息

生物医学研究揭示,肿瘤抑制基因p53的表达水平与肿瘤的形成相关。p53相关的信号转导网络研究为揭示癌症、肿瘤的发病机制和寻找其治疗方法提供新思路,而p53和癌基因Mdm2的负反馈关系是该信号转导网络的核心部分。因此,研究p53-Mdm2的调控关系意义重大。基于电离辐射后人类白血病细胞中测得的时间序列基因表达数据,利用连续-离散的扩展卡尔曼(EKF)算法,建立带有延迟特性的非线性动态连续随机生物网络模型,模拟电离辐射后的p53-Mdm2动态调控过程。同时,对所建立网络的准确性进行验证,可得模型的误差率为0.85%。结果表明:所提出的算法是收敛的,可以预测基因的表达水平,准确地模拟p53-Mdm2调控网络受到电离辐射后的衰减震荡响应过程,该过程和生物实验结果一致。所提出的算法为生物学实验建模提供一种有效的方法,并可以为网络系统动力学特性的研究提供条件。

关键词： p53-Mdm2网络连续-离散扩展卡尔曼(EKF)算法时间序列数据延迟

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基于模糊神经网络开关磁阻电动机转矩观测

仪器仪表学报 2002年第4期23卷 351-353,360页

作者：郑洪涛李玉榕乔斌蒋静坪浙江大学电气工程学院杭州310027 福州大学电气系福州350002

转矩脉动是开关磁阻电动机较为突出的缺点 ,出于电机设计和控制的目的 ,常需要实时在线测量电机的动态转矩 ,采用转矩传感器的方法既复杂、昂贵 ,在高速下又不准确。利用一种新型变结构模糊神经网络对开关磁阻电动机转矩特性进行学习 ,... 详细信息

转矩脉动是开关磁阻电动机较为突出的缺点 ,出于电机设计和控制的目的 ,常需要实时在线测量电机的动态转矩 ,采用转矩传感器的方法既复杂、昂贵 ,在高速下又不准确。利用一种新型变结构模糊神经网络对开关磁阻电动机转矩特性进行学习 ,之后把它用于动态转矩的实时在线测量。仿真与试验结果表明此方法能够快速。

关键词：开关磁阻电动机转矩脉动测量模糊神经网络