基于表面肌电信号的手势识别与分析

目的 研究利用前臂及手部表面肌电( surface electromyography,sEMG)信号进行手势识别的方法,以及不同 手势下拇指、食指的关节角度,探讨 sEMG 信号控制外骨骼手的可行性。 方法 采集 20 名健康右利手受试者右侧 前臂及手部 6 块肌肉 sEMG 信号。 提取 sEMG 信号的时域特征值,对比人工神经网络( artificial neural network, ANN)、K-近邻(K-nearest neighbor, KNN)、决策树(decision tree, DT)、随机森林( random forest, RF)和支持向量机(support vector machine, SVM)等多种分类器对 6 种日常手势进行识别。 同时,采用 Vicon 摄像机跟踪系统捕捉右手拇指、食指运动轨迹,计算拇指、食指关节角度。 结果 利用前臂及手部 sEMG 信号可以实现 6 种手势的模式识别,其中 ANN 分类器的分类预测效果最好,测试集预测精度可达 97. 9% ,Kappa 系数可达 0. 975。 同时,计算得到不同手势下拇指、食指的关节角度,并进行不同手势下关节角度相关性分析。 结论 利用前臂及手部 sEMG 信号进 行手势识别,能够实现具有几乎完全一致的分类预测结果。 研究结果证明了 sEMG 信号手势识别应用于外骨骼手 控制的可行性。     

膝关节活动单髁假体衬垫形状及安装位置对置换后膝关节应力分布影响的有限元分析EI北大核心CSCD

在单髁置换手术中,市面上可供选择的单髁假体种类较多,常见的衬垫与股骨假体接触面一致性与否,会对置换后的膝关节应力分布产生不同的影响。单髁置换术后胫骨平台内侧断裂以及衬垫脱位是常见的两种失效形式,原因之一是单髁假体在膝关节中的安装位置不匹配,可能导致失效。故本文主要研究衬垫与股骨假体接触面的形状及单髁假体的安装位置对置换后膝关节应力分布的影响。首先,本文建立了正常人体膝关节有限元模型,通过应力和变形两种方式验证了该模型的有效性。其次,建立了两种不同形状衬垫膝关节假体模型(A型和B型),模拟分析在单腿站立情况下,两种衬垫5种内外翻安装位置的膝关节应力分布情况。结果表明,在1 kN轴向载荷下,衬垫峰值接触压力、前交叉韧带峰值等效应力、外侧半月板峰值接触压力,这3种参数A型均比B型小,5种内外翻安装位置下A型在内翻3°时衬垫变形、衬垫峰值接触压力、胫骨峰值等效应力、前交叉韧带峰值等效应力均最小。单髁置换时,建议假体内翻6°以内,选择A型或B型衬垫,需结合患者的其他因素综合分析选择。综上所述,本文研究结果或可降低单髁置换后衬垫脱位、胫骨内侧平台断裂的风险,以期为单髁假体设计提供生物力学参考。     

单手操作手机时常见拇指动作关节角度与接触力测量和分析

目的 研究单手操作手机时拇指的关节角度与接触力,分析拇指关节的关节角度与接触力的生物力学特征以及影响因素,为拇指狭窄性腱鞘炎的预防、康复以及治疗提供生物力学依据。方法 使用Vicon光学运动捕捉系统和电阻式薄膜力传感器采集大学生志愿者单手操作手机时拇指关节角度和指尖接触力,并对人体参数、关节角度和接触力进行统计学多因素相关性分析。结果 通过仪器测量得到单手手机操作时上滑、顺时针转、右点、左点、左滑等动作的关节角度与接触力;统计分析表明,手长、拇指总长对各关节角度均值和最大接触力有显著影响(P<0.05),且手长与掌指关节角度均值、最大接触力基本呈负相关。结论 减小拇指运动幅度避免拇指过伸或过屈,或减少使用手机的频率,或减少操作手机的作用力,可以一定程度上减少拇指屈肌腱和腱鞘与骨纤维管道的摩擦力以及相互之间的挤压力,从而可以减少拇指狭窄性腱鞘炎的形成。