国家自然科学基金(60874035)
- 作品数：10 被引量：18H指数：3
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- 一种基于数据融合的机动目标跟踪预测算法被引量：4
- 2011年
- 在机动目标的运动跟踪中,为了减小搜索区域,需要对下一时刻目标位置进行预测。本文以医疗康复领域中基于视频的运动分析为背景,针对二维平面中静止背景的运动目标提出一种基于数据融合的预测跟踪方法。首先采用多项式拟合算法和基于"当前"模型的改进卡尔曼滤波算法分别对运动目标进行位置预测,然后采用数据融合的方法得到最终的预测结果。最后用计算机仿真和实验对所提出的预测算法进行了验证,结果表明本文算法与多项式拟合和卡尔曼滤波算法相比,预测误差更小,跟踪精度更高。
- 徐琦蔡聪王熠钊
- 关键词：目标跟踪数据融合多项式拟合卡尔曼滤波
- 采用广义似然比检测的肌肉收缩起始时刻判断算法
- 2012年
- 肌电假肢利用残肢残存肌肉的肌电信号实行对假肢的控制。对于低信噪比的残肢表面肌电,本研究采用广义似然比检测方法判断肌肉收缩起始时刻,其中判别阈值与肌电信号信噪比有关。针对不同信噪比的模拟肌电信号,采用离线仿真方法得到肌肉收缩起始时刻检测误差最小的判别阈值,得到信噪比-经验阈值拟合曲线,确定信噪比与阈值的对应关系;根据肌电信噪比由阈值拟合曲线得到判别阈值,采用似然比检测算法在线分析肌肉收缩的起始时刻。与传统算法比较,对于模拟肌电信号,本算法误差均值和标准差分别减小35%和43%;对于真实肌电信号,误差均值和标准差分别减少29%和23%。可见在小信噪比条件下广义似然比检测算法判断肌肉收缩起始时刻较传统算法更为准确。
- 徐琦程俊银周慧杨磊
- 关键词：肌电信号肌肉收缩
- 手功能康复机器人的鲁棒控制研究被引量：1
- 2009年
- 以手功能康复机器人为研究对象,对被控对象建立数学模型,推导鲁棒控制器,基于simMe-chanics建立仿真模型,实现手功能康复机器人的鲁棒控制系统。考虑到手功能康复机器人是帮助偏瘫患者进行康复训练并最大限度地诱发患肢的主动作用,控制器中加入偏瘫患者的主动作用函数。控制系统在MATLAB/Simulink的环境下仿真,结果表明所设计的鲁棒控制器能适应不同程度的偏瘫患者,具有较佳的动态特性和很强的鲁棒性能。
- 邢科新黄剑徐琦何际平姜军庆
- 关键词：气动肌肉鲁棒控制位置控制
- 基于有限元-神经元模型的大鼠硬膜外脊髓电刺激仿真研究
- 2015年
- 临床研究证实,硬膜外脊髓电刺激(ESCS)能促进脊髓损伤后的运动功能恢复,但基本神经机制则需通过动物实验进行研究。在建立大鼠ESCS有限元-神经元组合模型的基础上,仿真L2节段单阴极刺激条件下脊髓组织内的电势分布,确定L1到S2节段背根、腹根纤维和不同深度背柱纤维激活阈值的变化规律,分析纤维位置和刺激脉宽对神经纤维激活阈值的影响。仿真结果发现,距电极最近的背根纤维激活阈值最低为0.41 V,浅层背柱纤维的激活阈值略高为0.47 V,最近腹根纤维的激活阈值最高为0.78 V,减小电极-纤维距离有利于脊髓纤维的选择性激活;不同深度背柱纤维的激活阈值随刺激脉宽增加而减小,但脉宽过大导致背柱纤维激活阈值的降幅变小,过长的脉宽使得激活阈值的降幅趋缓,合理选择刺激脉宽有利于激活深层背柱纤维,增加脊髓组织的激活区域,提高ESCS对于深层背柱纤维的募集能力。该仿真结果可为动物实验研究中合理选择刺激参数、提高刺激选择性能提供理论指导。
- 陈清阳徐琦王熠钊孟勇
- 关键词：有限元模型神经元模型
- 光化学法诱导猫不完全脊髓损伤动物模型的建立被引量：2
- 2010年
- 目的观察光化学法诱导猫脊髓损伤后的神经行为学、运动诱发电位及形态学改变，为研究脊髓损伤后神经再生与功能重建建立动物模型。方法将15只猫根据冷光源照射时间不同随机分为40min组、60min组和80min组。手术暴露脊髓后，用35mg／kg体重的玫瑰红静脉注射，联合应用强度为3000klx的冷光源照射T13脊髓节段。术后21d内连续观察动物神经行为学改变；于术后第21天检测动物的运动诱发电位，并与术前结果比较；取材观察动物脊髓组织形态学改变。结果3组动物在手术后21d内的神经行为学评分结果显示，损伤后动物下肢功能神经行为学评分降低，损伤程度与光照时间成正比。60min组和80min组动物损伤后运动诱发电位波形消失。3组动物的脊髓都有明显的缺血性坏死改变。结论光化学法可诱导猫脊髓内产生微血栓，从而使组织发生缺血性坏死。冷光源照射60min、80min的动物双下肢运动功能明显受损，与其病理学改变和电生理学改变相符，用这种方法制作不完全脊髓损伤模型稳定可靠。
- 王熠钊徐江许涛方征宇徐琦黄晓琳
- 关键词：光化学脊髓损伤
- 多功能动物减重训练跑台的研制被引量：3
- 2010年
- 临床实验证实,减重与脊髓硬膜外电刺激相结合的新疗法,具有提高不完全脊髓损伤患者康复后行走能力的功能。研制一种多功能动物减重训练跑台,为医学研究提供先进的动物实验手段。该跑台包括跑步机、减重支持装置和康复机械手,跑步机速度0～25 cm/s内无级可调,减重支持装置用于改变动物后肢负重,康复机械手辅助动物后肢完成训练任务,记录运动轨迹用于定量评价运动功能。初步实验结果表明,该跑台既可对健康大鼠进行不同强度运动训练,又可为具有后肢运动功能障碍的不完全脊髓损伤大鼠提供减重支持,进行减重及其组合疗法的动物实验研究。
- 姜军庆徐琦周厚伦何际平
- 关键词：康复机械手控制系统
- 硬膜外脊髓电刺激电压及频率变化对正常大鼠脊髓反射的影响被引量：1
- 2010年
- 目的研究正常大鼠麻醉状态下S1脊髓节段不同电压及频率硬膜外脊髓电刺激（ESCES）所诱发的脊髓反射，探讨ESCES诱发脊髓反射的发生机制及来源。方法选取成年雌性Sprague—Dawley大鼠10只，麻醉后手术将电极植入S1脊髓节段，予以波宽200μs、电压强度分别为400，600，1200mV的单脉冲ESCES；1200mV时，频率分别为50，60，80，100Hz的ESCES。以同心圆针电极记录大鼠后肢半腱肌肌腹的肌电信号，观察所诱导脊髓反射的特点。结果能引起大鼠半腱肌反应的阈值为300mV。3种电压强度的ESCES能诱导出2种潜伏期成分的脊髓反射，较低的400，600mV电压强度可诱发出长潜伏期成分，潜伏期分别为（5．27±0．36）ms和（5．19±0．67）ms；较高的1200mV电压强度可诱发出短潜伏期成分，潜伏期为（2．57±0．23）ms。4种较高频刺激均可诱发出脊髓反射，但刺激后期都出现了脊髓反射脱落后不规律出现，部分大鼠出现了较高频刺激后期脊髓反射完全消失。50Hz频率的ESCES所诱发脊髓反射的潜伏期和波宽分别为（4．46±1．07）ms和（7．33±1．00）ms，与另外3种频率所诱发脊髓反射相比差异有统计学意义（P〈0．05）。结论不同电压的ESCES可诱导出不同来源的脊髓反射。长潜伏期成分可能是兴奋脊髓背根传入神经后引起的单突触反射；短潜伏期成分可能是直接兴奋脊髓内的运动神经元或运动纤维后向下传导引起的肌肉兴奋电反应。4种较高频ESCES所诱发的不规律出现的脊髓反射，可能是一种单突触反射。较高频刺激时脊髓反射的不规律出现可能与较高频刺激的抑制作用有关。
- 王熠钊徐江黄晓琳许涛方征宇徐琦涂细凯杨沛沛
- 关键词：电压脊髓脊髓反射
- 采用表面阵列电极的人体前臂电刺激仿真研究被引量：4
- 2012年
- 表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,而触点大小和间距是对刺激范围和深度影响最大的因素。针对手功能康复需求,在建立前臂同心圆柱层次模型的基础上,利用有限元仿真得到直流阴极表面电刺激下前臂组织内神经纤维的胞外电势分布,采用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响。通过仿真研究不同触点尺寸和排列方式的阵列电极设计,采用激励函数峰值和半宽度评价刺激效果。结果表明,当阵列电极触点尺寸由12 mm增大到14 mm,间距由6 mm减小到2 mm时,被激活的靶组织区域面积增大了169.36 mm2,使得刺激选择性变差;而大小触点交叉排列的结构设计能使激活的靶组织区域面积减小至少89.52mm2,有助于提高刺激选择性能,从而为表面阵列电极的优化设计提供理论指导。
- 黄涛徐琦何际平周厚纶王熠钊
- 关键词：神经肌肉电刺激激励函数
- 硬膜外脊髓电刺激的应用研究进展被引量：1
- 2015年
- 硬膜外脊髓电刺激(epidural spinal cord stimulation,ESCS)是一种将电极植入脊柱椎管内硬膜外腔,通过脉冲电流直接作用于脊髓神经的中枢神经功能性电刺激方法,最初应用于对慢性顽固性疼痛的抑制,之后的研究主要集中于该方法在运动功能恢复及神经系统疾病诊断等方面,现已成为神经接口与康复工程中的一个研究热点。本文通过总结ESCS在疼痛抑制、运动功能恢复中的研究进展,并结合ESCS研究背景,探讨了ESCS作用机制及刺激参数的优化。随后通过简述ESCS在运动功能恢复的应用研究,并结合ESCS刺激系统,提出了研制应用于运动功能的植入式刺激器的重要性,最后对ESCS的研究趋势进行展望。
- 张雪徐琦
- 关键词：脊髓电刺激运动功能康复
- 采用表面阵列电极的神经肌肉电刺激系统设计与优化被引量：3
- 2013年
- 表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,其中电极设计和刺激波形对于神经肌肉电刺激效果具有重要影响。针对手功能康复需求,采用大小电极触点交叉排列的表面阵列电极,对人体前臂组织实施直流阴极刺激;基于人体前臂的简化层次模型,通过有限元法仿真人体前臂组织的电场分布,使用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响。在此基础上,选择前臂深层神经纤维激励函数的峰值和半宽度乘积之比作为靶向性能评价函数,利用粒子群算法对表面阵列电极的触点尺寸和间距进行优化设计。结果发现,当大、小触点尺寸分别为9.80和10.72 mm时,阵列电极的靶向性能最优,靶向性能评价函数最大值为11 252.68 V/m4。对比不同刺激波形作用下随时间变化的人体前臂深层神经纤维激励函数最大值,发现矩形波刺激下神经纤维激励函数最大值可达3.448 V/m2,稍高于其他刺激波形,有利于神经纤维的激活,从而为表面阵列电极设计和制定刺激处方提供理论指导。
- 徐琦胡能宇周厚纶王熠钊
- 关键词：激励函数优化设计粒子群算法
