目前在對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行處理時(shí),大多僅是對(duì)單一動(dòng)作進(jìn)行辨識(shí)及識(shí)別[1],對(duì)于連續(xù)動(dòng)作信號(hào),通常先手工提取出各個(gè)單一動(dòng)作,然后提取各動(dòng)作的相應(yīng)特征(如,腦系數(shù)或ARMA系數(shù)等),再對(duì)實(shí)際的肌電信號(hào)進(jìn)行比較識(shí)別;這其中也要將無動(dòng)作信號(hào)當(dāng)作一種動(dòng)作來提取其特征向量[2,3,4],這樣既增加了實(shí)際的辨識(shí)識(shí)別運(yùn)算量,而且在實(shí)際的肌電信號(hào)提取中,仍要解決有動(dòng)作與無動(dòng)作的交界問題,即何時(shí)為有動(dòng)作、何時(shí)為無動(dòng)作信號(hào)段,這也是直接影響多個(gè)自由度的假肢動(dòng)作識(shí)別率的主要原因之一,。為此,本文從能量的角度,對(duì)實(shí)際采集信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)提取,即在一較小時(shí)間段內(nèi)求取肌電信號(hào)的能量Q,若該值大于了某闕值,則認(rèn)為此段時(shí)間內(nèi)有動(dòng)作發(fā)生(或動(dòng)作保持階段);否則認(rèn)為無動(dòng)作,同時(shí)也將各個(gè)動(dòng)作段分成單一的動(dòng)作信號(hào),。這一點(diǎn)從肌電信號(hào)的生理學(xué)上講,也是可以理解的,因?yàn)榧‰娦盘?hào)本身就是一種具有一定能量特性的生理信號(hào)。當(dāng)有動(dòng)作發(fā)生時(shí),肌肉收縮,肌纖維的運(yùn)動(dòng)單元產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電位,若肌肉力增加,參加收縮的肌纖維就多,所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)電位就強(qiáng),肌電信號(hào)的能量也就高;相反,若無動(dòng)作,肌肉處于松弛狀態(tài),肌纖維的運(yùn)動(dòng)單元就不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電位,肌電信號(hào)的能量也就低。本文通過對(duì)50組連續(xù)信號(hào)和40組單一信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)提取,驗(yàn)證了本文所用的方法是可行的,同時(shí)因除去了對(duì)無動(dòng)作信號(hào)的后續(xù)處理,故對(duì)多自由度的智能假肢,具有實(shí)際應(yīng)用的意義,。本文還在此基礎(chǔ)上,針對(duì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與研究的場(chǎng)合,利用優(yōu)化搜索方法提高了自動(dòng)提取有效動(dòng)作的速度,。
1、動(dòng)作信號(hào)的提取方法
1.1,、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　采用3102型肌電圖儀,、濕性表面電極和康泰克的AD12-16LG生理信號(hào)采集卡從肢橈肌和旋前圓肌提取兩路肌電信號(hào),其采樣時(shí)間為0.0005s,并將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程是在屏蔽室里進(jìn)行的。這里肌電圖儀主要用作:①觀察肌電信號(hào)的有元;②對(duì)從前臂皮膚表面提取的肌電信號(hào)進(jìn)行放大,。動(dòng)作共有屈指,、伸指、旋內(nèi)和旋外等四種,單一動(dòng)作40組,連續(xù)動(dòng)作50組,。

1.2,、提取信號(hào)的原理
　　采用移動(dòng)窗方法提取一小段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)數(shù)據(jù),然后對(duì)其進(jìn)行平方積分: 式中x(t)是窗內(nèi)的肌電信號(hào)數(shù)據(jù),即得到ti時(shí)刻的信號(hào)能量值Qi,若Qi大于某闊值A(chǔ),并且在窗移動(dòng)后有連續(xù)n1次能量值QK(k=i,i+i,…i+n1)都大于值A(chǔ),則認(rèn)為ti時(shí)刻是動(dòng)作的開始時(shí)刻;此后若有連續(xù)n2次能量值QK(k=j,j+1,…j+I12)均小于某一值B(B>A),則認(rèn)為動(dòng)作結(jié)束,并以與時(shí)刻為結(jié)束時(shí)刻,其中n1與n2可以不相同;若能量值

Q在A與B之間,則認(rèn)為動(dòng)作處于保持狀態(tài);若能量值Q小于A值,則認(rèn)為無動(dòng)作狀態(tài),即肌肉處于松弛狀態(tài),這樣就將所采集的信號(hào)分為有效動(dòng)作信號(hào)、動(dòng)作保持信號(hào)及無動(dòng)作信號(hào),。窗寬度為0.064s,移動(dòng)步長(zhǎng)為0.032s,。①對(duì)40組單一信號(hào)進(jìn)行提取,有效率100%,提取判斷對(duì)比如圖1所示;②對(duì)80組連續(xù)信號(hào)進(jìn)行分割提取動(dòng)作信號(hào),其中每組連續(xù)信號(hào)中至少有兩個(gè)以上的動(dòng)作,有效提取率100%,提取判斷對(duì)比如圖2所示。

1.3,、方法改進(jìn)
　　由(1)式可以看出,在求取信號(hào)的能量Q時(shí),要用到乘法運(yùn)算,運(yùn)算量大,這里可以用求取信號(hào)絕對(duì)值的積分來代替,即令當(dāng)然這時(shí)的Q已不具有能量的含義,但通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的自動(dòng)分割,驗(yàn)證它在一定程度上是可以取代上述方法的,且可減少實(shí)際的運(yùn)算量從而提高運(yùn)算速度,。

2、優(yōu)化提取時(shí)間

　　在對(duì)表面肌電活動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與研究時(shí),肌電信號(hào)記錄的時(shí)間很長(zhǎng),、數(shù)據(jù)又多,且每個(gè)動(dòng)作相隔的時(shí)間是不定的,若按照上述方法,窗的寬度和移動(dòng)步長(zhǎng)都是固定,則在提取有效動(dòng)作時(shí),運(yùn)算次數(shù)多,運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng);若采用變步長(zhǎng)搜索法可有效地提高提取動(dòng)作時(shí)間,。本文采用一種最簡(jiǎn)單的變步長(zhǎng)搜索:從所測(cè)的連續(xù)信號(hào)開始,先選取一較小的窗寬度d來提取數(shù)據(jù),判斷其積分值是否大于某一值

A,若連續(xù)兩組數(shù)據(jù)的積分值均未大于該闊值,則窗寬度加倍,再判斷其積分值是否大于加倍的闊值,若仍未大于,則繼續(xù)增加窗寬度,直至0.5s為止,其中移動(dòng)步長(zhǎng)是時(shí)窗寬度的一半;若大于,則從前一時(shí)刻開始,重新按最小窗寬度進(jìn)行數(shù)據(jù)的搜索,直到找到起始點(diǎn)ti,從起始點(diǎn)開始可用適當(dāng)?shù)拇皩挾冗M(jìn)行提取數(shù)據(jù),直到找到動(dòng)作結(jié)束時(shí)間tk。這一方法因?yàn)榭焖俾赃^了無動(dòng)作信號(hào)段,從而可以很快地提取有效動(dòng)作信號(hào),為研究工作節(jié)省了一定時(shí)間,。在離線狀態(tài)下提取特征參數(shù)時(shí),也可用這一方法來提高運(yùn)算速度,。

3、結(jié)論
　　在上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中,時(shí)間窗的寬度不可太寬,否則動(dòng)作信號(hào)的提取很不準(zhǔn)確,會(huì)影響動(dòng)作識(shí)別;但若時(shí)間窗寬度太窄,則很難區(qū)分噪聲與弱動(dòng)作信號(hào),尤其是在動(dòng)作的保持階段,。另外,值A(chǔ),、B的選取與個(gè)體很有關(guān)系,因人而不同,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定?？傊?通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)中有效動(dòng)作信號(hào)的實(shí)時(shí)提取,驗(yàn)證本文所提的方法是可行的,且易于用硬件實(shí)現(xiàn),對(duì)多自由度的智能肌電假肢有著應(yīng)用意義,。