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对于受下肢功能障碍困扰的人群,初期的手术治疗和必要的药物治疗是机体功能恢复的重要前提,此外适宜的康复训练也是必不可少。在康复医疗领域中,如何制定切合适宜的康复训练策略对病患机体功能的恢复起着至关重要的作用,而康复训练策略的制定则需要依据康复评估的结果。在康复训练过程中定期地对病人的康复情况进行定量评估,能帮助康复医师制定最佳的康复训练方案,康复评估与康复训练相辅相成,缺一不可。 本文针对下肢运动康复,主要选取了四类康复评估指标,具体为关节活动度,运动平滑程度,轨迹误差以及肌电信号改进L-Z复杂度。利用自主设计的一套低成本、可穿戴的硬件设备,可以分别测量关节活动度,动作平滑程度和轨迹误差。并且采集康复评估过程中的表面肌电信号作为异常检测的依据。本文的主要工作如下: (1)设计了一套实时跟踪腿部运动数据的硬件设备,该设备可以采集脚踝或者小腿运动过程中的数据,并通过后续上位机处理,得到相应运动参数指标。将上述硬件设备放置于脚背上,便可获得脚踝运动的关节活动度,该参数实时显示在上位机上,克服了传统测量工具耗时大的缺点,也提高了测量的准确性;将上述硬件设备放置于小腿上,通过计算速度过零点数目,便可得到动作平滑程度。 (2)设计了一个简易的趣味性游戏,参与者可以自主选择所要运动的轨迹,将硬件设备放置于小腿上,便可跟踪实际的运动轨迹,对比预订轨迹与实际轨迹,计算两条轨迹围成的面积,作为判断康复效果的另一个指标。 (3)采集康复评估过程中的表面肌电信号,对康复过程中的异常进行实时检测。提出了基于小波系数能量的抗疲劳检测方法,相比于传统的疲劳检测方法,小波系数能量算法具有更高的灵敏度;此外,采用肌电信号的均方根值作为痉挛的检测指标。 (4)提出了生物电信号智能化波峰/波谷定位算法,并以此为基础,提出了改进的L-Z复杂度算法,相比于传统的L-Z复杂度,改进后的算法对于三类不同类型疾病的肌电信号能100%区分,而且分辨率由10-3提高到10-2。 本文还设计实现了友好的软件交互界面,将上述所有功能集成一体,从而实现了康复评估的系统性。在此界面中设计了3D的腿部模型来实时显示腿部的运动情况,实现虚拟现实,增加康复评估的趣味性。