表面筋電の実時間冗長ウェーブレット解析に基づく精細な筋状態分析手法とその応用

基于表面肌电实时冗余小波分析的精准肌肉状态分析方法及其应用

基本信息

批准号：
19K12205
负责人：
永井秀利
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までの研究により，冗長離散ウェーブレット解析結果に基づき，周波数帯域ごとにウェーブレット係数を選出する時間位置を変更したウェーブレット係数集合によって各時刻の信号特徴を得るという方法で，表面筋電信号を構成する成分波形である運動単位活動電位波形の動向を可視化することができた．これにより，運動単位の活動の密度や筋疲労による変化などを視覚的に捉えることが可能となったが，オフラインで分析するのであればともかく，リアルタイムでは人が認識できる情報量ではない．また，計算機処理のためには可視化された特徴を数値化する必要がある．そこで本年度は，表面筋電信号中の運動単位活動電位波形に適合するように調整したウェーブレット係数集合の時系列に基づき，運動単位活動電位波形の時間位置の同定や，筋活動に関する各種特徴量を与える手法の研究を行った．運動単位活動電位波形の時間位置の同定の際に問題となるのは，波形の形状が単一ではないことである．運動単位には大きく分けて速筋と遅筋とがあり，それぞれで波形が異なることに加え，筋疲労の進行によっても波形が変化する．加えて，リアルタイム処理のためには，波形の適合性を評価するための処理コストを極力抑制する必要がある．そこで本課題では，波形の特性変化の経路を最小２点での定義により近似し，ウェーブレット係数集合の運動単位活動電位波形としての適合度の評価値が経路上は同じとなるような手法を作成した．得られたウェーブレット係数集合と適合度に基づき，筋の状態や活動を評価する各種特徴量を規定した．筋疲労の影響の表出の度合いを評価する特徴量では，秒単位の休憩による疲労回復の変化を捉えることができるにもかかわらず，筋活動の強弱の変化の影響はほとんど受けないものとなった．これを加味することにより，筋疲労を無視できない場合の発揮力評価の精度を飛躍的に向上することに成功した．

通过前一年的研究，我们根据冗余离散小波分析结果选择每个频带的小波系数，并使用一组改变了时间位置的小波系数来获得每个时间的信号特征，从而构建了表面肌电信号。我们能够可视化运动单位动作电位波形的趋势，该波形是运动单位的组成波形。这使得人们可以直观地捕捉运动单位的活动密度以及由于肌肉疲劳而产生的变化，但是虽然可以离线分析它，但信息量是人类无法实时感知的。此外，对于计算机处理，有必要对可视化特征进行量化。因此，今年，我们将根据表面肌电信号中与运动单位动作电位波形相匹配的小波系数组的时间序列，识别运动单位动作电位波形的时间位置，并分析与肌肉活动相关的各种特征量我们对提供此信息的方法进行了研究。识别运动单位动作电位波形的时间位置时的问题是波形的形状不均匀。运动单位可大致分为快肌和慢肌，除了每种肌肉具有不同的波形外，波形还会随着肌肉疲劳的进展而变化。此外，对于实时处理，需要最小化评估波形兼容性的处理成本。因此，在本项目中，我们创建了一种方法，通过定义至少两个点来近似波形特征变化的路径，并将一组小波系数的拟合优度评价值作为运动单位动作电位波形沿途也是一样。基于获得的小波系数集和拟合优度，我们定义了各种特征来评估肌肉状况和活动。虽然评估肌肉疲劳影响的表现程度的特征可以捕获由于几秒钟的休息而引起的疲劳恢复的变化，但它们几乎不受肌肉活动强度Ta的变化的影响。考虑到这一点，当肌肉疲劳不容忽视时，我们成功地显着提高了力评估的准确性。