面向人-假肢运动相容性调控的下肢残肢肌电解码研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61703135
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    陈玲玲
  • 依托单位：
    河北工业大学
  • 学科分类：
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Lower limb prosthesis is a complex human-machine drive system. Too strong constraint is not allowed between the stump and prosthesis, otherwise the effect and comfort will be influenced, and even the stump will be damaged again. However, the current prosthesis research is focused on the bionic study of lower extremity motion, and is lack of sufficient attention and compensation measures to kinematic compatibility between human and prosthesis. In order to solve these problems, this project proposes a control method of human-machine kinematic compatibility based on surface electromyography (EMG) of stump..Firstly, functional network of stump muscle will be built based on the theory of complex network, and the EMG recording spots will be fixed with marked changes in compatibility recognition task. Secondly, the causality network will be built among EMG, contact force and kinematic compatibility, and the evolution mechanism of causality between stump EMG and human-machine kinematic compatibility will be revealed. Finally, the time-dependent and state-dependent event-triggered condition will be designed, and a control strategy of lower limb prosthesis based on event-triggered scheme will be proposed to control the human-machine kinematic compatibility adaptively..With the successful implementation of this project, it is expected to provide a more safe and comfortable control method of prosthesis for patients with lower extremity amputation. Meanwhile, it will also provide important theoretical and technical supports for the human-prosthesis harmonization, and the interoperability improvement of similar human-machine systems.
下肢假肢是复杂的人机共驱动系统，残肢与假肢之间不能出现过强的约束作用，否则将会影响穿戴效果和舒适性，甚至会对残肢造成二次损伤。然而，目前假肢研究主要集中在下肢运动仿生研究，对人与假肢的运动相容性缺乏足够的重视和补偿措施。因此，本项目提出一种基于大腿残肢表面肌电信号（EMG）的人机运动相容性调控方法。. 首先，基于复杂网络理论构建残肢肌肉功能连接网络，确定相容性识别任务中激活程度变化显著的肌电采集位置；接着，构建肌电、接触力与运动相容性的因果关系网络，揭示残肢肌电与人机运动相容性间的因果关系演化机理；最后，设计状态依赖与时间依赖的复合型事件触发条件，提出基于事件触发机制的下肢假肢控制策略，实现人机运动相容性的自适应调控。. 本项目的顺利实施，有望为下肢截肢患者提供一种更舒适和安全的假肢调控方法，为实现人和智能假肢共融、提高类似人机系统的协同工作能力提供理论基础和关键技术。

结项摘要

动力下肢假肢是复杂的人机共驱动系统，残肢与假肢之间不能出现过强的约束作用，否则将会影响穿戴效果和舒适性，甚至会对残肢造成二次损伤。本项目针对动力假肢的人机运动相容性问题进行攻关，重点解决常见运动不相容状态的自适应调节问题，为实现人和智能假肢的真正融合建立良好基础。.首先，利用复杂网络理论和非线性动力学方法，将大腿残肢肌群复杂系统抽象成残肢肌肉功能连接网络，确定相容性识别任务中残肢肌群激活程度变化显著的肌电采集位置，充分挖掘残余肌肉蕴含的神经动力学信息，为残肢神经控制与身体运动的关系解码提供了新思路和新方法。接着，利用收敛交叉映射法分析残肢各通道肌电间的有效连通性和因果关系变化规律，构建残肢肌肉有效连接网络，揭示残肢肌电与人机运动相容性间的因果关系演化机理，从理论层次解读残肢运动系统神经调节规律。最后，提出基于残肢肌电的运动相容性识别方法，设计基于导纳模型的运动相容性补偿器，提出基于事件触发机制的人机运动相容性补偿调控方法，显著减少信息传输和任务执行次数，有效地提高假肢穿戴者的舒适感，增强患者对假肢的适应和掌控能力。.本项目从人体的主观感觉出发，提出一套人机运动相容性补偿调控的理论体系，构建下肢残肢肌肉功能连接网络和有效连接网络，解决残肢肌电电极的位置选择、肌电与运动相容性的因果关系等关键问题，理论成果得到推广后可以有效提升动力假肢的穿戴舒适性和安全性，提升现有产品的性能。同时为肌电研究提供了载体与平台，为提高类似人机系统的协同工作能力提供了新的理论方法和关键技术。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（2）
专利数量（5）
Inertial sensor-based human activity recognition via ensemble extreme learning machines optimized by quantum-behaved particle swarm
通过量子行为粒子群优化的集成极限学习机进行基于惯性传感器的人类活动识别
  • DOI：
    10.3233/jifs-179507
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Journal of Intelligent and Fuzzy Systems
  • 影响因子：
    2
  • 作者：
    Tian Yiming;Wang Xitai;Geng Yanli;Liu Zuojun;Chen Lingling
  • 通讯作者：
    Chen Lingling
下肢假肢穿戴者跑动步态识别与膝关节控制策略研究
  • DOI：
    10.19650/j.cnki.cjsi.j1803536
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    仪器仪表学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘作军;高新智;赵晓东;陈玲玲
  • 通讯作者：
    陈玲玲
Selection of EMG Sensors Based on Motion Coordinated Analysis.
基于运动协调分析的肌电传感器选择
  • DOI：
    10.3390/s21041147
  • 发表时间：
    2021-02-06
  • 期刊：
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Chen L;Liu X;Xuan B;Zhang J;Liu Z;Zhang Y
  • 通讯作者：
    Zhang Y
Design of Hybrid Phase Sliding Mode Control Scheme for Lower Extremity Exoskeleton
下肢外骨骼混合相滑模控制方案设计
  • DOI：
    10.3390/app9183754
  • 发表时间：
    2019-09
  • 期刊：
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Chen Lingling;Wang Chao;Wang Jie;Song Xiaowei
  • 通讯作者：
    Song Xiaowei
Selective Ensemble Based on Extreme Learning Machine for Sensor-Based Human Activity Recognition
基于极限学习机的选择性集成，用于基于传感器的人体活动识别
  • DOI：
    10.3390/s19163468
  • 发表时间：
    2019-08-20
  • 期刊：
    SENSORS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Tian, Yiming;Zhang, Jie;Wang, Xitai
  • 通讯作者：
    Wang, Xitai

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其他文献

种子老化的分子生物学研究
  • DOI：
    10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0148
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    草业科学
  • 影响因子：
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  • 作者：
    程航;陈玲玲;夏方山;闫慧芳;毛培胜
  • 通讯作者：
    毛培胜
贵州白纹伊蚊感染沃尔巴克氏体以及WO噬菌体的初步调查
  • DOI：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    王政艳;梁秋果;杨茜;陈玲玲;张霞;胡容;程金芝;吴家红
  • 通讯作者：
    吴家红
瓯江三角洲南翼晚第四纪孢粉、藻类记录及其古气候意义
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    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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  • 作者：
    张梦莹;范代读;吴国瑄;尚帅;陈玲玲
  • 通讯作者：
    陈玲玲
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  • 作者：
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    深圳大学学报(理工版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    何正娣;岛田康史;田上顺次;胡学娟;陈玲玲
  • 通讯作者：
    陈玲玲

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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