基于模式识别的肌电控制用于脑卒中上肢康复的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61401421
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0125.医学信息检测与处理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The most common disability following stroke is a motor function dysfunction such as hemiparesis. Specifically, upper-limb function is often limited in the contralateral side of a brain lesion, and restoration of the upper-limb function is known to be difficult, which diminishes health-related quality of life. This proposal is designed to conduct a comprehensive exploration on the solutions to several key problems regarding the application of pattern-recognition-based myoelectrical control on the upper limb rehabilitation for stroke survivors. One aspect of our efforts will be made for the study on myoelectric pattern recognition, for the purpose to propose novel and effective methods for processing surface electromyographic (EMG) signals measured from paretic muscles of a patient’s upper limb and identifying the patient’s various movements or movement intentions under specific conditions of muscle weakness and involuntary spasticity resulted from central nervous system injury (i.e., stroke), therefore establishing a theoretical foundation for rehabilitation training using multiple degrees-of-freedom control. The other aspect of our efforts will be made for the analysis of abnormal movement patterns of the hemiparetic upper limb, in order to investigate the underlying mechanisms of upper-limb movement disorders in term of neuromuscular control property, and to quantitatively assess the motor functions of the paretic upper limb, thus providing guidelines to the design of customized rehabilitation plan for different stroke survivors. Moreover, clinical evaluation experiments will be performed to assess the actual effect of the proposed methods on upper limb rehabilitation after stroke. The research conducted in this proposal helps to better understand physiological pathological mechanisms of neuromuscular control after stroke, and is of great importance in terms of seeking for solutions to the restoration of upper-limb functions and hand dexterity in particular, and thus improving stroke rehabilitation therapy.
脑卒中后运动功能障碍发生率较高,且偏瘫上肢康复困难,严重影响患者的生活质量。本课题旨在深入探索基于模式识别的肌电控制应用于脑卒中上肢康复的若干关键问题。一方面,开展肌电模式识别方法研究,针对在神经损伤条件下存在的肌力减退和非随意挛缩现象,提出能有效处理偏瘫上肢肌电信号并识别多种上肢精细运动或运动意图的新方法,为实现多自由度控制的康复训练奠定理论基础。另一方面,开展偏瘫上肢异常运动模式分析研究,从神经肌肉控制层面探索不同患者上肢运动失调的内在机制,定量评估上肢的运动功能,从而为个性化的康复计划设计提供指导。此外,开展临床实验以验证所提出的方法应用于上肢康复训练的效果。本课题的研究成果将有助于更好地理解神经肌肉控制机理和脑卒中后偏瘫病理,对解决偏瘫上肢尤其是手部康复的难题,提高脑卒中康复治疗水平具有重要的意义。

结项摘要

本课题采用高密度表面肌电电极阵列、肌电模式分析与识别、异常运动模式分析和神经肌肉病变检测等先进的表面肌电采集与处理技术,以脑卒中后偏瘫上肢为研究对象,对患侧上肢肌电模式识别与神经信息解码、偏瘫上肢的异常运动模式分析、偏瘫肌肉病变检测,以及基于模式识别的肌电控制用于脑卒中上肢康复效果验证等问题开展了深入研究,取得了以下重要研究成果:(1)为解决在神经通路损伤条件下运动控制信息解码的难题,在肌电采集、预处理、特征提取、分类、控制策略等方面提出了一系列新型肌电模式识别方法,形成了自然多自由度肌电控制方法框架;(2)发挥可穿戴的表面肌电和惯性传感器数据融合进行运动捕获优势,提出偏瘫上肢运动功能和肌痉挛程度的量化评估方法;(3)提出新型肌电干扰相分析方法,实现对偏瘫肌肉病变无创检测,并发现偏瘫肌肉相比健侧和健康肌肉发生和发展有复杂多样的神经肌肉病变;(4)设计了手部外骨骼机器人,并对肌电控制驱动外骨骼机器人的康复治疗效果进行临床验证。本课题的研究成果不仅为偏瘫上肢尤其是手部康复提供了有效的治疗技术、提高偏瘫康复治疗水平,而且有助于揭示脑卒中后偏瘫的病理,指导制定更加科学高效的治疗策略,对脑卒中康复具有重要临床应用前景。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Wavelet Packet Feature Assessment for High-Density Myoelectric Pattern Recognition and Channel Selection toward Stroke Rehabilitation.
用于高密度肌电模式识别的小波包特征评估和中风康复的通道选择
  • DOI:
    10.3389/fneur.2016.00197
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Frontiers in neurology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wang D;Zhang X;Gao X;Chen X;Zhou P
  • 通讯作者:
    Zhou P
Motor Function Evaluation of Hemiplegic Upper-Extremities Using Data Fusion from Wearable Inertial and Surface EMG Sensors.
使用可穿戴惯性和表面肌电传感器的数据融合评估偏瘫上肢的运动功能
  • DOI:
    10.3390/s17030582
  • 发表时间:
    2017-03-13
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Y;Zhang X;Gong Y;Cheng Y;Gao X;Chen X
  • 通讯作者:
    Chen X
脑卒中患者痉挛上肢肌肉协调性的表面肌电研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中华物理医学与康复杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程霜霜;高晓平;朱晓斐;张旭;王冬;付丽;程迎
  • 通讯作者:
    程迎
Analysis of linear electrode array EMG for assessment of hemiparetic biceps brachii muscles.
线性电极阵列肌电图分析用于评估偏瘫肱二头肌
  • DOI:
    10.3389/fnhum.2015.00569
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Frontiers in human neuroscience
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yao B;Zhang X;Li S;Li X;Chen X;Klein CS;Zhou P
  • 通讯作者:
    Zhou P
表面肌电信号复杂性与肌力关系研究
  • DOI:
    10.16289/j.cnki.1002-0837.2016.02.008
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    航天医学与医学工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于在洋;张旭;王东清;高晓平;Li Sheng;周平
  • 通讯作者:
    周平

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其他文献

基于改进GoogLeNet的小电流接地系统故障选线方法
  • DOI:
    10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0256
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    电网技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝帅;张旭;马瑞泽;文虎;马旭;安倍逸;李嘉豪
  • 通讯作者:
    李嘉豪
Spatial characteristics and driving factors of global energy-related sulfur oxides emissions transferring via international trade
全球能源相关硫氧化物排放国际贸易转移的空间特征及驱动因素
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2019.109370
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    钟章奇;张旭;鲍宗客
  • 通讯作者:
    鲍宗客
L型步行通道内行人转弯行为的实验分析与仿真
  • DOI:
    10.7498/aps.70.20210055
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    武鑫森;岳昊;刘秋梅;张旭;邵春福
  • 通讯作者:
    邵春福
纳米银和银离子对土壤中硝化微生物及其氨氧化速率的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    伍玲丽;张旭;舒昆慧;张丽;司友斌
  • 通讯作者:
    司友斌
多孔复合掺杂聚磷酸钙支架骨修复材料的制备及其性能(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国组织工程研究与临床康复
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余喜讯;张小华;敬起飞;王启光;谢蟪旭;万昌秀;张旭
  • 通讯作者:
    张旭

其他文献

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张旭的其他基金

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    面上项目

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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

        graph TD
          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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