应用于同侧肌电桥的去伪迹电路系统研究与设计

摘要

随着中国社会老龄化问题的加剧，偏瘫现象越来越多的得到人们的关注，学界与产业界也对此给予了足够的重视。本课题组在多年研究的基础上，提出了“微电子肌电桥”，利用偏瘫患者健康肢体肌电信号调制出的电刺激控制偏瘫肢体，以达到帮助偏瘫患者肢体运动功能康复的方案。 然而，此方案采用的对侧控制更适用于瘫痪侧肌肉力量微弱的患者。而对于偏瘫侧肌肉力量尚存的患者，可对偏瘫肌肉进行自主肌电信号提取，并以此作为此偏瘫肌肉电刺激的调制控制源，这将更贴合患者的自主运动意愿，辅助肢体的任务指向性训练。后者称为同侧控制。 因探测信号端受来自刺激端伪迹的影响，无法得到纯净的自主肌电信号，“微电子肌电桥”只能进行对侧控制的康复训练，提出基于同侧肌电桥的去伪迹算法的硬件实现方案显得尤为紧要。因此，本文对此进行了相关的研究与设计。 首先，论文分析了肌电信号的特性，阐述了对肌电信号的数学建模机制以及肌电信号处理的算法评估标准，为选出合适的去伪迹算法以及算法实现结构提供理论基础。 其次，根据算法评估标准选出格莱姆-斯密特(Gram－Schmidt)算法作为去伪迹硬件实现的算法，其本质为开环式的自适应滤波器。在Matlab上对其进行理想模型及实测数据的仿真，确定其实现的结构、阶数。在此基础上，并对该算法进行了改进，解决其运算引入噪声的问题。 然后，本文采用自顶向下的设计方式，对其进行合理的模块划分和布局，并利用Verilog语言实现了去伪迹算法系统。在格莱姆-斯密特算法的具体实现结构上提出合适的迭代结构实现方式，达到节省逻辑资源而又易于调试的效果。 接着，论文对去伪迹算法系统进行了设计综合，给出综合的报告，并在FPGA开发板上进行上板测试。通过测试仪器，对算法的实时信号处理数据进行采集，详细分析了算法的实时功能和性能。算法硬件实现的的结果与仿真结果基本一致，且达到性能指标。 最后，论文指出了进一步研究的方向。

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