基於磁流變原理的病理性震顫抑震機理與方法研究

《基於磁流變原理的病理性震顫抑震機理與方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由趙傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於磁流變原理的病理性震顫抑震機理與方法研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙傑

項目摘要

從研究病理性人體上肢震顫生物機械模型入手，針對人體上肢非剛體特性，研究人體上肢震顫特性測量原理與方法，分析病理性人體上肢完成動作全過程中生物機械特性變化規律及常見病理性震顫在生物機械特性的差異，建立統計數學模型。進而建立阻尼特性與人體上肢震顫機械特性的關係模型，揭示病理性人體上肢完成全動作過程中抑震阻尼的變化規律，建立抑震阻尼對非意向性運動影響的模型，獲取最優抑制震顫阻尼特性，提出具有自我調節能力的變阻尼抑震機理。在此基礎上，分析阻尼特性與磁場強度、旋轉速度之間的關係，建立人體上肢及抑震機器人組成的生物-機電系統模型，結合抑震機器人特徵參數對病理性人體上肢震顫模型的影響，建立人體上肢及抑震機器人間參數耦合關係模型，最佳化設計旋轉式磁流變液可控阻尼抑震機器人系統模型。為解決病理性震顫患者震顫特性隨著運動狀態而變化問題提供理論依據，並為目前醫學上缺少完全治癒震顫方法的現狀提供了一種有效的解決途徑

結題摘要

病理性震顫是一種非意願的，類簡諧運動，通常出現在人體上肢，嚴重影響著患者的日常生活。為有效地抑制震顫，考慮人體上肢的非剛體特性, 基於上肢的生物肌電信號和運動信號，選用改進後的輔助變數法辨識出上肢震顫生物機械模型，以分析病理性上肢完成動作過程中生物機械特性變化規律。根據阻尼特性與上肢震顫機械特性間的關係，揭示病理性上肢完成全動作過程中抑震阻尼的變化規律，並提出具自我調節能力的抑震機理。根據震顫信號和意向運動信號耦合的特點，提出了限窗滑動線性傅立葉擬合（SBMFLC）算法、自適應的滑動線性傅立葉擬合（ASBMFLC）算法和自適應帶通濾波分離算法，以辨識出震顫信號，建立阻尼與震顫運動間的關係模型，減少對意向運動的影響。考慮阻尼器的安裝和患者的要求、根據人體尺寸標準設計出可依附於人體，並能滿足關節所需運動範圍的可穿戴式外骨骼抑震機器人系統。基於抑震系統的結構特點，設計出質量輕、體積小、輸出阻尼力矩足夠的新型磁流變阻尼器，然後由磁流變液的Bingham模型，套用有限元法對阻尼器進行結構參數的最佳化。根據磁流液的阻尼特性與磁場強度、旋轉速度之間的關係，結合抑震機器人特徵參數對病理性人體上肢震顫模型的影響，最佳化人體上肢及可控阻尼的抑震機器人組成的生物-機電系統模型，並提出以關節角度為輸入量，可調電流為輸出量的模糊神經網路與逐步逼近期望值相結合的控制方法。基於震顫上肢可近似二階系統的特性，研製出模擬上肢震顫的機械裝置，以提供震顫信號和檢驗抑震效果的實驗平台。抑震實驗結果表明，所研製的基於磁流液阻尼器的抑震系統可對震顫進行有效抑制，為目前醫學上缺少完全治癒震顫方法的現狀提供了一種有效的解決途徑。