【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半月板损伤，特别是涉及一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统及方法。
技术介绍
1、对大部分飞行员来说，隐匿性半月板损伤不表现出任何膝关节不适的症状，部分人员可能会在运动时带来膝关节不适症状。但是，若不能及时施加干预，消除引起半月板损伤的根本因素，则可能导致半月板损伤逐渐加重，严重的半月板损伤则可能会导致膝关节功能障碍，影响正常的生活和飞行训练，从而不得不进行外科手术干预。所以，有必要及时评估飞行员是否有半月板损伤以及所处的半月板损伤等级，在半月板损伤出现不同等级时必须施加对应的干预措施，控制这种损伤进一步发展。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统及方法。
2、本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
3、本专利技术提供一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特点在于，其包括智能护膝和上位机，所述智能护膝包括护膝本体，所述护膝本体内对应膝关节周围位置布设有一圈信号传感单元，所述一圈信号传感单元由多组信号传感器组构成，每一所述信号传感组包括肌电传感器、肌力传感器和振动传感器，所述护膝本体上还设有直线位移传感器、下位控制器、计时器、扬声器和下位无线通讯模块；
4、所述下位控制器用于在通过下位无线通讯模块接收到上位机发来的半月板损伤等级评估指令后启动直线位移传感器、肌电传感器、肌力传感器、振动传感器、计时器和扬声器工作，同时控制扬声器发出提示穿戴此智能护膝
5、所述直线位移传感器用于实时检测待检者在设定采集时间内步行的每个步长；每一所述肌电传感器用于实时检测待检者步行时对应位置的肌电信号，每一所述肌力传感器用于实时检测待检者步行时对应位置的肌力信号，每一所述振动传感器用于实时检测待检者步行时对应位置的振动信号；
6、所述下位控制器用于记录开始计时时间戳，在每收到一个步长信号时记录一个步长时间戳，开始计时时间戳至第一个步长时间戳之间的时间作为第一个步长时间，前后两个步长时间戳之间的时间作为一个步长时间；
7、所述下位控制器用于将每个步长时间内收到的各个肌电传感器传来的肌电信号、各个肌力传感器传来的肌力信号和各个振动传感器传来的振动信号作为一个信号采集窗利用下位无线通讯模块传输给上位机；
8、所述下位控制器用于在开始计时起的设定采集时间达到时发出提示待检者停止步行的提示信息；
9、所述上位机用于针对设定采集时间内接收到的每个步长时间内的各肌电传感器对应的肌电信号、各肌力传感器对应的肌力信号和各振动传感器对应的振动信号，每个步长时间内每个传感器对应的信号均作为一个信号，从除了第一个步长时间以外的所有步长时间中筛选出最短步长时间，将最短步长时间作为目标采集时间，截取每个步长时间内与目标采集时间相同的各个肌电信号片段、各个肌力信号片段和各个振动信号片段分别作为各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号；
10、所述上位机用于判断每个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号是否有异常或缺失的信号，在判断出均没有异常或缺失的信号时对其进行预处理；
11、所述上位机用于在判断出某个/某些目标采集时间对应的各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号有异常或缺失的信号时：判断具有异常或缺失信号的目标采集时间的个数是否处于目标采集时间的总个数的三分之一与目标采集时间的总个数的一半之间，在为是时进行信号校正操作，经校正后，对各个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号进行预处理，在超出目标采集时间的总个数的一半时告知下位控制器重新采集，在低于目标采集时间的总个数的三分之一时直接丢弃有异常或缺失信号的目标采集时间对应的所有信号，对经丢弃操作后保留下来的各个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号进行预处理；
12、信号校正操作：待校正的某个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号中均有异常或缺失信号、各个待处理肌力信号中均有异常或缺失信号、或各个待处理振动信号中均有异常或缺失信号，则直接将该待校正的该个目标采集时间对应的所有信号丢弃；待校正的某个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号中至少有一个无异常或缺失信号、各个待处理肌力信号中至少有一个无异常或缺失信号、或各个待处理振动信号中至少有一个无异常或缺失信号，则利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号进行校正、利用无异常或缺失信号的待处理肌力信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理肌力信号进行校正、或利用无异常或缺失信号的待处理振动信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理振动信号进行校正；
13、所述上位机用于对每个目标采集时间对应的经预处理后的各个待处理肌电信号、各个待处理肌力信号和各个待处理振动信号进行特征提取，以获得每个目标采集时间对应的各个待处理肌电信号对应的多个肌电特征值、各个待处理肌力信号对应的多个肌力特征值和各个待处理振动信号对应的多个振动特征值，将每个目标采集时间对应的各个肌电特征值、各个肌力特征值和各个振动特征值作为一个输入样本按照时序依次输入至训练好的半月板无损伤神经网络模型中以确定待检者是否有无半月板损伤，在确定待检者无半月板损伤时输出待检者无半月板损伤的信息，在确定待检者有半月板损伤时将每个目标采集时间对应的各个肌电特征值、各个肌力特征值和各个振动特征值作为一个输入样本按照时序依次输入至训练好的半月板损伤等级评估神经网络模型中以确定待检者所处的半月板损伤等级并输出。
14、本专利技术还提供一种基于生理信号的半月板损伤等级评估方法，其特点在于，其利用上述系统实现，所述方法包括以下步骤：
15、s1、所述上位机发送半月板损伤等级评估指令；
16、s2、所述下位控制器通过下位无线通讯模块接收该半月板损伤等级评估指令后启动直线位移传感器、肌电传感器、肌力传感器、振动传感器、计时器和扬声器工作，同时控制扬声器发出提示穿戴此智能护膝的待检者开始步行的提示信息，同时控制计时器开始计时；
17、s3、所述直线位移传感器实时检测待检者在设定采集时间内步行的每个步长，每一所述肌电传感器实时检测待检者步行时对应位置的肌电信号，每一所述肌力传感器实时检测待检者步行时对应位置的肌力信号，每一所述振动传感器实时检测待检者步行时对应位置的振动信号；
18、s4、所述下位控制器记录开始计时时间戳，在每收到一个步长信号时记录一个步长时间戳，开始计时时间戳至第一个步长时间戳之间的时间作为第一个步长时间，前后两个步长时间戳之间的时间作为一个步长时间，将每个步长时间内收到的各个肌电传感器传来的肌电信号、各个肌力传感器传来的肌力信号和各个振动传感器传来的振动信号作为一个信号采集窗利用下位无线通讯模块传输给上位机；
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1.一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，其包括智能护膝和上位机，所述智能护膝包括护膝本体，所述护膝本体内对应膝关节周围位置布设有一圈信号传感单元，所述一圈信号传感单元由多组信号传感器组构成，每一所述信号传感组包括肌电传感器、肌力传感器和振动传感器，所述护膝本体上还设有直线位移传感器、下位控制器、计时器、扬声器和下位无线通讯模块；
2.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号进行校正：利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号和相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号中同一采集时刻下信号均正常的肌电信号建立非线性函数关系，非线性函数关系以无异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输入、相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输出，将无异常或缺失信号的待处理肌电信号中与异常或缺失处的肌电信号处于同一采集时刻下的正常肌电信号输入至建立好的非线性函数关系以输出异常或缺失处的肌电信号值，用于作为此异常或缺失处的正常肌电信号；
3.如权利要求1所述的基于生理信
4.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，各个步长时间内对应截取的是相对靠后的各个肌电信号片段、各个肌力信号片段和各个振动信号片段。
5.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，所述护膝本体上部设置有控制壳，所述控制壳内固定有直线位移传感器、下位控制器、计时器、扬声器和下位无线通讯模块。
6.一种基于生理信号的半月板损伤等级评估方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的系统实现，所述方法包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估方法，其特征在于，在步骤S10中，利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号进行校正：利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号和相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号中同一采集时刻下信号均正常的肌电信号建立非线性函数关系，非线性函数关系以无异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输入、相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输出，将无异常或缺失信号的待处理肌电信号中与异常或缺失处的肌电信号处于同一采集时刻下的正常肌电信号输入至建立好的非线性函数关系以输出异常或缺失处的肌电信号值，用于作为此异常或缺失处的正常肌电信号；
8.如权利要求6所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估方法，其特征在于，在步骤S13中，所述上位机在确定待检者无半月板损伤时将待检者无半月板损伤的信息通过下位无线通讯模块传输给下位控制器，所述下位控制器控制扬声器发出待检者无半月板损伤的信息；
9.如权利要求6所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估方法，其特征在于，在步骤S6中，各个步长时间内对应截取的是相对靠后的各个肌电信号片段、各个肌力信号片段和各个振动信号片段。
...【技术特征摘要】
1.一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，其包括智能护膝和上位机，所述智能护膝包括护膝本体，所述护膝本体内对应膝关节周围位置布设有一圈信号传感单元，所述一圈信号传感单元由多组信号传感器组构成，每一所述信号传感组包括肌电传感器、肌力传感器和振动传感器，所述护膝本体上还设有直线位移传感器、下位控制器、计时器、扬声器和下位无线通讯模块；
2.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号对相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号进行校正：利用无异常或缺失信号的待处理肌电信号和相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号中同一采集时刻下信号均正常的肌电信号建立非线性函数关系，非线性函数关系以无异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输入、相邻的有异常或缺失信号的待处理肌电信号作为输出，将无异常或缺失信号的待处理肌电信号中与异常或缺失处的肌电信号处于同一采集时刻下的正常肌电信号输入至建立好的非线性函数关系以输出异常或缺失处的肌电信号值，用于作为此异常或缺失处的正常肌电信号；
3.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，所述上位机用于在确定待检者无半月板损伤时将待检者无半月板损伤的信息通过下位无线通讯模块传输给下位控制器，所述下位控制器用于控制扬声器发出待检者无半月板损伤的信息；
4.如权利要求1所述的基于生理信号的半月板损伤等级评估系统，其特征在于，各个步长时间内对应截取的是相对靠后的各个肌电信号片段、各个肌力信号片段和各个振动信号片段。
...【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙刚，刘雁冰，曾葭，董静静，马骏，薛菲，卢想，赵耀，路智文，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军特色医学中心，
类型：发明
国别省市：
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