This study was designed to develop a new algorithm to extract the voluntary EMG and the evoked EMG from a mixed EMG generated when the muscle is stimulated both voluntarily and by electrical stimulation in the FES system. The proposed parallel filter algorithm consists of three phases: (1) Fourier transform of the mixed EMG, (2) multiplication of the transformed signal to two frequency functions, and (3) inverse Fourier transform. Four incomplete spinal cord injured patients participated in the experiments to evaluate the algorithm by measuring the knee extensor torque and the EMG signals from the quadriceps. Two functions of the algorithms were evaluated: (1) extraction of the evoked EMG and (2) the voluntary EMG from the mixed EMG. The results showed that the algorithm enabled us to separate the two EMG components in real time from the mixed EMG. The algorithm can and will be used for estimating the voluntary torque and the evoked torque independently through an artificial neural network based on the two EMG components, and also for generating a trigger signal to control the on/off time of the FES system.
Pattern recognition for surface electromyogram (sEMG) suffers from its nonstationary and stochastic property. Although it can be relieved by acquiring new training data, it is not only time-consuming and burdensome process but also hard to set the standard when the data acquisition should be held. Therefore, we propose an adaptive sEMG pattern recognition algorithm using principal component analysis. The proposed algorithm finds the relationship between sEMG channels and extracts the optimal principal component. Based on the relative distance, the proposed algorithm determines whether to update the existing patterns or to register the new pattern. From the experimental result, it is shown that multiple patterns are generated from the sEMG data stream and they are highly related to the motion. Furthermore, the proposed algorithm has shown higher classification accuracy than k-nearest neighbor (k-NN) and support vector machine (SVM). We expect that the proposed algorithm is utilized for adaptive and long-lasting pattern recognition.
Park, Seongsik;Lee, Hyun-Joo;Chung, Wan Kyun;Kim, Keehoon
The Journal of Korea Robotics Society
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v.14
no.3
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pp.211-220
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2019
Surface electromyogram (sEMG), which is a bio-electrical signal originated from action potentials of nerves and muscle fibers activated by motor neurons, has been widely used for recognizing motion intention of robotic prosthesis for amputees because it enables a device to be operated intuitively by users without any artificial and additional work. In this paper, we propose a training-free unsupervised sEMG pattern recognition algorithm. It is useful for the gesture recognition for the amputees from whom we cannot achieve motion labels for the previous supervised pattern recognition algorithms. Using the proposed algorithm, we can classify the sEMG signals for gesture recognition and the calculated threshold probability value can be used as a sensitivity parameter for pattern registration. The proposed algorithm was verified by a case study of a patient with partial-hand amputation.
Clinical myography(EMG) is a technique for diagnosing neuromuscular disorders by analyzing the electrical signal that can be records by needle electrode during a muscular contraction. The EMG signal arises from electrical discharges that accompany the generation of force by groups of muscular fiber, and the analysis of EMG signal provides symptoms that can distinguish disorder of mLecle from disor- ders of nerve. One of the methods for analysis of EMG signal is to separate the individual discharge-the motor unit action potentials(MVAPS) - from EMG signal. But we can only observe the EMG signal that is a superimposed version of time delayed MUAPS. To obtain the information about MUAP(, i.e., position, firing number, magnitude etc), first of all, a method that can separate each MUAP from the EMG signal must be developed Although the methods for MUAP separation have been proposed by many researcherl they have required heavy computational burden. In this paper, we proposed a new method that has less computational burden and performs more reliable separation of superimposed EMG signal using wavelet filter which has multiresolution analysis as major property. As a result, we develope the separation algorithm of superimposed EMG signal which has less computational burden than any other researchers and exacutes exact separation process. The performance of this method has been discussed in the automatic resolving procedure which is neccessary to identify every firing of every motor unit from the EMG pattern.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.5
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pp.380-388
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2004
This study proposed an improved spike detection algorithm which automatically detects suitable spike threshold on the amplitude of surface electromyography(SEMG) signal during isometric contraction. The EMG data from the low back muscles was obtained in six channels and the proposed signal processing algorithm is compared with the median frequency and Gabriel's spike parameter. As a result, the reliability of spike parameter was inferior to the median frequency. This fact indicates that a spike parameter is inadequate for analysis of multi-channel EMG signal. Because of uncertainty of fixed spike threshold, the improved spike detection algorithm was proposed. It automatically detects suitable spike threshold depending on the amplitude of the EMG signal, and the proposed algorithm was able to detect optimal threshold based on mCFAR(modified Constant False Alarm Rate) in the every EMG channel. In conclusion, from the reliability points of view, neither median frequency nor existing spike detection algorithm was superior to the proposed method.
In this paper, we suggested the combination of HMM(Hidden Markov Model) and MLP (Multi-Layer Perceptron) with GA(genetic algorithm) for a recognition of EMG signals. To describe EMG signal's dynamic properties, HMM algorithm was adapted and due to its outstanding abilities in static signal classification MLP was connected as a real processor. We also used GA( Genetic Algorithm) for improving MLP's learning rate. Experimental results showed that the suggested classifier gave higher EMG signal recognition rates with faster learning time than other one.
This paper has been studied an algorithm for EMG signal amplitude estimation in noisy environment. The proposed method has the first stage decomposing the row vector from the delayed EMG signal and the second stage computing the eigenvalues by the eigen decomposition from the covariance matrix of the EMG signal matrix. The last stage is the estimation of RMS values from the eigenvalues. The proposed method was effective when the amplitude of the EMG signal is small, which means the signal to noise ratio is low.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.54
no.6
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pp.417-422
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2005
This paper presents an EMG pattern classification method to identify motion commands for the control of the artificial arm by SOM-TVC(self organizing map - tracking Voronoi cell) based on neural network with a feature parameter. The eigenvalue is extracted as a feature parameter from the EMG signals and Voronoi cells is used to define each pattern boundary in the pattern recognition space. And a TVC algorithm is designed to track the movement of the Voronoi cell varying as the condition of additive noise. Results are presented to support the efficiency of the proposed SOM-TVC algorithm for EMG pattern recognition and compared with the conventional EDM and BPNN methods.
Kim, Seo-Jun;Jeong, Eui-Chul;Lee, Sang-Min;Song, Young-Rok
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.5
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pp.757-762
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2012
In this paper, the multi feature extraction algorithm for estimation of wrist movements based on Electromyogram(EMG) is proposed. For the extraction of precise features from the EMG signals, the difference absolute mean value(DAMV), the mean absolute value(MAV), the root mean square(RMS) and the difference absolute standard deviation value(DASDV) to consider amplitude characteristic of EMG signals are used. We figure out a more accurate feature-set by combination of two features out of these, because of multi feature extraction algorithm is more precise than single feature method. Also, for the motion classification based on EMG, the linear discriminant analysis(LDA), the quadratic discriminant analysis(QDA) and k-nearest neighbor(k-NN) are used. We implemented a test targeting twenty adult male to identify the accuracy of EMG pattern classification of wrist movements such as up, down, right, left and rest. As a result of our study, the LDA, QDA and k-NN classification method using feature-set with MAV and DASDV showed respectively 87.59%, 89.06%, 91.75% accuracy.
The voluntary EMG (vEMG) signal from electrically stimulated muscle is very useful for feedback control in functional electrical stimulation. However, the recorded EMG signal from surface electrodes has unwanted stimulation artifact and M-wave as well as vEMG. Here, we propose an event-synchronous adaptive digital filter for the suppression of stimulation artifact and M-wave in this application. The proposed method requires a simple experimental setup that does not require extra hardware connections to obtain the reference signals of adaptive digital filter. For evaluating the efficiency of this proposed method, the filter was tested and compared with a least square (LS) algorithm using previously measured data. We conclude that the cancellation of both primary and residual stimulation artifacts is enhanced with an event-synchronous adaptive digital filter and shows promise for clinical application to rehabilitate paretic limbs. Moreover because this algorithm is far simpler than the LS algorithm, it is portable and ready for real-time application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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