Analysis of the knee joint vibration signals by Mathematical model based on embedded system

人體膝蓋關節為一個控制下肢彎曲或伸張動作的重要關節，對行進和運動都有重大影響，但卻是個一般人容易忽略保養且受傷退化的關節。本研究配合臺大醫院骨科門診的幫忙，提供我們多名受測者寶貴資料與專業知識，還有藉著精良的測試設備作量測，最後由李枝宏教授與本所學生不斷地分析研究，終於發展出一系列適用於分析此膝蓋關節信號的演算法，如均方根值、自回歸模型、可適性區段、主極點功率比、平均內部群組距離等。 經過取樣有效且足夠的臨床診斷經驗，本組可以用簡單非侵入式的量測方式，進而得到個體資料輸入數學模式，並求出比較各特徵參數，再使用one-way anova統計分析來判別群組間的差異性，雖然信號的時域圖與時域上的均方根值無法直接判斷該並人是否異常，但經過信號處理的技巧即可達到一定程度的區分效果。 本研究討論主體是要用硬體來發展此醫療診斷儀器。因有鑑於現今的系統在演算法部分都是由軟體處理，而我們知道軟體處理運算的速度慢，尤其是大量資料運算的時候，所以本論文是以模組設計的方式來建構數位信號處理功能並加以說明。We know that knee joint is important for us and we need one instrument to tell us what condition of it. We got some kinds of Bio-medical signals from hospital of National Taiwan University and we use one exact instrument to measure and store them. After that, our team have to research this signal of Bio-medical since 1995. Finally, we already developed one algorithm and we can use it to analysis signal of Bio-medical. We have used MATLAB to design this algorithm, so we can get some references of character in computer. They includes “Root Mean Square”、”spectral power ratio of dominant pole”、”one-way ANOVA”. If we get new data from hospital, we’ll let them input to computer and run MATLAB to get new references. In this flow, we still exist one issue is spending more time to analysis these signals. How to use hardware to develop new instrument is my research. We know if we want to shorten running time of algorithm, we need to use hardware to replace software. This thesis will introduce how to use Dev-C++ to design in one embedded system. After finishing that, I used the result to compare with the one before.中文摘要 ………………………………………………… vi 英文摘要 ……………….……………………………… vii 第一章 緒論 1.1 研究背景 ………………………………………………… 01 1.2 文獻回顧 ………………………………………………… 02 1.3 研究動機與目的 ………………………………………… 04 1.4 論文組織架構 …………………………………………… 04 第二章 研究發展的方法與步驟 2.1 生醫信號與實驗設備 …………………………………… 06 2.2 實驗方法與步驟 ………………………………………… 08 2.3 信號處理與演算法 ……………………………………… 10 2.4 特徵參數與時頻域統計分析 …………………………… 13 2.5 正常與異常信號圖表比較 ……………………………… 16 第三章 開放式多媒體應用平台OMAP 3.1 嵌入式系統介紹 ………………………………………… 23 3.2 開放式多媒體應用平台OMAP介紹………………………… 26 3.3 OMAP 軟硬體概述 ………………………………………… 28 3.4 OMAP 和現有多媒體處理器的比較 ……………………… 33 3.5 OMAP 的應用前景 ………………………………………… 37 第四章 OMAP軟硬體介紹與MATLAB程式設計 與執行結果 4.1 OMAP5912 硬體規格與區塊 ……………………………… 38 4.2 軟體發展平台介紹 ………………………………………… 42 4.3 往昔研究結果與MATLAB程式設計流程 …………………… 43 第五章 演算法程式設計載入與結果分析 5.1 資料收集分析流程與系統轉檔程式設計 ………………… 48 5.2 比較MATLAB與Dev_C++設計的演算法結果 …………………52 5.3 Embedded Visual C++程式開發環境與執行步驟………… 57 5.4 開啟電路板將燒錄檔載入並執行程式作驗證動作 …… …59 第六章 未來發展方案與研究結論 6.1 未來持續發展與替代方案 ………………………………… 61 6.2 研究結論與未來展望 ……………………………………… 69 參考文獻 …………………………………………………………7