[發(fā)明專利]一種功能性電刺激模糊控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110132829.3
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102319482A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 邱爽;明東;徐瑞;王璐;綦宏志;萬柏坤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發(fā)明涉及殘疾人康復醫(yī)療器械技術領域，特別涉及一種功能性電刺激模糊控制方法。

背景技術

FES(Functional?Electrical?Stimulation，功能性電刺激)是通過電流脈沖序列來刺激肢體運動肌群及其外周神經，有效地恢復或重建截癱患者的部分運動功能的技術。據(jù)統(tǒng)計，由于脊髓再生能力微弱，針對脊髓損傷癱瘓患者，目前尚未有可直接修復損傷的有效醫(yī)治方法，實施功能康復訓練是一有效的措施。脊髓損傷癱瘓患者人數(shù)逐年增多，功能康復訓練是亟待需求的技術。20世紀60年代，Liberson首次成功地利用電刺激腓神經矯正了偏癱患者足下垂的步態(tài)，開創(chuàng)了功能性電刺激用于運動和感覺功能康復治療的新途徑。目前，F(xiàn)ES已經成為了恢復或重建截癱患者的部分運動功能，是重要的康復治療手段。然而，如何精密控制FES的觸發(fā)時序和脈沖電流強度以保證電刺激作用效果能準確完成預定的功能動作仍是FES的技術關鍵。據(jù)統(tǒng)計，目前FES觸發(fā)控制的方式研究尚少，而且根據(jù)作用效果與預定動作偏差，用閉環(huán)控制來自動調整FES刺激強度和時序參數(shù)，從而大大提高了FES系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，但是現(xiàn)在有效的控制方法仍然在探索之中。

發(fā)明內容

為了能夠有效地提高FES系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，并獲得可觀的社會效益和經濟效益，本發(fā)明提供了一種功能性電刺激模糊控制方法，詳見下文描述：

一種功能性電刺激模糊控制方法，所述方法包括以下步驟：

(1)通過多信道采集人體行走過程中下肢股直肌、股二頭肌、腓腸肌和脛前肌處的表面肌電信號；

(2)通過高通濾波器對所述表面肌電信號進行濾波處理，濾除電極滑動所引起的低頻噪聲，獲取第一濾波后表面肌電信號；

(3)通過快速獨立分量分析對所述第一濾波后表面肌電信號進行濾波處理，濾除工頻干擾，獲取第二濾波后表面肌電信號；

(4)對所述第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號中的均方根；

(5)根據(jù)所述均方根獲取均方根矩陣值與期望的均方根矩陣值的期望之間的誤差以及誤差變化率，定義誤差的量化論域、誤差變化率的量化論域、刺激電流強度的量化論域、模糊控制器的量化因子和模糊控制器的比例因子，將所述誤差以及所述誤差變化率作為模糊控制器的輸入，將刺激電流強度精確量作為所述模糊控制器的輸出，定義了模糊變量；

(6)將誤差以及誤差變化率按照適當計算比例轉裝換到論域的數(shù)值，確定隸屬度函數(shù)；。

(7)確定控制規(guī)則，運用所述控制規(guī)則和所述隸屬度函數(shù)即模糊邏輯和模糊推論，對所述誤差以及所述誤差變化率信號進行推論處理，而得到刺激電流強度模糊量；

(8)對所述刺激電流強度模糊量進行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強度精確量。

步驟(3)中的所述快速獨立分量分析具體為：

w⁺＝E{Xg(w^TX)}-E{g′(w^TX)}w

w′＝w⁺/||w⁺||

令t＝0，初始化權值向量w(0)；

對分離矩陣進行調整：w(t+1)＝E{Xg(w^T(t)X)}-E{g′(w^T(t)X)}w(t)；

歸一處理：w(n+1)＝w(n+1)/||w(n+1)||；

判斷所述快速獨立分量分析是否收斂，如果是，重新執(zhí)行對分離矩陣進行調整，直到滿足最大迭代次數(shù)；如果否，獲取一個獨立分量依次迭代出權值向量w₁^T，w₂^T，Λw_n^T，構成所述分離矩陣W的行向量。

步驟(4)中所述對所述第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號中的均方根具體為：

均方根在連續(xù)域定義如下：