[發明專利]一種功能性電刺激控制方法

有效

• 申請號: 201110408061.8
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102488965A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 明東;徐立峰;邱爽;柯余峰;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

本發明涉及殘疾人康復治療指導控制領域，特別涉及一種功能性電刺激控制方法。

背景技術

近年來，脊髓損傷以及中風等腦血管病導致癱瘓的發病率呈顯著上升趨勢，不但給個人和家庭都帶來較大的負擔，也成為日益沉重的社會問題。2011年我國召開的國務院常務會議指出，力爭到2015年，使我國殘疾人生活總體達到小康，參與和發展狀況顯著改善，初步實現殘疾人人人享有康復服務目標。

肢體功能重建是對截癱患者進行康復治療時關注的一個重點與難點，這關系到其日常生活活動能力和生活質量的提高問題。目前在截癱患者行走能力恢復方面，FES(Functional?electrical?stimulation，功能性電刺激)被普遍認為是一種比較有效的臨床工具。FES是利用某種特定的電流(電壓)信號刺激易興奮的肌肉、組織或器官，以改善其肌肉性能、恢復或重建由神經損傷而喪失的肢體活動功能的技術。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，開創了功能性電刺激用于運動和感覺功能康復治療的新途徑。

在FES中，利用神經細胞對電刺激的響應來傳遞外加的人工控制信號，通過外電流的作用，神經細胞能產生一個與自然激發引起的動作電位相似的神經沖動，使其支配的肌肉纖維產生收縮，從而獲得運動的效果。

發明人在實現本發明的過程中發現現有技術中至少存在以下的缺點和不足：

隨著了解的不斷深入，FES已被應用到康復的許多領域，但是與其廣闊的應用前景相比，很多新的FES技術還只局限于實驗室階段，臨床應用的FES刺激模式以及達到的效果都非常有限，其原因之一就是對于FES作用的機理方面的研究還有所欠缺。細胞水平的解釋只能說明FES刺激肌肉收縮產生運動的原因，卻不能在宏觀上說明在FES刺激下目標肌肉的功能活動和狀態，不能直觀地反映肌肉狀態的缺點，嚴重限制了它的應用。

發明內容

本發明提供了一種功能性電刺激控制方法，該方法直觀的反映出肌肉的狀態，擴大了應用的范圍，詳見下文描述：

一種功能性電刺激控制方法，所述方法包括以下步驟：

(1)采集功能性電刺激下的膝關節角度以及目標肌肉的超聲肌肉圖像；

(2)將所述膝關節角度作為反饋，采集相同角度下的自主收縮的肌肉圖像；

(3)對所述自主收縮的肌肉圖像進行頻域濾波，利用交叉相關方法提取第一組肌肉厚度參數；

(4)對所述目標肌肉的超聲肌肉圖像進行頻域濾波，利用所述交叉相關方法提取第二組肌肉厚度參數；

(5)根據所述第二組肌肉厚度參數和所述第一組肌肉厚度參數獲取受試者的九個比值厚度特征參數；

(6)采用逐步篩選的多元線性回歸方法對所述受試者的九個比值厚度特征參數進行分析，提取主要影響因素；

(7)將所述主要影響因素作為自變量，建立與所述九個比值厚度特征參數的回歸方程，通過調節所述主要影響因素的比值從而對所述九個比值厚度特征參數進行調整。

所述對所述自主收縮的肌肉圖像進行頻域濾波，利用交叉相關方法提取第一組肌肉厚度參數具體為：

1)對所得的所有所述自主收縮的肌肉圖像進行頻域濾波處理，獲取多幅處理后自主收縮的肌肉圖像；

2)在所述多幅處理后自主收縮的肌肉圖像中手動選擇第一幅肌肉圖像的三個像素矩陣；

3)通過所述交叉相關方法對第t(t＞1)幅肌肉圖像的三個像素矩陣與第一幅肌肉圖像的三個像素矩陣做相關，獲取第t幅與第一幅的三個邊界的最大相關區域；

4)根據三個最大相關區域獲得第一組的九個肌肉厚度參數。

所述對所述目標肌肉的超聲肌肉圖像進行頻域濾波，利用所述交叉相關方法提取第二組肌肉厚度參數具體為：

1)對所述目標肌肉的超聲肌肉圖像進行頻域濾波處理，獲取多幅處理后目標肌肉的超聲肌肉圖像；

2)在所述多幅處理后目標肌肉的超聲肌肉圖像中手動選擇預設第一幅肌肉圖像的三個像素矩陣；

3)通過所述交叉相關方法對第t(t＞1)幅肌肉圖像的三個像素矩陣與第一幅肌肉圖像的三個像素矩陣做相關，獲取第t幅與第一幅的三個邊界的最大相關區域；

4)根據三個最大相關區域獲得第二組的九個肌肉厚度參數。

所述根據所述第二組肌肉厚度參數和所述第一組肌肉厚度參數獲取受試者的九個比值厚度特征參數具體為：