專利名稱：一種功能性電刺激模糊控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及殘疾人康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種功能性電刺激模糊控制方法。
背景技術(shù)：
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(yùn)動(dòng)肌群及其外周神經(jīng)，有效地恢復(fù)或重建截癱患者的部分運(yùn)動(dòng)功能的技術(shù)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于脊髓再生能力微弱，針對(duì)脊髓損傷癱瘓患者，目前尚未有可直接修復(fù)損傷的有效醫(yī)治方法，實(shí)施功能康復(fù)訓(xùn)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(fù)訓(xùn)練是亟待需求的技術(shù)。20世紀(jì)60年代，Liberson首次成功地利用電刺激腓神經(jīng)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(yùn)動(dòng)和感覺功能康復(fù)治療的新途徑。目前，F(xiàn)ES已經(jīng)成為了恢復(fù)或重建截癱患者的部分運(yùn)動(dòng)功能，是重要的康復(fù)治療手段。然而，如何精密控制FES的觸發(fā)時(shí)序和脈沖電流強(qiáng)度以保證電刺激作用效果能準(zhǔn)確完成預(yù)定的功能動(dòng)作仍是FES的技術(shù)關(guān)鍵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yù)定動(dòng)作偏差，用閉環(huán)控制來自動(dòng)調(diào)整FES刺激強(qiáng)度和時(shí)序參數(shù)，從而大大提高了 FES 系統(tǒng)的準(zhǔn)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(nèi)容
為了能夠有效地提高FES系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并獲得可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(hào)；(2)通過高通濾波器對(duì)所述表面肌電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除電極滑動(dòng)所引起的低頻噪聲，獲取第一濾波后表面肌電信號(hào)；(3)通過快速獨(dú)立分量分析對(duì)所述第一濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除工頻干擾，獲取第二濾波后表面肌電信號(hào)；(4)對(duì)所述第二濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號(hào)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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)計(jì)算比例轉(zhuǎn)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(yùn)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(duì)所述誤差以及所述誤差變化率信號(hào)進(jìn)行推論處理，而得到刺激電流強(qiáng)度模糊量；(8)對(duì)所述刺激電流強(qiáng)度模糊量進(jìn)行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強(qiáng)度精確量。步驟(3)中的所述快速獨(dú)立分量分析具體為
權(quán)利要求
1.一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，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(hào)；(2)通過高通濾波器對(duì)所述表面肌電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除電極滑動(dòng)所引起的低頻噪聲，獲取第一濾波后表面肌電信號(hào)；(3)通過快速獨(dú)立分量分析對(duì)所述第一濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除工頻干擾，獲取第二濾波后表面肌電信號(hào)；(4)對(duì)所述第二濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號(hào)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(qiáng)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(qiáng)度精確量作為所述模糊控制器的輸出；(6)將誤差以及誤差變化率按照計(jì)算比例轉(zhuǎn)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(yùn)用所述控制規(guī)則和所述隸屬度函數(shù)，對(duì)所述誤差以及所述誤差變化率進(jìn)行推論處理，得到刺激電流強(qiáng)度模糊量；(8)對(duì)所述刺激電流強(qiáng)度模糊量進(jìn)行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強(qiáng)度精確量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，步驟(3)中的所述快速獨(dú)立分量分析具體為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，步驟(4)中所述對(duì)所述第二濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號(hào)中的均方根具體為均方根在連續(xù)域定義如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制器具體為二維模糊控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于， 所述誤差的量化論域?yàn)閄 = {-n, -n+1, L 0，L，n-1, η}；所述誤差變化率的量化論域?yàn)閈 = {-m, -m+1, L 0，L，m_l，m}； 所述刺激電流強(qiáng)度的量化論域?yàn)閅 = {_k，-k+1，L 0，L，k-1，k}； 所述模糊控制的量化因子為Ke = n/Xe ；Kec = m/Xec ； 所述模糊控制器的比例因子為Ku = k/Yu。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述方法還包括將所述誤差的量化論域、所述誤差變化率的量化論域、所述刺激電流強(qiáng)度的量化論域、 所述模糊控制器的量化因子和所述模糊控制器的比例因子保存在知識(shí)庫中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述隸屬度函數(shù)由三角形函數(shù)和Z函數(shù)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述控制規(guī)則為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，步驟(8)中的所述對(duì)所述刺激電流強(qiáng)度模糊量進(jìn)行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強(qiáng)度精確量具體為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功能性電刺激模糊控制方法，涉及殘疾人康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，多信道采集表面肌電信號(hào)；高通濾波器進(jìn)行濾波處理，濾除電極滑動(dòng)所引起的低頻噪聲；通過快速獨(dú)立分量分析進(jìn)行濾波處理，濾除工頻干擾；對(duì)第二濾波后表面肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，獲取均方根；將輸出的均方根矩陣值與期望的均方根矩陣值之間的誤差以及誤差變化率作為模糊控制器的輸入，將刺激電流強(qiáng)度精確量作為輸出；將誤差以及誤差變化率按適當(dāng)比例轉(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，確定隸屬度函數(shù)；運(yùn)用控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)對(duì)誤差以及誤差變化率進(jìn)行推論處理，而得到刺激電流強(qiáng)度模糊量；進(jìn)行反模糊化處理，獲取刺激電流強(qiáng)度精確量。能夠有效地提高FES系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)A61N1/36GK102319482SQ201110132829
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者萬柏坤, 徐瑞, 明東, 王璐, 綦宏志, 邱爽 申請(qǐng)人:天津大學(xué)