专利名称：一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法
技术领域：
本发明属于残疾人康复医疗器械技术领域，特别涉及一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法。
背景技术：
FES (Functional Electrical Stimulation，功能性电刺激)是通过电流脉冲序列来刺激肢体运动肌群及其外周神经，有效地恢复或重建截瘫患者的部分运动功能的技术。 目前，对于脊髓损伤瘫痪患者的治疗，由于脊髓再生能力微弱，尚未有可直接修复损伤的有效医治方法，实施功能康复训练是一有效的措施。据统计，脊髓损伤瘫痪患者人数逐年增多，功能康复训练是亟待需求的技术。20世纪60年代，Liberson首次成功地利用电刺激腓神经矫正了偏瘫患者足下垂的步态，开创了功能性电刺激用于运动和感觉功能康复治疗的新途径。目前，FES已经成为了恢复或重建截瘫患者的部分运动功能，是重要的康复治疗手段。据统计，目前FES的触发控制的方式研究主要依赖于一系列手动操作的开关和一些外部传感器，但是大都处于实验室阶段。
发明内容
为了能够有效地提高FES系统的准确性和稳定性，并获得可观的社会效益和经济效益，本发明提供了一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，详见下文描述一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，所述方法包括以下步骤(1)使用者想象第一特定动作，通过脑电采集系统和脑血流信息采集系统采集第一特定动作时脑电和脑血流信号，对所述第一特定动作时脑电和脑血流信号进行滤波，获取滤波后第一特定动作时脑电和脑血流信号；通过短时傅里叶变换获取脑电和脑电信号的二维时频图谱；对所述脑电和脑电信号的二维时频图谱进行Fisher可分性分析，获取 Fisher系数二维时频图谱，获取特征频段，提取控制功能性电刺激器工作状态的想象动作特征，启动所述功能性电刺激器；(2)使用者想象第二特定动作或第三特定动作以及第四特定动作或第五特定动作，通过所述脑电采集系统和所述脑血流信息采集系统采集相应的脑电和脑血流信号，通过对所述相应的脑电和脑血流信号处理，融合控制功能性电刺激时间和电刺激频率；初始电刺激时间原始值和电刺激频率原始值；通过刺激器刺激，对所述电刺激时间原始值和电刺激频率原始值进行调整，获取调整后的电刺激时间参数和电刺激频率参数；(3)在行走期间，利用关节角度与期望关节角度之间的误差以及误差变化率定义误差的量化论域、误差变化率的量化论域、刺激电流强度的量化论域、模糊控制器的量化因子和模糊控制器的比例因子，将误差以及误差变化率作为模糊控制器的输入，将刺激电流强度精确量作为模糊控制器的输出；(4)将所述误差以及所述误差变化率按照计算比例转换到论域的数值，确定隶属度函数；
(5)确定控制规则，运用控制规则和隶属度函数，对误差以及误差变化率进行推论处理，得到刺激电流强度模糊量；(6)对所述刺激电流强度模糊量进行反模糊化处理，获取刺激电流强度精确量；(7)使用者想象第六特定动作，通过相应的脑电和脑血流信号融合特征关闭电刺激系统。步骤(1)中的所述通过短时傅里叶变换获取脑电信号的二维时频图谱具体为使用一个有限宽度的观察窗W(t)对脑电信号x(t)进行观察，得到加窗后的脑电信号，对所述加窗后的脑电信号进行所述短时傅立叶变换，得到
权利要求
1.一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)使用者想象第一特定动作，通过脑电采集系统和脑血流信息采集系统采集第一特定动作时脑电和脑血流信号，对所述第一特定动作时脑电和脑血流信号进行滤波，获取滤波后第一特定动作时脑电和脑血流信号；通过短时傅里叶变换获取脑电和脑电信号的二维时频图谱；对所述脑电和脑电信号的二维时频图谱进行Fisher可分性分析，获取Fisher系数二维时频图谱，获取特征频段，提取控制功能性电刺激器工作状态的想象动作特征，启动所述功能性电刺激器；(2)使用者想象第二特定动作或第三特定动作以及第四特定动作或第五特定动作，通过所述脑电采集系统和所述脑血流信息采集系统采集相应的脑电和脑血流信号，通过对所述相应的脑电和脑血流信号处理，融合控制功能性电刺激时间和电刺激频率；初始电刺激时间原始值和电刺激频率原始值；通过刺激器刺激，对所述电刺激时间原始值和电刺激频率原始值进行调整，获取调整后的电刺激时间参数和电刺激频率参数；(3)在行走期间，利用关节角度与期望关节角度之间的误差以及误差变化率定义误差的量化论域、误差变化率的量化论域、刺激电流强度的量化论域、模糊控制器的量化因子和模糊控制器的比例因子，将误差以及误差变化率作为模糊控制器的输入，将刺激电流强度精确量作为模糊控制器的输出；(4)将所述误差以及所述误差变化率按照计算比例转换到论域的数值，确定隶属度函数；(5)确定控制规则，运用控制规则和隶属度函数，对误差以及误差变化率进行推论处理，得到刺激电流强度模糊量；(6)对所述刺激电流强度模糊量进行反模糊化处理，获取刺激电流强度精确量；(7)使用者想象第六特定动作，通过相应的脑电和脑血流信号融合特征关闭电刺激系统。
2.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 步骤(1)中的所述通过短时傅里叶变换获取脑电信号的二维时频图谱具体为使用一个有限宽度的观察窗W(t)对脑电信号x(t)进行观察，得到加窗后的脑电信号， 对所述加窗后的脑电信号进行所述短时傅立叶变换，得到
3.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于，所述模糊控制器具体为二维模糊控制器。
4.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 所述误差的量化论域为X = {-n, -n+1, L 0，L，n-1, η}；所述误差变化率的量化论域为\ = {-m, -m+1, L 0，L，m_l，m}； 所述刺激电流强度的量化论域为Y = {_k，-k+1，L 0，L，k-1，k}； 所述模糊控制的量化因子为Ke = n/Xe ；Kec = m/Xec ； 所述模糊控制器的比例因子为Ku = k/Yu。
5.根据权利要求1或4所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于，所述方法还包括将所述误差的量化论域、所述误差变化率的量化论域、所述刺激电流强度的量化论域、 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规则库中。
6.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 所述隶属度函数由三角形函数和Z函数组成。
7.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 所述控制规则为
8.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 步骤(6)中的所述对所述刺激电流强度模糊量进行反模糊化处理，获取所述刺激电流强度精确量具体为
全文摘要
本发明公开了一种功能性电刺激的多源信息融合控制方法，属于残疾人康复医疗器械技术领域，使用者想象第一特定动作，提取想象动作特征，启动功能性电刺激器；使用者想象第二特定动作或第三特定动作以及第四特定动作或第五特定动作，采集相应的脑电和脑血流信号；通过刺激器刺激，对电刺激时间原始值和电刺激频率原始值进行调整；将误差以及误差变化率作为模糊控制器的输入，将刺激电流强度精确量作为模糊控制器的输出；运用控制规则和隶属度函数，对误差以及误差变化率进行推论处理，得到刺激电流强度模糊量；进行反模糊化处理，获取刺激电流强度精确量；使用者想象第六特定动作，通过相应的脑电和脑血流信号融合特征关闭电刺激系统。
文档编号A61B5/026GK102284137SQ201110132490
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者刘骁佳, 张广举, 明东, 朱韦西, 杨建刚, 邱爽, 郑翔 申请人:天津大学