绝对值操作，得到肌肉群的肌电信号。
[0061] 所述的步骤S2包括以下子步骤：
[0062] S21.给定非负矩阵分解的降维数1;
[0063] S22.对多肌群肌电信号U进行降维数为1的非负矩阵分解，得到η行1列的肌群协同 模式矩阵W和1行m列的特征时间序列向量Η。
[0064] 关于非负矩阵分解算法，在给定待分解矩阵和降维数后，大致包括初始值设定步 骤、迭代计算步骤和迭代次数判断等步骤，在本领域中是非常成熟的算法，就不再进行叙 述。
[0065] 在本申请中只需要采用现有的非负矩阵分解算法，给定降维数和待分解矩阵即可 进行运算。
[0066] 所述的步骤S4包括以下子步骤：
[0067] S41.根据关节不同的运动方向，设定两个与关节运动方向对应的基脉脉冲，；
[0068] S42.分别将每一个基脉脉冲分别与矩阵矿进行配比，得到两个不同的配比参数矩 阵。
[0069]所述的步骤S42中基脉脉冲与矩阵，进行配比的步骤包括:将基脉脉冲与矩阵矿 中的每一个元素相乘，得到多通道配比参数矩阵Μ;
[0070] 其中，多通道配比参数矩阵Μ的每一行对应于一个电刺激通道的参数;基脉脉冲为 常量(也可以是随着时间变化的变量，但在确定时间点基脉脉冲的值是定值）。
[0071] 需要注意的是，基脉脉冲是与时间相关的脉冲，如果是一个常量，这个常量代表着 脉冲值，只需要将，中的每一个元素与该脉冲值相乘即可得到多通道配比参数矩阵Μ。
[0072] 如果基脉脉冲是随着时间变化的变量，则需要考虑矩阵，中的元素的列数(也就 是时间序列数），在与基脉脉冲相乘时，是与基脉脉冲中对应时间序列的脉冲值相乘。
[0073] 由于矩阵，是多肌群肌电信号U经过非负矩阵分解和归一化得到的，而在非负矩 阵分解和归一化的过程中，其行数η是没有变化的，每一行依然代表着一个肌电信号通道的 对应的数据;多通道配比参数矩阵Μ由矿中的每一个元素与基脉脉冲相乘得到；因此多通道 配比参数矩阵Μ的每一行代表着肌电信号通道对应的电刺激通道参数。
[0074]也可以将矩阵r中的每一行看作一个整体，代表肌电信号经过非负矩阵分解和归 一化后得到的向量，将矩阵矿中所有元素与基脉脉冲(按照对应的时间序列）相乘，实质上 就是由矩阵，中的每一行与基脉脉冲相乘(按照对应的时间序列相乘)来得到矩阵M，从这 里来看，多通道配比参数矩阵Μ的每一行也是对应于一个电刺激通道的参数。
[0075] 所述的步骤S5包括以下子步骤：
[0076] S51.为每一个配比参数矩阵，生成一个对应的电刺激模式，并设定电刺激模式切 换开关；
[0077] S52.根据关节的运动方向，切换到不同的电刺激模式，对主动肌群和拮抗肌群进 行电刺激。
[0078] 如图2所示，一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激系统，包括肌电信号采集 模块、肌电信号预处理模块、肌电信号特征分解模块、多通道电刺激参数比配模块和功能性 电刺激模块；
[0079] 所述的肌电信号采集模块用于对关节运动范围内所有肌肉群的肌电信号进行采 集；
[0080] 所述的肌电信号预处理模块用于对采集到的信号进行预处理，得到多肌群肌电信 号；
[0081] 所述的多通道肌电信号特征分解模块用于对多肌群肌电信号进行非负矩阵分解， 得到肌群协同模式矩阵和特征时间序列向量，并对肌群协同模式矩阵求归一化解。
[0082] 所述的多通道电刺激参数比配模块用于根据肌群协同模式的归一化解，进行多通 道电刺激配比；
[0083] 所述的功能性电刺激模块用于根据多通道电刺激参数比配模块的配比结果进行 电刺激。
【主权项】
1. 一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在于，包括以下步骤：51. 对关节运动范围内所有肌肉群的肌电信号进行采集和预处理，得到多肌群肌电信 号U;52. 对多肌群肌电信号U进行非负矩阵分解，得到肌群协同模式矩阵W和特征时间序列 向量H;53. 将肌群协同模式矩阵W中的每一个元素除以该元素所在列的元素之和，得到归一化 解，；54. 进行多通道电刺激参数配比；55. 根据多通道电刺激参数配比结果进行电刺激。2. 根据权利要求1所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于:所述的步骤S1包括以下子步骤：511. 依次对关节运动范围内每个肌肉群进行相同时间的肌电信号采集，并对采集到的 肌电信号进行预处理；512. 将每个肌肉群的肌电信号作矩阵中的一行，所有得到的肌肉群肌电信号在同一个 矩阵中进行表示，得到η行m列的多肌群肌电信号U，n代表肌电信号通道数，在数值上等于关 节运动范围内的肌肉群个数，m表示时间序列数。3. 根据权利要求2所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于：步骤S11中对每个肌肉群的肌电信号进行采集和预处理的步骤相同，均包括以下子步 骤： 5111. 使肌肉群处于静息状态，并在肌肉群中选择S个采集点进行毛肌电信号采集并求 出静息状态下毛肌电信号的平均值L 5112. 采集肌肉群在运动状态下的毛肌电信号X; 5113. 对运动状态下的毛肌电信号X进行去直流分量处理，得到信号λ·' : = 5114. 使用带通滤波器对去信号Y进行滤波，得到信号x〃； 5115. 对信号X"进行取绝对值操作，得到肌肉群的肌电信号。4. 根据权利要求1所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于:所述的步骤S2包括以下子步骤：521. 给定非负矩阵分解的降维数1;522. 对多肌群肌电信号U进行降维数为1的非负矩阵分解，得到η行1列的肌群协同模式 矩阵W和1行m列的特征时间序列向量Η。5. 根据权利要求1所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于:所述的步骤S4包括以下子步骤：541. 根据关节不同的运动方向，设定两个与关节运动方向对应的基脉脉冲；542. 分别将每一个基脉脉冲分别与矩阵矿进行配比，得到两个不同的配比参数矩阵。6. 根据权利要求5所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于:所述的步骤S42中基脉脉冲与矩阵矿进行配比的步骤包括:将基脉脉冲与矩阵，中的每 一个元素相乘，得到多通道配比参数矩阵M;其中，多通道配比参数矩阵Μ的每一行对应于一 个电刺激通道的参数;基脉脉冲为常量。7. 根据权利要求1所述的一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法，其特征在 于:所述的步骤S5包括以下子步骤：551. 为每一个配比参数矩阵，生成一个对应的电刺激模式，并设定电刺激模式切换开 关；552. 根据关节的运动方向，切换到不同的电刺激模式，对主动肌群和拮抗肌群进行电 刺激。8. -种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激系统，其特征在于:包括肌电信号采集 模块、肌电信号预处理模块、肌电信号特征分解模块、多通道电刺激参数比配模块和功能性 电刺激模块； 所述的肌电信号采集模块用于对关节运动范围内所有肌肉群的肌电信号进行采集； 所述的肌电信号预处理模块用于对采集到的信号进行预处理，得到多肌群肌电信号； 所述的多通道肌电信号特征分解模块用于对多肌群肌电信号进行非负矩阵分解，得到 肌群协同模式矩阵和特征时间序列向量，并对肌群协同模式矩阵求归一化解。 所述的多通道电刺激参数比配模块用于根据肌群协同模式的归一化解，进行多通道电 刺激配比； 所述的功能性电刺激模块用于根据多通道电刺激参数比配模块的配比结果进行电刺 激。
【专利摘要】本发明公开了一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法与系统,包括以下步骤：S1.对关节运动范围内所有肌肉群的肌电信号进行采集和预处理，得到多肌群肌电信号；S2.对多肌群肌电信号进行非负矩阵分解，得到肌群协同模式矩阵和特征时间序列向量；S3.将肌群协同模式矩阵中的每一个元素除以该元素所在列的元素之和，得到归一化解；S4.进行多通道电刺激参数配比；S5.根据多通道电刺激参数配比结果进行电刺激。本发明提供了一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法与系统，改进目前多功能电刺激系统的缺少利用人体肌肉群自然协同模式的刺激方式，减少全局肌肉疲劳度。
【IPC分类】A61N1/36
【公开号】CN105457164
【申请号】CN201610006267
【发明人】李展, 程洪, 殷紫光
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月6日