专利名称：一种功能性电刺激模糊控制方法
技术领域：
本发明涉及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模糊控制方法。
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。 据统计，由于脊髓再生能力微弱，针对脊髓损伤瘫痪患者，目前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。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。然而，如何精密控制FES的触发时序和脉冲电流强度以保证电刺激作用效果能准确完成预定的功能动作仍是FES的技术关键。据统计，目前FES触发控制的方式研究尚少，而且根据作用效果与预定动作偏差，用闭环控制来自动调整FES刺激强度和时序参数，从而大大提高了 FES 系统的准确性和稳定性，但是现在有效的控制方法仍然在探索之中。
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模糊控制方法，详见下文描述一种功能性电刺激模糊控制方法，所述方法包括以下步骤(1)通过多信道采集人体行走过程中下肢股直肌、股二头肌、腓肠肌和胫前肌处的表面肌电信号；(2)通过高通滤波器对所述表面肌电信号进行滤波处理，滤除电极滑动所引起的低频噪声，获取第一滤波后表面肌电信号；(3)通过快速独立分量分析对所述第一滤波后表面肌电信号进行滤波处理，滤除工频干扰，获取第二滤波后表面肌电信号；(4)对所述第二滤波后表面肌电信号进行时域分析，获取所述第二滤波后表面肌电信号中的均方根；(5)根据所述均方根获取均方根矩阵值与期望的均方根矩阵值的期望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，将所述误差以及所述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所述模糊控制器的输出，定义了模糊变量；(6)将误差以及误差变化率按照适当计算比例转装换到论域的数值，确定隶属度函数；。
(7)确定控制规则，运用所述控制规则和所述隶属度函数即模糊逻辑和模糊推论， 对所述误差以及所述误差变化率信号进行推论处理，而得到刺激电流强度模糊量；(8)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。步骤(3)中的所述快速独立分量分析具体为
权利要求
1.一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)通过多信道采集人体行走过程中下肢股直肌、股二头肌、腓肠肌和胫前肌处的表面肌电信号；(2)通过高通滤波器对所述表面肌电信号进行滤波处理，滤除电极滑动所引起的低频噪声，获取第一滤波后表面肌电信号；(3)通过快速独立分量分析对所述第一滤波后表面肌电信号进行滤波处理，滤除工频干扰，获取第二滤波后表面肌电信号；(4)对所述第二滤波后表面肌电信号进行时域分析，获取所述第二滤波后表面肌电信号中的均方根；(5)根据所述均方根获取均方根矩阵值与期望的均方根矩阵值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，将所述误差以及所述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所述模糊控制器的输出；(6)将误差以及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；(7)确定控制规则，运用所述控制规则和所述隶属度函数，对所述误差以及所述误差变化率进行推论处理，得到刺激电流强度模糊量；(8)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。
2.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，步骤(3)中的所述快速独立分量分析具体为
3.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述对所述第二滤波后表面肌电信号进行时域分析，获取所述第二滤波后表面肌电信号中的均方根具体为均方根在连续域定义如下
4.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制器具体为二维模糊控制器。
5.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，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。
6.根据权利要求1或5所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，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知识库中。
7.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，所述隶属度函数由三角形函数和Z函数组成。
8.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，所述控制规则为
9.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激模糊控制方法，其特征在于，步骤(8)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模糊控制方法，涉及残疾人康复医疗器械技术领域，多信道采集表面肌电信号；高通滤波器进行滤波处理，滤除电极滑动所引起的低频噪声；通过快速独立分量分析进行滤波处理，滤除工频干扰；对第二滤波后表面肌电信号进行时域分析，获取均方根；将输出的均方根矩阵值与期望的均方根矩阵值之间的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输出；将误差以及误差变化率按适当比例转换到论域的数值，确定隶属度函数；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，而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。能够有效地提高FES系统的准确性和稳定性。
文档编号A61N1/36GK102319482SQ201110132829
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者万柏坤, 徐瑞, 明东, 王璐, 綦宏志, 邱爽 申请人:天津大学