專利名稱：一種功能性電刺激模糊控制方法
技術領域：
本發明涉及殘疾人康復醫療器械技術領域，特別涉及一種功能性電刺激模糊控制方法。
背景技術：
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動肌群及其外周神經，有效地恢復或重建截癱患者的部分運動功能的技術。 據統計，由于脊髓再生能力微弱，針對脊髓損傷癱瘓患者，目前尚未有可直接修復損傷的有效醫治方法，實施功能康復訓練是一有效的措施。脊髓損傷癱瘓患者人數逐年增多，功能康復訓練是亟待需求的技術。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。目前，FES已經成為了恢復或重建截癱患者的部分運動功能，是重要的康復治療手段。然而，如何精密控制FES的觸發時序和脈沖電流強度以保證電刺激作用效果能準確完成預定的功能動作仍是FES的技術關鍵。據統計，目前FES觸發控制的方式研究尚少，而且根據作用效果與預定動作偏差，用閉環控制來自動調整FES刺激強度和時序參數，從而大大提高了 FES 系統的準確性和穩定性，但是現在有效的控制方法仍然在探索之中。

發明內容
為了能夠有效地提高FES系統的準確性和穩定性，并獲得可觀的社會效益和經濟效益，本發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；(2)通過高通濾波器對所述表面肌電信號進行濾波處理，濾除電極滑動所引起的低頻噪聲，獲取第一濾波后表面肌電信號；(3)通過快速獨立分量分析對所述第一濾波后表面肌電信號進行濾波處理，濾除工頻干擾，獲取第二濾波后表面肌電信號；(4)對所述第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號中的均方根；(5)根據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計算比例轉裝換到論域的數值，確定隸屬度函數；。
(7)確定控制規則，運用所述控制規則和所述隸屬度函數即模糊邏輯和模糊推論， 對所述誤差以及所述誤差變化率信號進行推論處理，而得到刺激電流強度模糊量；(8)對所述刺激電流強度模糊量進行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強度精確量。步驟(3)中的所述快速獨立分量分析具體為
權利要求
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；(2)通過高通濾波器對所述表面肌電信號進行濾波處理，濾除電極滑動所引起的低頻噪聲，獲取第一濾波后表面肌電信號；(3)通過快速獨立分量分析對所述第一濾波后表面肌電信號進行濾波處理，濾除工頻干擾，獲取第二濾波后表面肌電信號；(4)對所述第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號中的均方根；(5)根據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算比例轉換到論域的數值，確定隸屬度函數；(7)確定控制規則，運用所述控制規則和所述隸屬度函數，對所述誤差以及所述誤差變化率進行推論處理，得到刺激電流強度模糊量；(8)對所述刺激電流強度模糊量進行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強度精確量。
2.根據權利要求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)中的所述快速獨立分量分析具體為
3.根據權利要求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)中所述對所述第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，獲取所述第二濾波后表面肌電信號中的均方根具體為均方根在連續域定義如下
4.根據權利要求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.根據權利要求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為X = {-n, -n+1, L 0，L，n-1, η}；所述誤差變化率的量化論域為\ = {-m, -m+1, L 0，L，m_l，m}； 所述刺激電流強度的量化論域為Y = {_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.根據權利要求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庫中。
7.根據權利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述隸屬度函數由三角形函數和Z函數組成。
8.根據權利要求1所述的一種功能性電刺激模糊控制方法，其特征在于，所述控制規則為
9.根據權利要求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)中的所述對所述刺激電流強度模糊量進行反模糊化處理，獲取所述刺激電流強度精確量具體為
全文摘要
本發明公開了一種功能性電刺激模糊控制方法，涉及殘疾人康復醫療器械技術領域，多信道采集表面肌電信號；高通濾波器進行濾波處理，濾除電極滑動所引起的低頻噪聲；通過快速獨立分量分析進行濾波處理，濾除工頻干擾；對第二濾波后表面肌電信號進行時域分析，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，將刺激電流強度精確量作為輸出；將誤差以及誤差變化率按適當比例轉換到論域的數值，確定隸屬度函數；運用控制規則和隸屬度函數對誤差以及誤差變化率進行推論處理，而得到刺激電流強度模糊量；進行反模糊化處理，獲取刺激電流強度精確量。能夠有效地提高FES系統的準確性和穩定性。
文檔編號A61N1/36GK102319482SQ201110132829
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者萬柏坤, 徐瑞, 明東, 王璐, 綦宏志, 邱爽 申請人:天津大學