專利名稱：一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于殘疾人康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法。
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)。 目前，對于脊髓損傷癱瘓患者的治療，由于脊髓再生能力微弱，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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前FES的觸發(fā)控制的方式研究主要依賴于一系列手動(dòng)操作的開關(guān)和一些外部傳感器，但是大都處于實(shí)驗(yàn)室階段。

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的多源信息融合控制方法，詳見下文描述一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，所述方法包括以下步驟(1)使用者想象第一特定動(dòng)作，通過腦電采集系統(tǒng)和腦血流信息采集系統(tǒng)采集第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號，對所述第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號進(jìn)行濾波，獲取濾波后第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號；通過短時(shí)傅里葉變換獲取腦電和腦電信號的二維時(shí)頻圖譜；對所述腦電和腦電信號的二維時(shí)頻圖譜進(jìn)行Fisher可分性分析，獲取 Fisher系數(shù)二維時(shí)頻圖譜，獲取特征頻段，提取控制功能性電刺激器工作狀態(tài)的想象動(dòng)作特征，啟動(dòng)所述功能性電刺激器；(2)使用者想象第二特定動(dòng)作或第三特定動(dòng)作以及第四特定動(dòng)作或第五特定動(dòng)作，通過所述腦電采集系統(tǒng)和所述腦血流信息采集系統(tǒng)采集相應(yīng)的腦電和腦血流信號，通過對所述相應(yīng)的腦電和腦血流信號處理，融合控制功能性電刺激時(shí)間和電刺激頻率；初始電刺激時(shí)間原始值和電刺激頻率原始值；通過刺激器刺激，對所述電刺激時(shí)間原始值和電刺激頻率原始值進(jìn)行調(diào)整，獲取調(diào)整后的電刺激時(shí)間參數(shù)和電刺激頻率參數(shù)；(3)在行走期間，利用關(guān)節(jié)角度與期望關(guān)節(jié)角度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)度精確量作為模糊控制器的輸出；(4)將所述誤差以及所述誤差變化率按照計(jì)算比例轉(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，確定隸屬度函數(shù)；
(5)確定控制規(guī)則，運(yùn)用控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)，對誤差以及誤差變化率進(jìn)行推論處理，得到刺激電流強(qiáng)度模糊量；(6)對所述刺激電流強(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；(7)使用者想象第六特定動(dòng)作，通過相應(yīng)的腦電和腦血流信號融合特征關(guān)閉電刺激系統(tǒng)。步驟(1)中的所述通過短時(shí)傅里葉變換獲取腦電信號的二維時(shí)頻圖譜具體為使用一個(gè)有限寬度的觀察窗W(t)對腦電信號x(t)進(jìn)行觀察，得到加窗后的腦電信號，對所述加窗后的腦電信號進(jìn)行所述短時(shí)傅立葉變換，得到
權(quán)利要求
1.一種功能性電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驟(1)使用者想象第一特定動(dòng)作，通過腦電采集系統(tǒng)和腦血流信息采集系統(tǒng)采集第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號，對所述第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號進(jìn)行濾波，獲取濾波后第一特定動(dòng)作時(shí)腦電和腦血流信號；通過短時(shí)傅里葉變換獲取腦電和腦電信號的二維時(shí)頻圖譜；對所述腦電和腦電信號的二維時(shí)頻圖譜進(jìn)行Fisher可分性分析，獲取Fisher系數(shù)二維時(shí)頻圖譜，獲取特征頻段，提取控制功能性電刺激器工作狀態(tài)的想象動(dòng)作特征，啟動(dòng)所述功能性電刺激器；(2)使用者想象第二特定動(dòng)作或第三特定動(dòng)作以及第四特定動(dòng)作或第五特定動(dòng)作，通過所述腦電采集系統(tǒng)和所述腦血流信息采集系統(tǒng)采集相應(yīng)的腦電和腦血流信號，通過對所述相應(yīng)的腦電和腦血流信號處理，融合控制功能性電刺激時(shí)間和電刺激頻率；初始電刺激時(shí)間原始值和電刺激頻率原始值；通過刺激器刺激，對所述電刺激時(shí)間原始值和電刺激頻率原始值進(jìn)行調(diào)整，獲取調(diào)整后的電刺激時(shí)間參數(shù)和電刺激頻率參數(shù)；(3)在行走期間，利用關(guān)節(jié)角度與期望關(guān)節(jié)角度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)度精確量作為模糊控制器的輸出；(4)將所述誤差以及所述誤差變化率按照計(jì)算比例轉(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，確定隸屬度函數(shù)；(5)確定控制規(guī)則，運(yùn)用控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)，對誤差以及誤差變化率進(jìn)行推論處理，得到刺激電流強(qiáng)度模糊量；(6)對所述刺激電流強(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；(7)使用者想象第六特定動(dòng)作，通過相應(yīng)的腦電和腦血流信號融合特征關(guān)閉電刺激系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 步驟(1)中的所述通過短時(shí)傅里葉變換獲取腦電信號的二維時(shí)頻圖譜具體為使用一個(gè)有限寬度的觀察窗W(t)對腦電信號x(t)進(jìn)行觀察，得到加窗后的腦電信號， 對所述加窗后的腦電信號進(jìn)行所述短時(shí)傅立葉變換，得到
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于，所述模糊控制器具體為二維模糊控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，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規(guī)則庫中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 所述控制規(guī)則為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法，其特征在于， 步驟(6)中的所述對所述刺激電流強(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的多源信息融合控制方法，屬于殘疾人康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，使用者想象第一特定動(dòng)作，提取想象動(dòng)作特征，啟動(dòng)功能性電刺激器；使用者想象第二特定動(dòng)作或第三特定動(dòng)作以及第四特定動(dòng)作或第五特定動(dòng)作，采集相應(yīng)的腦電和腦血流信號；通過刺激器刺激，對電刺激時(shí)間原始值和電刺激頻率原始值進(jìn)行調(diào)整；將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)度精確量作為模糊控制器的輸出；運(yùn)用控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)，對誤差以及誤差變化率進(jìn)行推論處理，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；使用者想象第六特定動(dòng)作，通過相應(yīng)的腦電和腦血流信號融合特征關(guān)閉電刺激系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/026GK102284137SQ201110132490
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者劉驍佳, 張廣舉, 明東, 朱韋西, 楊建剛, 邱爽, 鄭翔 申請人:天津大學(xué)