專利名稱：一種功能性電刺激的多源信息融合控制方法
技術領域：
本發明屬于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的多源信息融合控制方法。
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。 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，尚未有可直接修復損傷的有效醫治方法，實施功能康復訓練是一有效的措施。據統計，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。據統計，目前FES的觸發控制的方式研究主要依賴于一系列手動操作的開關和一些外部傳感器，但是大都處于實驗室階段。
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作，通過腦電采集系統和腦血流信息采集系統采集第一特定動作時腦電和腦血流信號，對所述第一特定動作時腦電和腦血流信號進行濾波，獲取濾波后第一特定動作時腦電和腦血流信號；通過短時傅里葉變換獲取腦電和腦電信號的二維時頻圖譜；對所述腦電和腦電信號的二維時頻圖譜進行Fisher可分性分析，獲取 Fisher系數二維時頻圖譜，獲取特征頻段，提取控制功能性電刺激器工作狀態的想象動作特征，啟動所述功能性電刺激器；(2)使用者想象第二特定動作或第三特定動作以及第四特定動作或第五特定動作，通過所述腦電采集系統和所述腦血流信息采集系統采集相應的腦電和腦血流信號，通過對所述相應的腦電和腦血流信號處理，融合控制功能性電刺激時間和電刺激頻率；初始電刺激時間原始值和電刺激頻率原始值；通過刺激器刺激，對所述電刺激時間原始值和電刺激頻率原始值進行調整，獲取調整后的電刺激時間參數和電刺激頻率參數；(3)在行走期間，利用關節角度與期望關節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算比例轉換到論域的數值，確定隸屬度函數；
(5)確定控制規則，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，得到刺激電流強度模糊量；(6)對所述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；(7)使用者想象第六特定動作，通過相應的腦電和腦血流信號融合特征關閉電刺激系統。步驟(1)中的所述通過短時傅里葉變換獲取腦電信號的二維時頻圖譜具體為使用一個有限寬度的觀察窗W(t)對腦電信號x(t)進行觀察，得到加窗后的腦電信號，對所述加窗后的腦電信號進行所述短時傅立葉變換，得到
權利要求
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作，通過腦電采集系統和腦血流信息采集系統采集第一特定動作時腦電和腦血流信號，對所述第一特定動作時腦電和腦血流信號進行濾波，獲取濾波后第一特定動作時腦電和腦血流信號；通過短時傅里葉變換獲取腦電和腦電信號的二維時頻圖譜；對所述腦電和腦電信號的二維時頻圖譜進行Fisher可分性分析，獲取Fisher系數二維時頻圖譜，獲取特征頻段，提取控制功能性電刺激器工作狀態的想象動作特征，啟動所述功能性電刺激器；(2)使用者想象第二特定動作或第三特定動作以及第四特定動作或第五特定動作，通過所述腦電采集系統和所述腦血流信息采集系統采集相應的腦電和腦血流信號，通過對所述相應的腦電和腦血流信號處理，融合控制功能性電刺激時間和電刺激頻率；初始電刺激時間原始值和電刺激頻率原始值；通過刺激器刺激，對所述電刺激時間原始值和電刺激頻率原始值進行調整，獲取調整后的電刺激時間參數和電刺激頻率參數；(3)在行走期間，利用關節角度與期望關節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算比例轉換到論域的數值，確定隸屬度函數；(5)確定控制規則，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，得到刺激電流強度模糊量；(6)對所述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；(7)使用者想象第六特定動作，通過相應的腦電和腦血流信號融合特征關閉電刺激系統。
2.根據權利要求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)中的所述通過短時傅里葉變換獲取腦電信號的二維時頻圖譜具體為使用一個有限寬度的觀察窗W(t)對腦電信號x(t)進行觀察，得到加窗后的腦電信號， 對所述加窗后的腦電信號進行所述短時傅立葉變換，得到
3.根據權利要求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.根據權利要求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。
5.根據權利要求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則庫中。
6.根據權利要求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， 所述隸屬度函數由三角形函數和Z函數組成。
7.根據權利要求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， 所述控制規則為
8.根據權利要求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的多源信息融合控制方法，屬于殘疾人康復醫療器械技術領域，使用者想象第一特定動作，提取想象動作特征，啟動功能性電刺激器；使用者想象第二特定動作或第三特定動作以及第四特定動作或第五特定動作，采集相應的腦電和腦血流信號；通過刺激器刺激，對電刺激時間原始值和電刺激頻率原始值進行調整；將誤差以及誤差變化率作為模糊控制器的輸入，將刺激電流強度精確量作為模糊控制器的輸出；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，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；使用者想象第六特定動作，通過相應的腦電和腦血流信號融合特征關閉電刺激系統。
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 優先權日2011年5月20日
發明者劉驍佳, 張廣舉, 明東, 朱韋西, 楊建剛, 邱爽, 鄭翔 申請人:天津大學