專利名稱：便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)及電刺激方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種康復(fù)用醫(yī)療設(shè)備，通過功能電刺激(Functional ElectricalStimulation，F(xiàn)ES)方法恢復(fù)中風(fēng)患者的肢體及手部運(yùn)動(dòng)功能。
背景技術(shù)：
二、背景技術(shù)統(tǒng)計(jì)顯示，中國的腦中風(fēng)發(fā)病率是冠心病的五倍，已成為引起人類死亡的第二類疾病和致殘的第一類疾病。2005年預(yù)測我國未來兩年內(nèi)，中風(fēng)的發(fā)病率將提高58％。值得注意的是，中風(fēng)百分之三十的幸存者終身殘疾，每年直接治療費(fèi)用達(dá)人民幣二百六十三億元。
中風(fēng)患者由于屈肌痙攣，常受到舒張肌無力和不自主肌肉收縮的困擾。FES系統(tǒng)通過小電流刺激患者肌肉組織，幫助恢復(fù)人體肢體或手部運(yùn)動(dòng)，屬于物理理療方法，其中最典型的應(yīng)用之一是心臟起搏器。早在1971年，Liberson就使用電流刺激的方法幫助足下垂患者行走，現(xiàn)在FES系統(tǒng)主要用于脊髓損傷和中風(fēng)患者的康復(fù)，重點(diǎn)在于輔助恢復(fù)患者的肌肉功能等。
一些研究者已經(jīng)為脊髓損傷的患者設(shè)計(jì)了植入式電極和刺激系統(tǒng)，通過外科手術(shù)將電極植入患者肌肉組織，實(shí)現(xiàn)深層肌肉的控制。事實(shí)上，在近年的FES臨床應(yīng)用中，一些患者已經(jīng)通過表面電極的FES方法，部分或全部地恢復(fù)了肢體功能，沒有必要為普通病人安裝昂貴的植入式系統(tǒng)。
在美國的2005年專利申請10/278,575中，發(fā)明人公開了一種用于腕部功能恢復(fù)的便攜式FES系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)預(yù)定程序和設(shè)定參數(shù)被動(dòng)地接受電刺激。近年的研究表明，利用閉環(huán)的反饋控制技術(shù)調(diào)節(jié)刺激過程的參數(shù)和被刺激部位的運(yùn)動(dòng)軌跡，不僅有助于肌肉的恢復(fù)，還有助于神經(jīng)的修復(fù)。最近，日本東北大學(xué)的Nozomu Hoshimiya教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)FES的閉環(huán)控制方面取得了進(jìn)展，但該技術(shù)是在以通用計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下完成的，系統(tǒng)的便攜性和移動(dòng)性較差。在一項(xiàng)中國專利申請2005100065043.9中，發(fā)明人公開了一種利用患者剩余主動(dòng)運(yùn)動(dòng)來控制刺激模式方法，彌補(bǔ)了述系統(tǒng)的部分缺陷。但該系統(tǒng)的控制僅僅實(shí)現(xiàn)了控制模式的調(diào)整，沒有實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，本質(zhì)上還是一種開環(huán)控制的刺激技術(shù)；另外刺激參數(shù)的調(diào)整和設(shè)定也是通過PDA或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，這對于殘疾患者極為不便。同時(shí)，目前的FES系統(tǒng)均是采用同時(shí)調(diào)節(jié)刺激電流、電壓和脈沖寬度的方式改變刺激強(qiáng)度，參數(shù)多，調(diào)節(jié)不方便。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述分析，本發(fā)明的主要目的在于提供一個(gè)不依賴于任何外部控制單元、可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)的便攜式功能電刺激系統(tǒng)。利用角度傳感器的反饋信號，實(shí)現(xiàn)FES肌肉控制模型的自動(dòng)辨識、刺激信號的自適應(yīng)調(diào)節(jié)以及各活動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于為那些康復(fù)專業(yè)知識較少的患者提供盡可能多的專業(yè)康復(fù)治療，同時(shí)也可以減少那些有專業(yè)指導(dǎo)的患者就診頻率，減少康復(fù)治療專業(yè)人員的工作壓力，擴(kuò)大受益患者人群。
本發(fā)明的具體構(gòu)成，包括功能電刺激主機(jī)、電極組、傳感器三部分。功能電刺激主機(jī)包括微處理器009、功率放大電路008、電平轉(zhuǎn)換器006以及通道選擇開關(guān)007。微處理器009輸出的通道選擇信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器006連于通道選擇開關(guān)007；微處理器009輸出的刺激信號經(jīng)功率放大電路008同樣連于通道選擇開關(guān)007；通道選擇開關(guān)007的輸出連于與人體肌肉相接觸的電極組002，電極數(shù)量一個(gè)至四對；與人體肌肉相接觸的傳感器組003連于微處理器009，傳感器組003由角度傳感器組成，數(shù)量一個(gè)至四個(gè)。
本發(fā)明中的刺激參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，是通過給定脈沖幅度的條件下，調(diào)節(jié)脈沖寬度實(shí)現(xiàn)的。利用系統(tǒng)中微處理器009內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間的改變，調(diào)整刺激信號寬度。
本發(fā)明中的自主式康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)，提出了建立刺激能量與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度關(guān)系模型，該模型具有高度非線性，無法用具體公式準(zhǔn)確描述，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好逼近任意模型的特點(diǎn)，建立該模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。上述技術(shù)主要包括康復(fù)肌肉的FES模型辨識技術(shù)，通過系統(tǒng)產(chǎn)生不同刺激強(qiáng)度的刺激信號，檢測相應(yīng)關(guān)節(jié)的角度變化情況，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識技術(shù)離線辨識FES模型，并在此基礎(chǔ)上不斷修正神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識的FES模型，同時(shí)利用模型誤差在線調(diào)節(jié)自適應(yīng)PID控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)FES模型和控制參數(shù)的同時(shí)在線更新。
為了實(shí)現(xiàn)在有限系統(tǒng)資源下的刺激參數(shù)調(diào)節(jié)，本發(fā)明中結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)，提出了僅通過改變刺激信號的脈沖寬度方法調(diào)節(jié)刺激能量，簡化控制參數(shù)的計(jì)算，具體如下θ∝EE＝U×Pw。 (1)式中θ表示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度；E表示刺激能量；U代表刺激電壓；Pw是刺激脈沖寬度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中采用微處理器控制的便攜式功能電刺激系統(tǒng)(簡稱FES系統(tǒng))改進(jìn)了現(xiàn)有系統(tǒng)的工作及控制模式。由于系統(tǒng)采用了角度傳感器檢測被測關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，本發(fā)明的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高級的控制策略和閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)控制的精度?，F(xiàn)有的便攜式FES系統(tǒng)沒有采用這種閉環(huán)控制的方法，無法實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)。同時(shí)由于采用了傳感器感受肌肉受到刺激后的運(yùn)動(dòng)情況，本發(fā)明的系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)離線和在線的FES模型辨識，更加準(zhǔn)確地了解肌肉工作的時(shí)變情況，并以此制定合理的反饋控制策略。為簡化參數(shù)的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)提供了一套控制策略，將傳統(tǒng)的多刺激參數(shù)調(diào)節(jié)方法，改進(jìn)為僅利用改變刺激脈沖寬度的刺激能量控制方法，適合于類似本系統(tǒng)的有限資源系統(tǒng)的實(shí)際情況。在人體腕關(guān)節(jié)軌跡跟蹤控制中，控制誤差小于4％。
四

圖1是便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)的組成框圖；圖2是微處理器原理框圖；圖3是功率放大電路部分原理圖；圖4是本發(fā)明的便攜式FES主機(jī)正面板圖；圖5是本發(fā)明軟件總流程；圖6是工作模式一的流程圖；圖7是工作模式二的流程圖；圖8是工作模式三和工作模式四的流程圖；五具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的便攜式功能電刺激系統(tǒng)(簡稱FES系統(tǒng))，是用于對中風(fēng)患者肢體和手部進(jìn)行輔助康復(fù)。該系統(tǒng)包括一臺便攜式FES主機(jī)001用于辨識刺激肌肉的FES模型、確定刺激工作模式、實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的在線調(diào)節(jié)。接收并轉(zhuǎn)換角度傳感器的檢測信號。生成肌肉刺激信號以及通道選擇信號；簡易的角度傳感器組003用于檢測刺激肌肉相關(guān)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況和控制指令(以下的工作模式2、3、4中)；電刺激電極002用于上肢肌肉表皮刺激的連接介質(zhì)，傳導(dǎo)刺激電流刺激肌肉。
如上所述的便攜式FES系統(tǒng)，其中包括的便攜式主機(jī)，有4個(gè)刺激通道可以選擇。包括一個(gè)微處理器(C8051F005)，如圖2。利用其內(nèi)置的FLASH存儲器004保存系統(tǒng)工作程序、刺激參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)等。利用其內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器005，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換。經(jīng)過計(jì)算獲得的脈沖信號，通過刺激通道輸出到刺激電極；電平轉(zhuǎn)換電路006，如圖1；運(yùn)算放大器008，將單片機(jī)I/O口輸出信號轉(zhuǎn)換為通道選擇開關(guān)007驅(qū)動(dòng)信號；通道選擇開關(guān)007MOFSFET“IRF510”，選擇FES刺激通道；功率放大電路008對脈沖刺激信號功率放大為實(shí)際肌肉刺激信號，如圖3。
主機(jī)面板，如圖4。包括電源開關(guān)010，用于啟動(dòng)主機(jī)工作；脈沖寬度011、刺激頻率012、持續(xù)時(shí)間013三組旋鈕，用于在簡單訓(xùn)練或?qū)I(yè)人員指導(dǎo)時(shí)的刺激參數(shù)調(diào)整及設(shè)定；通道選擇按鈕一組2個(gè)014，用于選擇工作通道0、1、2、3；多個(gè)LED 015指示，用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)；
系統(tǒng)工作參數(shù)如下表

如上所述的便攜式FES系統(tǒng)，其中的角度傳感器可以根據(jù)需要檢測關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一套功能電刺激的方法，其中主要包括如下幾種電刺激的工作模式，系統(tǒng)軟件工作總流程如圖5所示1.工作模式一，這種工作模式是利用功能電刺激主機(jī)和自己電極，通過便攜式功能電刺激主機(jī)預(yù)先設(shè)置好的刺激參數(shù)或者在線人工調(diào)節(jié)的刺激參數(shù)下，有規(guī)律地自動(dòng)刺激肢體或手部肌肉，達(dá)到康復(fù)目的，所述刺激參數(shù)包括刺激信號頻率，刺激信號強(qiáng)度，刺激持續(xù)時(shí)間；其特征在于，還包括無需專業(yè)指導(dǎo)的自主式肌肉康復(fù)訓(xùn)練的電刺激工作模式二、工作模式三、工作模式四；2.工作模式二，稱為自適應(yīng)參數(shù)設(shè)置工作模式，這種工作模式是利用功能電刺激主機(jī)，刺激電極和角度傳感器，控制刺激肌肉相關(guān)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)變化，以檢測不同刺激信號強(qiáng)度下肌肉的響應(yīng)，功能電刺激主機(jī)產(chǎn)生的刺激信號頻率自行設(shè)定為15-500Hz，刺激信號強(qiáng)度由小到大逐漸遞增，刺激肌肉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)功能電刺激主機(jī)中的A/D單元不斷采集角度傳感器的信號，微處理器通過分析角度傳感器的信號變化確定患者的刺激信號頻率，刺激信號強(qiáng)度和刺激持續(xù)時(shí)間三個(gè)刺激參數(shù)，采用刺激信號強(qiáng)度聯(lián)系遞增三個(gè)級別而沒有引起角度傳感器信號的變化，此時(shí)的刺激參數(shù)作為功能電刺激主機(jī)的工作參數(shù)保存在功能電刺激主機(jī)中，持續(xù)工作時(shí)間通過輸入確定或者由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定；3.工作模式三，是指在上述工作模式二的基礎(chǔ)上，利用不同刺激信號強(qiáng)度下的傳感器的反饋信號，實(shí)現(xiàn)刺激肌肉的功能電刺激主機(jī)模型離線及在線辨別，通過如下方法完成利用不同刺激信號強(qiáng)度的刺激信號訓(xùn)練肌肉，獲得該肌肉的刺激信號強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)角度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)功能電刺激系統(tǒng)的離線辨別，該系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)辨識模型，自動(dòng)產(chǎn)生一套運(yùn)定控制策略，實(shí)現(xiàn)肌肉運(yùn)動(dòng)的精確控制；4.工作模式四，是指在上述工作模式三的基礎(chǔ)上，首先辨識需要訓(xùn)練功能電刺激系統(tǒng)肌肉模型，利用一個(gè)置于健康肢體上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)指令的傳感器和另一個(gè)置于不健康肢體上的用于檢測在電刺激下運(yùn)動(dòng)情況的傳感器，所產(chǎn)生的反饋信號，調(diào)節(jié)功能電刺激主機(jī)的刺激信號強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)的精確控制和軌跡跟蹤控制，達(dá)到患者的肌肉和神經(jīng)功能的恢復(fù)。
如上述的一套功能電刺激方法，其中的刺激參數(shù)包括刺激頻率、刺激強(qiáng)度(主要是脈沖寬度)、持續(xù)工作時(shí)間。
實(shí)施例1對專業(yè)人員指導(dǎo)的患者，可以采用工作模式一提供的方式進(jìn)行康復(fù)治療。專業(yè)人員根據(jù)患者的實(shí)際情況，通過便攜式FES主機(jī)提供的參數(shù)調(diào)節(jié)功能，針對性的調(diào)整刺激頻率、刺激強(qiáng)度和持續(xù)工作時(shí)間，指導(dǎo)患者的康復(fù)治療過程。由于康復(fù)治療是一項(xiàng)漸進(jìn)恢復(fù)功能的過程，患者不必時(shí)刻在康復(fù)中心接受指導(dǎo)性治療，因此患者每次就診時(shí)的刺激參數(shù)，可以由專業(yè)人員直接保存到便攜式FES主機(jī)，以方便患者回家后的康復(fù)治療。另外，患者在家進(jìn)行恢復(fù)治療時(shí)，也可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，并保存。這樣患者每次開機(jī)時(shí)，此刺激參數(shù)可以自動(dòng)裝載，便攜式FES主機(jī)會按此設(shè)置啟動(dòng)工作。
本實(shí)施例的基本配置包括便攜式FES主機(jī)和刺激電極。一般針對有專業(yè)指導(dǎo)的重度康復(fù)患者，主要目的是在前期功能恢復(fù)性治療過程中，用于保持和恢復(fù)患者的肌肉功能。工作流程如圖6所示。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)能夠有規(guī)律地自動(dòng)刺激患者肢體，進(jìn)行簡單的訓(xùn)練控制，幫助肌肉運(yùn)動(dòng)。
實(shí)施例2對于無法獲得專業(yè)指導(dǎo)的患者，或?qū)I(yè)指導(dǎo)間隔時(shí)間較長的患者，本系統(tǒng)提供了一種簡單的康復(fù)治療工作模式二。該模式下工作的最基本配置為便攜式FES主機(jī)、刺激電極以及一個(gè)角度傳感器。工作流程如圖7所示。
本實(shí)施例中，在系統(tǒng)確定刺激參數(shù)后，可以按如下兩種方式工作1、如實(shí)施例1的有規(guī)律自動(dòng)刺激訓(xùn)練，角度傳感器的作用僅僅是初始確定工作時(shí)的刺激參數(shù)；2、康復(fù)訓(xùn)練過程中，根據(jù)角度傳感器的反饋信號，簡單判斷肌肉的疲勞程度，實(shí)時(shí)調(diào)整刺激參數(shù)，如肌肉比較疲勞，可以縮短系統(tǒng)持續(xù)工作時(shí)間。
實(shí)施例3本實(shí)施例是一種實(shí)施上述工作模式三的方案。工作所需的基本配置同實(shí)施例2，即便攜式FES主機(jī)、刺激電極以及角度傳感器。工作流程如圖8所示。
在本實(shí)施例中，首先需要辨識訓(xùn)練肌肉的FES模型，通過如下方法完成利用不同刺激強(qiáng)度的刺激信號刺激訓(xùn)練肌肉，獲得該肌肉的刺激強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)角度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)FES模型的離線辨識。
在本實(shí)施例中，需要患者按照某一確定軌跡做較高級的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)訓(xùn)練，因此需要輸入期望運(yùn)動(dòng)軌跡，便攜式FES主機(jī)內(nèi)設(shè)置了兩種運(yùn)動(dòng)軌跡正弦曲線運(yùn)動(dòng)和梯形軌跡運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然也可以由角度傳感器采集通道輸入期望運(yùn)動(dòng)軌跡，存于主機(jī)的存貯單元中。訓(xùn)練過程中，便攜式FES主機(jī)采集到實(shí)際反饋角度信號后，利用其內(nèi)置的控制算法不斷調(diào)整刺激參數(shù)，實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤運(yùn)動(dòng)的精確控制。同時(shí)考慮到在訓(xùn)練過程中肌肉模型的時(shí)變特性，還需要每次訓(xùn)練完成后，重新辨識FES模型，并以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)。
實(shí)施例4本實(shí)施例是在患者有一個(gè)肢體(手臂或腿)健康的情況下，可以采用的一種工作模式。
本實(shí)施例中，對于訓(xùn)練肌肉模型的離線辨識與實(shí)施例3相同。所不同的是刺激指令以及刺激運(yùn)動(dòng)軌跡均由患者自己發(fā)出，需要康復(fù)治療的肢體可以實(shí)時(shí)跟蹤期望運(yùn)動(dòng)軌跡，做更加復(fù)雜的康復(fù)訓(xùn)練。
本實(shí)施例中需要的最低配置為便攜式FES主機(jī)、角度傳感器一對、刺激電極。
此外，本發(fā)明涉及到FES模型的離線和在線辨識方法、刺激過程中的控制策略及方法，這方面有足夠多的技術(shù)可供選擇。關(guān)鍵在于相關(guān)的微處理器環(huán)境下的算法實(shí)現(xiàn)，要確保在可用資源極度匱乏的情況下，系統(tǒng)良好、高效的工作。上述相關(guān)實(shí)施例中，辨識采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識技術(shù)，控制策略采用自適應(yīng)PID控制策略。
權(quán)利要求
1.一種便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)，其特征在于，包括功能電刺激主機(jī)(001)，電極組(002)，傳感器組(003)，所述功能電刺激主機(jī)(001)包括微處理器(009)、功率放大電路(008)、電平轉(zhuǎn)換器(006)以及通道選擇開關(guān)(007)，所述微處理器(009)輸出的通道選擇信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器(006)連于通道選擇開關(guān)(007)；微處理器(009)輸出的刺激信號經(jīng)功率放大電路(008)同樣連于通道選擇開關(guān)(007)；所述通道選擇開關(guān)(007)的輸出連于人體肌肉相接觸的電極組(002)；與人體肌肉相接觸的傳感器組(003)連于微處理器(009)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)，其特征在于，傳感器組(003)由角度傳感器組成。
3.一種權(quán)利要求1所述的便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)的電刺激方法，包括需專業(yè)指導(dǎo)的自主式肌肉康復(fù)訓(xùn)練的電刺激工作模式一，這種工作模式是利用功能電刺激主機(jī)和刺激電極，通過便攜式功能電刺激主機(jī)預(yù)先設(shè)置好的刺激參數(shù)或者在線人工調(diào)節(jié)的刺激參數(shù)下，有規(guī)律地自動(dòng)刺激肢體或手部肌肉，達(dá)到康復(fù)目的，所述刺激參數(shù)包括刺激信號頻率，刺激信號強(qiáng)度，刺激持續(xù)時(shí)間；其特征在于，還包括無需專業(yè)指導(dǎo)的自主式肌肉康復(fù)訓(xùn)練的電刺激工作模式二、工作模式三、工作模式四；所述工作模式二，稱為自適應(yīng)參數(shù)設(shè)置工作模式，這種工作模式是利用功能電刺激主機(jī)，刺激電極和角度傳感器，控制刺激肌肉相關(guān)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)變化，以檢測不同刺激信號強(qiáng)度下肌肉的響應(yīng)，功能電刺激主機(jī)產(chǎn)生的刺激信號頻率自行設(shè)定為15-500Hz，刺激信號強(qiáng)度由小到大逐漸遞增，刺激肌肉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)功能電刺激主機(jī)中的A/D單元不斷采集角度傳感器的信號，微處理器通過分析角度傳感器的信號變化確定患者的刺激信號頻率，刺激信號強(qiáng)度和刺激持續(xù)時(shí)間三個(gè)刺激參數(shù)，采用刺激信號強(qiáng)度聯(lián)系遞增三個(gè)級別而沒有引起角度傳感器信號的變化，此時(shí)的刺激參數(shù)作為功能電刺激主機(jī)的工作參數(shù)保存在功能電刺激主機(jī)中，持續(xù)工作時(shí)間通過輸入確定或者由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定；所述工作模式三，是指在上述工作模式二的基礎(chǔ)上，利用不同刺激信號強(qiáng)度下的傳感器的反饋信號，實(shí)現(xiàn)刺激肌肉的功能電刺激主機(jī)模型離線及在線辨別，通過如下方法完成利用不同刺激信號強(qiáng)度的刺激信號訓(xùn)練肌肉，獲得該肌肉的刺激信號強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)角度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)功能電刺激系統(tǒng)的離線辨別，該系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)辨識模型，自動(dòng)產(chǎn)生一套運(yùn)定控制策略，實(shí)現(xiàn)肌肉運(yùn)動(dòng)的精確控制；所述工作模式四，是指在上述工作模式三的基礎(chǔ)上，首先辨識需要訓(xùn)練功能電刺激系統(tǒng)肌肉模型，利用一個(gè)置于健康肢體上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)指令的傳感器和另一個(gè)置于不健康肢體上的用于檢測在電刺激下運(yùn)動(dòng)情況的傳感器，所產(chǎn)生的反饋信號，調(diào)節(jié)功能電刺激主機(jī)的刺激信號強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)的精確控制和軌跡跟蹤控制，達(dá)到患者的肌肉和神經(jīng)功能的恢復(fù)。
全文摘要
一種便攜式自適應(yīng)功能電刺激系統(tǒng)及電刺激方法，屬康復(fù)用醫(yī)療設(shè)備。該康復(fù)用醫(yī)療設(shè)備，包括功能電刺激主機(jī)(001)、電極組(002)、傳感器組(003)。其中功能電刺激主機(jī)(001)包括微處理器(009)、電平轉(zhuǎn)換器(006)、功率放大電路(008)、通道選擇開關(guān)(007)。并提供了四種電刺激工作模式，供患者和醫(yī)務(wù)人員選擇使用。為實(shí)現(xiàn)有限資源下的參數(shù)調(diào)節(jié)，采用刺激能量控制的方法，刺激能量調(diào)節(jié)僅需要改變刺激信號寬度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；同時(shí)提出利用離線和在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識技術(shù)建立刺激能量和關(guān)節(jié)角度變化模型，準(zhǔn)確地了解人體肌肉工作的時(shí)變特性。提高了控制精度、操作簡單、方便，主要用于中風(fēng)或肌肉損傷患者的康復(fù)。
文檔編號A61N1/36GK101041101SQ20071002060
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者曹力, 李睿, 曹罡, 郭琪超 申請人:南京航空航天大學(xué), 中國人民解放軍南京軍區(qū)南京總醫(yī)院