[发明专利]一种功能性电刺激的精密控制方法

说明书

技术领域

本发明属于利用电脉冲刺激帮助残疾人康复的器械技术领域，特别涉及一种功能性电刺激的精密控制方法。

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。根据对于脊髓损伤瘫痪患者的治疗统计显示，由于脊髓再生能力微弱，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的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的精密控制方法，详见下文描述：

一种功能性电刺激的精密控制方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过助行过程的柄反作用矢量HRV预测膝关节角度；

(2)利用遗传蚁群算法整定PID参数，获取整定后的PID参数；

(3)将所述整定后的PID参数输入到PID控制器中，对所述PID控制器进行整定，利用整定好的PID控制器实时调控FES电流水平强度，获取和预测膝关节角度误差最小的实际膝关节角度；

其中，步骤(1)中的所述膝关节角度具体为：

M＝L(HRV)

M表示膝关节角度、L表示HRV与M之间的关系，L＝M(HRV)^-1，

初始化权值ω和阈值θ，把所有权值和阈值都设置成较小的随机数；

提供训练样本n个HRV变量HRV1，…，HRVn和n个M变量，M1，…，Mn，共n(i＝1，…，n)对训练值的数据集；

根据S型逻辑非线性函数f(x)＝1/(1+e^-x)、公式和公式计算各隐含层的输出x′_j和输出层的输出值y_k，输入节点的输出等于其输入，假设输入层有m个单元，隐含层有m₁个单元，输出层有p个单元，使用递归算法从所述输出层开始逆向传播误差直到第一隐含层，并用w_ij(t+1)＝w_ij(t)+ηδ_jx_i调整权值：其中，w_ij(t)表示在时间t由隐含层节点i到输出层节点j的权值；x_i表示节点i的输出；ηδ_jx_i表示增益项；δ_j表示节点j的误差项；

对于第i个HRV作为输入得到的输出Y和对应的目标输出，其误差平方和为：

Ei=12(Σk=0n-1(dk-yk)2)]]>

系统平均误差为：