[发明专利]一种基于多模态融合反馈的可调功能性电刺激控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多模态融合反馈的可调功能性电刺激控制方法，具体包括：步骤1、设置电极的工作模式，将所述电极的工作模式设置为以下模式之一：模式A、仅进行信号采集；模式B、既进行电刺激输出，又进行信号采集；模式C、仅进行电刺激输出；步骤2、设置所述电刺激输出模式；步骤3、设置所述信号采集模式。本控制方法提供多模态传感信息，结合高密度电极电刺激。电刺激输出可以将传感信息反馈到人体，多模态传感信息也可以作为电刺激输出的反馈，可形成闭环的信号采集‑电刺激过程，以稳定电刺激效果。

技术领域

本发明涉及医疗设备及机电控制领域，尤其涉及一种基于多模态融合反馈的可调功能性电刺激控制方法。

背景技术

肌电图(electromyography,英文简称EMG),是应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。通过此检查能够确定周神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态，进一步可以分析得到运动状态与诊断肌肉信息。

超声信号检测技术在现代医学领域的应用主要为超声诊断和超声治疗。由于超声波具有无电离辐射、对人体无害且制造成本低等特点，近20年来，研究者开始探索并尝试将其研究成果应用于人机接口领域。超声肌肉运动检测技术是根据高频超声能够穿透人体组织，在声阻抗不同的人体组织分界面上会产生回波的特性，利用回波信号解调人体内部肌肉动态的技术。该技术主要包括二维超声(B超)和一维超声(A超)。B超技术能够以图像形式实现对人体内部组织的可视化，然而获取B超图像需要使用更多的超声探头，这就导致现有的B超设备都有体积大、成本高、探头笨重、不可穿戴等缺点，这也限制了B超采集在超声人机接口中的应用。使用A超的人机接口设计能够有效地避免这些不足。

FSR薄膜压力传感器的核心一般是压敏电阻。其电阻值在压力作用时会发生明显变化，常常用于压力检测。由于FSR形状薄，柔性好，适用于集成到可穿戴设备上，通过检测其电阻值变化获得运动时的产生的压力/应变信息。

针对人体的表面电刺激是指利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉纤维或运动神经，用于实现运动功能康复，即所知的功能性电刺激；或用来提供知觉反馈，即所知的经皮神经电刺激。随着技术和研究的发展，表面电刺激从初期以改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能为目的功能性电刺激，逐步延伸出缓解疼痛、人体感觉再现应用。在假肢领域，电刺激反馈能够提高病人对假肢的本体感受。

常用的人机接口表面电极有干电极与湿电极之分。高密度电极一方面需要用来采集肌电信号，同时也用作电刺激输出电极。采集用电极往往干电极与湿电极都是可以的。但是使用干电极电刺激输出时，往往会带来刺痛、灼烧感，因此并不适用。在实现电刺激和肌电采集兼容的问题上，可以采用分时进行的方式，也可以采用同步进行，再对肌电信号滤波的方式。

现有技术中，考虑到电刺激对肌电采集有较大影响的问题，肌电采集装置和电刺激装置大多分开，电刺激反馈部位与肌电采集部位相隔较远。肌电用于肌肉运动功能的诊断评估，相应的电刺激大多用于肌肉运动功能的康复。肌电采集与电刺激设备分离带来的问题是无法实现自动调整的闭环控制，需要对肌电信号进行评估后手动调整电刺激输出。肌电采集与电刺激部位分离的缺点是电刺激引发的肌肉运动效果无法评价，不能实现真正意义上的闭环控制。

目前也有部分方案集成了肌电与电刺激功能，通过对同一对电极分时进行肌电采集与电刺激输出，可以做到电刺激与肌电采集在同一部位。然而该技术方案并没有真正做到评价电刺激的效果，电刺激与肌电采集是分时进行的，采集时肌肉并没有受到电刺激作用。同时由于电刺激会引发的肌肉状态改变，在高速切换到肌电采集时仍会给肌电信号带来影响。

高密度电极常用在高密度肌电采集中；在电刺激中，高密度电极可以带来空间分辨能力，在两种研究中高密度电极都只作一种功能使用。