【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于神經(jīng)刺激，尤其是涉及一種基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、外周神經(jīng)刺激是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、康復(fù)以及運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)，主要通過電刺激外周神經(jīng)來誘發(fā)肌肉收縮，恢復(fù)或增強(qiáng)肌肉功能。
2、如公開號為cn11586953a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種植入電極及其外周神經(jīng)刺激系統(tǒng)；公開號為cn114302758a的中國專利文獻(xiàn)公開了用于電神經(jīng)刺激的方法和系統(tǒng)。
3、然而，長時間的電刺激常常導(dǎo)致肌肉疲勞和力量輸出的不穩(wěn)定，現(xiàn)有的電刺激系統(tǒng)通常缺乏及時判斷肌肉疲勞狀態(tài)和根據(jù)肌肉狀態(tài)動態(tài)調(diào)整優(yōu)化刺激參數(shù)以適應(yīng)肌肉疲勞和力量衰減的能力，在刺激進(jìn)行運(yùn)動過程中難以做到持續(xù)準(zhǔn)確穩(wěn)定的控制，限制了其在臨床應(yīng)用和日常使用上的有效性和適應(yīng)性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，通過預(yù)測和補(bǔ)償長時間刺激過程中可能發(fā)生的肌肉疲勞和力量衰減，從而保證肌肉穩(wěn)定力量持續(xù)輸出，提高神經(jīng)電刺激在運(yùn)動控制和康復(fù)治療等方面的安全性、準(zhǔn)確性和可靠性。
2、一種基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，在刺激神經(jīng)時采集肌電信號并預(yù)測肌肉疲勞狀態(tài)，及時預(yù)警和調(diào)整刺激保證肌肉力量穩(wěn)定，包括：
3、刺激輸出模塊，用于根據(jù)刺激參數(shù)刺激目標(biāo)神經(jīng)激活目標(biāo)肌肉；
4、采集分析模塊，用于同步采集目標(biāo)肌肉的肌電信號，進(jìn)行預(yù)處理并提取肌電信號特征；
5、疲勞預(yù)測模塊，將過去與當(dāng)前時刻的肌電信號特征和刺
6、補(bǔ)償控制模塊，將肌肉疲勞狀態(tài)輸入到力量模型中，利用模型預(yù)測控制算法計算最優(yōu)刺激參數(shù)，將神經(jīng)刺激參數(shù)調(diào)整為最優(yōu)刺激參數(shù)，從而補(bǔ)償肌肉疲勞導(dǎo)致的力量下降，使刺激過程中肌肉力量保持穩(wěn)定；
7、用戶交互模塊，用于實時進(jìn)行刺激控制與設(shè)定，并顯示刺激效果和肌肉疲勞狀態(tài)。
8、優(yōu)選地，目標(biāo)神經(jīng)為與運(yùn)動相關(guān)的外周神經(jīng)。
9、可選地，目標(biāo)肌肉的肌電信號為表面肌電信號或肌內(nèi)肌電信號。
10、采集分析模塊中，進(jìn)行預(yù)處理并提取肌電信號特征，具體為：
11、對肌電信號進(jìn)行去除基線漂移、去除偽跡、濾波、整流和信號歸一化預(yù)處理，預(yù)處理后提取肌電信號的時域特征與頻域特征。
12、疲勞預(yù)測模塊中，所述的疲勞預(yù)測模型使用多變量時間序列模型，將過去和當(dāng)前的肌電信號特征和刺激參數(shù)作為輸入，利用時序依賴關(guān)系預(yù)測輸出未來的肌電信號特征。
13、進(jìn)一步地，采用在線學(xué)習(xí)方法，持續(xù)更新和優(yōu)化疲勞預(yù)測模型，在每個時間步，新的肌電信號特征輸入到疲勞預(yù)測模型中，疲勞預(yù)測模型根據(jù)最新的真實值與預(yù)測值之間的誤差，迭代優(yōu)化模型。
14、疲勞預(yù)測模塊中，肌肉疲勞回歸模型通過學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)中肌電信號特征與已標(biāo)定疲勞狀態(tài)之間的關(guān)系，建立起肌電信號特征與疲勞狀態(tài)之間的映射；經(jīng)過訓(xùn)練后，當(dāng)新的肌電信號特征輸入時，肌肉疲勞回歸模型根據(jù)信號特征給出肌肉的疲勞狀態(tài)。
15、補(bǔ)償控制模塊中，所述的力量模型包含肌肉力量輸出與電刺激參數(shù)、肌肉疲勞狀態(tài)之間的關(guān)系，通過電刺激參數(shù)和肌肉疲勞狀態(tài)輸入得到的肌肉力量輸出。
16、進(jìn)一步地，建立力量模型后，模型預(yù)測控制算法定義優(yōu)化目標(biāo)為最小化肌肉輸出力量與目標(biāo)力量的誤差，根據(jù)肌肉疲勞狀態(tài)和刺激參數(shù)，預(yù)測未來的肌肉力量變化；在每個控制周期根據(jù)目標(biāo)力量與實際力量之間的誤差，在約束條件下優(yōu)化電刺激參數(shù)并調(diào)整電刺激輸出使肌肉輸出力量接近目標(biāo)力量；并通過在一個控制周期結(jié)束后重新計算優(yōu)化問題，滾動更新肌肉力量預(yù)測和刺激參數(shù)調(diào)整以適應(yīng)不同肌肉疲勞狀態(tài)引起的肌肉力量下降，保證肌肉力量輸出的穩(wěn)定性和精確性。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
18、1、本專利技術(shù)能夠在刺激過程中同時采集并分析肌電信號，實時監(jiān)測肌肉的疲勞狀態(tài)并預(yù)測未來時刻肌肉的疲勞狀態(tài)，可以對肌肉疲勞進(jìn)行及時預(yù)警，避免肌肉損傷和力量輸出偏差較大，保證電刺激和運(yùn)動控制的安全性。
19、2、與傳統(tǒng)方法相比，本專利技術(shù)不僅解決了無法及時發(fā)現(xiàn)電刺激過程中肌肉疲勞狀態(tài)的問題，還能根據(jù)實時反饋的電生理信號，及時根據(jù)肌肉疲勞狀態(tài)調(diào)整刺激輸出補(bǔ)償肌肉疲勞引起的力量衰減，從而實現(xiàn)符合目標(biāo)的穩(wěn)定肌肉力量輸出，保證電刺激運(yùn)動控制的準(zhǔn)確性和可靠性。
20、3、本專利技術(shù)的肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償機(jī)制可以根據(jù)不同肌肉疲勞狀態(tài)動態(tài)調(diào)整刺激參數(shù)，刺激過程中不斷優(yōu)化更新預(yù)測和控制算法，大大提高了神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性，在運(yùn)動控制和康復(fù)過程中能夠為用戶提供更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定、更安全的電刺激效果。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，在刺激神經(jīng)時采集肌電信號并預(yù)測肌肉疲勞狀態(tài)，及時預(yù)警和調(diào)整刺激保證肌肉力量穩(wěn)定，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，目標(biāo)神經(jīng)為與運(yùn)動相關(guān)的外周神經(jīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，目標(biāo)肌肉的肌電信號為表面肌電信號或肌內(nèi)肌電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，采集分析模塊中，進(jìn)行預(yù)處理并提取肌電信號特征，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，疲勞預(yù)測模塊中，所述的疲勞預(yù)測模型使用多變量時間序列模型，將過去和當(dāng)前的肌電信號特征和刺激參數(shù)作為輸入，利用時序依賴關(guān)系預(yù)測輸出未來的肌電信號特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，采用在線學(xué)習(xí)方法，持續(xù)更新和優(yōu)化疲勞預(yù)測模型，在每個時間步，新的肌電信號特征輸入到疲勞預(yù)測模型中，疲勞預(yù)
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，疲勞預(yù)測模塊中，肌肉疲勞回歸模型通過學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)中肌電信號特征與已標(biāo)定疲勞狀態(tài)之間的關(guān)系，建立起肌電信號特征與疲勞狀態(tài)之間的映射；經(jīng)過訓(xùn)練后，當(dāng)新的肌電信號特征輸入時，肌肉疲勞回歸模型根據(jù)信號特征給出肌肉的疲勞狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，補(bǔ)償控制模塊中，所述的力量模型包含肌肉力量輸出與電刺激參數(shù)、肌肉疲勞狀態(tài)之間的關(guān)系，通過電刺激參數(shù)和肌肉疲勞狀態(tài)輸入得到的肌肉力量輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，補(bǔ)償控制模塊中，?建立力量模型后，模型預(yù)測控制算法定義優(yōu)化目標(biāo)為最小化肌肉輸出力量與目標(biāo)力量的誤差，根據(jù)肌肉疲勞狀態(tài)和刺激參數(shù)，預(yù)測未來的肌肉力量變化；在每個控制周期根據(jù)目標(biāo)力量與實際力量之間的誤差，在約束條件下優(yōu)化電刺激參數(shù)并調(diào)整電刺激輸出使肌肉輸出力量接近目標(biāo)力量；并通過在一個控制周期結(jié)束后重新計算優(yōu)化問題，滾動更新肌肉力量預(yù)測和刺激參數(shù)調(diào)整以適應(yīng)不同肌肉疲勞狀態(tài)引起的肌肉力量下降，保證肌肉力量輸出的穩(wěn)定性和精確性。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，在刺激神經(jīng)時采集肌電信號并預(yù)測肌肉疲勞狀態(tài)，及時預(yù)警和調(diào)整刺激保證肌肉力量穩(wěn)定，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，目標(biāo)神經(jīng)為與運(yùn)動相關(guān)的外周神經(jīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，目標(biāo)肌肉的肌電信號為表面肌電信號或肌內(nèi)肌電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，采集分析模塊中，進(jìn)行預(yù)處理并提取肌電信號特征，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，疲勞預(yù)測模塊中，所述的疲勞預(yù)測模型使用多變量時間序列模型，將過去和當(dāng)前的肌電信號特征和刺激參數(shù)作為輸入，利用時序依賴關(guān)系預(yù)測輸出未來的肌電信號特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于肌肉疲勞預(yù)測和補(bǔ)償?shù)耐庵苌窠?jīng)刺激系統(tǒng)，其特征在于，采用在線學(xué)習(xí)方法，持續(xù)更新和優(yōu)化疲勞預(yù)測模型，在每個時間步，新的肌電信號特征輸入到疲勞預(yù)測模型中，疲勞預(yù)測模型根據(jù)最新的真實值與預(yù)測值之間的誤差，迭代優(yōu)化模型。<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許科帝，陳偉煌，邢嚴(yán)杰，包潔婷，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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