1.本发明涉及一种电刺激方法及系统，尤其涉及一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激方法及系统。


背景技术：

2.偏瘫是中风后常见的生理现象。如果没有足够的康复训练，中风引起的瘫痪或瘫痪的肌肉会导致肌肉萎缩。由于肌肉萎缩的形态学和组织化学适应，上运动神经元损伤的失神经骨骼肌对快速疲劳的抵抗能力受损。此外，功能性电刺激(fes)在诱发肌肉收缩时迅速引起肌肉疲劳。因此，在这种情况下，要优化刺激策略以最小化肌肉疲劳影响是极其困难的。延缓和减少fes运动中的肌肉疲劳是影响fes临床疗效的一项重要而又具有挑战性的任务。已发表的抗疲劳方法用于优化fes治疗方法，可分为四组：刺激电极的大小和位置，fes参数的调节，运动模式和频率的优化，以及生物反馈控制的刺激，这些方法对疲劳跟踪并不准确，无准备准备检测肌肉是否处于疲劳状态。


技术实现要素：

3.本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激方法及系统。可对肌肉疲劳进行判定；如果判定为肌肉疲劳则停止刺激；如果判定为肌肉不疲劳，根据采集到的肌电信号调控刺激参数则对肌肉进行刺激。
4.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激方法，包括以下步骤：
5.s1：使用自适应离散小波变换对信号去除噪声和刺激伪影，并分离出诱发肌电信号和随机肌电信号；
6.s2：从所述诱发肌电信号和随机肌电信号中提取m波；
7.s3：使用所述随机肌电信号的功率谱计算中位数频率；
8.s4：检测所述m波的峰值到峰值和肌电图的中位数频率斜率是否都过零点，然后通过信号平滑处理、斜率计算和过零点检测确定肌肉的疲劳程度。
9.其中，还包括使用阈值计算准则生成新的系数，使用所述新的系数重建所述诱发肌电信号和随机肌电信号。
10.所述阈值计算准则使用sure、fixthres、heuristic sure、minimax其中一种。
11.相应地，本发明实施例还提供了一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激系统，包括：
12.肌电采集模块：用于采集肌电信号；
13.信号分离模块：使用自适应离散小波变换去除噪声和刺激伪影，并分离出诱发肌电信号和随机肌电信号，使用阈值计算准则生成新的系数，使用所述新的系数重建所述诱发肌电信号和随机肌电信号；
14.疲劳追踪模块：用于从诱发肌电信号和随机肌电信号中提取m波，利用随机肌电信
号的功率谱计算中位数频率，检测所述m波的峰值到峰值，肌电图的中频斜率是否都过零点，然后通过信号平滑、斜率计算和过零点检测来确定肌肉是否处于疲劳状态。
15.实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明在信号分离过程中采用了自适应离散小波变换(dwt)去除噪声和刺激伪影，并分离出诱发肌电信号和随机肌电信号。从诱发肌电信号和随机肌电信号中提取m波。利用随机肌电信号的功率谱计算中位数频率(mdf)，检测m波的峰值到峰值，肌电图的中频斜率是否都过零点，然后通过信号平滑处理、斜率计算和过零点检测来估算肌肉的额疲劳程度。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
17.本实施例的一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激方法通过以下步骤进行实施：获取肌电信号，在信号分离过程中采用了自适应离散小波变换(dwt)去除噪声和刺激伪影，并分离出诱发肌电信号和随机肌电信号，从诱发肌电信号和随机肌电信号中提取m波。利用随机肌电信号的功率谱计算中位数频率(mdf)，检测m波的峰值到峰值，肌电图的中频斜率是否都过零点，然后通过信号平滑处理、斜率计算和过零点检测来估算肌肉的疲劳程度。
18.在上述去噪步骤中，第一步是为被污染的肌电信号选择合适的阈值规则，采用的去噪方法的目的是尽可能地从被污染的肌电信号中提取肌电信号，从而指导阈值规则的选择。阈值计算准则有四种：sure，fixthres，heuristic sure和minimax，按实际情况从中选择一种进行实施。
19.(1)sure阈值计算准则：
20.其中n为信号的采样次数，vth为计算的阈值，该方法可以自适应地应用于dwt分解信号的每一层来得到一个阈值，但是sure计算准则不适应于噪声非常多的信号。
21.(2)fixthres阈值计算准则：
22.如果被分析信号的信噪比较小，可用fixthres阈值计算准则
23.(3)heuristic sure阈值计算准则：该准则为sure阈值计算准则和fixthres阈值计算准则的混合。
24.(4)minimax阈值计算准则：
25.其中，i为dwt分解的电平数，σi为小波系数绝对值除以0.6745的中值。
26.使用硬阈值移除刺激伪影，硬阈值计算公式：其中，xn为小波变化中的第i层系数。
27.在从混合信号中提取肌电图后，使用硬阈值生成一个新的系数数组。这些新系数可以重建刺激和诱发的肌电信号，生成的系数是指离散小波变换的分解层的系数。
28.本实施例还提供了一种由肌肉疲劳状态控制的功能性电刺激系统，包括：肌电采集模块，信号分离模块，疲劳追踪模块，刺激模块。
29.肌电采集模块：肌电信号的振幅范围一般在1～10mv之间。低噪声前置放大器是第一级的常见组件，接着，通常采用50hz/60hz陷波滤波器来抑制环境噪声，50－500hz带通用于去除噪声和平滑肌电信号。最后，通过adc将肌电信号转换为数字信号。
30.信号分离模块：首先选择一个合适的阈值规则，然后计算出合适的硬阈值或软阈值，最后计算出的阈值被用来生成一组新的系数，这些新的系数可以重建刺激肌电信号和诱发肌电信号，因此刺激肌电信号和诱发肌电信号可以在原始信号的基础上最小化，剩下的数据就是想要的肌电信号。
31.在上述中，去噪过程的第一步是为被污染的肌电信号选择合适的阈值规则。本研究中采用的去噪方法的目的是尽可能地从被污染的肌电信号中提取肌电信号，从而指导阈值规则的选择。阈值计算准则有四种：sure，fixthres，heuristic sure和minimax。
32.(5)sure阈值计算准则：
33.其中n为信号的采样次数，vth为计算的阈值，该方法可以自适应地应用于dwt分解信号的每一层来得到一个阈值，但是sure计算准则不适应于噪声非常多的信号。
34.(6)fixthres阈值计算准则：
35.如果被分析信号的信噪比较小，可用fixthres阈值计算准则
36.(7)heuristic sure阈值计算准则：该准则为sure阈值计算准则和fixthres阈值计算准则的混合。
37.(8)minimax阈值计算准则：
38.其中，i为dwt分解的电平数，σi为小波系数绝对值除以0.6745的中值。
39.去噪过程的第二步是选择硬阈值或软阈值，分别为：
40.硬阈值计算公式：
41.软阈值计算公式：
42.为了移除刺激伪影，在计算过程中应用的是硬阈值。
43.去噪过程的最后一步是从混合信号中提取肌电图。计算硬阈值用来生成一个新的系数数组，这些新系数重建刺激和诱发的肌电信号，生成的系数是指离散小波变换的分解层的系数。
44.疲劳追踪模块：从诱发肌电信号和随机肌电信号中提取m波。利用随机肌电信号的功率谱计算中位数频率(mdf)，检测m波的峰值到峰值，肌电图的中频斜率是否都过零点，然后通过信号平滑、斜率计算和过零点检测来估算肌肉的疲劳程度。
45.疲劳程度具体评估情况如下：
46.峰峰值斜率中频斜率疲劳程度刺激强度大于0.5小于－5不疲劳强刺激(2ma刺激电流)大于0.1，小于0.5大于－5，小于－1轻度疲劳弱刺激(1ma刺激电流)小于0.1且过零点大于－1且过零点重度疲劳停止刺激
47.刺激模块：adc将模拟bpsk信号转换为数字bpsk信号，在基于锁相环的bpsk解调器中通过解调数字bpsk信号来恢复时钟和数据，生成波形控制命令后，该命令被发送到当前dac，根据接收到的波形控制命令，电流dac产生刺激。
48.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。