肌电调制结合迭代学习控制的足下垂FES系统

作     者：王兆轩 李玉榕 陈楷 Wang Zhaoxuan;Li Yurong;Chen Kai

作者机构：福州大学电气工程与自动化学院福州350108 福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350108 

出 版 物：《仪器仪表学报》 (Chinese Journal of Scientific Instrument)

年 卷 期：2023年第44卷第4期

页      面：112-120页

核心收录：

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 13[艺术学] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金(61773124)项目资助 

主　　题：功能性电刺激 足下垂 迭代学习控制 肌电信号 

摘      要：足下垂是指由于神经控制功能障碍导致踝关节无法产生背屈以致足尖上抬不完全或不能的现象。功能性电刺激(FES)作为纠正足下垂步态的治疗方法,通过低频脉冲刺激胫骨前肌引起肌肉收缩,使踝关节产生背屈动作,达到矫正足下垂的目的。本文提出了基于肌电(EMG)调制和迭代学习控制(ILC)的FES输出强度调制方法,利用小腿角速度信号通过动态BP神经网络预测健康步态胫骨前肌肌电信号,以脚尖俯仰角作为反馈信号通过ILC输出参考肌电信号,与神经网络预测的肌电信号加权平均得到修正后的肌电信号,最后利用肌肉激活特性调制FES输出。实验表明开环肌电调制模式下的脚尖俯仰角仅有17°左右,而在闭环调制模式下,脚尖俯仰角最大角度达到了21°左右。本文设计的FES控制系统可以帮助足下垂患者进行康复训练。