抑制上肢病理性震顫的功能性電刺激系統(tǒng)研究.pdf

1、病理性震顫是一種常見(jiàn)于老年人的疾病，常伴隨于帕金森、腦卒中風(fēng)等疾病發(fā)生，罹患的病人在日常生活中某些部位如上肢、腿部會(huì)出現(xiàn)不由自主地節(jié)律性的抖動(dòng)，給生活帶來(lái)極大的不便和痛苦。常規(guī)的治療手段如手術(shù)和藥物均有費(fèi)用高、副作用大等缺點(diǎn)，故研究一種新型的抑震方式具有很大的實(shí)際意義。本文以功能性電刺激器（FES）抑震為方法，對(duì)抑震系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了FES抑震系統(tǒng)的可行性。
　　首先，分析了抑震系統(tǒng)反饋信號(hào)的要求，提出了一種基于C

2、PG的限頻帶線型擬合算法（BLC-CPG），用于對(duì)肘關(guān)節(jié)角度進(jìn)行分離。BLC-CPG算法具有極小的相位滯后，解決了控制系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)的時(shí)效性需求；同時(shí)分離算法具有擬合精度高、分離后高低頻耦合度低等特點(diǎn)，滿足了抑震系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)精度的要求。通過(guò)與其他分離算法的對(duì)比，驗(yàn)證了BLC-CPG分離算法的優(yōu)越性，并通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)病人信號(hào)的分離，驗(yàn)證了BLC-CPG算法的可行性。
　　設(shè)計(jì)了FES抑震系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。選擇了改進(jìn)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID

3、控制算法作為控制器；設(shè)計(jì)加權(quán)二次型目標(biāo)函數(shù)學(xué)習(xí)規(guī)則對(duì)控制算法進(jìn)行了改進(jìn)，并仿真驗(yàn)證了改進(jìn)學(xué)習(xí)規(guī)則后的作用效果；引入了基于人體免疫系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)器，用以改變系統(tǒng)總輸出增益K，改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。建立OpenSim軟件和Simulink軟件的聯(lián)合仿真平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并將與其他控制算法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)優(yōu)越的控制效果。
　　設(shè)計(jì)了功能性電刺激器。首先對(duì)功能性電刺激器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，確定了設(shè)計(jì)目標(biāo)；然后從

4、硬件的角度設(shè)計(jì)了電刺激的架構(gòu)，包括模擬恒流輸出部分、控制部分和電源部分，對(duì)各部分進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)與驗(yàn)證；從軟件的角度確定了電刺激器的軟件架構(gòu)和流程，設(shè)計(jì)了與上位機(jī)通訊的電刺激指令集。并制作刺激器實(shí)物，實(shí)測(cè)其輸出結(jié)果，驗(yàn)證了功能性電刺激器的性能。
　　最后進(jìn)行FES抑震系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。首先建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，搭建了MYO信號(hào)采集系統(tǒng)，并建立了人體上肢坐標(biāo)系，數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化得到了肘關(guān)節(jié)角度；提出了抑震率和震顫波動(dòng)度兩個(gè)指標(biāo)對(duì)抑震效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；實(shí)驗(yàn)從