集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统的制作方法

本发明属于功能性电刺激，具体地说是集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统。

背景技术：

1、单通道电刺激需要对肌肉进行较高频率的刺激以产生强直收缩，这导致肌肉快速疲劳。长期或重复的高频刺激会降低治疗效果，限制了刺激的可持续性和患者的舒适度。同时，使用一组电极进行刺激通常只能诱导肌肉产生单一收缩模式，缺乏对肌肉进行精细控制的能力，这在需要复杂或精确运动控制的应用中成为一个重要限制(相关专利：cn113058157b-多信号融合的反馈式功能性电刺激系统，cn113181550a-一种调控关节力矩和刚度的功能性电刺激系统和方法，cn105457164b-一种肌肉协同模式下的多通道功能性电刺激方法与系统，cn115702979a-一种自调整的功能性电刺激系统及其控制方法)。

2、神经束刺激作为一种替代方法，通过刺激神经束间接激活肌肉，可激活传统方法难以触及的深层肌肉。这种方法能显著降低肌肉疲劳，增加刺激治疗的持续时间。然而，神经束刺激在精确控制特定肌肉群方面存在局限。

3、异步肌肉刺激提供了对特定肌肉群的精确控制，但同样无法有效激活深层肌肉，并且相比于传统方法，虽然在某种程度上减少了肌肉疲劳，但在长期应用中仍可能导致疲劳问题。

4、现有技术中的肌肉刺激系统通常无法有效整合神经束刺激和异步刺激的优势，这限制了肌肉激活效果的最大化和精确性。

5、因此，存在一个迫切的需求，即开发一种能够有效整合神经束刺激和异步肌肉刺激的技术，同时提高肌肉激活的效率和精确度，特别是在需要同时实现广泛激活和精确控制的应用中。

技术实现思路

1、本发明提供集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，用以解决现有技术中的缺陷。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：

3、集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，包括姿态分析模块、高密度肌电采集模块、肌电分析模块、神经束刺激模块、异步肌肉刺激模块、安全监控模块。

4、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的姿态分析模块接受外界输入的动作姿态，并将其转化为能够处理的肌肉激活位置和激活图。

5、所述的高密度肌电采集模块用于实时采集高密度肌电信号。

6、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的肌电分析模块用于接收肌电信号，并对其进行分析处理。

7、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的神经束刺激模块：提供广泛的肌肉群基础激活，减少肌肉疲劳，通过全面激活多个肌肉群，为后续的异步刺激建立基线，激活深层肌肉群。

8、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激模块用于接收全局激活分布数据，对特定肌肉群进行精确调节和激活，实现精确的激活强度比例分布，以实现更细致的控制。

9、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的安全监控模块监控整个系统的刺激参数，确保安全性。

10、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的姿态分析模块通过深度学习算法或仿真模型进行训练获得。

11、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的高密度肌电采集模块将高密度肌电电极与异步刺激电极结合，通过电极复用技术或电极交叉分布，以保证采集和刺激的同步性。

12、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的肌电分析模块的计算公式如下所示：

13、eanalysis(hemg)→(s,d)

14、其中，hemg为高密度肌电信号，s为全局激活强度，d为全局激活分布；

15、所述的全局激活强度通过将所有通道的肌电数据整合，以形成整体的肌肉激活图，获取全局激活强度，调整异步刺激参数。

16、所述的全局激活分布通过将所有通道的肌电数据整合，形成整体的肌肉激活图，以获取全局激活范围和强度比例，调整异步刺激范围和参数。

17、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的神经束刺激模块包括神经束刺激前馈控制模块和神经束刺激反馈控制模块。

18、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的神经束刺激前馈控制模块根据理想的全局激活强度设置初始神经束刺激参数。

19、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的神经束刺激反馈控制模块结合理想的全局激活强度和实时全局激活强度，对参数进行反馈调整。

20、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的神经束刺激模块的控制公式如下所示：

21、pnerve(sideal,sreal-time(t))＝ppre_nerve(sideal)+pfb_nerve(serr(t))

22、其中sideal为理想全局激活强度，sreal-time(t)为t时刻的实时激活强度。serr(t)为t时刻理想激活强度与实时激活强度之间的差异，计算公式为：

23、serr(t)＝sideal-sreal-time(t)

24、ppre_nerve(sideal)为前馈控制算法：

25、

26、pfb_nerve(serr(t))为反馈控制算法：

27、

28、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激模块包括异步肌肉刺激前馈控制模块和异步肌肉刺激反馈控制模块。

29、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激前馈控制模块根据理想全局激活分布生成初始刺激范围，次序和参数。

30、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激反馈控制模块结合理想全局激活分布和实时，使用独立的电极进行局部肌肉群的精确刺激。实时调整刺激强度，以匹配目标肌肉强度比例分布。

31、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激模块根据全局激活分布数据，使用高密度电极阵列，采用先进的算法，如机器学习或模式识别，以优化电极的刺激范围、参数和时序。

32、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的异步肌肉刺激模块的控制公式：

33、ppre_async(dideal,dreal-time(t))＝ppre_async(dideal)+pfb_async(derr(t))

34、其中dideal为理想全局激活强度，dreal-time(t)为t时刻的实时激活强度，derr(t)为t时刻理想激活强度与实时激活强度之间的差异，计算公式为：

35、derr(t)＝dideal-dreal-time(t)

36、ppre_async(dideal)为前馈控制算法：

37、

38、pfb_async(dideal-dreal-time(t))为pid反馈控制算法：

39、

40、对于每个异步刺激点位，反馈控制公式为：

41、

42、其中，rp,n，rp,n，rp,n为第n个刺激电极下的pid权重，derr,n(t)为第n个刺激点位在t时刻理想激活分布与实时激活分布之间的差异。

43、如上所述的集成神经束刺激与异步刺激的电刺激控制系统，所述的安全监控模块实时监测电流、电压等关键参数，并设定安全阈值和紧急响应机制。

44、本发明的优点是：

45、1、减少肌肉疲劳：通过优化的神经束刺激策略，本发明能够在较低的频率下激活更广泛的肌肉群，显著减少由于长时间或高频刺激导致的肌肉疲劳，从而提高治疗的持续时间和效果。

46、2、精确的肌肉控制：结合神经束刺激技术和异步刺激技术，本发明能够在避免肌肉疲劳的基础上实现对特定肌肉群的精确激活，特别是在需要精细运动控制的应用中，如精细手工作业或特定运动训练。

47、3、深层肌肉激活：本发明通过神经束刺激有效地激活深层肌肉，这是传统肌肉刺激技术难以实现的。这种深层肌肉的激活对于全面的康复治疗和运动训练至关重要。

48、4、整合刺激方法的优势：本发明成功整合了神经束刺激和异步肌肉刺激的优点，提供了一个全面的肌肉激活解决方案。这种整合不仅提高了刺激的效率，而且通过协调不同类型的刺激，优化了整体肌肉激活模式。

49、5、安全性提高：本发明的安全监控系统能够实时监控电刺激参数，确保治疗过程中的安全性。这对于患者来说至关重要，尤其是在高频率或强度较大的刺激应用中。

50、6、用户友好性：通过前馈和反馈控制系统，本发明能够根据预设的姿态或动作快速设定初始参数，并根据实时反馈进行调整，这使得操作过程更加直观和简便。