CN114470520A - 肌电反馈电刺激控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为解决目前肌电生物反馈治疗仪技术方案中，仅设置一个电极的方案，只能实现肌电采集或电刺激脉冲输出中的一种功能，设置两个相互独立电极的方案，无法直接采集到有电刺激脉冲输出时的肌电信号的技术问题，提供肌电反馈电刺激控制系统及控制方法，控制系统包括电极、电刺激脉冲模块、脉冲取样模块、信号预处理模块、肌电信号采集处理模块和系统控制模块，基于电刺激脉冲采样模块按照预设采样比例采集当前的电刺激信号，然后对设备采集到的信号通过减法运算消除电刺激信号，通过一个电极，可以同时进行电刺激脉冲输出和肌电采集输入，系统设置更加简便。

Description

肌电反馈电刺激控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于肌电反馈控制系统及方法，具体涉及肌电反馈电刺激控制系统及控制方法。

背景技术

正常的人体活动是在人体的中枢神经系统控制下，将神经冲动信号由周围神经系统传输到肢体肌肉，引起肌肉收缩从而完成目标动作的。与此同时，当肌肉收缩时，也会伴随有电信号产生反向传输到人体神经系统。人体的中枢神经系统受到损伤后，如常见的突发性心脑血管疾病，神经系统由于长时间缺血会造成局部功能降低、损伤或消失，从而导致相应的运动功能受损，具体表现为运动能力减弱或完全丧失，如瘫痪等症状。临床医学已经证明，采用肌电生物反馈疗法可以促进运动功能障碍患者的康复。肌电生物反馈疗法是指通过专用仪器设备采集患者患肢肌肉的肌电信号，并由仪器根据该信号给予患者相应的反馈信息，如声音，图像，电流，振动等。

肌电生物反馈治疗仪是一种典型的肌电生物反馈疗法的医疗器械产品(设备)，可采集人体肌电信号并向人体输出电刺激脉冲的医疗器械产品。该类设备当前的技术方案如附图1所示，电极01是与人体接触的部件，用于实现人体与设备的电连接；功能切换模块02接受系统控制模块05的控制，实现设备的肌电采集功能和电刺激输出功能切换；电刺激脉冲模块03接受系统控制模块05的控制，产生特定的脉冲信号；肌电信号采集处理模块04采集肌电信号并发送到系统控制模块05；系统控制模块05按照用户的需求，控制设备工作并进行相应数据处理。当设备需要在肌电采集模式下工作时，系统控制模块05控制功能切换模块02将电极01与肌电信号采集处理模块04连通，同时，断开与电刺激脉冲模块03的电气连接，同理，当设备需要在电刺激脉冲输出模式下工作时，系统控制模块05控制功能切换模块02将电极01与电刺激脉冲模块03连通，同时，断开与肌电信号采集处理模块04的电气连接。因此，现有肌电生物反馈治疗仪的技术方案在任意时刻只能实现肌电采集或电刺激脉冲输出中的一种功能，仅能够通过分时复用的方式实现肌电采集和电刺激脉冲输出的功能。

另外，基于上述无法同时实现两种功能的肌电生物反馈治疗仪技术方案，有一种简单的改进方案，是分别为电刺激脉冲模块03和肌电信号采集处理模块设置一组相互独立的电极，从硬件结构角度，能够实现输出电刺激脉冲的同时采集肌电信号。但是，由于电刺激脉冲本身就是一种电信号，此时，肌电信号采集处理模块04采集到的电信号是电刺激脉冲信号与肌电信号叠加之后的复合信号，同时，由于电刺激信号的强度要远远大于肌电信号本身，因此，该方案也无法直接真正采集到有电刺激脉冲输出时的肌电信号。

发明内容

本发明为解决目前肌电生物反馈治疗仪技术方案中，仅设置一个电极的方案，只能实现肌电采集或电刺激脉冲输出中的一种功能，设置两个相互独立电极的方案，无法直接采集到有电刺激脉冲输出时的肌电信号的技术问题，提供肌电反馈电刺激控制系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种肌电反馈电刺激控制系统，其特殊之处在于，包括电极、电刺激脉冲模块、脉冲取样模块、信号预处理模块、肌电信号采集处理模块和系统控制模块；

所述电极分别与电刺激脉冲模块和信号预处理模块相连，用于与肌肉表面接触采集肌电信号，并接收电刺激脉冲模块输出的电刺激脉冲；

所述信号预处理模块还分别与脉冲取样模块和肌电信号采集处理模块相连，用于接收脉冲取样模块输出的脉冲取样信号，并对脉冲取样信号和由电极接收的复合信号进行预处理，消除复合信号中的电刺激脉冲信号，输出电极采集的肌电信号；所述复合信号包括电刺激脉冲和由电极采集的肌电信号；

所述肌电信号采集处理模块，用于对信号预处理模块输出的肌电信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理；

所述系统控制模块分别与电刺激脉冲模块、脉冲取样模块和肌电信号采集处理模块相连，用于控制电刺激脉冲模块、脉冲取样模块工作，并接收肌电信号采集处理模块输出的肌电信号；

所述脉冲取样模块还与电刺激脉冲模块相连，用于从电刺激脉冲模块中按照预设取样比例进行取样。

进一步地，所述信号预处理模块包括相连的差值运算单元和肌电信号放大单元；

所述差值运算单元与电极相连，用于通过差值运算，从复合信号中减去电刺激脉冲信号，得到纯净的肌电信号；

所述肌电信号放大单元与肌电信号采集处理模块相连，用于对纯净的肌电信号进行放大。

进一步地，所述差值运算单元为最大输入电压大于等于100V且电压精度大于等于1mV的模拟算数运算电路。

进一步地，所述电刺激脉冲模块包括能量提供单元，以及依次相连的波形发生单元、信号放大/隔离单元和脉冲输出单元；

所述能量提供单元与信号放大/隔离单元相连，用于向信号放大/隔离单元提供电能；所述波形发生单元与系统控制模块相连，用于根据系统控制模块发出的指令产生相应的脉冲波形；所述信号放大/隔离单元，用于对波形发生单元产生的脉冲波形进行放大和电气隔离；所述脉冲输出单元与电极相连，用于将信号放大/隔离单元处理后的脉冲波形输出至电极。

进一步地，所述电刺激脉冲模块中还包括反馈单元；所述反馈单元的输入侧与信号放大/隔离单元相连，输出侧与波形发生单元相连。

进一步地，所述系统控制模块包括逻辑控制与数据处理单元，以及分别与逻辑控制与数据处理单元相连的用户操作输入单元、设备输出单元、逻辑控制与数据处理单元、脉冲波形控制接口单元、脉冲取样控制接口单元、肌电数据接口单元和数据存储单元；

所述脉冲波形控制接口单元、脉冲取样控制接口单元和肌电数据接口单元分别与电刺激脉冲模块、脉冲取样模块和肌电信号采集处理模块相连；

所述用户操作输入单元用于接收用户发出的操作指令，经过逻辑控制与数据处理单元处理后，分别经脉冲波形控制接口单元和脉冲取样控制接口单元发送至电刺激脉冲模块和脉冲取样模块；

所述肌电数据接口单元用于将肌电信号采集处理模块发出的肌电信号输送至逻辑控制与数据处理单元，并通过设备输出单元传递至用户；

所述数据存储单元用于与逻辑控制与数据处理单元进行交互，保存逻辑控制与数据处理单元中的信息，并供逻辑控制与数据处理单元读取其存储的信息。

本发明还提供了一种采用上所述肌电反馈电刺激控制系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，脉冲取样模块的取样比例确定

S1.1，在电极不接触皮肤的情况下，通过系统控制模块向电刺激脉冲模块发送指令，使电刺激脉冲模块向电极输出电刺激脉冲；

S1.2，通过系统控制模块设置脉冲取样模块的取样比例，使脉冲取样模块从电刺激脉冲模块中按照取样比例进行取样，得到信号M，并将信号M输出至信号预处理模块；

S1.3，通过信号预处理模块，从电极输出至信号预处理模块的信号N中，消除信号M，得到信号P；

S1.4，判断信号P是否为0，若为0，则将步骤S1.2中设置的取样比例作为预设取样比例，否则，调整取样比例，返回步骤S1.2，直至信号P比为0，将对应取样比例作为预设取样比例；

S2，控制系统进行工作

S2.1，通过系统控制模块按照预设取样比例设置脉冲取样模块的取样比例；

S2.2，通过系统控制模块向电刺激脉冲模块发送指令，使电刺激脉冲模块向电极输出电刺激脉冲，同时，通过电极采集肌电信号；

S2.3，脉冲取样模块按照预设取样比例进行取样后，通过信号预处理模块对电极输出的复合信号，和脉冲取样模块输出的电刺激脉冲信号进行预处理，得到电极采集的肌电信号；

S2.4，通过肌电信号采集处理模块对信号预处理模块输出的肌电信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理后，经系统控制模块处理后输出至用户。

本发明还提供了另一种肌电反馈电刺激控制系统，其特殊之处在于，包括电极、电刺激脉冲模块、脉冲取样模块、信号预处理模块、肌电信号采集处理模块和系统控制模块；

所述电极分别与电刺激脉冲模块和肌电信号采集处理模块相连，用于与肌肉表面接触采集肌电信号，并接收电刺激脉冲模块输出的电刺激脉冲；

所述肌电信号采集处理模块，用于对电极输出的复合信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理；所述复合信号包括电刺激脉冲和由电极采集的肌电信号；

所述系统控制模块分别与电刺激脉冲模块、脉冲取样模块和信号预处理模块相连，用于控制电刺激脉冲模块、脉冲取样模块工作，并接收信号预处理模块输出的肌电信号；

所述信号预处理模块还分别与脉冲取样模块和肌电信号采集处理模块相连，用于接收脉冲取样模块输出的脉冲取样信号，并对脉冲取样信号和由肌电信号采集处理模块处理后的复合信号进行预处理，消除复合信号中的电刺激脉冲信号，输出电极采集的肌电信号；

所述脉冲取样模块还与电刺激脉冲模块相连，用于从电刺激脉冲模块中按照预设取样比例进行取样。

进一步地，所述信号预处理模块包括相连的差值运算单元和肌电信号放大单元；

所述差值运算单元与肌电信号采集处理模块相连，用于通过差值运算，从复合信号中减去电刺激脉冲信号，得到纯净的肌电信号；

所述肌电信号放大单元与系统控制模块相连，用于对纯净的肌电信号进行放大。

进一步地，所述电刺激脉冲模块包括能量提供单元、反馈单元，以及依次相连的波形发生单元、信号放大/隔离单元和脉冲输出单元；

所述能量提供单元与信号放大/隔离单元相连，用于向信号放大/隔离单元提供电能；所述波形发生单元与系统控制模块相连，用于根据系统控制模块发出的指令产生相应的脉冲波形；所述信号放大/隔离单元，用于对波形发生单元产生的脉冲波形进行放大和电气隔离；所述脉冲输出单元与电极相连，用于将信号放大/隔离单元处理后的脉冲波形输出至电极；所述反馈单元的输入侧与信号放大/隔离单元相连，输出侧与波形发生单元相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的肌电反馈电刺激控制系统，基于电刺激脉冲采样模块按照预设采样比例采集当前的电刺激信号，然后对设备采集到的信号通过减法运算消除电刺激信号，通过一个电极，可以同时进行电刺激脉冲输出和肌电采集输入，系统设置更加简便。

2.本发明的肌电反馈电刺激控制系统，可以在使用设备的过程中实时检测用户的肌力情况，包括有电刺激和无电刺激的时候，在实际应用中，可以更好地发现用户的主动发力情况，并指导医务人员进行针对性的治疗方案调整。

3.本发明的肌电反馈电刺激控制系统，可以通过单独输出电刺激脉冲或单独采集肌电信号的方式，达到与常规技术一样的应用效果。

4.本发明的电刺激脉冲模块中设置有反馈单元，能够为电刺激脉冲模块提供反馈信号，以便产生可控的预期脉冲波形。

5.本发明肌电反馈电刺激控制方法中，在上述控制系统正常工作之前，先使电极不接触皮肤，用以确定脉冲取样模块的取样比例，保证了信号预处理模块对复合信号进行处理时，能够完全消除复合信号中的电刺激脉冲，得到纯净的肌电信号，保证的采集的准确性。

附图说明

图1为背景技术现有肌电生物反馈治疗仪的方案示意图；

其中，01-电极、02-功能切换模块、03-电刺激脉冲模块、04-肌电信号采集处理模块、05-系统控制模块；

图2为本发明肌电反馈电刺激控制系统实施例的示意图；

图3为本发明肌电反馈电刺激控制系统实施例中信号预处理模块的预处理原理示意图；

图4为本发明肌电反馈电刺激控制系统实施例中电刺激脉冲模块的示意图；

图5为本发明肌电反馈电刺激控制系统实施例中系统控制模块的示意图；

图6为本发明肌电反馈电刺激控制方法实施例的流程示意图。

其中：1-电极、2-电刺激脉冲模块、21-波形发生单元、22-信号放大/隔离单元、23-反馈单元、24-能量提供单元、25-脉冲输出单元、3-肌电信号采集处理模块、4-脉冲取样模块、5-信号预处理模块、51-差值运算单元、52-肌电信号放大单元、6-系统控制模块、61-用户操作输入单元、62-设备输出单元、63-逻辑控制与数据处理单元、64-脉冲波形控制接口单元、65-脉冲取样控制接口单元、66-肌电数据接口单元、67-数据存储单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提出的一种肌电反馈电刺激控制系统及方法，能够应用于肌电反馈治疗仪设备中，可以同时采集肌电信号、输出电刺激脉冲。

如图2所示，本发明的肌电反馈电刺激控制系统包括电极1、电刺激脉冲模块2、肌电信号处理模块3、脉冲取样模块4、信号预处理模块5和系统控制模块6。总体工作原理为：电极1可附着在人体相应肌肉表面，用以采集肌电信号并输出电刺激脉冲；电刺激脉冲模块2在系统控制模块6的控制下，产生电刺激脉冲并通过电极1输出到人体肌肉组织产生治疗作用；脉冲取样模块4在系统控制模块6的控制下，从电刺激脉冲模块2输出的脉冲中，按照一定的比例取样，并将取样到的电刺激脉冲信号处理后发送给信号预处理模块5；信号预处理模块5对从电极1传来的信号，以及脉冲取样模块4传来的信号进行预处理，用以消除电刺激脉冲干扰，并将处理后的信号发送给肌电信号采集处理模块3；肌电信号采集处理模块3将肌电信号进行采集处理后发送给系统控制模块6；系统控制模块6根据使用者的需求，控制系统各个部件按照预期目的工作，并向使用者输出相应的信息数据。

电极1是设备与人体实现电气连接的部件，其总是成对使用。电极1通过机械力附着在人体相应肌肉表面，与人体接触的面具有导电性，其材料可以是金属或非金属导电材料。一方面，通过电极1可以从人体获取肌电信号并传输到设备进行采集分析，另一方面，还可以向人体的肌肉组织输出电刺激脉冲进行治疗。

信号预处理模块5对从电极1接收到的复合信号(采集的肌电信号和电刺激脉冲)和从脉冲取样模块4发送来的信号进行预处理，即可消除其中的电刺激脉冲信号部分。具体预处理原理如图3所示。信号预处理模块5包括差值运算单元51和肌电信号放大单元52。差值运算单元51通过差值运算，从由电极1处传来的复合信号中减去电刺激脉冲信号部分得到纯净的肌电信号，肌电信号放大单元52将纯净的肌电信号进行放大，并传送给肌电信号采集处理模块3进行进一步处理。其中，差值运算单元51接收电极1处传来的复合信号a，以及脉冲取样模块4传来的脉冲取样信号b，并对这两个信号执行a-b的差值运算。由于信号a是肌电信号叠加了电极1处的电刺激脉冲信号的复合信号，而信号b是幅度与电极1处电刺激脉冲信号幅度相等的脉冲信号，所以a-b之后得到的输出信号就是电极1处采集到的肌电信号部分。在实际应用中，由于电刺激脉冲信号具有较大的幅度(最大可到100mA或100V)，而肌电信号的幅度很小(最大不超过10mV)，因此，该差值运算单元51需要能同时满足最大输入电压不低于100V且电压精度不低于1mV级别，该模块的实现方式可以是但不限于模拟算数运算电路。肌电信号放大单元52是对差值运算单元51输出的纯净肌电信号进行第一次放大。由于纯净肌电信号幅度不超过10mV，不便于直接进行信号处理分析，因此，首先需要对该信号进行放大。放大倍数可以在具体的应用中任意设定，通常只需要保证放大之后的输出信号幅度不超过系统工作电压幅度即可。

电刺激脉冲模块2是在系统控制模块6的控制下产生特定电刺激脉冲的功能模块，该模块产生的电刺激脉冲波形可以是但不限于单向矩形波，双向矩形波，三角波，梯形波和正弦波。脉冲频率为低频，最大频率不高于1KHz。脉冲幅度通常可调，其幅度指标可以是电流或电压，幅度值以电流表示时最大不超过100mA，以电压表示时最大值不会超过100V(在1KΩ负载下)。该模块的具体实现方式如图4所示，波形发生单元21产生特定的波形，信号放大/隔离单元22对波形发生单元21产生的波形进行电压、电流或功率放大以及电气隔离，反馈单元23为电刺激脉冲模块2提供反馈信号以便产生可控的预期脉冲波形，能量提供单元24为信号放大/隔离单元22提供电能，脉冲输出单元25输出电刺激脉冲模块2产生的脉冲信号。

波形发生单元21是电刺激脉冲模块2的必备功能单元，其功能是为设备产生如上文所述的特定的脉冲波形，实现方式可以是数字模拟转换器直接产生电压或电流波形，频率合成器产生波形以及数字信号调制产生波形。根据具体的实现方案，该单元产生的波形的幅度可以是固定的或者是可调的。当该单元产生固定幅度的波形且信号放大/隔离单元22的放大倍数也是固定时，设备只能产生固定幅度的电刺激脉冲信号，当该单元产生幅度可调的波形信号或信号放大/隔离单元22的放大倍数可调时，设备可输出幅度可调的电刺激脉冲信号。)信号放大/隔离单元22对波形发生单元21产生的脉冲进行电压、电流、或功率进行放大以及电气隔离的单元。其信号放大的实现方式包括电压放大、电流放大、功率放大以及多种放大方式的组合；其隔离功能是一种可选的功能单元，当有隔离功能时，脉冲输出单元25可以与前述电路部分实现电气隔离，能更好的保证使用者的安全，当无隔离功能时，前述电路部分产生的脉冲信号直接通过脉冲输出单元25输出至电极1。反馈单元23是为了产生可控的预期脉冲信号波形，通常采用负反馈的方式实现反馈控制功能，该单元是可选功能单元，当无该单元时，该模块亦可采用开环的方式产生脉冲信号。

能量提供单元24为信号放大/隔离单元22提供电能，根据具体的实现方式，可以是恒流源或恒压源，其能量可以是恒定或者可调节。脉冲输出单元25用以输出本模块产生的脉冲。

肌电信号采集处理模块3是对肌电信号进行处理采集的电路模块，其功能主要是对肌电信号进行滤波、放大、模拟数字转换等处理。对于不同的应用，该模块可能采用滤波、放大、模拟数字转换中的一种或几种功能组合。

脉冲取样模块4接受系统控制模块6的控制，按照一定的比例采集电刺激脉冲模块2产生的脉冲信号，并输出给信号预处理模块5。在本发明中，由于电极1需要在输出电刺激脉冲的同时采集肌电信号，因此，电极1上存在的电信号是电刺激脉冲信号和肌电信号叠加后的复合信号，为了准确采集肌电信号，就必须要在肌电信号采集之前消除复合信号中的电刺激脉冲部分。按照本发明的技术原理，从电极1上采集到的电刺激脉冲信号的幅度应该与电刺激脉冲模块2产生的幅度相等，但是，由于在实际应用系统中，信号的传输及采集过程中一定会伴随有一定的损耗衰减，因此，从电极1上采集到的复合信号中电刺激脉冲信号部分的幅度会小于电刺激脉冲模块2产生的幅度，为了确保信号预处理模块5能正确的处理，脉冲取样模块4需要根据实际应用系统中电刺激脉冲在电极1处的损耗比例来采集相应的电刺激脉冲信号，以供信号预处理模块5使用。

系统控制模块6的主要功能是根据用户的需求控制上述各模块的工作状态，包括控制电刺激脉冲模块2输出用户需要的电刺激脉冲信号，控制脉冲取样模块4按照特定比例对电刺激脉冲进行取样，同时，读取肌电信号采集处理模块3处理后的肌电信号，除此之外，系统控制模块6还负责与用户的人机交互功能，包括用户操作输入和设备状态参数输出等功能。典型的系统控制模块6组成如图5所示。

系统控制模块6由用户操作输入单元61、设备输出单元62、逻辑控制与数据处理单元63、脉冲波形控制接口单元64、脉冲取样控制接口单元65、肌电数据接口单元66和数据存储单元67组成。用户操作输入单元61与设备输出单元62共同实现设备与使用者的交互功能，用户通过用户操作输入单元61向设备发出操作指令，以控制设备实现相应功能，具体包括设定电刺激脉冲参数并输出，采集肌电信号并显示结果，以及设备状态及数据管理的相关指令。其实现方式可以是键盘、触摸屏、无线控制终端或其他输入设备。设备输出单元62是输出设备工作状态及相关数据的模块，具体包括输出电刺激脉冲参数、采集到的肌电数据以及设备状态信息。其实现方式可以是显示屏、声音、振动或其他任何可被人感知的物理信号。逻辑控制与数据处理单元63的功能是通过特定的逻辑运算完成系统各种功能的控制，包括接受来自用户操作输入单元61的用户输入，向设备输出单元62发送设备输出信息，向脉冲波形控制接口单元64发送脉冲波形参数及控制命令，向脉冲取样控制接口单元65发出脉冲取样参数，接受来自肌电数据接口单元66的肌电数据，向数据存储单元67存入数据或从中读取数据。其具体实现可以是专用逻辑计算电路、通用集成计算芯片、专用计算机或其他具有计算能力的功能模块。脉冲波形控制接口单元64用以连接电刺激脉冲模块2，逻辑控制与数据处理单元63通过脉冲波形控制接口单元64向电刺激脉冲模块2发送电刺激脉冲参数及指令，脉冲参数包括脉冲波形、幅度、频率、脉冲宽度，指令包括开始、停止。脉冲取样控制接口单元65用以连接脉冲取样模块4，逻辑控制与数据处理单元63通过脉冲取样控制接口单元65向脉冲取样模块4发送取样参数，取样参数是指取样比例。肌电数据接口单元66接收肌电信号处理模块输出的肌电信号并传送给逻辑控制与数据处理单元63。数据存储单元67用于根据用户的操作指令存储或读取相关数据及参数，包括设备状态参数、采集到的肌电数据，电刺激脉冲参数。

本发明的肌电反馈电刺激控制方法在实际应用中的工作流程如图6所示：按照工作流程依次为启动、调整取样比例、正常工作。

启动是指当用户操作设备开始进行肌电反馈训练时，设备准备开始输出电刺激脉冲并采集肌电信号。调整取样比例是本发明控制系统在正式工作之前的一个准备过程，在该过程中，设备首先按照用户设定的电刺激脉冲参数输出脉冲，并按照默认初始取样比例进行电刺激脉冲取样，经过本系统的信号预处理与数据采集之后，检测采集到的信号是否为0，若为0，则表示在当前的取样比例下，电刺激脉冲信号正好可以被完全消除，即可以通过确定取样比例，若不为0，则调整取样比例，直到检测采集到的信号为0。当调整取样比例完成之后，设备即可进入正常工作，按照用户设置的电刺激脉冲参数输出电刺激脉冲，以及采集肌电信号。具体正常工作的过程为：

步骤1，通过系统控制模块6按照预设取样比例设置脉冲取样模块4的取样比例；

步骤2，通过系统控制模块6向电刺激脉冲模块2发送指令，使电刺激脉冲模块2向电极1输出电刺激脉冲，同时，通过电极1采集肌电信号；

步骤3，脉冲取样模块4按照预设取样比例进行取样后，通过信号预处理模块5对电极1输出的复合信号，和脉冲取样模块4输出的电刺激脉冲信号进行预处理，得到电极1采集的肌电信号；

步骤4，通过肌电信号采集处理模块3对信号预处理模块5输出的肌电信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理后，经系统控制模块6输出至用户。

上述各模块的具体工作原理如前述，不在赘述。

如下是采用本发明控制系统的一个实例：

采用一对导电凝胶电极片作为电极1，电刺激脉冲模块2采用数字模拟转换器直接生成矩形波电压信号，频率固定为100Hz，脉冲宽度为300uS，采用功率放大器进行信号放大，然后采用隔离变压器进行电气隔离之后输出电刺激脉冲，功率放大器和隔离变压器共同组成信号隔离/放大单元。脉冲取样模块4采用变压器辅助绕组的形式按照1/100的比例进行取样，然后对取样信号通过可变增益放大器进行放大。由运算放大器组成的减法运算电路和放大倍数为60倍的放大电路组成信号预处理模块5。由工频陷波器、带通滤波器、放大倍数为5倍的放大电路以及模拟数字转换器组成肌电信号处理模块。由嵌入式计算机组成系统控制模块6，其中输入和输出采用触摸屏共同实现，用嵌入式计算机系统内置的ROM作为数据存储。

本发明的核心在于通过一对电极1片可以同时进行电刺激脉冲输出和肌电采集输入功能，具体的核心思路是通过电刺激脉冲采样模块采集当前的电刺激信号，然后对设备采集到的信号通过减法运算消除电刺激信号的处理。为了详细的说明该技术方案的实现过程，本方案也描述并列举了一些肌电反馈电刺激设备其他环节的技术特征，由于实现肌电反馈电刺激功能的技术路线由很多，在本发明中无法一一列举。

本发明还可以不专门设置电刺激脉冲取样模块4，而是通过系统控制模块6所确定的电刺激脉冲参数进行硬件或软件的消除电刺激信号处理。硬件处理包括但不限于减法运算，软件处理包括但不限于对肌电信号处理模块输出的信号进行软件算术运算、滤波、限幅。另外，按照本发明提出的思路，还可以改变技术方案中各个模块的连接顺序。如信号预处理模块5与肌电信号处理模块的连接顺序互换，即先对电极1采集到的信号进行放大、滤波处理，然后再用采集到的电刺激脉冲信号进行电刺激脉冲消除处理，或者其他任何形式的顺序改变。

再者，还可以对局部功能进行改变。由于本发明在描述技术方案时对局部功能模块的实现方式列举不全，或者由于未来技术进步的原因，局部功能模块的实现方式可能存在改变，典型的，电刺激脉冲取样模块4的取样方式改变，包括但不限于变压器取样、光耦取样、直接电阻取样、电流互感器取样。所有这些局部技术细节的改变都应属于本技术方案的范畴内。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：包括电极(1)、电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)、信号预处理模块(5)、肌电信号采集处理模块(3)和系统控制模块(6)；

所述电极(1)分别与电刺激脉冲模块(2)和信号预处理模块(5)相连，用于与肌肉表面接触采集肌电信号，并接收电刺激脉冲模块(2)输出的电刺激脉冲；

所述信号预处理模块(5)还分别与脉冲取样模块(4)和肌电信号采集处理模块(3)相连，用于接收脉冲取样模块(4)输出的脉冲取样信号，并对脉冲取样信号和由电极(1)接收的复合信号进行预处理，消除复合信号中的电刺激脉冲信号，输出电极(1)采集的肌电信号；所述复合信号包括电刺激脉冲和由电极(1)采集的肌电信号；

所述肌电信号采集处理模块(3)，用于对信号预处理模块(5)输出的肌电信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理；

所述系统控制模块(6)分别与电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)和肌电信号采集处理模块(3)相连，用于控制电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)工作，并接收肌电信号采集处理模块(3)输出的肌电信号；

所述脉冲取样模块(4)还与电刺激脉冲模块(2)相连，用于从电刺激脉冲模块(2)中按照预设取样比例进行取样。

2.如权利要求1所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述信号预处理模块(5)包括相连的差值运算单元(51)和肌电信号放大单元(52)；

所述差值运算单元(51)与电极(1)相连，用于通过差值运算，从复合信号中减去电刺激脉冲信号，得到纯净的肌电信号；

所述肌电信号放大单元(52)与肌电信号采集处理模块(3)相连，用于对纯净的肌电信号进行放大。

3.如权利要求2所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述差值运算单元(51)为最大输入电压大于等于100V且电压精度大于等于1mV的模拟算数运算电路。

4.如权利要求1至3任一所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述电刺激脉冲模块(2)包括能量提供单元(24)，以及依次相连的波形发生单元(21)、信号放大/隔离单元(22)和脉冲输出单元(25)；

所述能量提供单元(24)与信号放大/隔离单元(22)相连，用于向信号放大/隔离单元(22)提供电能；所述波形发生单元(21)与系统控制模块(6)相连，用于根据系统控制模块(6)发出的指令产生相应的脉冲波形；所述信号放大/隔离单元(22)，用于对波形发生单元(21)产生的脉冲波形进行放大和电气隔离；所述脉冲输出单元(25)与电极(1)相连，用于将信号放大/隔离单元(22)处理后的脉冲波形输出至电极(1)。

5.如权利要求4所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述电刺激脉冲模块(2)中还包括反馈单元(23)；所述反馈单元(23)的输入侧与信号放大/隔离单元(22)相连，输出侧与波形发生单元(21)相连。

6.如权利要求5所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述系统控制模块(6)包括逻辑控制与数据处理单元(63)，以及分别与逻辑控制与数据处理单元(63)相连的用户操作输入单元(61)、设备输出单元(62)、逻辑控制与数据处理单元(63)、脉冲波形控制接口单元(64)、脉冲取样控制接口单元(65)、肌电数据接口单元(66)和数据存储单元(67)；

所述脉冲波形控制接口单元(64)、脉冲取样控制接口单元(65)和肌电数据接口单元(66)分别与电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)和肌电信号采集处理模块(3)相连；

所述用户操作输入单元(61)用于接收用户发出的操作指令，经过逻辑控制与数据处理单元(63)处理后，分别经脉冲波形控制接口单元(64)和脉冲取样控制接口单元(65)发送至电刺激脉冲模块(2)和脉冲取样模块(4)；

所述肌电数据接口单元(66)用于将肌电信号采集处理模块(3)发出的肌电信号输送至逻辑控制与数据处理单元(63)，并通过设备输出单元(62)传递至用户；

所述数据存储单元(67)用于与逻辑控制与数据处理单元(63)进行交互，保存逻辑控制与数据处理单元(63)中的信息，并供逻辑控制与数据处理单元(63)读取其存储的信息。

7.一种采用权利要求1至6任一所述肌电反馈电刺激控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，脉冲取样模块(4)的取样比例确定

S1.1，在电极(1)不接触皮肤的情况下，通过系统控制模块(6)向电刺激脉冲模块(2)发送指令，使电刺激脉冲模块(2)向电极(1)输出电刺激脉冲；

S1.2，通过系统控制模块(6)设置脉冲取样模块(4)的取样比例，使脉冲取样模块(4)从电刺激脉冲模块(2)中按照取样比例进行取样，得到信号M，并将信号M输出至信号预处理模块(5)；

S1.3，通过信号预处理模块(5)，从电极(1)输出至信号预处理模块(5)的信号N中，消除信号M，得到信号P；

S1.4，判断信号P是否为0，若为0，则将步骤S1.2中设置的取样比例作为预设取样比例，否则，调整取样比例，返回步骤S1.2，直至信号P比为0，将对应取样比例作为预设取样比例；

S2，控制系统进行工作

S2.1，通过系统控制模块(6)按照预设取样比例设置脉冲取样模块(4)的取样比例；

S2.2，通过系统控制模块(6)向电刺激脉冲模块(2)发送指令，使电刺激脉冲模块(2)向电极(1)输出电刺激脉冲，同时，通过电极(1)采集肌电信号；

S2.3，脉冲取样模块(4)按照预设取样比例进行取样后，通过信号预处理模块(5)对电极(1)输出的复合信号，和脉冲取样模块(4)输出的电刺激脉冲信号进行预处理，得到电极(1)采集的肌电信号；

S2.4，通过肌电信号采集处理模块(3)对信号预处理模块(5)输出的肌电信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理后，经系统控制模块(6)处理后输出至用户。

8.一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：包括电极(1)、电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)、信号预处理模块(5)、肌电信号采集处理模块(3)和系统控制模块(6)；

所述电极(1)分别与电刺激脉冲模块(2)和肌电信号采集处理模块(3)相连，用于与肌肉表面接触采集肌电信号，并接收电刺激脉冲模块(2)输出的电刺激脉冲；

所述肌电信号采集处理模块(3)，用于对电极(1)输出的复合信号进行滤波、放大、模数转换中的一种处理或任意种组合处理；所述复合信号包括电刺激脉冲和由电极(1)采集的肌电信号；

所述系统控制模块(6)分别与电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)和信号预处理模块(5)相连，用于控制电刺激脉冲模块(2)、脉冲取样模块(4)工作，并接收信号预处理模块(5)输出的肌电信号；

所述信号预处理模块(5)还分别与脉冲取样模块(4)和肌电信号采集处理模块(3)相连，用于接收脉冲取样模块(4)输出的脉冲取样信号，并对脉冲取样信号和由肌电信号采集处理模块(3)处理后的复合信号进行预处理，消除复合信号中的电刺激脉冲信号，输出电极(1)采集的肌电信号；

所述脉冲取样模块(4)还与电刺激脉冲模块(2)相连，用于从电刺激脉冲模块(2)中按照预设取样比例进行取样。

9.如权利要求8所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述信号预处理模块(5)包括相连的差值运算单元(51)和肌电信号放大单元(52)；

所述差值运算单元(51)与肌电信号采集处理模块(3)相连，用于通过差值运算，从复合信号中减去电刺激脉冲信号，得到纯净的肌电信号；

所述肌电信号放大单元(52)与系统控制模块(6)相连，用于对纯净的肌电信号进行放大。

10.如权利要8或9所述一种肌电反馈电刺激控制系统，其特征在于：所述电刺激脉冲模块(2)包括能量提供单元(24)、反馈单元(23)，以及依次相连的波形发生单元(21)、信号放大/隔离单元(22)和脉冲输出单元(25)；

所述能量提供单元(24)与信号放大/隔离单元(22)相连，用于向信号放大/隔离单元(22)提供电能；所述波形发生单元(21)与系统控制模块(6)相连，用于根据系统控制模块(6)发出的指令产生相应的脉冲波形；所述信号放大/隔离单元(22)，用于对波形发生单元(21)产生的脉冲波形进行放大和电气隔离；

所述脉冲输出单元(25)与电极(1)相连，用于将信号放大/隔离单元(22)处理后的脉冲波形输出至电极(1)；所述反馈单元(23)的输入侧与信号放大/隔离单元(22)相连，输出侧与波形发生单元(21)相连。

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