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神经肌肉功能电刺激方法及便携式系统

作　者: 李睿
导　师: 曹力
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 飞行员职业病功能性电刺激神经肌肉刺激肌肉模型神经网络反馈控制单片机
分类号: R454
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 136次
引　用: 1次
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内容摘要

针对飞行员职业病特点,研究利用功能电刺激(Functional Electrical Stimulation, FES)方法预防和治疗因肌肉萎缩、脊椎损伤等引起的功能丧失,协助恢复其生理功能,对于延长飞行寿命,加速患者康复进程,同时也为普通患者提供简便的治疗康复手段,减少家庭及社会负担具有重要意义。现在研究表明,精确控制肢体运动可以显著改善肌肉恢复效果,同时有助于患者神经系统的恢复。结合FES的工作机理,采用神经网络控制技术,实现高精度的FES运动控制。考虑到肌肉刺激非线性和时变性的特点,利用神经网络辨识被刺激肌肉的模型;并实现肌肉运动的反馈控制。在上述研究成果的基础上,研制开发了多通道FES便携式系统。系统采用微处理器为核心的控制单元,实现每个通道刺激参数的独立调节,改进了现有系统工作及控制模式;刺激能量改变可以通过调节输出脉冲占空比实现;采用角度传感器检测运动关节的运动情况,实现闭环控制,提高了系统控制的精度。系统针对不同阶段患者的特点,提供四种工作模式,为专业指导和非专业指导下的运动功能恢复提供方便的训练功能。FES实验及系统的测试结果表明:本系统能够稳定独立工作,系统自适应控制精度较高,平均控制误差小于6.5%,控制过程中误差和响应延迟逐渐减小,并且系统具有一定的自适应能力,能够随个人特征或外部环境变化而改变。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 FES 发展现状  11-13
  1.3 课题工作  13-14
第二章 FES 基本原理  14-22
  2.1 神经肌肉系统简介  15
  2.2 FES 原理简介  15-22
    2.2.1 神经系统电刺激特性  15-16
    2.2.2 肌肉系统电刺激特性  16-17
    2.2.3 FES 工作组成  17-18
    2.2.4 FES 实现方法  18-19
    2.2.5 现有FES 控制方法  19-22
第三章 PID 控制和神经网络技术  22-26
  3.1 PID 控制  22
  3.2 神经网络技术  22-26
第四章 FES 控制技术  26-37
  4.1 控制方案总述  26-31
    4.1.1 系统描述  26
    4.1.2 系统控制方案  26-31
  4.2 FES 系统的控制  31-32
    4.2.1 控制变量的选取  31
    4.2.2 系统控制过程  31-32
  4.3 系统仿真  32-37
第五章多通道便携式FES 系统开发  37-54
  5.1 主要芯片功能简介  37-39
    5.1.1 C8051F005  37
    5.1.2 系统中所涉及F005 资源  37-39
  5.2 系统实现  39-44
    5.2.1 系统功能分析  39-41
    5.2.2 系统硬件实现  41-44
  5.3 系统实现流程  44-54
    5.3.1 模式一、二实现流程  46-47
    5.3.2 模式三、四实现流程  47-54
第六章 FES 实验及系统性能分析  54-59
  6.1 模式一、二FES 实验  55-56
    6.1.1 输出测试  55
    6.1.2 训练测试  55-56
  6.2 模式三、四FES 实验  56-59
    6.2.1 FES 模型辨识  56-57
    6.2.2 FES 控制  57-59
第七章总结  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间成果  64

神经肌肉功能电刺激方法及便携式系统

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