【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电刺激，特别涉及一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法。
技术介绍
1、功能性电刺激(functional electrical stimulation，简称fes)是一种利用微弱电脉冲刺激肌肉或神经，诱发目标肌肉收缩或恢复特定功能的治疗方法和技术。该系统主要用于帮助那些因神经系统疾病或损伤(如中风、脊髓损伤、多发性硬化症、帕金森病等)导致的肌肉无力、运动功能丧失或受损的患者。在fes系统中，电极贴附在患者的皮肤上，放置于目标肌肉附近的神经或肌肉纤维上，然后通过外部设备发送经过精确编程的电刺激信号，以模拟正常的神经冲动，促使肌肉产生收缩动作。
2、闭环的fes系统由于其优越的性能，受到了更广泛的应用。它根据患者残余的自主神经活动，自适应刺激参数及提供实时的刺激电流。显然，在治疗过程中生物电信号的采集和电刺激活动是同时发生的，这就导致了采集到的生物电信号中存在大量的电刺激伪迹。在目前广泛应用的模板减除法中，伪迹模板通常通过对伪影进行平均处理或将其拟合到预设函数类型来形成。每当检测到与模板相似的信号成分时，就将其从原始信号中剔除，从而得到净化后的生物电信号。
3、但是，由于采样不足等问题，模板构建经常面临伪影形态随时间和条件变化较大，以及刺激时间和样本时间错位的问题。获得伪迹模板后，直接采取相减法有可能误减正常肌电信号，尤其是当伪迹形态因个体差异、刺激参数变化或设备状态等因素发生改变时，固定的模板可能无法精确匹配所有情况下的伪迹，导致真实肌电信号损失。依据获取的伪迹模板，独立成分分析
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，在电刺激过程中，同步采集表面肌电或脑电等生物电信号以及硬件模拟的伪迹波形，利用采集到的伪迹波形结合改进的rls(recursive least squares)自适应滤波算法，实时剔除生物电电信号中的刺激伪迹。
2、为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，包括以下步骤：首先，根据人体皮肤阻抗模型，利用电阻、电容器件构建皮肤阻抗模拟电路；然后，确定刺激位点并在刺激位点处粘贴若干个电极，并将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至若干个电极；接下来，将相同的电刺激输出作为人体皮肤阻抗模拟电路的输入，开始进行电刺激；基于同一采样率同步采集生物电信号以及人体皮肤阻抗模拟电路的输出信号，得到模拟电刺激伪迹波形；然后，对生物电信号进行预处理；其中，生物电信号包括肌电信号和脑电信号；最后，基于模拟电刺激伪迹波形以及rls自适应滤波算法，实时剔除预处理后的生物电信号中的刺激伪迹。
3、在一些示例性实施例中，构建皮肤阻抗模拟电路，包括：依次进行模型构建、模型调整、模型仿真，得到皮肤阻抗模拟电路；其中，模型构建，包括：采用电阻和电容器件构成的串并联电路；模型调整，包括：根据刺激电流的幅值，对电容值和电阻值进行调整，使得模拟伪迹的幅值与生物电信号的幅值相同；模型仿真，包括：设置电刺激频率范围，并对电路进行仿真，获取电路对于某确定刺激波形的瞬态响应，确保模拟电刺激伪迹波形与生物电信号中的实际伪迹波形相似。
4、在一些示例性实施例中，确定刺激位点并在刺激位点处粘贴若干个电极，并将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至若干个电极，包括：根据需求确定刺激位点，并在刺激位点处粘贴两个电极；将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至两个电极。
5、在一些示例性实施例中，选取小臂内侧屈肌为刺激位点，小臂内侧屈肌对应的肌肉刺激区域为上臂内侧外周神经束富集区。
6、在一些示例性实施例中，在进行电刺激时，将相同的电刺激器输出连接至人体皮肤阻抗模拟电路的输入端；并将人体皮肤阻抗模型的输出端连接至采集设备的某一通道，同时，在生物电信号采集区域贴上若干个电极片并连接至采集设备，以进行生物电信号采集。
7、在一些示例性实施例中，对生物电信号进行预处理，包括：将采集的生物电信号和模拟电刺激伪迹分别保存于两个不同的数据单元中，将采集到的电刺激伪迹与生物电信号分离，并对生物电信号进行初始滤波处理；根据生物电信号频谱特点，对采集的生物电信号施加带通滤波，从而对生物电信号进行陷波处理。
8、在一些示例性实施例中，rls自适应滤波算法为改进的rls自适应滤波算法。
9、在一些示例性实施例中，基于电刺激伪迹波形以及rls自适应滤波算法，实时剔除预处理后的生物电信号中的刺激伪迹，包括：使用长度为500ms的移动时间窗，截取当前时刻最新的处理后的生物电信号数据；基于电刺激伪迹波形以及改进的rls自适应滤波算法，滤除时间窗内生物电信号中的残余刺激伪迹；并返回长度为500ms的处理后生物电信号及最后一个数据点的rls自适应滤波器映射因子；对时间窗内当前时刻最新的200ms数据进行更新，并实时显示数据；保留rls自适应滤波器映射因子，作为下一个时间段数据滤波时映射因子的初始值；判断是否有新数据量输入；若是，则等待新数据量达到200ms或设备停止采集时，返回对生物电信号进行预处理的步骤进行新一轮处理；若否，则结束rls自适应滤波，返回去除刺激伪迹后的生物电信号。
10、在一些示例性实施例中，基于电刺激伪迹波形以及改进的rls自适应滤波算法，滤除时间窗内生物电信号中的残余刺激伪迹，包括：根据输入信号，建立损失函数；按顺序计算当前输出误差，递推更新增益矩阵，更新权重向量及协方差矩阵。
11、在一些示例性实施例中，损失函数如下所示：
12、
13、其中，其中，n为输入的数据总长度；n为第n次迭代；i为第i点数据；xi为第i点对应模拟刺激伪迹段，xi包括当前及前l-1个点的模拟刺激伪迹，不足则以0补全，其中，l为滤波器阶数；d(i)为第i个数据点生物电信号；ωn为第n次迭代时的映射参数；t表示转置；λ为遗忘因子，λ接近或等于1，用于控制过去观测值对当前估计的影响程度；δ为正则化系数。
14、本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
15、本申请实施例提供一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，包括以下步骤：首先，根据人体皮肤阻抗模型，利用电阻、电容器件构建皮肤阻抗模拟电路；然后，确定刺激位点并在刺激位点处粘贴若干个电极，并将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至若干个电极；接下来，将相同的电刺激输出作为人体皮肤阻抗模拟电路的输入，开始进行电刺激；基于同一采样率同步采集生物电信号以及人体皮肤阻抗模拟电路的输出信号，得到模拟电刺激伪迹波形；然后，对生物电信号进行预处理；其中，生物电信号包括肌电信号和脑电信号；最后，基于模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述构建皮肤阻抗模拟电路，包括：
3.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述确定刺激位点并在所述刺激位点处粘贴若干个电极，并将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至若干个电极，包括：
4.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，选取小臂内侧屈肌为刺激位点，小臂内侧屈肌对应的肌肉刺激区域为上臂内侧外周神经束富集区。
5.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，在进行电刺激时，将相同的电刺激器输出连接至人体皮肤阻抗模拟电路的输入端；并将人体皮肤阻抗模型的输出端连接至采集设备的某一通道，同时，在生物电信号采集区域贴上若干个电极片并连接至采集设备，以进行生物电信号采集。
6.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤
7.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述RLS自适应滤波算法为改进的RLS自适应滤波算法。
8.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，基于所述电刺激伪迹波形以及RLS自适应滤波算法，实时剔除预处理后的生物电信号中的刺激伪迹，包括：
9.根据权利要求8所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，基于电刺激伪迹波形以及改进的RLS自适应滤波算法，滤除时间窗内生物电信号中的残余刺激伪迹，包括：
10.根据权利要求9所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述损失函数如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述构建皮肤阻抗模拟电路，包括：
3.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，所述确定刺激位点并在所述刺激位点处粘贴若干个电极，并将电刺激器输出的阴极和阳极分别连接至若干个电极，包括：
4.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，选取小臂内侧屈肌为刺激位点，小臂内侧屈肌对应的肌肉刺激区域为上臂内侧外周神经束富集区。
5.根据权利要求1所述的基于同步生成伪迹波形的自适应滤波电刺激伪迹去除方法，其特征在于，在进行电刺激时，将相同的电刺激器输出连接至人体皮肤阻抗模拟电路的输入端；并将人体皮肤阻抗模型的输出端连接至采集设备的某一通道，同时，在生物电信号采集区域...
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