專利名稱：肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種康復(fù)醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種肌電(EMG)信號(hào)控制 的主從式無(wú)線功能性電剌激(FES)康復(fù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，目前全球約有2500-3000萬(wàn)腦卒中(中風(fēng))患者，我國(guó)至少 有600萬(wàn)人，這個(gè)數(shù)字還有日趨上升的趨勢(shì)。如果加上其它原因造成的癱瘓病人，數(shù)目將會(huì) 更為驚人。針對(duì)癱瘓病人的早期康復(fù)，運(yùn)動(dòng)療法是個(gè)非常重要并且有效的手段。當(dāng)前腦卒 中患者的運(yùn)動(dòng)康復(fù)普遍是在理療師的協(xié)助下進(jìn)行，有時(shí)依靠一些簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)器械。這種方 式下，病人的運(yùn)動(dòng)是被動(dòng)進(jìn)行的，這需要理療師付出非常繁重的體力勞動(dòng)。功能性電剌激是 康復(fù)領(lǐng)域常見(jiàn)的一種技術(shù)，它利用人工弱電流脈沖信號(hào)剌激癱瘓病人的骨骼肌，病人的肌 肉被剌激后收縮，帶動(dòng)肢體產(chǎn)生期望的運(yùn)動(dòng)。目前，功能性電剌激可實(shí)現(xiàn)癱瘓病人的上肢的 屈伸、抓握；下肢的站立、行走、蹬自行車，矯正足下垂等。 隨著電子科技的日益發(fā)展，功能性電剌激技術(shù)日趨成熟，一些商業(yè)化的產(chǎn)品已經(jīng)
問(wèn)世，比如美國(guó)的Parast印、Freehand，英國(guó)的Finetech，力口拿大的Bionic Glove，荷蘭的
Handmaster等等。近幾年，新的控制技術(shù)以及生物傳感器技術(shù)賦予了功能性電剌激系統(tǒng)更
全面的功能，比如腦電信號(hào)和肌電信號(hào)已經(jīng)成為了功能性電剌激重要的控制源。 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的功能性電剌激在康復(fù)工程上的應(yīng)用基本都是針
對(duì)獨(dú)立的患者個(gè)體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，使患者能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定的運(yùn)動(dòng)功能，因此沒(méi)有主從式的
電剌激康復(fù)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種肌電信號(hào)控制的主從 式無(wú)線功能性電剌激康復(fù)系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)無(wú)線式功能性電剌激，實(shí)現(xiàn)理療師對(duì)癱瘓病人 進(jìn)行主從式的康復(fù)訓(xùn)練，具有減輕理療師體力負(fù)荷、實(shí)現(xiàn)一對(duì)多康復(fù)訓(xùn)練的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明包括主動(dòng)單元和若干從動(dòng)單元，其中主動(dòng)單元與主動(dòng)方(理療師)相連 傳輸肌電信息，主動(dòng)單元和從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息，從動(dòng)單元與從動(dòng)方(癱 瘓病患)相連傳輸電脈沖信息。 所述的主動(dòng)單元包括若干EMG電極片、放大器、濾波器、編碼器和無(wú)線發(fā)送器，其 中EMG電極片與主動(dòng)方的肌肉相連傳輸原始表面肌電信息，EMG電極片與放大器相連傳輸 原始肌電信息，放大器與濾波器相連傳輸放大了的肌電信號(hào)，濾波器與編碼器相連傳輸消 噪的肌電信號(hào)，編碼器與無(wú)線發(fā)送器相連傳輸編碼的肌電信號(hào)，無(wú)線發(fā)送器與從動(dòng)單元無(wú) 線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息。 所述的主動(dòng)單元還包括特征提取單元和分類器，其中特征提取單元的輸入端 與濾波器相連傳輸消噪的肌電信息，分類器的輸入端與特征提取單元的輸出端相連傳輸肌電信號(hào)的特征信息，分類器的輸出端與編碼器相連傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息。 所述的從動(dòng)單元包括無(wú)線接收器、解碼器、控制器、電剌激器和若干FES電極片， 其中無(wú)線接收器與主動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息，無(wú)線接收器與解碼器相連傳輸 運(yùn)動(dòng)代碼信息，解碼器與控制器相連傳輸運(yùn)動(dòng)解碼信息，控制器與電剌激器相連傳輸剌激 模式信息，電剌激器與FES電極片相連傳輸電脈沖信息，F(xiàn)ES電極片與從動(dòng)方的肌肉相連傳 輸電脈沖信息。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是改變了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方式，理療師無(wú)需 通過(guò)肢體接觸來(lái)親自輔助癱瘓病人做訓(xùn)練，而且此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)患者同時(shí)跟隨一個(gè)理療 師做康復(fù)訓(xùn)練，大大減輕了理療師的工作負(fù)荷；同時(shí)能夠保持病人肌肉活力，防止肌肉萎 縮，減少痙攣，使病人的康復(fù)效果更為理想。


圖1是實(shí)施例1的構(gòu)成示意框圖；
圖2是實(shí)施例2的構(gòu)成示意框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一步描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提
下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述
的實(shí)施例。
實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)施例考慮了主動(dòng)方做指定動(dòng)作時(shí)用到的全部肌肉，在主動(dòng)方運(yùn) 動(dòng)過(guò)程中用到的每塊肌肉上都貼上了 EMG電極片，本實(shí)施例具體包括主動(dòng)單元和若干從 動(dòng)單元，其中主動(dòng)單元與主動(dòng)方所有參與指定運(yùn)動(dòng)的肌肉相連傳輸肌電信息，主動(dòng)單元和 從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸肌電代碼信息，從動(dòng)單元與從動(dòng)方所有參與指定運(yùn)動(dòng)的肌肉相連傳 輸電脈沖信息。 所述的主動(dòng)單元包括若干EMG電極片、放大器、濾波器、編碼器和無(wú)線發(fā)送器，其 中EMG電極片與主動(dòng)方所有參與指定運(yùn)動(dòng)的肌肉相連傳輸原始表面肌電信息，EMG電極片 與放大器相連傳輸原始肌電信息，放大器與濾波器相連傳輸放大了的肌電信息，濾波器與 編碼器相連傳輸消噪的肌電信息，編碼器與無(wú)線發(fā)送器相連傳輸編碼的肌電信息，無(wú)線發(fā) 送器與從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸肌電代碼信息。 所述的EMG電極片、放大器和濾波器選用的是荷蘭集成的Mega6000肌電儀，該儀 器同時(shí)具有采集肌電信息、放大信息和濾波的功能。 所述的從動(dòng)單元包括無(wú)線接收器、解碼器、控制器、電剌激器和若干FES電極片， 其中無(wú)線接收器與主動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸肌電代碼信息，無(wú)線接收器與解碼器相連傳輸 肌電代碼信息，解碼器與控制器相連傳輸肌電模式信息，控制器與電剌激器相連傳輸剌激 模式信息，電剌激器與FES電極片相連傳輸電脈沖信息，F(xiàn)ES電極片與從動(dòng)方所有參與指定 運(yùn)動(dòng)的肌肉相連傳輸電脈沖信息。 所述的編碼器、無(wú)線發(fā)送器、無(wú)線接收器和解碼器選用的是美國(guó)的 DR3000 (RFMonolithics Inc)，該儀器同時(shí)具有編碼、無(wú)線發(fā)送、無(wú)線接收和解碼的功能。
4
所述的控制器是比例增益控制器。 所述的電剌激器是德國(guó)的Motionstim 8。 本實(shí)施例的工作過(guò)程理療師進(jìn)行指定的康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的全部肌肉的 肌電信息被采集作為控制源，理療師與癱瘓病人的肌肉一一對(duì)應(yīng)，原始肌電信息通過(guò)EMG 電極片采集后，放大，濾波去噪，信息被編碼后無(wú)線發(fā)送給從動(dòng)單元；從動(dòng)單元收到信息后， 進(jìn)行解碼，由控制器產(chǎn)生剌激模式，調(diào)節(jié)電剌激器，產(chǎn)生電脈沖，通過(guò)FES電極片的表面電 極剌激癱瘓病人相應(yīng)的肌肉，使病患產(chǎn)生與理療師一致的運(yùn)動(dòng)。 本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方式，理療師無(wú)需通過(guò)肢體接觸來(lái)親自 輔助癱瘓病人做訓(xùn)練，而且此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)患者同時(shí)跟隨一個(gè)理療師做康復(fù)訓(xùn)練，大大 減輕了理療師的工作負(fù)荷；同時(shí)能夠保持病人肌肉活力，防止肌肉萎縮，減少痙攣，使病人 的康復(fù)效果更為理想。本實(shí)例中考慮的是主動(dòng)方與從動(dòng)方肌肉一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此減少 了肌電信號(hào)的處理環(huán)節(jié)，即特征提取單元和分類器不必使用。
實(shí)施例2 如圖2所示，本實(shí)施例只考慮了主動(dòng)方做指定運(yùn)動(dòng)時(shí)相關(guān)的若干肌肉，只在若干 肌肉上貼上了 EMG電極片，本實(shí)施例具體包括主動(dòng)單元和若干從動(dòng)單元，其中主動(dòng)單元 與主動(dòng)方的若干肌肉相連傳輸肌電信息，主動(dòng)單元和從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信 息，從動(dòng)單元與從動(dòng)方的若干肌肉相連傳輸電脈沖信息。 所述的若干肌肉包括上臂的伸肌(肱三頭肌)、上臂的屈肌(肱二頭肌)、前臂的 伸肌和前臂的屈肌。
所述的主動(dòng)單元包括若干EMG電極片、放大器、濾波器、特征提取單元、分類器、
編碼器和無(wú)線發(fā)送器，其中EMG電極片與主動(dòng)方的若干肌肉相連傳輸原始表面肌電信息，
EMG電極片與放大器相連傳輸原始肌電信息，放大器與濾波器相連傳輸放大了的肌電信號(hào)，
濾波器與特征提取單元相連傳輸消噪的肌電信息，特征提取單元與分類器相連傳輸肌電信
號(hào)的特征信息，分類器與編碼器相連傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息，編碼器與與無(wú)線發(fā)送器相連傳輸
編碼的運(yùn)動(dòng)模式信息，無(wú)線發(fā)送器與從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息。 所述的從動(dòng)單元包括無(wú)線接收器、解碼器、控制器、電剌激器和若干FES電極片，
其中無(wú)線接收器與主動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息，無(wú)線接收器與解碼器相連傳輸
運(yùn)動(dòng)代碼信息，解碼器與控制器相連傳輸運(yùn)動(dòng)解碼信息，控制器與電剌激器相連傳輸剌激
模式信息，電剌激器與FES電極片相連傳輸電脈沖信息，F(xiàn)ES電極片與從動(dòng)方的若干肌肉相
連傳輸電脈沖信息。 所述的EMG電極、放大器和濾波器選用的是美國(guó)集成的Noraxon肌電儀，該儀器同
時(shí)具有采集肌電信息、放大信息和濾波的功能。 所述的特征提取單元是自回歸參數(shù)提取單元。 所述的分類器是線性判別分類器。 所述的編碼器、無(wú)線發(fā)送器、無(wú)線接收器和解碼器選用的是美國(guó)的 DR3000 (RFMonolithics Inc)，該儀器同時(shí)具有編碼、無(wú)線發(fā)送、無(wú)線接收和解碼的功能。
所述的控制器是一對(duì)多的映射模式，即實(shí)現(xiàn)一種運(yùn)動(dòng)模式對(duì)應(yīng)若干塊肌肉的控制 模式。 所述的電剌激器是瑞士的Compex Motion II。
本實(shí)施例的工作過(guò)程理療師進(jìn)行指定的康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的主要肌肉的 肌電信息被采集，經(jīng)過(guò)處理后作為控制源，理療師的原始肌電信息通過(guò)EMG電極片采集后， 放大，利用濾波器消除噪聲，肌電信息通過(guò)特征提取單元和分類器處理后，得到運(yùn)動(dòng)模式信 息，然后編碼后由無(wú)線發(fā)送器無(wú)線傳輸給從動(dòng)單元；從動(dòng)單元收到信息后，進(jìn)行解碼，由控 制器產(chǎn)生剌激模式，調(diào)節(jié)電剌激器，產(chǎn)生電脈沖，通過(guò)FES電極片的表面電極剌激癱瘓病人 相應(yīng)的肌肉，使病患產(chǎn)生與理療師一致的運(yùn)動(dòng)。 本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方式，理療師無(wú)需通過(guò)肢體接觸來(lái)親自 輔助癱瘓病人做訓(xùn)練，而且此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)患者同時(shí)跟隨一個(gè)理療師做康復(fù)訓(xùn)練，大大 減輕了理療師的工作負(fù)荷；同時(shí)能夠保持病人肌肉活力，防止肌肉萎縮，減少痙攣，使病人 的康復(fù)效果更為理想。本實(shí)例中僅考慮主動(dòng)方的主要肌肉來(lái)控制從動(dòng)方的運(yùn)動(dòng)，因此肌電 信號(hào)處理需要引入特征提取單元和分類器。但是由于EMG電極片數(shù)目的減少，減輕了理療 師前期繁瑣的準(zhǔn)備工作，方便了理療師的運(yùn)動(dòng)，實(shí)用性更強(qiáng)。
權(quán)利要求
一種肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，包括主動(dòng)單元和從動(dòng)單元，其中主動(dòng)單元與主動(dòng)方相連傳輸肌電信息，主動(dòng)單元和從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息，從動(dòng)單元與從動(dòng)方相連傳輸電脈沖信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電剌激康復(fù)系統(tǒng)，其特 征是，所述的主動(dòng)單元包括若干EMG電極片、放大器、濾波器、編碼器和無(wú)線發(fā)送器，其中EMG電極片與主動(dòng)方的肌肉相連傳輸原始表面肌電信息，EMG電極片與放大器相連傳輸原 始肌電信息，放大器與濾波器相連傳輸放大了的肌電信號(hào)，濾波器與編碼器相連傳輸消噪 的肌電信號(hào)，編碼器與無(wú)線發(fā)送器相連傳輸編碼的肌電信號(hào)，無(wú)線發(fā)送器與從動(dòng)單元無(wú)線 連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電剌激康復(fù)系統(tǒng)，其特征是，所述的主動(dòng)單元還包括特征提取單元和分類器，其中特征提取單元的輸入端與濾波 器相連傳輸消噪的肌電信息，分類器的輸入端與特征提取單元的輸出端相連傳輸肌電信號(hào) 的特征信息，分類器的輸出端與編碼器相連傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電剌激康復(fù)系統(tǒng)，其特征 是，所述的從動(dòng)單元包括無(wú)線接收器、解碼器、控制器、電剌激器和若干FES電極片，其中 無(wú)線接收器與主動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)代碼信息，無(wú)線接收器與解碼器相連傳輸運(yùn)動(dòng)代 碼信息，解碼器與控制器相連傳輸運(yùn)動(dòng)解碼信息，控制器與電剌激器相連傳輸剌激模式信息，電剌激器與FES電極片相連傳輸電脈沖信息，F(xiàn)ES電極片與從動(dòng)方的肌肉相連傳輸電脈 沖信息。
全文摘要
一種康復(fù)醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的肌電信號(hào)控制的主從式無(wú)線功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)，包括主動(dòng)單元和從動(dòng)單元，其中主動(dòng)單元與主動(dòng)方相連傳輸肌電信息，主動(dòng)單元和從動(dòng)單元無(wú)線連接傳輸運(yùn)動(dòng)模式信息，從動(dòng)單元與從動(dòng)方相連傳輸電脈沖信息。所述的主動(dòng)單元包括若干EMG電極片、放大器、濾波器、編碼器和無(wú)線發(fā)送器；所述的從動(dòng)單元包括無(wú)線接收器、控制器、電刺激器和若干FES電極片。本發(fā)明中理療師無(wú)需通過(guò)肢體接觸來(lái)輔助癱瘓病人做訓(xùn)練，而且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)患者同時(shí)跟隨一個(gè)理療師做康復(fù)訓(xùn)練，大大減輕了理療師的工作負(fù)荷；同時(shí)能夠保持病人肌肉活力，防止肌肉萎縮，減少痙攣，使病人的康復(fù)效果更為理想。
文檔編號(hào)A61B5/0488GK101732796SQ200910312370
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者張定國(guó), 朱向陽(yáng), 陳歆普 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)