一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，體感設(shè)備一端連接健康側(cè)肢體，采集健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；另一端通過USB總線與計(jì)算機(jī)連接，將采集到的健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至計(jì)算機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過CAN總線連接到計(jì)算機(jī)，用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令；另一端與電機(jī)相連，將接收到的運(yùn)動(dòng)控制指令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號(hào)，發(fā)送到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述電機(jī)設(shè)置于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械臂連桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；患側(cè)肢體置于所述機(jī)械臂中，由機(jī)械臂連桿帶動(dòng)患側(cè)肢體進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)偏癱患者的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，調(diào)動(dòng)偏癱患者健康側(cè)肢體的功能協(xié)助患側(cè)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
【專利說明】一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型針對(duì)偏癱患者的醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]腦中風(fēng)(又稱腦卒中)是一種由誘發(fā)因素引起腦內(nèi)動(dòng)脈狹窄，閉塞或破裂，而造成急性腦血液循環(huán)障礙，臨床上表現(xiàn)為一過性或永久性腦功能障礙的癥狀和體征。腦中風(fēng)是臨床常見病、多發(fā)病，其病死率和致殘率均很高，與心臟病、惡性腫瘤構(gòu)成多數(shù)國(guó)家的三大致死疾病，嚴(yán)重危害人類身體健康和生命安全，給病人帶來(lái)極大的身心痛苦，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，腦中風(fēng)已經(jīng)成為人們后天殘疾的主要因素。在我國(guó)，每年發(fā)生腦中風(fēng)的患者達(dá)到200萬(wàn)。隨著醫(yī)療條件和治療技術(shù)的不斷提高，腦中風(fēng)患者的死亡率已經(jīng)明顯的降低，但是在700萬(wàn)現(xiàn)幸存中風(fēng)病人中，有450萬(wàn)患者不同程度的喪失了基本的勞動(dòng)能力和生活的自理能力，其致殘率在存活者中高達(dá)75%以上。運(yùn)動(dòng)功能障礙是腦中風(fēng)患者最常見的表現(xiàn)，約有2/3的腦中風(fēng)患者會(huì)有一側(cè)上肢的功能障礙。上肢運(yùn)動(dòng)功能在人們?nèi)粘Ｉ詈蛣趧?dòng)中起著至關(guān)重要的作用，它不僅可以完成推、拉、抓、舉等簡(jiǎn)單的上肢動(dòng)作，而且可以實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜精細(xì)的手部操作，因此如果上肢遇到功能障礙就會(huì)嚴(yán)重影響患者的自理能力，降低其生活的獨(dú)立性。
[0003]經(jīng)過十幾年的發(fā)展，針對(duì)腦卒中偏癱的上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙，涌現(xiàn)了多種康復(fù)技術(shù)。但許多研究表明，傳統(tǒng)的康復(fù)技術(shù)對(duì)腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)作用并不十分明顯?，F(xiàn)在我們認(rèn)識(shí)到所有的康復(fù)手段都是為了重獲對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的功能改變依賴于肢體所經(jīng)歷的活動(dòng)的多少和自身對(duì)運(yùn)動(dòng)的體驗(yàn)，康復(fù)治療效果與神經(jīng)肌肉系統(tǒng)受到自主運(yùn)動(dòng)刺激的程度有關(guān)，腦卒中后康復(fù)治療的力度越大，就越有助于運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。
[0004]傳統(tǒng)的偏癱康復(fù)治療方式主要是偏癱患者在多名治療醫(yī)師的幫助下，運(yùn)用患側(cè)肢體來(lái)重復(fù)地完成單一的訓(xùn)練動(dòng)作。由于每次康復(fù)訓(xùn)練需要在兩至三名的醫(yī)師配合下才能確保訓(xùn)練的安全進(jìn)行，不至于使病人在康復(fù)練習(xí)中造成再次受傷，所以康復(fù)費(fèi)用較為昂貴，這給患者家庭帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)壓力，不少患者也因此放棄了治療，錯(cuò)過術(shù)后康復(fù)的最佳時(shí)機(jī)，留下了巨大的遺憾。其次，重復(fù)單一的訓(xùn)練方式容易使病人感到乏味無(wú)趣，產(chǎn)生疲憊的感覺，從而降低治療的效果，未能達(dá)到預(yù)期的康復(fù)目標(biāo)。
[0005]機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展及其與臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為解決康復(fù)醫(yī)師不足的現(xiàn)狀提供了一個(gè)很好的解決方案。機(jī)器人康復(fù)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)使得其非常適用于肢體患者康復(fù)訓(xùn)練:a)機(jī)器人適合長(zhǎng)時(shí)間往復(fù)運(yùn)動(dòng)使用，滿足康復(fù)訓(xùn)練需要；b)機(jī)器人對(duì)于施加在病人身上的力量可靈活控制；c)機(jī)器人可以準(zhǔn)確的重復(fù)產(chǎn)生所需訓(xùn)練力量。以上特點(diǎn)使得醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人在最近幾年得到了快速發(fā)展。
[0006]但是，當(dāng)前的醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人在以下幾個(gè)方面亟需改善:
[0007]患者主動(dòng)參與度低:多數(shù)康復(fù)系統(tǒng)只是帶動(dòng)患者患側(cè)進(jìn)行康復(fù)，按照既定軌跡運(yùn)動(dòng)，患者屬于被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式；[0008]新的康復(fù)理念:雙側(cè)動(dòng)作是兩側(cè)肢體執(zhí)行共同時(shí)間和空間的動(dòng)作模式。雙側(cè)鏡像訓(xùn)練對(duì)于雙側(cè)半球有正面影響，非常有利于患者康復(fù)。然而，現(xiàn)有康復(fù)系統(tǒng)一般是帶動(dòng)患者患側(cè)單側(cè)運(yùn)動(dòng)；
[0009]安全性問題:康復(fù)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制未融合人肢體柔順性的特點(diǎn)，使患者的康復(fù)訓(xùn)練操作僵硬，容易對(duì)患者肢體造成永久性的損傷；
[0010]依從性問題:康復(fù)過程未考慮患者的疼痛感受，患者依從性差；
[0011 ] 康復(fù)客觀評(píng)價(jià)問題:康復(fù)系統(tǒng)缺乏對(duì)康復(fù)效果的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)偏癱患者的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，調(diào)動(dòng)偏癱患者健康側(cè)肢體的功能協(xié)助患側(cè)進(jìn)行康
復(fù)訓(xùn)練。
[0013]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0014]一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，體感設(shè)備一端連接健康側(cè)肢體，采集健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，另一端通過USB總線與計(jì)算機(jī)連接，將采集到的健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至計(jì)算機(jī)；
[0015]電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過CAN總線連接到計(jì)算機(jī)，用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令；另一端與電機(jī)相連，將接收到的運(yùn)動(dòng)控制指令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號(hào)，發(fā)送到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0016]所述電機(jī)設(shè)置于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械臂連桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0017]患側(cè)肢體置于所述機(jī)械臂中，由機(jī)械臂連桿帶動(dòng)患側(cè)肢體進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0018]所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處設(shè)有力矩傳感器，測(cè)量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的力矩信息；
[0019]數(shù)據(jù)采集卡的一端與所述力矩傳感器連接，用于采集力矩信息；
[0020]數(shù)據(jù)采集卡的另一端連接到計(jì)算機(jī)，將采集到的力矩信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
[0021]所述力矩傳感器為應(yīng)變式力矩測(cè)量元件。
[0022]所述患側(cè)肢體連接肌電信號(hào)采集裝置的一端，用于采集患側(cè)肢體肌電信號(hào)；
[0023]所述肌電信號(hào)采集裝置的另一端連接計(jì)算機(jī)，用于將采集到的信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
[0024]所述肌電信號(hào)采集裝置包括依次連接的肌電電極、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集盒；其中所述肌電電極連接到患側(cè)肢體，用于接收患側(cè)肢體的信號(hào)，并將患側(cè)肢體的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)放大器，信號(hào)放大器將處理后的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集盒，數(shù)據(jù)采集盒將采集到的信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0025]還包括由康復(fù)治療師手持的失知制動(dòng)控制按鈕。
[0026]所述失知制動(dòng)控制按鈕，與嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)連接，用于意外或緊急情況時(shí)由康復(fù)治療師控制安全停止康復(fù)訓(xùn)練過程。
[0027]所述體感設(shè)備為利用紅外測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景深度信息采集的設(shè)備。
[0028]所述虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景顯示裝置佩戴于患者頭部，并與計(jì)算機(jī)連接，將計(jì)算機(jī)生成的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景展示在患者眼前形成患者康復(fù)訓(xùn)練的視覺反饋。
[0029]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):[0030]1.提高了患者康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的參與度，患者的康復(fù)訓(xùn)練不再僅僅是基于固定的訓(xùn)練動(dòng)作，還能基于日常生活常用行為進(jìn)行康復(fù)，提高了康復(fù)效率；
[0031]2.基于鏡像運(yùn)動(dòng)康復(fù)理論，進(jìn)一步有效提聞患者康復(fù)的效率；
[0032]3.采用機(jī)械臂帶動(dòng)患者康復(fù)解放了康復(fù)治療師的體力勞動(dòng)，使得康復(fù)治療師可以集中精力與對(duì)康復(fù)療程的安排和康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)的設(shè)計(jì)，更加優(yōu)化患者的康復(fù)效果；
[0033]4.在康復(fù)設(shè)備上安裝了多種傳感器，能可靠定量地測(cè)量患者康復(fù)訓(xùn)練過程中的各項(xiàng)參數(shù)，方便對(duì)患者的康復(fù)效果做出有效的評(píng)價(jià)，基于此評(píng)價(jià)可對(duì)不同的患者提出不同的康復(fù)訓(xùn)練要求，達(dá)到因人治療的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本實(shí)用新型所述的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)原理框圖；
[0035]圖2是本實(shí)用新型所述的肌電信號(hào)采集裝置的原理框圖；
[0036]圖3是本實(shí)用新型所述的基于力與位置混合控制的控制系統(tǒng)框圖；
[0037]圖4是本實(shí)用新型所述的外骨骼上肢康復(fù)機(jī)械臂簡(jiǎn)圖，其中圖中I為肩關(guān)節(jié)外展內(nèi)收自由度，2為肩關(guān)節(jié)上舉下擺自由度，3為肘關(guān)節(jié)彎曲自由度。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0039]如圖1所示為本實(shí)用新型所述的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)原理框圖，包括以下幾個(gè)主要部分:體感設(shè)備肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采集，計(jì)算機(jī)生成的實(shí)時(shí)3D虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，上肢外骨骼康復(fù)機(jī)械臂，機(jī)械臂關(guān)節(jié)力矩測(cè)量傳感器，表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)，用于處理緊急情況的急停按鈕，用于采集系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)行在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制軟件，融合力和位置信息的康復(fù)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制算法。體感設(shè)備采集到患者健康側(cè)肢體所做的動(dòng)作，并轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。
[0040]計(jì)算機(jī)接收到患者健側(cè)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷該狀態(tài)是否在安全的狀態(tài)空間中，若處于安全狀態(tài)空間，則向運(yùn)動(dòng)控制算法發(fā)送控制指令，驅(qū)動(dòng)外骨骼康復(fù)機(jī)械臂帶動(dòng)患者患側(cè)肢體完成鏡像動(dòng)作；若該狀態(tài)不在安全的狀態(tài)空間中，則通過虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景向患者發(fā)出報(bào)警，指示其康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作偏離規(guī)范，需要重新調(diào)整。計(jì)算機(jī)端運(yùn)行虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景生成軟件，利用3D圖形引擎驅(qū)動(dòng)基于骨骼蒙皮技術(shù)建立的人體仿真模型，并將場(chǎng)景以第一人稱視角的方式呈現(xiàn)給接收康復(fù)訓(xùn)練的患者；該場(chǎng)景中的人體模型模仿患者所做的動(dòng)作，并完成一系列事先設(shè)計(jì)的由計(jì)算機(jī)生成的虛擬任務(wù)，包括物品的抓取和移動(dòng)，和完成一個(gè)指定的動(dòng)作序列。本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)生成的實(shí)時(shí)3D虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，其特征包括:使用三維建模軟件，利用骨骼蒙皮動(dòng)畫技術(shù)建立高度仿真的人體計(jì)算機(jī)三維模型，由計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)三維圖形引擎驅(qū)動(dòng)該模型實(shí)現(xiàn)人體的運(yùn)動(dòng)仿真，并通過圖形顯示器將虛擬場(chǎng)景展示給接收康復(fù)訓(xùn)練的患者，實(shí)現(xiàn)患者康復(fù)過程的視覺反饋。并且設(shè)計(jì)了一系列上肢康復(fù)訓(xùn)練所需要完成的訓(xùn)練動(dòng)作，并通過游戲任務(wù)的形式借助虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景提供給患者選擇并完成相應(yīng)的訓(xùn)練。
[0041 ] 如圖4所示為本實(shí)用新型所述的外骨骼上肢康復(fù)機(jī)械臂簡(jiǎn)圖，外骨骼機(jī)械臂配置了至少三個(gè)自由度，包括肩關(guān)節(jié)上舉下擺自由度1、肩關(guān)節(jié)外展內(nèi)收自由度2、肘關(guān)節(jié)彎曲自由度3，其中肘關(guān)節(jié)彎曲自由度在調(diào)整前臂機(jī)械臂安裝位置的情況下可與肩關(guān)節(jié)上舉下擺自由度在同一平面內(nèi)或互相垂直的兩個(gè)平面內(nèi)。并且每個(gè)自由度由一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0042]本實(shí)用新型提供了一組用于測(cè)量外骨骼機(jī)械臂關(guān)節(jié)輸出力矩大小的貼片式力矩傳感器，使用應(yīng)變式力矩測(cè)量元件，將元件貼于關(guān)節(jié)受力矩變形處，采用全橋式應(yīng)變?cè)植假N法及測(cè)量電路，使用無(wú)源濾波器對(duì)傳感器輸出原始信號(hào)進(jìn)行濾波，削弱干擾，利用高精度儀表放大器對(duì)經(jīng)過濾波后的弱應(yīng)力信號(hào)進(jìn)行放大到數(shù)據(jù)采集卡接收的幅值范圍，將放大后的傳感器模擬信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0043]表面貼片電極由具有粘性的粘貼層和三個(gè)電極觸點(diǎn)構(gòu)成；其中三個(gè)電極觸點(diǎn)分別為一個(gè)信號(hào)參考地和兩個(gè)差分信號(hào)輸入端；貼片電極通過屏蔽線與信號(hào)采集盒相連，信號(hào)采集盒通過數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)肌電信號(hào)數(shù)據(jù)的采集和記錄。利用采集的表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)，使用其信號(hào)特征可估計(jì)當(dāng)前上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度。同時(shí)表面肌電信號(hào)可用于估計(jì)肌肉痙攣，當(dāng)預(yù)測(cè)到痙攣將要發(fā)生時(shí)停止康復(fù)訓(xùn)練，并且根據(jù)表面肌電信號(hào)信息判斷患者疼痛程度，當(dāng)疼痛發(fā)生時(shí)停止康復(fù)訓(xùn)練。
[0044]基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，可用于上肢功能障礙患者的上肢功能恢復(fù)，包括基于體感設(shè)備的肢體運(yùn)動(dòng)感知設(shè)備，計(jì)算機(jī)生成的實(shí)時(shí)3D虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，上肢外骨骼康復(fù)機(jī)械臂，機(jī)械臂關(guān)節(jié)力矩測(cè)量傳感器，表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)，用于處理緊急和指定事件的急停和輔助按鈕，用于采集系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)動(dòng)控制軟件，融合力和位置信息的康復(fù)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制算法；所述的體感設(shè)備采集場(chǎng)景的深度信息和彩色圖像信息，基于人體骨骼模型估計(jì)患者當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并預(yù)測(cè)患者下一步可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述的計(jì)算機(jī)3D實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景生成患者康復(fù)所需的鏡像視覺模擬，同時(shí)基于任務(wù)的方式指導(dǎo)患者康復(fù)所需完成的動(dòng)作；所述的上肢康復(fù)機(jī)械臂包括上肢外骨骼本體和提供動(dòng)力的直流電機(jī)；所述的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過動(dòng)力線與信號(hào)線與直流電機(jī)相連，通過數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)相連；直流電機(jī)設(shè)置有數(shù)字型霍爾傳感器和光電編碼器。所述的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制算法融合力與位置信息，根據(jù)體感設(shè)備采集到的患者肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)端通過數(shù)據(jù)總線對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，進(jìn)而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制上肢外骨骼機(jī)械臂帶動(dòng)患者肢體完成康復(fù)訓(xùn)練。
[0045]如圖2所示為本實(shí)用新型的肌電信號(hào)采集裝置的原理框圖，表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)包括肌電電極、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集盒；其中所述肌電電極連接到患側(cè)肢體，用于接收患側(cè)肢體的信號(hào)，并將患側(cè)肢體的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)放大器，信號(hào)放大器將處理后的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集盒，數(shù)據(jù)采集盒將采集到的信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0046]本實(shí)用新型提供的基于體感設(shè)備的肢體運(yùn)動(dòng)感知設(shè)備，利用紅外測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景的深度信息采集，利用可見光傳感器實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的彩色圖像采集；在融合并校準(zhǔn)深度信息與彩色信息的后可獲得場(chǎng)景中任一點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；結(jié)合人體骨骼模型，可獲得人體上肢手腕部、肘部、肩部關(guān)節(jié)x、y、z方向空間三維坐標(biāo)；利用關(guān)節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)按以下步驟可估計(jì)出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度:
[0047]定義肩關(guān)節(jié)坐標(biāo)為(xl，yl，zl)，肘關(guān)節(jié)坐標(biāo)為(x2，y2，z2)，手腕關(guān)節(jié)坐標(biāo)為(x3, y3, z3)
[0048]肩關(guān)節(jié)上下擺動(dòng)角度為
【權(quán)利要求】
1.一種基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于: 體感設(shè)備一端連接健康側(cè)肢體，采集健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，另一端通過USB總線與計(jì)算機(jī)連接，將采集到的健康側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至計(jì)算機(jī)； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過CAN總線連接到計(jì)算機(jī)，用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令；另一端與電機(jī)相連，將接收到的運(yùn)動(dòng)控制指令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號(hào)，發(fā)送到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述電機(jī)設(shè)置于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械臂連桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)； 患側(cè)肢體置于所述機(jī)械臂中，由機(jī)械臂連桿帶動(dòng)患側(cè)肢體進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于: 所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處設(shè)有力矩傳感器，測(cè)量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的力矩信息； 數(shù)據(jù)采集卡的一端與所述力矩傳感器連接，用于采集力矩信息； 數(shù)據(jù)采集卡的另一端連接到計(jì)算機(jī)，將采集到的力矩信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:所述力矩傳感器為應(yīng)變式力矩測(cè)量元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于: 所述患側(cè)肢體連接肌電信號(hào)采集裝置的一端，用于采集患側(cè)肢體肌電信號(hào)； 所述肌電信號(hào)采集裝置的另一端連接計(jì)算機(jī)，用于將采集到的信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于: 所述肌電信號(hào)采集裝置包括依次連接的肌電電極、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集盒；其中所述肌電電極連接到患側(cè)肢體，用于接收患側(cè)肢體的信號(hào)，并將患側(cè)肢體的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)放大器，信號(hào)放大器將處理后的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集盒，數(shù)據(jù)采集盒將采集到的信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:還包括由康復(fù)治療師手持的失知制動(dòng)控制按鈕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:所述失知制動(dòng)控制按鈕，與嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)連接，用于意外或緊急情況時(shí)由康復(fù)治療師控制安全停止康復(fù)訓(xùn)練過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:所述體感設(shè)備為利用紅外測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景深度信息采集的設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物信息感知的雙側(cè)鏡像康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:所述虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景顯示裝置佩戴于患者頭部，并與計(jì)算機(jī)連接，將計(jì)算機(jī)生成的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景展示在患者眼前形成患者康復(fù)訓(xùn)練的視覺反饋。
【文檔編號(hào)】A61H1/02GK203576848SQ201320765208
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】韓建達(dá), 趙新剛, 林光模, 孫維 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所