一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，包括主機(jī)交互模塊，用于引導(dǎo)用戶(hù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)握力大小和肌肉收縮狀況以完成虛擬任務(wù)；信號(hào)采集模塊，用于采集用戶(hù)上肢的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)；信號(hào)存儲(chǔ)模塊，用于接收所述信號(hào)采集模塊的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，以及存儲(chǔ)特征參數(shù)；主機(jī)控制模塊，分別與所述主機(jī)交互模塊和信號(hào)存儲(chǔ)模塊連接，用于將所述信號(hào)采集模塊傳輸?shù)牧W(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，得到特征參數(shù)，通過(guò)特征參數(shù)控制虛擬場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)的游戲操作以訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)控制功能，最后將特征參數(shù)傳輸給信號(hào)存儲(chǔ)模塊。本發(fā)明抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)利用肌電信號(hào)、力學(xué)信號(hào)多參數(shù)進(jìn)行人機(jī)交互，對(duì)腦卒中患者手功能進(jìn)行訓(xùn)練和評(píng)估，從而提高患者手部運(yùn)動(dòng)功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，特別涉及一種基于上肢力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)的抓握功能評(píng) 估與訓(xùn)練系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 腦卒中（中風(fēng)）已經(jīng)成為人類(lèi)健康的第二大殺手，它具有發(fā)病率高、死亡率高、致 殘率高的特點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)每年發(fā)生腦中風(fēng)病人達(dá)200萬(wàn)。我國(guó)腦卒中的發(fā)病率正以每 年近9%的速度上升?，F(xiàn)幸存中風(fēng)病人700萬(wàn)，其中450萬(wàn)病人不同程度喪失勞動(dòng)力，生活 不能自理，致殘率高達(dá)75 %，5年內(nèi)復(fù)發(fā)率高達(dá)41 %。腦卒中后的偏癱患者日常行為能力受 到嚴(yán)重影響。相關(guān)臨床研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中偏癱患者下肢功能恢復(fù)速度遠(yuǎn)快于上肢功能恢復(fù) 30% -66%的腦卒中用戶(hù)遺留有不同程度的上肢功能障礙，且有將近10%是重度致殘，所 以上肢和手功能障礙的恢復(fù)仍是目前腦卒中后康復(fù)治療的重點(diǎn)及難點(diǎn)之一。針對(duì)中風(fēng)患者 后期的臨床康復(fù)治療通常以康復(fù)評(píng)估開(kāi)始，又以康復(fù)評(píng)估結(jié)束，康復(fù)治療師通過(guò)康復(fù)評(píng)估 為病人制定合理的治療計(jì)劃，在治療過(guò)程中，康復(fù)治療師通過(guò)康復(fù)評(píng)估及時(shí)調(diào)整康復(fù)治療 方案，最終通過(guò)康復(fù)評(píng)估確定治療效果，所以康復(fù)評(píng)估是康復(fù)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而傳 統(tǒng)的量表評(píng)估法是一種半定量的評(píng)估方法，且可重復(fù)性較差。目前，采用肌肉電信號(hào)分析技 術(shù)評(píng)估腦卒中用戶(hù)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的功能狀態(tài)是近年來(lái)康復(fù)醫(yī)學(xué)研究興起的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域。
[0003] 目前大多數(shù)康復(fù)設(shè)備主要針對(duì)大關(guān)節(jié)（肩、肘、膝、踝等）運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)，針對(duì)手 部關(guān)節(jié)的精細(xì)動(dòng)作康復(fù)訓(xùn)練的研究和應(yīng)用較少。傳統(tǒng)的上肢康復(fù)方法包括人工物理治療， 反復(fù)作業(yè)療法，強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)療法以及中醫(yī)學(xué)中的針灸醫(yī)術(shù)等，這是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需要治療師 與患者一對(duì)一手動(dòng)互動(dòng)，自動(dòng)化程度不高。綜上所述，針對(duì)腦卒中用戶(hù)上肢，尤其是結(jié)合多 模態(tài)多參數(shù)抓握動(dòng)作對(duì)中風(fēng)患者上肢功能的綜合康復(fù)評(píng)估仍比較少，且將所得評(píng)估用于指 導(dǎo)康復(fù)進(jìn)程并利用生物電信號(hào)進(jìn)行人機(jī)交互對(duì)游戲控制的實(shí)例缺乏，從而不能顯著提高康 復(fù)訓(xùn)練的效率和效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，利用不同握 力級(jí)任務(wù)的設(shè)置及肌電信號(hào)、力學(xué)信號(hào)多參數(shù)進(jìn)行人機(jī)交互，對(duì)腦卒中用戶(hù)進(jìn)行初步的手 功能評(píng)估，為用戶(hù)的康復(fù)評(píng)估提供參考依據(jù)，且利用多參數(shù)對(duì)虛擬游戲進(jìn)行控制，從而提高 腦卒中用戶(hù)的康復(fù)效率和康復(fù)效果，提高患者訓(xùn)練的積極性。
[0005] -種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)有以下幾個(gè)模塊：1)主機(jī)交互模塊，包括用戶(hù)交互 界面，用于引導(dǎo)用戶(hù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)握力大小，調(diào)整握力姿勢(shì)，調(diào)節(jié)肌肉收縮狀況以完成虛擬任 務(wù)；2)信號(hào)采集模塊，用于采集用戶(hù)上肢的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)，并對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行至少 包括放大和濾波的預(yù)處理；以及接收主機(jī)控制模塊的特征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)；3)信號(hào)存儲(chǔ)模 塊，用于接收所述信號(hào)采集模塊的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；4)主機(jī)控制模塊，分別 與所述主機(jī)交互模塊和信號(hào)存儲(chǔ)模塊連接，用于將所述信號(hào)存儲(chǔ)模塊傳輸?shù)牧W(xué)信號(hào)和肌 電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，得到反映抓握控制能力的特征參數(shù)，將其特征參數(shù)作為控制信號(hào) 輸出給主機(jī)交互模塊以進(jìn)行相應(yīng)游戲操作的訓(xùn)練控制。
[0006] 進(jìn)一步，所述主機(jī)控制模塊包括：
[0007] 特征參數(shù)提取單元，用于對(duì)所述信號(hào)存儲(chǔ)模塊中的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算 分析得到所述特征參數(shù)作為抓握控制能力評(píng)估結(jié)果，并且把相應(yīng)所述特征參數(shù)傳輸?shù)叫盘?hào) 存儲(chǔ)模塊；
[0008] 虛擬游戲參數(shù)設(shè)置單元，其根據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的用戶(hù)抓握控制能力評(píng)估結(jié)果 設(shè)置虛擬游戲中兩個(gè)光標(biāo)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)，以及目標(biāo)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn) 動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡類(lèi)型；
[0009] 力學(xué)反饋控制單元，用于處理壓力傳感器采集的力學(xué)信號(hào)，輸出能夠反映用戶(hù)此 時(shí)產(chǎn)生的握力情況的特征參數(shù)到主機(jī)交互模塊，與主機(jī)交互模塊相交互；
[0010] 肌電反饋控制單元，用于處理經(jīng)過(guò)肌電采集裝置放大和濾波的肌電信號(hào)，輸出能 夠反映用戶(hù)此時(shí)拮抗肌肉群的共收縮情況的特征參數(shù)到主機(jī)交互模塊，與主機(jī)交互模塊相 交互。
[0011] 進(jìn)一步，所述虛擬游戲參數(shù)設(shè)置單元，還用于設(shè)置異常監(jiān)控單元所監(jiān)測(cè)的信號(hào)特 征參數(shù)的異常閾值；所述主機(jī)控制模塊還包括異常監(jiān)控單元，用于對(duì)所述特征參數(shù)提取單 元提取的特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)所述特征參數(shù)中能夠表征用戶(hù)屈肌肌群協(xié)同情況的參 數(shù)幅值或者表征用戶(hù)拮抗肌群共收縮情況的參數(shù)幅值達(dá)到預(yù)設(shè)的所述異常閾值時(shí)，提示用 戶(hù)調(diào)整發(fā)力大小和發(fā)力姿勢(shì)，避免不正確的發(fā)力方式。
[0012] 進(jìn)一步，所述信號(hào)采集模塊包括肌電信號(hào)采集單元、力學(xué)信號(hào)采集單元，分別用于 采集用戶(hù)上肢的肌電信號(hào)和力學(xué)信號(hào)；所述力學(xué)信號(hào)采集單元是握力測(cè)量裝置，采集用戶(hù) 執(zhí)行握力控制任務(wù)產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)；所述肌電信號(hào)采集單元是由多個(gè)表面電極和肌電放大 濾波電路組成。
[0013] 所述握力測(cè)量裝置被設(shè)計(jì)成一個(gè)圓柱外形，中間為固定的四個(gè)一維的壓力傳感 器，可測(cè)得一個(gè)方向的力和兩個(gè)方向的力矩，用于測(cè)量用戶(hù)產(chǎn)生的握力值和所對(duì)應(yīng)的選擇 力矩參數(shù)；
[0014] 通過(guò)所述表面電極提取采集用戶(hù)上肢運(yùn)動(dòng)相關(guān)的四對(duì)肌肉的肌電信號(hào)，并將采集 到的多個(gè)通道肌電信號(hào)進(jìn)行至少包括放大和濾波的預(yù)處理；表面電極提取用戶(hù)上肢肩、肘、 腕關(guān)節(jié)的四對(duì)肌肉的肌電信號(hào)，包括對(duì)三角肌前束、三角肌后束、肱三頭肌、肱二頭肌、橈側(cè) 腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌、指淺屈肌、指總伸肌的肌電信號(hào)中至少一種進(jìn)行采集。
[0015] 進(jìn)一步，所述信號(hào)采集模塊還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的用戶(hù)上肢力學(xué) 信號(hào)和肌電信號(hào)通過(guò)DAQ采集卡，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送入信號(hào)存儲(chǔ)模塊。
[0016] 進(jìn)一步，所述特征參數(shù)提取單元，用于將采集的上肢力學(xué)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析得到 特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括以下至少一項(xiàng)：實(shí)際握力值、目標(biāo)值偏差比、旋轉(zhuǎn)力矩比、平均 絕對(duì)值、方差、積分肌電和肌電幅值。
[0017] 進(jìn)一步，所述虛擬游戲參數(shù)設(shè)置單元設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)，其根據(jù)所述信號(hào)存儲(chǔ)模 塊存儲(chǔ)的用戶(hù)握力控制能力評(píng)估結(jié)果設(shè)置虛擬游戲中兩個(gè)光標(biāo)所對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)，并設(shè)置 目標(biāo)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)；可設(shè)置不同握力級(jí)下的動(dòng)作，包括25%， 50%，75%，100%最大握力級(jí)。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，及其操作方法具以下有益效 果：
[0019] (1)相比較于量表評(píng)估法一定程度依賴(lài)于康復(fù)治療師的個(gè)體主觀判斷，有仁慈誤 差和中間偏向誤差，以及大多數(shù)定量評(píng)估的參數(shù)只涉及單一方面，本系統(tǒng)利用了肌電信號(hào) 和力學(xué)信號(hào)進(jìn)行多參數(shù)更全面的評(píng)估腦卒中用戶(hù)的握力控制能力，從根源上對(duì)腦卒中用戶(hù) 的神經(jīng)肌肉康復(fù)水平進(jìn)行評(píng)估，從更直觀的角度反映腦卒中用戶(hù)的上肢屈肌肌群的協(xié)同情 況和上肢拮抗肌群的共收縮狀況。
[0020] (2)利用該系統(tǒng)評(píng)估得到的腦卒中用戶(hù)上肢控制能力的多參數(shù)，制定了個(gè)性化的 康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，包含多模態(tài)的若干康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)，從而更有針對(duì)性的指導(dǎo)腦卒中用戶(hù)進(jìn)行 康復(fù)訓(xùn)練，有利于臨床上醫(yī)生對(duì)病人康復(fù)情況的監(jiān)護(hù)。
[0021] (3)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬環(huán)境的設(shè)計(jì)，提高了康復(fù)的趣味性和可控性，從而提 高了用戶(hù)的訓(xùn)練耐性，且在本虛擬訓(xùn)練環(huán)境中可以選擇光標(biāo)對(duì)應(yīng)多種信號(hào)特征參數(shù)。
[0022] (4)所涉及的將肌肉共收縮狀況利用生物反饋技術(shù)，融入到康復(fù)訓(xùn)練中，并和虛擬 現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，指導(dǎo)參與者實(shí)時(shí)連續(xù)性的調(diào)整拮抗肌群的收縮情況。
[0023] (5)所涉及的將肌肉異常協(xié)同檢測(cè)、肌肉異常共收縮檢測(cè)融入于訓(xùn)練康復(fù)中，能夠 及時(shí)地反映出訓(xùn)練者肌肉的異常情況，并予以反饋。
[0024] (6)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬游戲的設(shè)計(jì)，既有利于提高康復(fù)的趣味性，提高用戶(hù)的 訓(xùn)練耐性，而且本游戲中對(duì)參數(shù)的控制要求參與者針對(duì)不同握力目標(biāo)實(shí)時(shí)地調(diào)整和控制發(fā) 力的大小，并且通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)力矩比的控制要求參與者實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)力的姿勢(shì)，使上肢握力 控制能力得到更為全面的鍛煉。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法的流程示意圖。
[0026] 圖2是發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的部分實(shí)驗(yàn)裝置。
[0027] 圖3是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法中步驟S1的流程示 意圖。
[0028] 圖4是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法中步驟S3的流程示 意圖。
[0029] 圖5是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法中的虛擬交互界面。
[0030] 圖6是是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法中步驟S4的流程 示意圖。
[0031] 圖7是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯 然，本說(shuō)明書(shū)中描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施 方式?；诒景l(fā)明中給出的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒(méi)有進(jìn)行創(chuàng)造性勞動(dòng)前提 下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033] 本發(fā)明提供一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練 的方法，首先通過(guò)設(shè)置不同握力級(jí)任務(wù)，分析任務(wù)過(guò)程中采集到的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)，提 取出多個(gè)信號(hào)特征參數(shù)，對(duì)腦卒中用戶(hù)進(jìn)行初步的握力控制能力評(píng)估，將得到的評(píng)估結(jié)果 用于制定個(gè)性化的手部功能康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃。再根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，結(jié)合生物反饋技術(shù)和虛 擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，選取能定量表征用戶(hù)屈肌肌群協(xié)同狀況的力學(xué)信號(hào)特征參數(shù)進(jìn)行力學(xué)反饋訓(xùn) 練，或者選取能定量表征拮抗肌群共收縮狀況的肌電特征參數(shù)進(jìn)行肌電反饋訓(xùn)練，來(lái)達(dá)到 多任務(wù)和多模態(tài)的訓(xùn)練效果，從而提高腦卒中用戶(hù)的康復(fù)效率和康復(fù)效果，提高患者訓(xùn)練 的積極性。同時(shí)，在訓(xùn)練過(guò)程中，還針對(duì)多個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，一旦用戶(hù)出現(xiàn)屈肌肌群異 常協(xié)同或拮抗肌群異常共收縮，系統(tǒng)就會(huì)提示用戶(hù)調(diào)整發(fā)力姿勢(shì)。
[0034] 參見(jiàn)圖1，是本發(fā)明提供的一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法的流程示意圖。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種握力控制能力評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練方法，包括以下步驟S1? S5 ：
[0036] 步驟S1、指導(dǎo)用戶(hù)執(zhí)行不同握力級(jí)任務(wù)，同時(shí)記錄用戶(hù)上肢的力學(xué)信號(hào)和相關(guān)肌 肉的肌電信號(hào)，提取信號(hào)特征參數(shù)；
[0037] 其中，設(shè)置的握力級(jí)包括25%、50%、75%最大握力。
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)評(píng)估和訓(xùn)練方法通過(guò)使用自主設(shè)計(jì)的握力測(cè)量裝置和肌電 信號(hào)采集模塊。
[0039] 參考圖2,本發(fā)明實(shí)施例的握力測(cè)量裝置，它外形呈一個(gè)圓柱體，便于用戶(hù)抓握，內(nèi) 部是四個(gè)一維力傳感器，可以測(cè)得一個(gè)方向的力和兩個(gè)方向的力矩。該握力測(cè)量裝置也可 設(shè)計(jì)呈一個(gè)圓柱體，內(nèi)部是一個(gè)六維力傳感器。
[0040] 如圖3所示，所述步驟S1具體包括步驟：
[0041] S11、通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，引導(dǎo)用戶(hù)完成最大握力測(cè)量任務(wù)；
[0042] S12、測(cè)得最大握力后，對(duì)握力水平進(jìn)行歸一化，得到不同握力級(jí)；
[0043] S13、通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，引導(dǎo)用戶(hù)執(zhí)行不同握力級(jí)任務(wù)，同時(shí)采集任務(wù)過(guò)程中的 力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)。本實(shí)施例中，通過(guò)得到的最大握力值作為握力控制任務(wù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)， 用戶(hù)根據(jù)主機(jī)交互界面的指示燈指示隨機(jī)完成25%，50%，75%最大握力任務(wù)，每個(gè)握力級(jí) 各執(zhí)行三次，執(zhí)行過(guò)程中握力測(cè)量裝置采集的力學(xué)信號(hào)通過(guò)主機(jī)交互模塊相交互。
[0044] 本實(shí)施例中，在該步驟下，利用表面電極提取肌肉表面微弱的肌肉電信號(hào)，通過(guò)屏 蔽效果較好的導(dǎo)聯(lián)線來(lái)實(shí)現(xiàn)原始肌電信號(hào)的提取。所用電極為三點(diǎn)式差動(dòng)輸入電極。其中， 一個(gè)為參考地，另外兩個(gè)為肌電的輸入端。
[0045] 本實(shí)施例中，通過(guò)表面電極提取采集用戶(hù)上肢肩、肘、腕關(guān)節(jié)的四對(duì)肌肉的肌電信 號(hào)，包括有三角肌前束、三角肌后束、肱三頭肌、肱二頭肌、橈側(cè)腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌、指淺屈 肌、指總伸肌。
[0046] S14、分析處理采集到的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)，提取綜合評(píng)估用戶(hù)握力控制能力的 多個(gè)特征參數(shù)。
[0047] 本實(shí)施例中，選擇的信號(hào)特征參數(shù)如下：實(shí)際握力值、目標(biāo)值偏差比、旋轉(zhuǎn)力矩比、 平均絕對(duì)值、方差、積分肌電和肌電幅值；
[0048] A、目標(biāo)值偏差比：
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括： 主機(jī)交互模塊，包括用戶(hù)交互界面，用于引導(dǎo)用戶(hù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)握力大小和肌肉收縮狀況 以完成虛擬任務(wù)； 信號(hào)采集模塊，用于采集用戶(hù)上肢的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)，并對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行至少包 括放大和濾波的預(yù)處理； 信號(hào)存儲(chǔ)模塊，用于接收所述信號(hào)采集模塊的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，以及接 收主機(jī)控制模塊的特征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)； 主機(jī)控制模塊，分別與所述主機(jī)交互模塊和信號(hào)存儲(chǔ)模塊連接，用于對(duì)所述信號(hào)存儲(chǔ) 模塊傳輸?shù)牧W(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，得到特征參數(shù)，通過(guò)特征參數(shù)控制虛擬 場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)的游戲操作以訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)控制功能，最后將特征參數(shù)傳輸給信號(hào)存儲(chǔ)模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)控制模塊 包括： 特征參數(shù)提取單元，用于對(duì)所述信號(hào)存儲(chǔ)模塊中的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析 得到所述特征參數(shù)作為抓握控制能力評(píng)估結(jié)果，并且把相應(yīng)所述特征參數(shù)傳輸?shù)叫盘?hào)存儲(chǔ) 模塊； 虛擬游戲參數(shù)設(shè)置單元，其根據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的用戶(hù)抓握控制能力評(píng)估結(jié)果設(shè)置 虛擬游戲中兩個(gè)光標(biāo)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)，以及目標(biāo)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)速 度和運(yùn)動(dòng)軌跡類(lèi)型； 力學(xué)反饋控制單元，用于處理壓力傳感器采集的力學(xué)信號(hào)，輸出能夠反映用戶(hù)此時(shí)產(chǎn) 生的握力情況的特征參數(shù)到主機(jī)交互模塊，與主機(jī)交互模塊進(jìn)行交互； 肌電反饋控制單元，用于處理經(jīng)過(guò)肌電采集裝置放大和濾波的肌電信號(hào)，輸出能夠反 映用戶(hù)此時(shí)拮抗肌肉群共收縮情況的特征參數(shù)到主機(jī)交互模塊，與主機(jī)交互模塊進(jìn)行交 互。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬游戲參 數(shù)設(shè)置單元，還用于設(shè)置異常監(jiān)控單元所監(jiān)測(cè)信號(hào)的異常閾值； 所述主機(jī)控制模塊還包括異常監(jiān)控單元，用于對(duì)所述特征參數(shù)提取單元提取的特征參 數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)所述特征參數(shù)中能夠表征用戶(hù)屈肌肌群協(xié)同情況的參數(shù)幅值或者表征 用戶(hù)拮抗肌群共收縮情況的參數(shù)幅值達(dá)到預(yù)設(shè)的所述異常閾值時(shí)，提示用戶(hù)調(diào)整發(fā)力大小 和肌肉收縮狀況，避免不正確的發(fā)力方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集模 塊包括肌電信號(hào)采集單元、力學(xué)信號(hào)采集單元，分別用于采集用戶(hù)上肢的肌電信號(hào)和力學(xué) 信號(hào)； 所述力學(xué)信號(hào)采集單元是握力測(cè)量裝置，采集用戶(hù)執(zhí)行握力控制任務(wù)產(chǎn)生的力學(xué)信 號(hào)；所述肌電信號(hào)采集單元是采用多個(gè)表面電極，采集用戶(hù)執(zhí)行握力控制任務(wù)產(chǎn)生的肌電 信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述握力測(cè)量裝置 被設(shè)計(jì)成一個(gè)圓柱外形，中間為固定的四個(gè)一維的壓力傳感器，可測(cè)得一個(gè)方向的力和兩 個(gè)方向的力矩，用于測(cè)量用戶(hù)產(chǎn)生的握力值和所對(duì)應(yīng)的選擇力矩參數(shù)； 通過(guò)所述表面電極提取采集用戶(hù)上肢運(yùn)動(dòng)相關(guān)的四對(duì)肌肉的原始肌電信號(hào)，并將采集 到的多個(gè)通道肌電信號(hào)進(jìn)行至少包括放大和濾波的預(yù)處理；表面電極提取用戶(hù)上肢肩、肘、 腕關(guān)節(jié)的四對(duì)肌肉的肌電信號(hào)，包括對(duì)三角肌前束、三角肌后束、肱三頭肌、肱二頭肌、橈側(cè) 腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌、指淺屈肌、指總伸肌的肌電信號(hào)中至少一種進(jìn)行采集。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊 還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的用戶(hù)上肢力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)通過(guò)DAQ采集卡，經(jīng) 過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送入信號(hào)存儲(chǔ)模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)控制模 塊中，特征參數(shù)提取單元用于將采集的上肢力學(xué)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析得到特征參數(shù)，所述特 征參數(shù)包括以下至少一項(xiàng)：實(shí)際握力值、目標(biāo)值偏差比、旋轉(zhuǎn)力矩比、平均絕對(duì)值、方差、積 分肌電和肌電幅值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抓握功能評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于， 所述虛擬游戲參數(shù)設(shè)置單元設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)，其根據(jù)所述信號(hào)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的用 戶(hù)握力控制能力評(píng)估結(jié)果設(shè)置虛擬游戲中兩個(gè)光標(biāo)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)，并設(shè)置目標(biāo)光 標(biāo)的運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)；可設(shè)置不同握力級(jí)下的動(dòng)作，包括25 %，50 %， 75%，100%最大握力級(jí)。
【文檔編號(hào)】A61B5/22GK104207793SQ201410318798
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】宋嶸, 葉瑀, 孫文博, 馬樂(lè) 申請(qǐng)人:中山大學(xué)