CN102028568A

CN102028568A - 肌电假肢控制装置

Info

Publication number: CN102028568A
Application number: CN 201010604079
Authority: CN
Inventors: 李光林; 张志勇; 陶丹丹; 耿艳娟
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明涉及一种肌电假肢控制装置，包括采集模块、对采集模块所采集的肌电信号进行预处理的预处理模块以及根据处理后的肌电信号控制假肢的控制模块，所述采集模块包括织物电极。织物电极具有良好的导电性能，又保持了织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性。织物电极方便舒适，很容易附在衣物和皮肤上，因而不会因相对位移产生运动伪迹。

Description

肌电假肢控制装置

【技术领域】

本发明涉及假肢控制，尤其是涉及一种肌电假肢控制装置。

【背景技术】

假肢是为截肢者弥补已失肢体及代偿其部分功能而制造装配的人工肢体。应用较广泛的人工肢体包括机械索控假肢、肌电假肢和肌电索控混合假肢。

机械索控假肢是利用假肢使用者的自身力源，通过残留肢体的机械动作拉动绳索或链条来操控假肢的肘关节及手部装置。由于控制方法的固有局限，机械索控假肢存在着功能单一、操控缓慢、动作笨拙、维护困难等问题。

肌电假肢(例如，德国Otto Bock及我国上海科生等)利用一对残留肌肉(主缩肌与拮抗肌)控制一个动作自由度。

肌电索控混合假肢是结合上述两种技术的假肢控制技术。

上述的基于肌电信号(electromyogram，EMG)的肌电假肢控制具有良好的控制性。传统用于采集肌电假肢控制的肌电信号的都是金属电极。表面金属电极又分湿电极和干电极两种。湿电极在电极与皮肤表面之间加入了导电凝胶(Electrical Gel)或导电复合薄膜，导电膏中存在导电离子，同时可以大大改善皮肤的导电性能，因此接触电阻很小。但湿电极也存在以下缺点，其中包括：胶粘剂将电极粘在皮肤，可引起过敏性皮炎；离子凝胶(膜)在一定浓度时存在毒性，会使皮肤造成过敏；经过长时间使用，离子凝胶会变干，离子活动能力下降，从而使电极不导电。干电极表面与皮肤的电阻比较大，导电性能比湿电极要差很多。所以干电极很容易受到运动伪迹和噪声的影响，运动伪迹是由于电极与皮肤产生相对位移的变化造成的电压波动和失真。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可减少采集运动伪迹和保护皮肤的肌电假肢控制装置。

一种肌电假肢控制装置，包括采集模块、对采集模块所采集的肌电信号进行预处理的预处理模块以及根据处理后的肌电信号控制假肢的控制模块，所述采集模块包括织物电极。

优选地，所述织物电极的数量为3～12个。

优选地，多个织物电极设于基底布料上。

优选地，每个织物电极衬有聚乙烯泡绵。

优选地，所述织物电极是导电纤维织物或纳米镀银织物。

优选地，所述导电纤维织物的材料为铜、银、镍、铝以及碳中的一种。

织物电极具有良好的导电性能，又保持了织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性。织物电极方便舒适，很容易附在衣物和皮肤上，因而不会因相对位移产生运动伪迹。

【附图说明】

图1为一实施例的肌电假肢控制装置模块图；

图2为一实施例的采集装置结构俯视图；

图3为图2中采集装置的侧视图；

图4为从肌电信号处理流程图。

【具体实施方式】

如图1所示，是一种肌电假肢控制装置模块图。该肌电假肢控制装置包括依次连接的采集模块10、预处理模块20以及控制模块30。采集模块10佩戴于人体残肢处，用于采集残肢处的肌电信号。预处理模块20对肌电信号进行预处理，使肌电信号的强度等参数符合控制假肢的要求。控制模块30则根据处理后的肌电信号控制假肢。

肌电信号是通过将电极与皮肤接触来采集的，本实施例中，采集模块10包括织物电极。如图2所示，是一实施例的采集装置结构俯视图。两个并排的织物电极120设于基底布料110上，并通过引线130接至预处理模块20(参考图1)。织物电极120是导电纤维织物，优选以铜、银、镍、铝以及碳纤维中的一种制成；或者织物电极120是纳米镀银织物；或者织物电极120是导电橡胶。在其他实施例中，织物电极120的数量也可以多于两个，针对残肢的不同情况，织物电极120的数量可优选为3～12个。

如图3所示，是图2中采集装置的侧视图。织物电极120包裹在聚乙烯(PE)泡绵140上，即织物电极120衬有聚乙烯泡绵140。泡绵需要选用较为致密的，这样既保证了织物的柔软程度，又不会因为泡绵过于酥松引起电极间距的变化，从而产生伪迹。

传统的湿电极胶粘剂将电极粘在皮肤，可引起过敏性皮炎；离子凝胶(膜)在一定浓度时存在毒性，也会造成皮肤过敏；经过长时间使用，离子凝胶会变干，离子活动能力下降，从而使电极不导电。干电很容易受到运动伪迹和噪声的影响，运动伪迹是由于电极与皮肤产生相对位移的变化造成的电压波动和失真。当佩戴者运动出汗状态下，运动伪迹会进一步增大。

区别于传统的金属电极，织物电极具有良好的导电性能，又保持了织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性。织物电极方便舒适，很容易附在衣物和皮肤上，因而不会因相对位移产生运动伪迹。此外还可以清洗及重复使用，长期使用无不良反应。

采集装置10采集的肌电信号经过预处理模块20的预处理，包括放大、滤波(带宽为5-450赫兹)、模-数转换(采样频率设置为500-1000赫兹)量化为数字信号。

数字化的肌电信号输入控制模块30，由控制模块30生成控制假肢的信号，并通过机电装置驱动假肢活动。肌电信号处理与分析分为两大步骤：

首先对肌电信号进行特征抽取，即采用移动窗的办法抽取其时域特征(如平均绝对值、平均斜率绝对值、样点幅值差、过零率)与/或频域特征(如平均功率频率、中值频率、峰值频率)信息来描述肌电模式，并组合在一起形成该通道肌电数据的特征向量，所有通道肌电特征向量组合为肌电特征矩阵。

然后，并行模式识别算法对使用者主动要执行的上肢运动类型进行模式识别。本技术采用线性判别分析法(Linear Discriminant Analysis，LDA)进行多功能假肢的肌电模式识别控制。该步骤又分为三个过程，首先将信号特征输入单个LDA数据训练分类器进行训练，使其“记住”所包含的单关节动作类型，再用LDA模式分类器对使用者想要执行的肢体动作的单关节动作信息进行实时预测，最后根据单关节动作预测结果得出患者要执行的动作类型。分类器的输出可实时选择出患者希望肢体运动的类型，多功能肌电假肢以执行该动作。

上述的肌电信号处理流程如图4所示。

在以正常人为实验对象的研究实验中，利用八个织物电极采集人体表面电信号，对于七个常用的手部和腕部动作，肌电模式的分类精度高达95％以上，这说明基于织物电极肌电信号采集的多功能肌电假肢控制方法能够实现肌电假肢的控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种肌电假肢控制装置，包括采集模块、对采集模块所采集的肌电信号进行预处理的预处理模块以及根据处理后的肌电信号控制假肢的控制模块，其特征在于，所述采集模块包括织物电极。

2.根据权利要求1所述的肌电假肢控制装置，所述织物电极的数量为3～12个。

3.根据权利要求2所述的肌电假肢控制装置，多个织物电极设于基底布料上。

4.根据权利要求3所述的肌电假肢控制装置，每个织物电极衬有聚乙烯泡绵。

5.根据权利要求1所述的肌电假肢控制装置，所述织物电极是导电纤维织物或纳米镀银织物。

6.根据权利要求5所述的肌电假肢控制装置，所述导电纤维织物的材料为铜、银、镍、铝以及碳中的一种。