CN110354387A - 多触发方式的智能电刺激手部训练器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多触发方式的智能电刺激手部训练器及方法，该训练器包括肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、主机控制模块、电脉冲发生模块等；该方法包括：肌电触发方式，通过肌电信号采集模块采集患者健侧前臂肌肉跟随手部抓握运动产生的电信号，并传送至主机控制模块；弯曲度触发方式，通过弯曲度采集模块，实时采集患者健侧手部抓握运动的弯曲度信息，并传送至主机控制模块；触摸屏触发方式，根据患者需求选择患者患侧前臂不同肌群进行刺激，并传送至主机控制模块，经主机控制模块实时处理后，触发电脉冲发生模块产生不同的电脉冲刺激患者患侧前臂的指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，使患者患侧手部完成与健侧手部相同的抓握运动。

Description

多触发方式的智能电刺激手部训练器及方法

技术领域

本发明涉及的是一种脑卒中康复训练器，具体是一种多触发方式的智能电刺激手部训练器。

背景技术

脑卒中是由于脑部血管破裂或因血管梗阻致使血液不能回流而造成脑损伤的病症，包括出血性卒中和缺血性卒中。在脑卒中的诸多后遗症中,手部功能障碍是脑卒中后偏瘫患者最常见的障碍之一,严重影响患者的日常生活活动,给患者家庭和社会带来了沉重的负担。

随着人口老龄化趋势的加快,偏瘫患者逐年增加,而康复医师和康复资源却十分匮乏。临床上经常使用的康复疗法有运动疗法、作业疗法和物理因子疗法等，均需要多位专业康复医师指导协助，并且设备体积庞大，穿戴费时费力，使用不便，严重影响治疗效率，降低患者参与治疗的积极性，难以满足用户需求。因此，研发一款体积小巧、便于穿戴且具有人机交互功能的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其中包含肌电触发、弯曲度触发等利用患者健侧手训练患者患侧手部的主动训练，和触摸屏触发刺激患者患侧相应肌肉的被动训练，对脑卒中后手部运动的康复疗效具有重要意义。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供一种体积小巧、穿戴方便、触发方式多样、人机交互性强的多触发方式的智能电刺激手部训练器及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多触发方式的智能电刺激手部训练器，包括四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、主机控制模块、电脉冲发生模块、四通道电极、移动终端，所述四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、电脉冲发生模块、移动终端均与主机控制模块连接，所述四通道电极与电脉冲发生模块连接；

所述四通道肌电信号采集模块用于采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群的若干组电信号，经过滤波放大后输入给主机控制模块；

所述弯曲度采集模块用于采集同一患者健侧手部的食指、中指、无名指抓握运动的弯曲度信息，并将该弯曲度信息转换成阻值变化输入给主机控制模块；

所述触摸屏模块用于选择患者患侧前臂需要进行被动训练的肌群，设置相应的刺激参数：幅值、频率、时间后输入给主机控制模块；

所述主机控制模块用于接收并处理所采集的肌电信号、弯曲度信息、触摸屏信息，控制电脉冲发生模块产生相应组不同刺激参数的幅值、频率、脉宽的四通道脉冲；

所述电脉冲发生模块用于接收主机控制模块的指令，产生相应组不同频率不同强度的四通道电刺激脉冲，并将此四通道脉冲输入给四通道电极；

所述四通道电极用于接收电脉冲发生模块的指令，产生电极作用于患者患侧前臂肌群，辅助患者患侧手部完成抓握动作；

所述移动终端与所述主机控制模块连接，包含蓝牙通信模块和人性化界面，用于存储并显示患者的康复训练信息以量化患者的康复训练效果。

进一步，所述四通道肌电信号采集模块包括肌电采集器、信号放大器、滤波器，用于将实时采集到的肌电信号进行滤波放大预处理。

进一步，所述弯曲度采集模块包括食指、中指、无名指上附有弯曲度传感器的弯曲手套及弯曲度-电阻转换电路，用于实时采集手部的弯曲度信息。

进一步，所述触摸屏模块，还可用于选择触发方式，并在相应触发方式下设定、显示、查询相关参数、启动或者停止所述训练器。

进一步，所述电脉冲发生模块采用升压电路及双极性转换电路，脉冲幅值、频率由实时采集的肌电信号/弯曲度信息/触摸屏信息控制调节。

进一步，所述四通道电极作用于患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌，辅助患者完成手部屈曲/伸展动作。

一种采用多触发方式的智能电刺激手部训练器的训练方法，具体步骤如下：

S1在触摸屏上选择触发方式，包括肌电触发、弯曲度触发、触摸屏触发；

第一种肌电触发方式：

S21在同一时刻采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌的肌电信号，并进行滤波、放大等预处理，得到若干组四肌群肌电信号数据U21；

S22将步骤S21中的数据U21传至主机控制模块，由主机控制模块对S21中的数据U21进行存储、以及特征提取、分析和模式识别处理，得到若干组肌电信号特征值U22；

S23将肌电信号特征值U22与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S24利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S25根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作；

第二种弯曲度触发方式：

S31在同一时刻患者健侧手部佩戴弯曲手套进行手部屈曲/伸展运动，采集其手部食指、中指、无名指的弯曲度信息U31；

S32将步骤S31中的弯曲度信息U31转化成阻值数据U32传至主机控制模块，由主机控制模块对S32中的数据U32进行存储、处理，得到若干组弯曲度参数值U33；

S33将弯曲度参数值U33与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S34利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S35根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。

第三种触摸屏触发方式：

S41根据患者需求对触摸屏上的四个通道进行触发选择，其中四个通道分别代表指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群；

S42根据所选择的通道电极配置各通道电脉冲发生器参数：幅值、频率，刺激患者患侧前臂相应的肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明可以通过触摸屏选择肌电触发、弯曲度触发等主动训练方式，实时采集患者健侧前臂肌电信号/弯曲度信息，经过主机控制模块的存储处理，控制电脉冲发生模块产生多通道电脉冲，调整多通道电脉冲幅值和频率的输出，从而根据肌电信号强度/弯曲程度动态地调整多通道电极产生动态的电刺激，仿照人体健侧的动作电位/弯曲度信息，规范动作的平滑和稳定。此外，充分考虑到任何一个关节的运动需要多组肌群的参与，设计触摸屏触发这一被动训练方式，控制电刺激刺激四组肌群以辅助患者完成手部的屈曲/伸展动作，使患者在积极正面的心理状态下参与到疾病的治疗过程中，增强其积极性和互动性，继而达到手部肌肉功能障碍康复训练的目的。同时，本发明符合当前医疗仪器向智能化和小型化发展的趋势，适用于家庭医疗保健，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1本发明的多触发方式的智能电刺激手部训练器的模块及流程框图；

图2本发明的肌电触发模块框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作一步的详细描述：

如图1，2所示，一种多触发方式的智能电刺激手部训练器，包括四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、主机控制模块、电脉冲发生模块、四通道电极、移动终端。

四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、电脉冲发生模块、移动终端均与主机控制模块连接，四通道电极与电脉冲发生模块连接；四通道肌电信号采集模块用于采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群的若干组电信号，经过滤波放大后输入给主机控制模块；弯曲度采集模块用于采集同一患者健侧手部(食指、中指、无名指)抓握运动的弯曲度信息，并输入给主机控制模块；触摸屏模块用于选择患者患侧前臂需要被动训练的肌群，设置相应的刺激参数(幅值、频率、时间)后输入给主机控制模块；主机控制模块用于接收并处理所采集的肌电信号/弯曲度信息/触摸屏信息，控制电脉冲发生模块产生相应组不同刺激参数(幅值、频率、脉宽)的四通道脉冲；电脉冲发生模块用于接收主机控制模块的指令，产生相应组不同频率不同强度的四通道电刺激脉冲，并将此四通道脉冲输入给四通道电极；四通道电极用于接收电脉冲发生模块的指令，产生电极作用于患者患侧前臂肌群，辅助患者患侧手部完成抓握动作。

移动终端具体指一款手机APP，与所述主机控制模块连接，包含蓝牙通信模块和人性化界面，用于存储并显示患者的康复训练信息以量化患者的康复训练效果。

四通道肌电信号采集模块包括肌电采集器、信号放大器、滤波器，对实时采集到的肌电信号进行滤波放大等预处理，得到高信噪比的肌电信号，便于主机控制模块进行处理。

弯曲度采集模块包括食指、中指、无名指上附有弯曲度传感器的弯曲手套及弯曲度-电阻转换电路，用于实时采集手部食指、中指、无名指的弯曲度，并将其转换为阻值变化，便于主机控制模块进行处理。

触摸屏模块，还可用于选择触发方式，并在相应触发方式下设定、显示、查询相关参数、启动或者停止本训练器。

电脉冲发生模块采用升压电路及双极性转换电路，脉冲频率、脉宽、幅值均可根据需要进行调节。

四通道电极作用于患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌，辅助患者完成手部屈曲/伸展动作。

一种采用多触发方式的智能电刺激手部训练器的训练方法，包括以下步骤：

S1在触摸屏上选择触发方式，包括肌电触发、弯曲度触发、触摸屏触发；

第一种肌电触发方式：

S21在同一时刻采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌的肌电信号，并进行滤波、放大等预处理，得到若干组四肌群肌电信号数据U21；

S22将步骤S21中的数据U21传至主机控制模块，由主机控制模块对S21中的数据U21进行存储、以及特征提取、分析和模式识别处理，得到若干组肌电信号特征值U22；

S23将肌电信号特征值U22与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S24利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S25根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作；

第二种弯曲度触发方式：

S31在同一时刻患者健侧手部佩戴弯曲手套进行手部屈曲/伸展运动，采集其手部食指、中指、无名指的弯曲度信息U31；

S32将步骤S31中的弯曲度信息U31转化成阻值数据U32传至主机控制模块，由主机控制模块对S32中的数据U32进行存储、处理，得到若干组弯曲度参数值U33；

S33将弯曲度参数值U33与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S34利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S35根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。

第三种触摸屏触发方式：

S41根据患者需求对触摸屏上的四个通道进行触发选择，其中四个通道分别代表指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群；

S42根据所选择的通道电极配置各通道电脉冲发生器参数：幅值、频率，刺激患者患侧前臂相应的肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。

实施例：

本实施例的多触发方式的智能电刺激手部训练器，包括：触摸屏模块、健侧电极、患侧电极、四通道肌电信号采集模块、主机控制模块、电脉冲发生模块和移动终端，其中：触摸屏模块选择肌电触发方式，四通道肌电采集模块通过健侧电极实时采集患者健侧前臂肌肉跟随手部抓握运动产生的电信号，并传送至主机控制模块进行处理分析和模式识别，得到电刺激的特征参数和特征值，主机控制模块建立患者的健侧前臂肌电信号与患侧前臂电刺激的对应关系，电脉冲发生模块基于此对应关系通过患侧电极对患者患侧前臂的肌肉进行电刺激，使其完成与健侧相同的手部抓握运动，同时将患者的康复训练信息存储显示在移动终端。

触摸屏模块，用于选择触发方式，并在相应触发方式下设定、显示、查询相关参数、启动或者停止本训练器。健侧电极和患侧电极分别附于患者两侧前臂的指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌上。

四通道肌电信号采集模块包括肌电采集器、信号放大器、滤波器，用于采集处理同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌若干组电信号，并对其进行滤波放大等预处理，得到高信噪比的肌电信号，输入给主机控制模块；

电信号主要指表面肌电信号；表面肌电信号的滤波频率区间为30～600Hz；表面肌电信号的幅值的放大倍数为1500-2500倍。

主机控制模块包括：依次相连的接收存储模块、信号处理模块、模式识别模块和电脉冲触发模块，其中：接收存储单元接收并存储四通道肌电采集模块输出的电信号，并传输至信号处理模块；信号处理模块通过对表面肌电信号进行实时处理为肌电幅值映射控制及肌电阈值判断，利用平滑移动窗对电信号进行周期化分割，提取每个周期内的表面肌电信号的特征参数，得到具体的电刺激脉冲控制的参数，并传输至模式识别模块；模式识别模块提取运动电信号的特征值，建立患者的健侧前臂肌电信号与患侧前臂电刺激的对应关系，并将结果传输至电脉冲触发模块；电脉冲触发模块将相应的控制指令传输至电脉冲发生模块。

特征参数包括但不限于：平均绝对值、信号持续时间、平均绝对值斜率、波长和过零次数。

电脉冲发生模块采用升压电路及双极性转换电路，脉冲幅值、频率由实时采集的肌电信号/弯曲度信息/触摸屏信息控制调节，产生相应组不同频率不同强度的四通道电刺激脉冲，并将此四通道脉冲输入给四通道电极；

四通道电极用于接收电脉冲发生模块的指令产生电极作用于患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，康复理论证明刺激该四组肌群可辅助患者患侧手部完成抓握运动。

为了便于医院平台对患者康复效果的监督对对接，该训练器还包括移动终端，所述的移动终端通过无线蓝牙模块与所述主机控制模块连接，具体指一款手机APP，量化患者康复训练信息，直观体现患者康复训练效果。

进行康复训练时，患者健侧手部进行相应的抓握运动时，四通道肌电采集模块实时采集患者健侧前臂肌肉表面肌电信号，传输至主机控制模块；主机控制模块根据采集到的表面肌电信号提取相应的特征参数和特征值，识别患者健侧前臂肌肉的屈曲/伸展模式，建立其与患侧前臂电刺激的对应关系；电脉冲发生模块基于此对应关系对患者的患侧前臂肌肉进行相应的低频电刺激，辅助使其完成与健侧相同的手部抓握运动，完成一次循环。

信号处理模块和模式识别模块能够精确地进行肌肉发力时间的实时识别，并根据相应的屈曲/伸展模式，实时给予反馈刺激，使患者不受固定程序限制，有更高的自由度，有利于有效康复手部的运动功能。

本实施例通过采集患者前臂健侧进行手部抓握运动时的肌电信号，控制患者患侧手部进行同步抓握运动。让患者不仅能实现患侧的手部训练，还能通过健侧手臂肌电信号的强度自发控制电刺激幅值的强度，实现了一种新型的意图控制功能，对患者的心理产生正面影响，有利于在患者身心放松的状态下利用健侧前臂的肌电信号触发患侧的电刺激信号。

本实施例将功能性电刺激配合生物反馈进行康复训练，不同于普通的低频电流信号的刺激方法，而是将人体本身的表面肌电信号进行实时反馈，患者通过学习控制进行自我调节，从而使自主神经的兴奋性降低，使得人体神经与肌肉之间形成正反馈，从而使得肌肉收缩，力量增强，而且通过患者主动控制训练过程，产生积极的心理效果，利于调动患者积极性，也利于手部康复训练取得更好的疗效。

以上所述实施例仅表达了本发明中肌电触发的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明范围的限制。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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多触发方式的智能电刺激手部训练器，包括四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、主机控制模块、电脉冲发生模块、四通道电极、移动终端，其特征在于：所述四通道肌电信号采集模块、弯曲度采集模块、触摸屏模块、电脉冲发生模块、移动终端均与主机控制模块连接，所述四通道电极与电脉冲发生模块连接；

所述四通道肌电信号采集模块用于采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群的若干组电信号，经过滤波放大后输入给主机控制模块；

所述弯曲度采集模块用于采集同一患者健侧手部的食指、中指、无名指抓握运动的弯曲度信息，并将该弯曲度信息转换成阻值变化输入给主机控制模块；

所述触摸屏模块用于选择患者患侧前臂需要进行被动训练的肌群，设置相应的刺激参数：幅值、频率、时间后输入给主机控制模块；

所述主机控制模块用于接收并处理所采集的肌电信号、弯曲度信息、触摸屏信息，控制电脉冲发生模块产生相应组不同刺激参数的幅值、频率、脉宽的四通道脉冲；

所述电脉冲发生模块用于接收主机控制模块的指令，产生相应组不同频率不同强度的四通道电刺激脉冲，并将此四通道脉冲输入给四通道电极；

所述四通道电极用于接收电脉冲发生模块的指令，产生电极作用于患者患侧前臂肌群，辅助患者患侧手部完成抓握动作；

所述移动终端与所述主机控制模块连接，包含蓝牙通信模块和人性化界面，用于存储并显示患者的康复训练信息以量化患者的康复训练效果。

2.根据权利要求1所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其特征在于：所述四通道肌电信号采集模块包括肌电采集器、信号放大器、滤波器，用于将实时采集到的肌电信号进行滤波放大预处理。

3.根据权利要求1所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其特征在于：所述弯曲度采集模块包括食指、中指、无名指上附有弯曲度传感器的弯曲手套及弯曲度-电阻转换电路，用于实时采集手部的弯曲度信息。

4.根据权利要求1所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其特征在于：所述触摸屏模块，还可用于选择触发方式，并在相应触发方式下设定、显示、查询相关参数、启动或者停止所述训练器。

5.根据权利要求1所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其特征在于：所述电脉冲发生模块采用升压电路及双极性转换电路，脉冲幅值、频率由实时采集的肌电信号/弯曲度信息/触摸屏信息控制调节。

6.根据权利要求1所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器，其特征在于：所述四通道电极作用于患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌，辅助患者完成手部屈曲/伸展动作。

7.一种采用权利要求1-6任一所述的多触发方式的智能电刺激手部训练器的训练方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1在触摸屏上选择触发方式，包括肌电触发、弯曲度触发、触摸屏触发；

第一种肌电触发方式：

S21在同一时刻采集同一患者健侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌的肌电信号，并进行滤波、放大等预处理，得到若干组四肌群肌电信号数据U21；

S22将步骤S21中的数据U21传至主机控制模块，由主机控制模块对S21中的数据U21进行存储、以及特征提取、分析和模式识别处理，得到若干组肌电信号特征值U22；

S23将肌电信号特征值U22与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S24利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S25根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作；

第二种弯曲度触发方式：

S31在同一时刻患者健侧手部佩戴弯曲手套进行手部屈曲/伸展运动，采集其手部食指、中指、无名指的弯曲度信息U31；

S32将步骤S31中的弯曲度信息U31转化成阻值数据U32传至主机控制模块，由主机控制模块对S32中的数据U32进行存储、处理，得到若干组弯曲度参数值U33；

S33将弯曲度参数值U33与电脉冲发生器的参数配比，得到相应组的电脉冲发生器的开启阈值参数配比；

S34利用四通道电极根据电脉冲发生器开启阈值的参数配比对患者患侧前臂进行电刺激；

S35根据四通道电极刺激患者患侧前臂指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。

第三种触摸屏触发方式：

S41根据患者需求对触摸屏上的四个通道进行触发选择，其中四个通道分别代表指浅屈肌、拇长屈肌、指伸肌、拇短伸肌肌群；

S42根据所选择的通道电极配置各通道电脉冲发生器参数：幅值、频率，刺激患者患侧前臂相应的肌群，辅助患者完成手部屈曲/伸展的抓握动作。