CN113616923A - 一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，包括：镜像治疗模块，镜像治疗模块包括平面镜；控制主机；显示器，显示器与控制主机相连；抓握角度监测模块，抓握角度监测模块包括摄像头、手套和手指弯曲角度传感器，摄像头与控制主机相连，手套适于外套在患者的健侧上肢的手部，手指弯曲角度传感器与控制主机相连，手指弯曲角度感器设于手套的手指长轴处；生物反馈电刺激模块，生物反馈电刺激模块包括电极，电极与控制主机相连，电极适于安放在患者的患侧上肢；评估模块，评估模块与控制主机相连。本装置和传统镜像疗法的不同主要在于引入了抓握角度监测模块和生物反馈电刺激模块，能够有效矫正痉挛性脑瘫异常姿势。

Description

一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置
技术领域
本发明涉及手功能康复技术领域，尤其是涉及一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置。
背景技术
脑瘫，是一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限症候群,这种症候群是由于发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致。脑性瘫痪的运动障碍常伴有感觉、知觉、认知、交流和行为障碍,以及癫痫及继发性肌肉骨骼问题。临床上根据神经病理学特点将脑瘫分为以下几种类型：(1)痉挛型、(2)不随意运动型、(3)共济失调型、(4)混合型，其中痉挛型占脑瘫人群的70％～80％；根据受累肢体情况可进一步分为单侧性瘫(单肢瘫和偏瘫)和双侧性瘫(包括双瘫、三肢瘫、四肢瘫)，其中单侧性瘫中偏瘫发病率最高，并且多以上肢功能障碍为主(屈肘、垂腕、握拳、桡尺偏等)。上肢功能障碍程度的轻重直接影响到患儿生活质量，最终致残无法生活自理，对家庭、社会造成极大困扰。
面对这种情况单凭康复治疗师手功能短时间被动训练，并不能达到十分理想的效果，因此亟待需要一种装置帮助此类患儿，诱导其主动训练，建立新的模式重塑手部功能，最大程度增大上肢活动范围，提高生活质量，矫正异常姿势，减轻康复治疗过程中的痛苦。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置。
本发明的技术方案如下：一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，其特征在于，包括：
镜像治疗模块，所述镜像治疗模块包括平面镜，所述平面镜的前侧适于放置患者的健侧上肢，所述平面镜的后侧适于放置患者的患侧上肢；
控制主机；
显示器，所述显示器与所述控制主机相连；
抓握角度监测模块，所述抓握角度监测模块包括摄像头、手套和手指弯曲角度传感器，所述摄像头与所述控制主机相连，所述手套适于外套在患者的健侧上肢的手部，所述手指弯曲角度传感器与所述控制主机相连，所述手指弯曲角度感器设于所述手套的手指长轴处；
生物反馈电刺激模块，所述生物反馈电刺激模块包括电极，所述电极与所述控制主机相连，所述电极适于安放在患者的患侧上肢；
评估模块，所述评估模块与所述控制主机相连。
优选地，所述手指弯曲角度传感器为flex传感器。
优选地，所述显示器通过伸缩支架与所述控制主机相连。
优选地，所述控制主机上设有立柱，所述伸缩支架包括第一架体、第二架体、第三架体、支撑架、第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一架体与所述立柱固定连接，所述第一架体上固定设有竖向的所述第一转轴，所述第二架体的一端与所述第一转轴转动相连，所述第二架体的远离所述第一转轴的一端固定设有竖向的所述第二转轴，所述第三架体的一端与所述第二转轴转动相连，所述第三架体的远离所述第二转轴的一端固定设有竖向的所述第三转轴，所述支撑架与所述第三转轴转动相连，所述显示器安装在所述支撑架上。
和现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本装置和传统镜像疗法的不同主要在于引入了抓握角度监测模块和生物反馈电刺激模块，从而将3D模拟和生物反馈电刺激与传统的镜像疗法进行了结合，患者通过观察平面镜中的影像和面前显示器中的3D手影像，能够更加直观形象在脑海中建立起患侧手的模仿运行影像，再配合生物反馈电刺激的刺激电流，最终可使得患侧肢体能尽可能地做出与健侧肢体相同的动作，本装置能够有效矫正痉挛性脑瘫异常姿势，具有保护关节，提高活动范围，改善功能，避免致残的特点，能够加强患儿生活自理能力，减轻家庭和社会的负担。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1是本发明的使用示意图；
图2是本发明的原理框图。
附图标记如下：
1、控制主机；2、显示器；3、镜像治疗模块；4、抓握角度监测模块；5、生物反馈电刺激模块；6、评估模块；7、平面镜；8、伸缩支架；9、立柱；10、第一架体；11、第二架体；12、第三架体；13、第一转轴；14、第二转轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前治疗上肢偏瘫的传统方法是镜像疗法，镜像疗法又称镜像视觉反馈疗法，是一种基于视觉刺激，利用平面镜成像原理，将健侧活动的画面复制到患侧，让患者想象患侧运动，通过视错觉、视觉反馈以及虚拟现实，结合康复训练项目而成的治疗手段。
现阶段国内外关于镜像疗法的常用操作装置与程序的描述如下：患者靠近桌子坐，桌子上垂直放一35cm×35cm的镜子(镜子尺寸未有统一要求)，镜子放在两上肢之间，健侧上肢朝向镜子的反射面，患侧上肢放在镜子无反射面的后面。要求患者的健侧肢体完成各项动作，如肩关节前屈、手指抓握和伸展以及拇指外展等，患者观察健侧上肢的运动成像并想象成患侧肢体在运动，并使患肢尽量做与健侧肢体相同的动作(患者自己不能完成的动作，由治疗师辅助完成)。
镜像疗法的机制至今尚无明确定论，仅存在以下四种常见的可能作用机制：1、激活镜像神经元系统。镜像神经元首次发现于恒河猴的运动前皮层中的F5区，随后，有学者通过脑电图，脑磁图，经颅磁刺激等方法发现，在人类的大脑当中，或许也存在着类似此套的镜像神经元系统。对动作的观察，运动表象和动作行为的模仿与镜像神经元的系统中的动作执行可以在同一个基本的运动回路中表现出来，从而为运动训练提供额外或替代的信息来源，这可能有助于促进中风后的康复。想象，观察，执行某一动作或是听到该动作的指令等多种感觉刺激均可激活镜像神经元系统。
2、增加视觉反馈。镜像疗法主要是借助视错觉的作用，用患者健侧的运动影响患侧，使患者可以观察，模仿及再学习，从而促进脑功能的重塑。有文献指出，在大量的研究的基础上，患者在想象某个动作时所激活的脑区和他真正执行该动作时所激活的脑区会有大面积的重叠。不仅如此，利用平面镜为患者提供视觉输入，也可以一定程度上的代替逐渐减少或缺失的本体感觉。
3、易化运动神经通路。由于患者患侧的大脑半球的损伤会使健侧大脑半球的抑制过度，脑瘫患者的这种平衡会被打破，进而影响患者患侧的功能的恢复。James等人发现，当双上肢运动不同步的时候，皮层内抑制维持，但当双上肢运动同步时，皮层内抑制下降。镜像疗法的原理就是通过健侧的肢体的活动，巧妙地形成视觉反馈和视错觉，使患者能够充分的对患侧肢体的活动产生生动的想象，进而达到双侧肢体同步运动的效果，下调皮质内的抑制信号。
4、减轻习得性废用和习得性瘫痪。镜像疗法的优势在于，通过将患者的注意力集中到患侧，可以使患者患侧的存在感得到提高，从而达到减轻习得性的废用，以及能够促进患侧的运动功能的恢复的作用。
该方法自从1995年由Ramachandran和Rogers-Ramachandran首次提出并应用于幻肢痛的治疗中，目前为止已广泛用于脑瘫患者的肢体运动功能、感觉功能、言语功能及认知功能的康复当中，但该方法从提出至今20年的时间里，镜像疗法都基于平面镜或结合透镜进行，同时受到镜像装置的限制，镜像疗法训练范式的规范性、统一性较难量化，影响临床研究效果结果的稳定，并且在规范式创新上难以突破，有鉴于此，发明人结合多年的临床经验，创造性地提出了一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置。
下面参考附图图1-图2描述根据本发明实施例的一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，该装置包括：镜像治疗模块3、控制主机1、显示器2、抓握角度监测模块4、生物反馈电刺激模块5和评估模块6。
镜像治疗模块3包括平面镜7，平面镜7的前侧适于放置患者的健侧上肢，平面镜7的后侧适于放置患者的患侧上肢；显示器2与控制主机1相连；抓握角度监测模块4包括摄像头、手套和手指弯曲角度传感器，摄像头与控制主机1相连，手套适于外套在患者的健侧上肢的手部，手指弯曲角度传感器与控制主机1相连，手指弯曲角度感器设于手套的手指长轴处；生物反馈电刺激模块5包括电极，电极与控制主机1相连，电极适于安放在患者的患侧上肢；评估模块6与控制主机1相连。
实际应用中，手指弯曲角度传感器可采用Spectrasymbol公司的flex传感器，将传感器放置在手套手指长轴位置，能够随着手指的运动，采集手指弯曲角度信息；显示器2通过伸缩支架8与控制主机1相连，由此便于调整显示器2的位置，以便于患者观察。
伸缩支架8的形式有很多，例如，参照图1，控制主机1上设有立柱9，伸缩支架8包括第一架体10、第二架体11、第三架体12、支撑架、第一转轴13、第二转轴14和第三转轴，第一架体10与立柱9固定连接，第一架体10上固定设有竖向的第一转轴13，第二架体11的一端与第一转轴13转动相连，第二架体11的远离第一转轴13的一端固定设有竖向的第二转轴14，第三架体12的一端与第二转轴14转动相连，第三架体12的远离第二转轴14的一端固定设有竖向的第三转轴，支撑架与第三转轴转动相连，显示器2安装在支撑架上，由此可构成连杆式的伸缩支架8，便于拉伸和收缩。
具体而言，本装置中设置的抓握角度监测模块4用于实时捕捉患者健侧手的动作，控制主机1则根据相应数据在显示器2中显示出健侧手的动态3D手模型，并根据手指弯曲角度传感器的监测数据实时调整3D手模型的姿态；设置的生物反馈电刺激模块5可输出脉冲型的低频电流刺激目标肌肉，以诱导抓握动作，而电刺激开始的触发条件及相关幅值可由治疗师预先设定好，当健侧手达到预设的抓握角度值时即会进行相应刺激处方，使弛缓的肌肉运动，达到改善或者恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的，来恢复患者的肌肉功能障碍；设置的评估模块6则在治疗结束后，对治疗效果进行评估。
由此可以看出，本装置和传统镜像疗法的不同主要在于引入了抓握角度监测模块4和生物反馈电刺激模块5，那么在具体临床治疗中，将镜子放置于患者两手之间的桌面上，镜子大约摆放于患者的中间矢状面位置，使得健侧上肢在镜子中的影像正好与患侧上肢重叠，然后健侧手按照治疗师指导进行运动，患者目光可观察平面镜7中的影像和面前显示器2中的3D手影像并想象成患侧手在运动，与此同时，生物反馈电刺激模块5还可输出脉冲型的低频电流刺激患侧肢体肌肉，诱导患侧肢体尽量做与健侧肢体相同的动作，在治疗结束后，治疗师通过评估模块6评估康复治疗的效果，例如可结合手功能评定量表，peabody运动评定和ROM的测量等进行评估。
综上所述，本装置将3D模拟和生物反馈电刺激与传统的镜像疗法进行了结合，从而能体现有益运动效果，缩短康复疗程，本装置具有以下治疗特点：
①运动想象：不依赖于患者的残存肢体活动功能,是一种与患者的主动运动密切相关的康复治疗手段。可以改善偏瘫患者的运动功能，激活大脑的神经网络，重塑脑功能。患者通过观察健侧手指活动在镜中的成像来诱发患侧运动，使双侧肢体同源性肌肉进行对称性运动，可同时激活位于双侧大脑半球的相似的神经网络，并减少皮质间抑制，从而改善患肢运动功能。患者健侧手完成康复治疗师指导的训练动作如抓、握、捏，患侧手保持原有的状态并放松，注视镜子中的健侧手影像及显示屏上的动态三维手，并在脑海中想象着自己的患手也随之活动。已有不少证据表明，镜像训练在提高运动功能方面，显示出较好的疗效。
②被动运动：患者健侧手完成康复治疗师指导的训练动作如抓、握、捏，患侧手在治疗师帮助下同步抓、握、捏，被动屈伸活动。
③主动运动：患者健侧手完成康复治疗师指导的训练动作如抓、握、捏，患侧手努力尝试主动运动且同时模仿镜像中的活动，同时注视镜子里的健侧手影像及显示屏上的动态三维手。
④日常生活活动能力训练：为了使得治疗效果能够在生活中得到实际应用，可将训练内容与生活工具相结合，比如，训练用勺子吃饭，握笔、穿珠结合作业治疗的方法，使得平时训练的内容能充分应用在实际生活中，给予患者重建生活能力的信心。
临床经验证明本装置能够有效矫正痉挛性脑瘫异常姿势，具有保护关节，提高活动范围，改善功能，避免致残的特点，能够加强患儿生活自理能力，减轻家庭和社会的负担。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，其特征在于，包括：
镜像治疗模块，所述镜像治疗模块包括平面镜，所述平面镜的前侧适于放置患者的健侧上肢，所述平面镜的后侧适于放置患者的患侧上肢；
控制主机；
显示器，所述显示器与所述控制主机相连；
抓握角度监测模块，所述抓握角度监测模块包括摄像头、手套和手指弯曲角度传感器，所述摄像头与所述控制主机相连，所述手套适于外套在患者的健侧上肢的手部，所述手指弯曲角度传感器与所述控制主机相连，所述手指弯曲角度感器设于所述手套的手指长轴处；
生物反馈电刺激模块，所述生物反馈电刺激模块包括电极，所述电极与所述控制主机相连，所述电极适于安放在患者的患侧上肢；
评估模块，所述评估模块与所述控制主机相连。
2.根据权利要求1所述的生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，其特征在于，所述手指弯曲角度传感器为flex传感器。
3.根据权利要求1所述的生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，其特征在于，所述显示器通过伸缩支架与所述控制主机相连。
4.根据权利要求3所述的生物反馈电刺激与镜像结合手功能康复装置，其特征在于，所述控制主机上设有立柱，所述伸缩支架包括第一架体、第二架体、第三架体、支撑架、第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一架体与所述立柱固定连接，所述第一架体上固定设有竖向的所述第一转轴，所述第二架体的一端与所述第一转轴转动相连，所述第二架体的远离所述第一转轴的一端固定设有竖向的所述第二转轴，所述第三架体的一端与所述第二转轴转动相连，所述第三架体的远离所述第二转轴的一端固定设有竖向的所述第三转轴，所述支撑架与所述第三转轴转动相连，所述显示器安装在所述支撑架上。
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